Versuchsarchitektur

Von Manuel Pestalozzi

Am Eingang der Eidgenössischen Materialprüfungsanstalt (Empa) im Schweizer Dübendorf grüßt ein Gebäude, das futuristischer kaum sein könnte. Das gilt nicht nur für das architektonische Erscheinungsbild, das an Bauten niederländischer Architekten wie MVRDV erinnert. Die ganze Funktion ist auf Zukunft ausgerichtet: Im Forschungsgebäude mit dem Akronym NEST (Next Evolu­tion in Sustainable Building Technologies) werden neue Baumaterialien und -technologien, die das Bauwesen nachhaltig machen sollen, unter realen Bedingungen getestet.

Die Empa ist Teil der ETH Zürich, in ihrer Funktion ist sie vergleichbar mit der Fraunhofer-Gesellschaft. Mit NEST hat sie eine Versuchsarchitektur geschaffen, die sich ständig wandelt. Der einzigartige Forschungsbau besteht aus einer permanenten Grundkonstruktion, dem „Backbone“, die nach und nach einzelne Module, sogenannte Units, aufnimmt. Aktuell sind sechs Units in Betrieb, vier weitere in Planung und Bearbeitung. Hinter jeder Unit stehen verschiedene Forschungsinstitutionen und Firmen der Bauindustrie; Gesamtregie führt die Empa.

Seit 2016 nimmt die Unit „Vision Wood“ im zweiten Obergeschoss die Westecke von NEST ein. In der Wohneinheit mit drei kleinen Apartments, die über eine Gemeinschaftszone verbunden sind, werden unter anderem eine bindemittelarme Holzfaserdämmung, mineralisierte oder hydrophobe Hölzer, nachhaltige und flammhemmende PU-Schäume sowie neue Klimatisierungskonzepte getestet. Ein Geschoss tiefer erstreckt sich entlang der Südwestfassade die Unit „Meet2Create“, ein Labor für Arbeitsprozesse der Hochschule Luzern – Technik & Architektur. Die Büroräume mit allerlei prototypischem Mobiliar befinden sich hinter einer adaptiven Gebäudehülle; in einem kleinen Erker wird eine Lichtsteuerung zur Erzeugung von Tageslichtatmosphären und -spektren getestet.

Seit August 2017 besetzt die Ostecke des dritten Obergeschosses die erste zweigeschossige Unit, „Solare Fitness & Wellness“, entworfen vom bekannten Schweizer Solar-Architekten Peter Dransfeld. Dach und Fassade sind für die Energiegewinnung optimiert; eine Hochtemperatur-CO₂-Wärmepumpe soll beweisen, dass sie die Wärme für Sauna und Dampfbad rund dreimal effizienter bereitstellen kann als herkömmliche Systeme.

Manifest der Kreislaufwirtschaft

Auch deutsche Planer ergreifen die Chance, in dem besonderen Forschungsregal ihre Ideen zu erproben. Für die jüngst an der Nordostfassade im zweiten Obergeschoss fertiggestellte Unit „UMAR“ (Urban Mining and Recycling) fragte die Empa den einst an der ETH Zürich und heute am KIT Karlsruhe tätigen Dirk E. Hebel an, eine Koryphäe auf dem Gebiet der Kreislaufwirtschaft im Bauen. Gemeinsam mit dem KIT-Forscher Felix Heisel und dem Stuttgarter Bauingenieur und Architekten Werner Sobek realisierte er mit der modularen, architektonisch ambitionierten Einheit ein gebautes Manifest für die immer dringlicher werdende Wiederverwertung von Baustoffen.

„UMAR“ ist eine Wohneinheit mit zwei Schlafzimmern, einer Gemeinschaftszone und zwei Nasszellen. Ihre Module bestehen aus unbehandeltem Holz, das problemlos weiterverwertet werden kann. Die Architekten verstehen ihre Unit als „Materiallager“; nichts soll im allgemeinen Bauschutt und letztlich in einer Grube enden. Entsprechend große Aufmerksamkeit schenkte man der Reinheit von Materialien und den Verbindungen, das Motto hieß: „geklemmt, nicht geklebt“. Das Projektteam suchte in verschiedenen Ländern die Produkte zusammen, die ihre hohen Anforderungen an die Wiederverwertbarkeit erfüllen, beispielsweise einen Dämmstoff aus alten Bluejeans. Im Entree von „UMAR“ befindet sich eine kleine Materialbibliothek mit Datenblättern, die über die Kreislaufgerechtigkeit und -position informiert. Diese Sammlung ist auch auf der „UMAR“-Website abrufbar.

Mehr als die Summe von Teilen

Das Backbone, entworfen vom Züricher Architekturbüro Gramazio Kohler, gibt dem Ganzen seinen architektonischen Rahmen. An ein zentrales Atrium grenzen auf allen überirdischen Niveaus Versammlungs- und Vortragszonen. Die stützenfreien Flachdecken, die die Forschungsunits aufnehmen, werden durch schräge Versätze dynamisiert. Visualisierungen aus der Planungszeit dokumentieren die Erwartung, dass die Versuchsbauten diesen Umriss respektieren. Es bestehen Vorgaben für den kontrollierten Gesamteindruck, eine architektonische Strategie, die an Le Corbusiers „Plan Obus“ für Algier erinnert. Auf der obersten Platte, die im Rohzustand überragt wird vom abgeschrägten zentralen Oberlicht des Atriums, besteht mehr Gestaltungsfreiheit. Hier sind auch zweigeschossige Installationen und freie Dachformen möglich.

Integriert in das Backbone sind Treppenhäuser und Versorgungslifte sowie Medienkanäle für Luft, Wasser, Wärme, Kälte und Strom. Spezielle, normierte Anschlüsse verbinden die einzelnen Units mit der Infrastruktur. In einem zentralen Verteilzentrum, Hub genannt, wird Energie in Form von Wärme, Kälte und Strom zwischengespeichert, umgewandelt und wieder auf die verschiedenen Units verteilt – ein Modell für die heute viel diskutierte intelligente Energieversorgung (Smart Grids). Viele Hub-Funktionen sind im Kellergeschoss zusammengefasst.

So dient NEST mit seinen Units auch als Quartiermodell: An den „Energy Hub“ angeschlossen ist das Versorgungsnetz des Campus und „move“, ein Future Mobility Demonstrator auf dem Areal. Die Unit „Water Hub“, die die Eidgenössische Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz betreut, widmet sich der Forschung über die Gewinnung von Nährstoffen aus Urin, der Aufbereitung und Nutzung von Grauwasser und der Energiegewinnung aus Fäkalien, die NEST-intern gesammelt werden. Bestandteil des Konzepts fast aller Units ist nämlich, dass diese als Büros, Wohnungen und Aufenthaltsräume genutzt werden und so meist belebt sind. Im NEST herrschen, wie die Betreiberinnen stolz betonen, reale Bedingungen.

Nie vollendet, stets belebt

Derzeit wird im zweiten Obergeschoss zwischen „Vision Wood“ und „UMAR“ die Unit „SolAce“ eingebaut. Die Fassade der von der ETH Lausanne betreuten Unit soll für eine ganzjährig positive Energiebilanz der kombinierten Wohn- und Arbeitsräume sorgen. Im „DFAB HOUSE“ in der Nordecke des dritten Obergeschosses haben die Bauroboter des Fachbereichs Architektur und Digitale Fabrikation der ETH Zürich ihre Arbeit aufgenommen. Hier werden neue Entwurfs-, Material- und Herstellungstechnologien getestet und analysiert. Der „In situ Fabricator“ für die robotische Vor-Ort-Fabrikation erstellt unter anderem mit der neuen Bautechnologie Mesh Mould eine schalungsfreie, statisch optimierte Betonwand.

Für die Unit „HiLo“, die die südliche Skyline des NEST prägen wird, wurden bereits mehrere Prototypen für eine ultraschlanke Beton-Dachschale aus einer wärmegedämmten Sandwichkonstruktion erstellt. Das zweigeschossige Penthouse der ETH Zürich wird akademischen Gästen als Wohn- und Arbeitsraum dienen und soll noch in diesem Jahr eingeweiht werden.

Laut Peter Richner, dem stellvertretenden Direktor der Empa, wird das Forschungsregal in zwei bis drei Jahren vollkommen bestückt sein. Dann können, so meinte er, die ältesten Units bereits wieder rückgebaut werden und Raum für neue Forschungsprojekte schaffen.

Was im NEST erforscht wird

Vision Wood

• bindemittelarme Holzfaserdämmung
• Oberflächenbeschichtung mit nanofibrillierter Zellulose
• antimikrobielle Holzoberflächen
• hydrophobes, magnetisierbares und mineralisiertes Holz
• Bambus-Kompositmaterial als Terrassenbelag

Meet2Create

• experimentelle Arbeits- und Besprechungsräume
• schalldämmende Textilien
• Cloud-Automation
• passives Energiekonzept (Zeolith, PCM und Pflanzen)
• Photovoltaik an Fassade und Sonnenschutz

Solare Fitness & Wellness

• energieeffiziente Wellnesstechnik mit Sauna und Dampfbad
• wassersparende Armatur
• Nordfassaden aus Glas

HiLo

• Leichtbaukonstruktionen und -schalung aus Beton
• adaptive Solarfassade

UMAR

• recycelbare Primärstruktur
• Materialressource Abfall und Urban Mining
• Ressource kultivierte Materialien
• 4D-Katasterplan potenziell wiederverwendbarer Materialien

DFAB House

• robotische Vor-Ort-Fabrikation mit „In situ Fabricator“
• Vor-Ort-Fabrikation einer statisch optimierten Betonwand (Mesh Mould)
• Vorfabrikation nicht standardisierter Beton- und Holzelemente
• Digital Living

SolAce

• Produktion von Strom und Warm­wasser direkt durch die Fassade
• selektiv durchlässige, Licht und Wärme lenkende Gläser
• eingefärbte Gläser für Photovoltaik und Solarthermie
• Echtzeit-Überwachung der Beleuchtungsverhältnisse

Active Assisted Living

• Assistenzsysteme für selbstständiges Wohnen im Alter

Water Hub

• Gewinnung von Nährstoffen aus Urin
• Nutzung von Grauwasser
• Energiegewinnung aus Abwasser

Energy Hub

• Produktion, Umwandlung, Transport und Speicherung von Energie in einem Quartierverbund

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