Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit einem Lösungsansatz für die wohl zwei wichtigsten Herausforderungen der Zukunft. Zum einen gilt es die Wohnungsnot speziell im sozialen Bereich zu bewältigen und zum anderen die Klimakrise zu bekämpfen. Dabei wird auf aktuell vorherrschende Problematiken und Situationen zu den jeweiligen Themen eingegangen und erörtert, welche Verantwortungen und Aufgaben speziell die Politik und der Bausektor besitzen. Die österreichische Hauptstadt Wien setzt auf Holzbau und Gebäudebegrünung im sozialen Wohnungsbau. Dies dient als Vorbild zur Untersuchung vorgefertigter nachhaltiger Holzmodule samt Begrünung der Gebäudehülle. Dabei werden die wesentlichen Möglichkeiten für ein vorgefertigtes Holzmodul vorgestellt und die Vorteile von Holz und Fassadenbegrünung analysiert. Ein Kostenvergleich zu konventionellen Methoden, wird anhand von ausgewählten Beispielen veranschaulicht. Im analytischen Teil erfolgt die bauphysikalische Untersuchung eines Holzmoduls mit den Anforderungen eines KfW- 40-Energiestandard-Gebäudes. Abschließend wird dieses mit dem thermischen Simulationsprogramm IDAICE, auf seine thermischen Eigenschaften für den Komfort des Nutzers untersucht.
Inhaltsverzeichnis
I. THEORETISCHER TEIL
1. EINLEITUNG
2. SITUATION UND PROBLEMATIK IN DEUTSCHLAND
2.1. WOHNUNGSNOT
2.2. KLIMAZIELE / GEG
3. NACHHALTIGES BAUEN
3.1. KLIMAWIRKUNG BAUSEKTOR
3.2. LEBENSZKLUSBETRACHTUNG – GRAUE ENERGIE
3.3. LEBENSZYKLUSKOSTEN
3.4. SOZIOKULTURELLE UND FUNKTIONALE DIMENSION
4. NATURBANES WOHNEN
5. BAUEN MIT HOLZ
5.1. BEGRIFFLICHKEITEN
5.1.1. INDUSTRIELLES BAUEN
5.1.2. MODULARITÄT
5.1.3. VORFERTIGUNG
5.1.4. MASS CUSTOMIZATION
5.2. HOLZ ALS BAUSTOFF ZUR VORFERTIGUNG
5.2.1. HOLZ ALS KLIMASCHÜTZER
5.2.2. VORFERTIGUNG IM HOLZBAU
5.2.3. MODULARITÄT IM HOLZBAU
5.2.4. HOLZBAUSYSTEME
HOLZRAHMENBAU
FLÄCHIGE SYSTEME
EINSATZ DER HOLZBAUWEISEN
5.2.5. FERTIGUNGSPLANUNG MIT HOLZ
5.2.6. KOSTENANALYSE IM HOLZBAU
PROJEKT WOLFURT
BAUBETRIEBLICHE BEWERTUNGSKRITERIEN
5.3. BAURECHTLICHE EINTEILUNG IM MEHRGESCHOSSIGEN HOLZBAU
5.4. GESUNDES BAUEN UND WOHNEN
6. BEGRÜNTE GEBÄUDEHÜLLE
6.1. POSITIVE EIGENSCHAFTEN DER GEBÄUDEBEGRÜNUNG
6.2. KOSTEN
6.3. HORIZONTALE BEGRÜNUNG
6.4. MÖGLICHKEITEN EINER FASSADENBEGRÜNUNG
6.4.1. BODENGEBUNDENE BEGRÜNUNG
6.4.2. WANDGEBUNDENE BEGRÜNUNG
II. ANALYTISCHER TEIL
7. METHODISCHES VORGEHEN
7.1. VERWENDETE PROGRAMME
7.2. EXCELTOOL MASS CUSTOMIZATION
8. HOLZMODUL
8.1. WANDKONSTRUKTION
8.1.1. WÄRME UND FEUCHTESCHUTZ
8.1.2. ENTSCHEIDUNGSPARAMETER ZUR FASSADENBEGRÜNUNG
8.2. FLACHDACH IN HOLZBAUWEISE MIT DACHBEGRÜNUNG
8.2.1. FEUCHTESCHUTZ
WÄRMEDÄMMUNG IN DER TRAGEBENE, BEGRÜNT
WÄRMEDÄMMUNG OBERHALB DER TRAGEBENE, BEGRÜNT
SEPARATE BELÜFTUNGSEBENE, BEGRÜNT
8.2.2. WÄRMESCHUTZ
8.3. FUßBODEN/-DECKENKONSTRUKTION
8.4. SCHALLSCHUTZ
8.5. BRANDSCHUTZ
9. SIMULATION MIT IDA ICE
9.1. GRUNDEINSTELLUNGEN
9.2. ERSTE SIMULATIONSERGEBNISSE
9.3. ZWEITE SIMULATIONSERGEBNISSE
10. FAZIT
11. LITERATURVERZEICHNIS
11.1. QUELLENANGABEN ABBILDUNG
11.2. QUELLENANGABEN TABELLEN
Zielsetzung & Themen
Die Masterarbeit untersucht, inwieweit vorgefertigte, nachhaltig begrünte Holzmodule einen Beitrag zur Lösung der Wohnungsnot und zur Bewältigung der Klimakrise im urbanen Raum leisten können, unter Berücksichtigung bauphysikalischer Anforderungen und finanzieller Aspekte.
- Analyse der Wohnungsmarktsituation und Klimaziele in Deutschland.
- Untersuchung nachhaltiger Holzbausysteme und deren Vorfertigungspotenziale.
- Bewertung von Fassaden- und Dachbegrünung hinsichtlich ökologischer und ökonomischer Faktoren.
- Bauphysikalische Untersuchung eines Holzmoduls unter Einhaltung des KfW-40-Energiestandards.
- Thermische Komfortanalyse mittels Simulation mit der Software IDA ICE.
Auszug aus dem Buch
8.1.1. Wärme und Feuchteschutz
Als Tragelement soll beim Holzmodul Brettsperrholz eingesetzt werden. Dieses besitzt bereits abhängig vom Feuchtegehalt eine Wasserdampfdiffusionswiderstand2 zwischen μ = 30-80 und ist damit diffusionshemmend. Dadurch kann auf eine raumseitige dampfbremsende Folie verzichtet werden. Durch die hohe spezifische Wärmekapazität von Holz, c = 2100 J/(kgꞏK), bieten die raumseitigen großflächigen Brettsperrholzwände gerade im Vergleich zu konventionellen Leichtbaukonstruktionen bei gleichem U-Wert eine nahezu dreifache Speichermasse. Dies führt zu einer größeren Phasenverschiebung und Amplitudendämpfung, was wiederum die Behaglichkeit speziell in den Sommermonaten steigert. Die einzelnen Elemente werden miteinander mit elastischen Kompressionsbändern dauerhaft luftdicht zu einer strömungsdichten Gebäudehülle verbunden, die nur minimale konvektive Heizwärmeverluste aufweist.
Für die BSP-Platte kann eine Wärmeleitfähigkeit von λ = 0,13 W/(mꞏK) angenommen werden. Für dieses Projekt wird zur Einfachheit auf eine genaue Tragwerksanalyse verzichtet und stattdessen als Dicke eine 5-lagige-BSP-Platte mit 125 mm verwendet. Diese Wandstärke entspricht auch der Dicke des Modulbaus beim Projekt WOODIE in Hamburg, welches als Leitbild für das zu untersuchende Modul gilt. Auf die Holzplatte wird eine Unterkonstruktion mit Mineralwolldämmung von 200 mm mit einem λ = 0,031 W/(mꞏK) aufgebracht (Mestek et al., 2016, S.11f.). Die Entscheidung für Mineralwolle (Steinwolle oder Glaswolle) statt einer Dämmung aus Naturfasern hat unterschiedliche Gründe. Zum einen besitzen Naturfasern eine höhere Wärmeleitfähigkeit (0,04 – 0,055 W/mK im Vergleich zu Mineralwolle 0,03 – 0,04 W/mK). Dementsprechend schlechter ist die Dämmwirkung von Naturfasern. Dies könnte zwar durch eine größere Dämmschicht einer natürlichen Dämmung kompensiert werden, nimmt dafür aber Platz in Anspruch, welcher gerade bei Raummodulen auf Grund der Transportgrößen sehr begrenzt ist. Zudem besitzt Mineralwolle hervorragende Schal- und Brandschutzeigenschaften. Auch aus ökonomischer Sicht übertrifft die Mineralwolle andere Dämmungen. Ökologische Dämmstoffe sind in der Regel deutlich teurer als Mineralwolle.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Die Arbeit beleuchtet die Herausforderungen der Wohnungsnot und Klimakrise und identifiziert den Holz-Modulbau mit Gebäudebegrünung als potenziellen Lösungsansatz.
2. Situation und Problematik in Deutschland: Es werden der Mangel an bezahlbarem Wohnraum und die Anforderungen des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) analysiert, um die Dringlichkeit neuer Bauansätze aufzuzeigen.
3. Nachhaltiges Bauen: Die Arbeit erläutert die drei Dimensionen der Nachhaltigkeit (Ökologie, Ökonomie, Soziokultur) und deren spezifische Bedeutung im Bausektor hinsichtlich Lebenszyklus und Klimawirkung.
4. Naturbanes Wohnen: Der Begriff "Naturban" wird als Leitbild für eine nachhaltige, städtische Wohnzukunft in Holzbauweise vorgestellt, wobei Wien als Referenz für geförderten Holzwohnungsbau dient.
5. Bauen mit Holz: Dieses Kapitel definiert wesentliche Fachbegriffe wie industrielle Vorfertigung, Modularität und Mass Customization und analysiert Holzbausysteme sowie deren ökonomische und baubetriebliche Bewertung.
6. Begrünte Gebäudehülle: Es werden die positiven Auswirkungen von Pflanzen auf das städtische Kleinklima, das Wohlbefinden und die Gebäudelebensdauer sowie die verschiedenen technischen Möglichkeiten der Fassaden- und Dachbegrünung untersucht.
7. Methodisches Vorgehen: Hier wird der analytische Teil eingeleitet, in dem die Simulationsumgebung zur Untersuchung des Holzmoduls und das entwickelte Excel-Tool zur Planung basierend auf Mass Customization beschrieben werden.
8. Holzmodul: Dieses Kapitel detailliert die konstruktiven Anforderungen, einschließlich Wandaufbau, Wärme- und Feuchteschutz, sowie Schall- und Brandschutz, unter Berücksichtigung des KfW-40-Standards.
9. Simulation mit IDA ICE: Anhand dynamischer thermischer Simulationen werden das energetische Verhalten und der Nutzerkomfort der Module unter verschiedenen klimatischen Bedingungen und Sonnenschutzszenarien bewertet.
10. Fazit: Die Arbeit resümiert, dass der Bau von begrünten Holzmodulen ein technisch machbarer und wirtschaftlich vergleichbarer Weg zu nachhaltigem, sozialem Wohnungsbau ist, der politisches Handeln erfordert.
Schlüsselwörter
Nachhaltiger Holz-Modulbau, Wohnungsnot, Klimaschutz, Fassadenbegrünung, Dachbegrünung, KfW-40-Standard, Lebenszykluskosten, Mass Customization, Modulares Bauen, Industrielles Bauen, Brettsperrholz, Bauphysik, IDA ICE, Wärme- und Feuchteschutz, Nachhaltigkeit.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Kombination aus nachhaltigem, vorgefertigtem Holz-Modulbau und grüner Gebäudehülle als Lösungsstrategie für bezahlbaren Wohnraum und den Klimawandel.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Schwerpunkte sind der serielle Holzbau, nachhaltige Baukonzepte, bauphysikalische Anforderungen an Wand- und Dachkonstruktionen sowie der Einsatz von Gebäudebegrünung zur Verbesserung des thermischen Komforts.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es, nachzuweisen, dass nachhaltige Holzmodule einen wichtigen Baustein für bezahlbaren und ökologischen Wohnraum darstellen können, die mindestens den KfW-55-Standard erfüllen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Neben einer umfassenden Literatur- und Theorieanalyse werden ein selbst entwickeltes Excel-Tool zur modularen Planung sowie dynamische thermische Simulationen mit der Software IDA ICE zur Bewertung des Innenraumkomforts eingesetzt.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in theoretische Grundlagen zu Nachhaltigkeit und Holzbau sowie einen analytischen Teil, in dem ein konkretes Holzmodul bauphysikalisch und energetisch untersucht wird.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich am besten mit Begriffen wie Holz-Modulbau, soziale Nachhaltigkeit, energetische Effizienz, Fassadenbegrünung und Mass Customization beschreiben.
Warum wird im Holzbau verstärkt auf Vorfertigung gesetzt?
Vorfertigung ermöglicht eine witterungsunabhängige, präzise und effiziente Produktion in Werkhallen, was die Bauzeiten vor Ort reduziert, Qualitätsstandards erhöht und Logistikkosten minimiert.
Welchen Einfluss hat die Gebäudebegrünung auf das Modul?
Begrünung trägt zur natürlichen Kühlung (Verdunstungseffekt) und Verschattung bei, schützt die Bausubstanz vor Witterungseinflüssen und leistet einen Beitrag zur Artenvielfalt und zum psychischen Wohlbefinden der Bewohner.
Wurde der angestrebte Energiestandard erreicht?
Ja, durch die bauphysikalische Optimierung des Modulaufbaus und eine intelligente Sonnenschutzregelung konnte in der Simulation sogar der KfW-40-Standard erreicht werden.
Gibt es eine Kostenaussage zum Holzbau im Vergleich zu konventionellen Methoden?
Die Untersuchung zeigt, dass höhere Herstellungskosten im Holzbau durch Zeitvorteile bei der Montage, Flächengewinne und eine optimierte Planung weitgehend kompensiert werden können.
- Arbeit zitieren
- Max Wagner (Autor:in), 2021, Nachhaltiger Holz-Modulbau. Eine urbane Lösung für bezahlbaren Wohnraum?, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1169827
