Holzbau-Forschungsprojekt House of Natural Resources HoNR auch im Wohnbau verwertbar?

  • Fachübergreifend realisierten ProfessorInnen der Institute für Baustatik, Konstruktion, Baustoffe, Technologie und Architektur der ETH Zürich im House of Natural Resources (HoNR) ihre Forschungsprojekte.
  • Das Gebäude in Skelelettbauweise mit flexiblem Grundriss vereinigt zahlreiche innovative Eigenschaften und Technologien und ist Forschungslabor für nachhaltiges Bauen mit Laubholz.

Forschung für nachhaltiges Bauen als strategische Schwerpunkt

Nachhaltiges Bauen ist für die ETH Zürich ein strategischer Schwerpunkt. Mit dem House of Natural Resources (HoNR) wurde ein Forschungs-, Lehr- und Demonstrationsobjekt geschaffen, welches die Umsetzbarkeit ihrer Forschung nachweisen und interdisziplinäre Forschung zeigen soll.

Mehrere Professuren zur Verstärkung der bestehenden Kompetenzen in Forschung und Lehre auf dem Gebiet des nachhaltigen Bauens wurden eingerichtet. Schwerpunkte sind dabei die interdisziplinäre Forschungstätigkeit, der Wissenstransfer und die Ausbildung von Nachwuchskräften für die Bauindustrie.

Verbunddecken aus Buchenholz und Beton

Knotenbereich des vorgespannten Holzrahmens im Flur des HoNRVier Zentimeter starke Buchenholz-Furnierplatten dienen als Schalungselemente und Armierung und bilden gleichzeitig eine attraktive Oberfläche. Diese neue Verbunddecke hat ähnlich gute Trageigenschaften wie Stahlbetondecken.

Einzigartig ist auch die Dachkonstruktion mit einer Buchenholzdecke, bei der Holzlamellen kreuzweise angeordnet wurden. So werden die Lasten wie bei einer Betondecke in zwei Richtungen verteilt.

Auch die Rahmenkonstruktion im HoNR besteht aus Holz. Die Stützen sind vollständig aus Eschenholz, die Träger sind aus Esche und Fichte zusammengesetzt, um die Festigkeit zu erhöhen. Alle Träger sind mit einem im Inneren verlaufenden Kabel vorgespannt. Damit zentrieren sich die Träger selbst und die gesamte Tragkonstruktion ist besonders verformbar, was sie deutlich erdbebensicherer macht.

Im Forschungsprojekt sollen die Eigenschaften der Buchenholz-Furnierplatten insbesondere bezüglich der Flammfestigkeit verbessert werden, um vollständig auf Stahlarmierungen verzichten zu können. Untersucht wird ein Verbindungssystem ohne Stahlverbinder mit hochwirksamen Klebern für Verbundmaterialien.

Einen weiteren Fortschritt versprechen sich die Forscher durch CO2-armem Beton mit bis zu 65 Prozent Zementersatz. Mit allen diesen Verbesserungen würde eine lokale Holz-Beton-Hybriddecke möglich, die im Vergleich zur momentan auf dem Markt erhältlichen, konventionellen Stahlbetonkonstruktion 50 Prozent weniger Treibhausgase verursacht.

Monitoring für das Arbeiten des Holzes

Mit einem umfangreichen Monitoringsystem wird erfasst, wie sich das Gebäude über die Jahre verändert: Es misst regelmässig die Feuchtigkeit in der Holz-Rahmen-Konstruktion und zeichnet Verformungen mit mithilfe eines Tachymeters auf. Sensoren messen die relative Verschiebung zwischen Holz und Beton in der Verbunddecke. Bereits während des Baus haben die Wissenschaftler mit einem dichten Sensornetzwerk überwacht, wie sich die Tragstruktur verhält. Kraftmessdosen erfassen die Vorspannkraft in jedem einzelnen Spannkabel.

Wie sich die neuen Technologien bewähren, soll der Alltag zeigen. „Wir werden genau dokumentieren, wie die Nutzer mit dem Gebäude zufrieden sind“, erklärt Projektleiter Andrea Frangi, Professor für Holzbau am Institut für Baustatik und Konstruktion der ETH Zürich.

Nachführung der Solarmodule mit bi-Holzlamellen und Druckluft

Adaptive Solarfassade am HoNRAn einem Teil der fugenlosen Gebäudehülle wurde eine adaptive Solarfassade montiert. Damit wird ein Teil der Energie für Beheizung und Kühlung des Gebäudes erzeugt.

Adaptiv bedeutet: Die beweglichen Module aus Dünnschicht-Solarzellen richten sich druckluftgesteuert nach dem Sonnenstand aus. Sie passen sich aber auch dem Wärme- und Lichtbedarf des Hauses und dem Verbrauchsverhalten seiner NutzerInnen an.

Das Nachführsystem für die Solarmodule auf dem Dach wird von zweiteiligen Holzlamellen angetrieben. Wegen der Hygroskopizität quellen oder schwinden die mit unterschiedlichen Faserrichtungen verklebten Holzschichten mit zu- bzw. abnehmender Luftfeuchtigkeit.

Verändert sich die Luftfeuchtigkeit, verbiegen sich die Schichten gegeneinander und es entsteht ein bewegliches Holzelement. An sonnigen Tagen nimmt die relative Luftfeuchtigkeit ab und gegen Abend steigt sie wieder an. So können die Holz-Doppelschichten als natürlicher Motor zur Solarmodul-Nachführung eingesetzt werden.

Finanzierung des Forschungsprojekts HoNR

7 Millionen Schweizer Franken kamen von der ETH Zürich Foundation. Das Bundesamt für Umwelt (BAFU) unterstützt den Bau mit 0,5 Millionen aus der Umwelttechnologieförderung „Aktionsplan Holz“: Der mit dem Klimawandel ansteigende Anteil von Laubholz in den Wäldern soll stärker stofflich genutzt werden, beispielsweise im Bauwesen.

Im EU-Projekt Climate-KIC „Building Technologies Accelerator“ (BTA) ist die ETH Zürich Leading Partner mit dem Schwerpunkt Entwicklung und Markteinführung von Technologien zur CO2-Reduktion. Climate-KIC beteiligt sich über die nächsten Jahre mit mehreren Millionen an der ETH-Technologieentwicklung für nachhaltiges Bauen. Das HoNR is eines von sechs europäischen Living Labs im BTA-Projekt und die Markteinführung klimafreundlicher Bautechnologien beschleunigen.

Weitere Unterstützung kommt von der Kommission für Technologie und Innovation (KTI) und dem Nationalen Forschungsprogramm «Ressource Holz» (NFP 66).

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Bildnachweis: © eth zürich/marco carocari

 

 

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