Living Lab

Mit dem Projekt CUBITY sollte ein zukunftsweisendes Konzept für das studentische Wohnen der Zukunft entwickelt werden, das aktuell intensiv beforscht wird. Die studentische Wohnungsnot stellt heute in fast allen europäischen Universitätsstädten ein gravierendes Problem dar und gewinnt zunehmend an sozialgesellschaftlicher Relevanz.

Studentisches Wohnen der Zukunft

Mit dem Projekt CUBITY sollte ein zukunftsweisendes Konzept für das studentische Wohnen der Zukunft entwickelt werden, das aktuell intensiv beforscht wird. Die studentische Wohnungsnot stellt heute in fast allen europäischen Universitätsstädten ein gravierendes Problem dar und gewinnt zunehmend an sozialgesellschaftlicher Relevanz. Die Tatsache, dass Wohnraum für Studierende in nicht ausreichendem Maße verfügbar, zu kostenintensiv oder im Qualitätsangebot nicht ausreichend ist, eröffnet ein wichtiges Handlungsfeld für die Architektur. In der Diskussion um Nachhaltigkeit stellt sich nicht nur im Bereich des Rohstoff- und Energieverbrauchs die Frage nach der Suffizienz. In Bezug auf studentisches Wohnen bedeutet dies: Wie definiert sich studentisches Wohnen? In welcher Atmosphäre möchten Studierende wohnen und arbeiten? Was ist verzichtbar? Was lässt sich reduzieren?

Oder energetisch betrachtet: Wie kann sich ein studentisches Wohnhaus selbst versorgen, sich energetisch selbst genügen? Die klare Zieldefinition, das studentische Wohnprojekt im Plusenergiestandard planen und errichten zu wollen, stellte zusammen mit den Anforderungen Modularität, Mobilität, Flexibilität, Wirtschaftlichkeit und Ressourceneffizienz hinsichtlich der wechselseitigen Komplexität eine der größten Herausforderungen dar.

Die Kombination energetischer und sozialwissenschaftlicher Aspekte bildet ein interessantes und sehr innovatives Forschungsfeld.

Wiederaufbau in Frankfurt am Main

Nach Beendigung des Solar Decathlon Europe 2014 war zunächst geplant, CUBITY in Darmstadt zu errichten und als “Living Lab” mit 12 studentischen Bewohnern unter mehreren Aspekten zu untersuchen und bis zur Marktreife weiter zu entwickeln.

Die neue Standortfindung des Projektes gelang in Kooperation mit der Unternehmensgruppe Nassauische Heimstätte WohnStadt (NH). Die NH stellt, als größte Wohnungsbaugesellschaft in Hessen, für CUBITY kostenlos ein innerstädtisches Grundstück in Frankfurt am Main/Niederrad zur Verfügung.  Das Studentenwerk Frankfurt am Main erklärte sich bereit, Vermietung und Betrieb von CUBITY zu übernehmen.

Der Bauantrag für CUBITY wurde am 09.10.2015 bei der Bauaufsicht Frankfurt am Main eingereicht und im Schnellverfahren am 13.11.2015 genehmigt.

17.05.2016 Start der Erdarbeiten in der Adolf-Miersch Straße 46, Frankfurt am Main
23.05.2016 Installation der Grundleitungen
01.06.2016 Montage der Schraubfundamente
13.06.2016 Anlieferung von Cubity aus dem Zwischenlager in Weiterstadt
05.07.2016Fertigstellung Rohbau und Richtfest von Cubity unter Anwesenheit aller Projektpartner, Studierenden des Teams, Interessierten und Nachbarn
25.10.2016 Eröffnung Cubity durch Herrn Minister Tarek Al-Wazir (Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung) unter Anwesenheit aller Projektpartner, Studierenden des Teams, Interessierten, Nachbarn, den BewohnerInnen
15.11.2016 Einzug der BewohnerInnen

Mit dem Einzug der BewohnerInnen, die vom Studentenwerk nach Bewerbungsliste ausgewählt wurden, begann die energetische und sozialwissenschaftliche Monitoringphase der zweiten Forschungsstufe von CUBITY.

Monitoring

Die einzelnen Maßnahmen in der Projektstufe 2 über die Forschungszeit im LIVING LAB umfassen:

  • das energetische Monitoring
  • das sozialwissenschaftliche Monitoring
  • die Erstellung der Ökobilanzierung

Die Untersuchung der Kohärenz von Planung und Funktion im Betrieb, der Simulation und Realisation im Kontext der Bewohner*Innen und dem Gebäude in einem LIVING LAB zielt auf eine Gesamtoptimierung der technischen Systeme und baulichen Elemente sowie eine sozialwissenschaftliche Bewertung des Raumkonzepts ab. Mit der installierten technischen Infrastruktur ist die Bewertung von Energieeffizienz und Nutzerkomfort möglich, gleichzeitig kann dadurch das energetische System optimiert werden. Parallel wird der energetische Fußabdruck des Projekts durch die Erstellung einer Ökobilanz bewertbar gemacht. Die Berechnungen sind Teil des ganzheitlich verfolgten Ansatzes und machen insbesondere eine Aussage zur Ressourceneffizienz möglich.

Energetisches Monitoring

Die Gebäudeenergieeffizienz wird durch eine umfassende Monitoringausstattung differenziert erfasst und bewertbar gemacht. Alle relevanten Verbrauchsgrößen erhalten eigene Zähleinrichtungen. Über die energetische Betrachtung hinaus sind bei CUBITY weitere Aspekte von hoher Relevanz, die bei der Validierung des ganzheitlichen Ansatzes bewertet werden sollen. Das Monitoring gliedert sich in folgende drei Bereiche:

  • Energetisches Monitoring
  • Behaglichkeit und Raum-/Nutzerkomfort
  • Automatisierter Soll-Ist-Vergleich durch die aktive Funktionsbeschreibung

Im Rahmen des energetischen Monitorings wird die Gebäudeperformance ermittelt, um die Energiebilanz zu prüfen und Optimierungspotenziale zu erschließen. Hingegen dient das Behaglichkeitsmonitoring der Sicherstellung und Optimierung von Behaglichkeitsparametern wie Raumtemperatur, Luftfeuchte und CO2-Konzentration. Mit besonderem Fokus wird die automatisierte Lüftung messtechnisch begleitet, um die in der Strömungssimulation angesetzten Randbedingungen mit der Realität vergleichbar zu machen.

Mit der aktiven Funktionsbeschreibung wird die Betriebsgüte der Gebäudetechnik, die Korrektheit der definierten Funktionen und deren Komponenten überprüft. In einem automatischen Soll-Ist-Vergleich lassen sich die eingestellten Parameter und Bedingungen prüfen, identifizieren und korrigieren.

Sozialwissenschaftliches Monitoring

Ziel des sozialwissenschaftlichen Monitorings ist es, die Akzeptanz des Gebäudes und dessen innovatives Energie- und Raumkonzept durch die Nutzer*Innen zu überprüfen. Dabei geht es sowohl um die Erfassung der subjektiv wahrgenommenen Behaglichkeit und deren Vergleich mit den gemessenen physikalischen Werten als auch um die Analyse der Interaktionen zwischen dem Plusenergiegebäude und seinen Nutzer*Innen sowie den Bewohner*Innen untereinander.

Hierfür werden die Bewohner*Innen und ihr Alltag in CUBITY über einen Zeitraum von zwölf Monaten intensiv beobachtet. Im Rahmen einer Post Occupancy Evaluation begleitet der Architektursoziologe Moritz Fedkenheuer das Wohnexperiment und analysiert es aus der Perspektive der Nutzer*Innen. In regelmäßigen Abständen besucht er CUBITY und erhebt Daten mittels verschiedener Instrumente der empirischen Sozialforschung. In Interviews werden die Bewohner*Innen aufgefordert, von ihren Eindrücken, Erfahrungen und Empfindungen zu berichten. In Gruppendiskussionen sollen kollektive Meinungen und Aushandlungsprozesse ans Licht gebracht werden. Besonders spannend und vielversprechend ist zudem die Tatsache, dass der Sozialforscher jeden Monat für einige Tage selbst in CUBITY einzieht, um im Rahmen einer teilnehmenden Beobachtung das Leben im Gebäude möglichst ganzheitlich zu dokumentieren. Alle diese nicht standardisierten Methoden bieten den Vorteil, dass sie sehr detailliert die Ereignisse und Veränderungen im LIVING LAB, insbesondere bezogen auf die Verhaltensweisen und Wahrnehmungen der Nutzer*Innen, erfassen. Ergänzend hierzu kommen schriftliche bzw. standardisierte Messinstrumente zum Einsatz, beispielweise Fragebögen, um den Vergleich mit anderen Wohnheimen zu erleichtern. Die erhobenen Daten werden kontinuierlich gesichert, aufgearbeitet und einer intensiven Analyse unterzogen. Auf Basis der sozialwissenschaftlichen Auswertung wird eine Prüfung der forschungsleitenden Hypothesen vorgenommen und das CUBITY-Projekt aus Nutzerperspektive im Hinblick auf seine Funktionalität bewertet.

Ökobilanzierung

Die Reduzierung des Energieverbrauchs im Gebäudebetrieb schont vor allem energetische Ressourcen. Mit fortschreitender Verringerung des Energieverbrauchs im Betrieb wird der Energie- und Ressourcenverbrauch für die Herstellung, Instandhaltung und Entsorgung der Gebäudekonstruktion relevant. Somit rückt die Wahl des Baumaterials und der Konstruktion unter dem Aspekt der Ressourcenschonung und der Reduzierung der Umweltwirkungen in der Gebäudekonstruktion in den Vordergrund.

Um dies messbar machen zu können, wurde die Methode der Ökobilanzierung entwickelt. Eine Ökobilanz (Life Cycle Assessment – LCA) analysiert den gesamten Lebensweg eines Gebäudes hinsichtlich seiner Umweltwirkungen in verschiedenen Umweltwirkungskategorien (Treibhauseffekt, Versauerung, Ozonabbau etc.). Dies beinhaltet die Herstellung, Instandhaltung und Entsorgung der Gebäudekonstruktion sowie den Gebäudebetrieb. Zahlreiche Faktoren beeinflussen die Ökobilanz von Gebäuden maßgeblich. Analog zu den Lebenszykluskosten fallen im Bereich Ökobilanzierung relevante Entscheidungen in frühen Planungsphasen. Grundsätzliche Überlegungen zur Materialwahl, aber auch innovative architektonische Konzepte wie für CUBITY können die Ökobilanz positiv beeinflussen.

Grundlagen

Für die Ökobilanzierung von Gebäuden wurde von der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB e. V.) auf Basis der internationalen Normen eine Reihe von Festlegungen getroffen, die eine Vergleichbarkeit gewährleisten. Für die Ökobilanzierung von CUBITY wurden die Regelaufbauten der Bauteile und ihre Mengen im Gebäude bewertet, Anschlüsse blieben unberücksichtigt. Für die Berücksichtigung des Gebäudebetriebs wurden die EnEV-Berechnung und die Ertragsberechnung der PV-Anlage verwendet. Die Bewertung erfolgte im Vergleich mit den Referenzwerten der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen für den Neubau von Wohngebäuden mit mehr als sechs Wohneinheiten in der Version 2012 (NWO12).

Ergebnisse

CUBITY hat in allen betrachteten Umweltwirkungen geringere Emissionen als ein konventionelles Gebäude mit einer Energieversorgung gemäß geltender Energieeinsparverordnung (Gas-Brennwertkessel mit Solarthermie, Abluftanlage). In sechs der sieben Wirkungskategorien unterschreitet CUBITY zum Teil deutlich die Zielwerte der DGNB für ein nachhaltiges Gebäude.

Die Einsparungen ergeben sich zu einem wesentlichen Teil aus der Energieproduktion des Gebäudes mittels PV-Anlage. Durch die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom wird der Bezug von Strom aus nicht erneuerbaren Energieträgern über das Stromnetz reduziert. Außerdem wird überschüssiger Strom in das öffentliche Stromnetz eingespeist und ersetzt dort ebenfalls nicht erneuerbaren Strom. Beide Effekte führen dazu, dass die Umweltwirkungen des Gebäudebetriebs in einigen Wirkungskategorien unter null liegen, CUBITY die Umwelt also aktiv entlastet, indem es auch erneuerbaren Strom für andere bereitstellt.

Die Einsparungen aus der Gebäudekonstruktion fallen im Vergleich zum DGNB-Referenzgebäude dagegen geringer aus. In der Abbildung „Vergleich der Umwelteinwirkungen“ sind die Ergebnisse der Ökobilanzierung von CUBITY für die Umweltwirkungskategorie „Treibhauspotenzial“ (Beitrag zum Klimawandel, gemessen in kg CO2-Äquivalent) der Gebäudekonstruktion (Herstellung, Instandhaltung und Entsorgung, ohne Betrieb) dargestellt. Das Treibhauspotenzial liegt insgesamt über dem eines konventionell konstruierten Gebäudes (DGNB-Referenzgebäude). Insbesondere die Außenwände (Kostengruppe 330) und die Starkstromanlagen haben einen erheblichen Anteil am Treibhauspotenzial der Gebäudekonstruktion.

Bei der Außenwand resultieren die höchsten Beiträge aus der Polycarbonatfassade und den Aluminiumfenstern – siehe obere Kreisgrafik. Die Holztragkonstruktion ist dagegen CO2-neutral und hat keinen sichtbaren Beitrag in dieser Wirkungskategorie. Bei den Starkstromanlagen – siehe untere Kreisgrafik – resultieren die Emissionen nahezu vollständig aus der Herstellung der Photovoltaikanlage. Diese ist wiederum die Voraussetzung für die geringeren Umweltwirkungen in der Betriebsphase.

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