Leichter bauen – effizienter betreiben

In der neuesten NEST-Unit mit dem Namen HiLo treffen Bauprinzipien aus dem Mittelalter auf Baumethoden der Zukunft: Geplant und gebaut wurde das zweist?ckige Geb?udemodul mit dem markanten doppelt gekr¨¹mmten Betondach mit modernsten Design- und Fabrikationsmethoden. F¨¹r die neuartige Leichtbau-Gew?lbedecke wurden die Forschenden der ETH Z¨¹rich allerdings nicht zuletzt inspiriert von den alten Kathedralenbaumeistern, die es verstanden, Strukturen zu schaffen, die sich selbst tragen. Wissenschaftler um Philippe Block, Professor f¨¹r Architektur und Tragwerk, und Arno Schl¨¹ter, Professor f¨¹r Architektur und Geb?udesysteme, wollen gemeinsam mit Industriepartnern mit dem Geb?ude Leichtbauweisen erproben und sie mit intelligenten und adaptiven Geb?udesystemen kombinieren.

Ressourceneffiziente Beton-Strukturen

Besonders auff?llig ist das doppelt gekr¨¹mmte Dach, das seine Tragf?higkeit aus der Geometrie und seinem zweischaligen Aufbau gewinnt. Es besteht aus zwei Betonschichten, die durch ein Gitter aus Betonrippen und Stahlanker verbunden sind. Gebaut wurde es mit Hilfe einer flexiblen Schalung aus einem gespannten Seilnetz und einer Membran, auf die der Beton aufgespritzt wurde. Mit dieser Bauweise k?nnen grosse Mengen Beton und Schalungsmaterial eingespart werden.

Insbesondere f¨¹r die Zwischenb?den der zweist?ckigen Unit setzten sich die Forschenden das Ziel, mit m?glichst wenig Material auszukommen. Die Leichtbau-Deckenkonstruktion von HiLo spart im Vergleich zu herk?mmlichen Betondecken mehr als 70% an Material ein. Erreicht wird diese Einsparung durch die intelligente Geometrie der Decken: Das Gew?lbe mit Aussteifungsrippen verleiht den d¨¹nnen Decken ihre Tragf?higkeit. Die eingesetzten digitalen Fertigungsmethoden erm?glichen es, L¨¹ftung, K¨¹hlung und Niedertemperaturheizung in die gerippte Gew?lbedecke zu integrieren und damit weiteres Material und Volumen einzusparen.

Selbstlernende Geb?udetechnik

In der HiLo-Unit ist auch eine von der Gruppe um Arno Schl¨¹ter entwickelte adaptive Solarfassade im Einsatz. Diese besteht aus 30 Photovoltaik-Modulen, die sich nach der Sonne ausrichten k?nnen. Die flexiblen Module lassen sich zudem daf¨¹r nutzen, den Sonneneinfall in den Raum zu steuern, um passiv zu heizen, oder ¨C im Gegenteil ¨C den K¨¹hlungsbedarf zu senken.

Die adaptive Solarfassade ist Teil einer Reihe innovativer Komponenten der Geb?udetechnik f¨¹r die effiziente Regulierung des Raumklimas. W?hrend des Betriebs wird das Zusammenspiel der einzelnen Technologien unter Einbezug der Benutzerinnen und Benutzer von den Forschenden nun mittels ?Machine Learning? st?ndig optimiert, um zu untersuchen, wie komfortable Innenraumbedingungen mit m?glichst wenig Energie und Emissionen erzielt werden k?nnen.

Forschung und Wirtschaft lernen voneinander

HiLo steht f¨¹r ?High Performance ¨C Low Emissions?: Mit der Unit erproben die Forschenden, wie das Bauen und der Betrieb von Geb?uden m?glichst energie- und ressourcenschonend gestaltet werden kann ¨C und dabei gleichzeitig eine attraktive Architektur und ein hoher Komfort f¨¹r die Benutzerinnen und Benutzer der Geb?ude gew?hrleistet werden kann.

HiLo ist das mittlerweile achte Modul im Experimentalgeb?ude NEST auf dem 2024Å·ÖÞ±­¿ª»§_Å·ÖÞ±­APPÏÂÔØ-Ͷע|¹ÙÍø der beiden Forschungsinstitutionen Empa und Eawag in D¨¹bendorf. Im modularen Forschungs- und Innovationsgeb?ude k?nnen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zusammen mit Industriepartnern neue Bau- und Energietechnologien in tempor?ren Geb?udemodulen ¨C sogenannten Units ¨C unter realen Bedingungen testen und weiterentwickeln.