HiLo-Forschungseinheit - Leichtbau mit passgenauem Brandschutz

Ein filigranes, geschwungenes Betondach, selbstlernende Gebäudetechnik sowie passgenau gefertigte Brandschutz-Verglasungen sind die markanten Kennzeichen der HiLo-Gebäudeeinheit auf dem Dach des NEST-Forschungsgebäudes im schweizerischen Dübendorf. Das Bauprinzip von HiLo soll nicht nur Material einsparen helfen, sondern auch Emissionen und Energiebedarf senken.

NEST ist ein modulares Forschungs- und Versuchsgebäude der beiden Schweizer Forschungsinstitute Empa und Eawag. Es wurde 2016 eröffnet und steht auf dem Empa-Campus in Dübendorf. Im NEST arbeiten nationale und internationale Forscherteams aus Universitäten und Fachhochschulen, Architekturbüros und Firmen eng zusammen. Hier können sie neue Materialien, Technologien und Produkte, Energie- sowie Nutzungskonzepte unter realen Bedingungen risikofrei testen und weiterentwickeln.

Im Sinne eines »Living Lab« sind die installierten Units dabei keine abgeschotteten Laborumgebungen, sondern real genutzte Wohn- und Arbeitsumgebungen. Das Feedback der Nutzerinnen und Nutzer liefert wertvolle Erkenntnisse für die Weiterentwicklung. Damit beschleunigt NEST den Markteintritt nachhaltiger Innovationen im Gebäudebereich.

Das Gebäude besteht aus einem zentralen Rückgrat – dem »Backbone« – und drei offenen Plattformen, auf denen einzelne Forschungs- und Innovationsmodule nach einem »Plug-&-Play«-Prinzip für eine begrenzte Dauer installiert werden. So können diese sogenannten Units nach Abschluss der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wieder ausgebaut werden, um neuen Modulen Platz zu machen.

Nachhaltig erhellt

Leichtbau inspiriert von Kathedralendecken

An der HiLo-Gebäudeeinheit auf dem Dach des NEST-Forschungsgebäudes werden derzeit Leichtbauweisen erprobt und mit intelligenten und adaptiven Gebäudesystemen kombiniert. Inspiriert wurden die Forschenden dabei von den Strukturen historischer, selbsttragender Kathedralendecken.

Die HiLo-Einheit ist als zweigeschossiger kollaborativer und flexibler Arbeitsbereich mit zwei geschlossenen Büros und mehreren gemeinsam genutzten, offenen Bürobereichen konzipiert. HiLo steht dabei für »High Performance – Low Emissions«.

Das doppelt gekrümmte Dach, augenfälligster Ausdruck des Konstruktionsprinzips, gewinnt seine Tragfähigkeit aus der Geometrie und seinem zweischaligen Aufbau. Es besteht aus einer doppelt gekrümmten, zweischichtigen Betonschale, welche auf einer flexiblen Schalung basiert, die weitgehend aus wiederverwendbaren Elementen gebaut wurde. Dank der speziellen Konstruktion des Bodens musste nur dort Material eingebaut werden, wo es gemäß dem Kräftefluss von Druck und Zug auch strukturell erforderlich war. Die Leichtbau-Deckenkonstruktion von HiLo spart so im Vergleich zu herkömmlichen Betondecken mehr als 70% an Material ein. Die Zwischenböden verfügen zudem über  ein eingebettetes Heiz- und Kühlnetz.

Brandschutzgläser im Gebäudeinneren

Sonnenschutz und Brandschutz in adaptiver Fassade

Wesentliche Elemente des Bauprinzips bei der HiLo-Einheit sind neben der Materialeinsparung die Senkung der Emissionen und des Energiebedarfs. Dies wird durch eine Kombination verschiedener Maßnahmen – u. a. unter Einsatz innovativer Komponenten der Gebäudetechnik – erreicht, die das Raumklima effizient regulieren. Dazu gehören eine speziell für die HiLo-Unit entwickelte adaptive Solarfassade aus flexiblen Photovoltaik-Modulen, die den Sonneneinfall in den Raum steuern, um je nach Bedarf passiv zu heizen oder den Kühlungsbedarf zu senken, und eine elektrochrome Verglasung von SageGlass, die die Helligkeit im Gebäude reguliert und gleichzeitig als Sonnen- und Wärmeschutz dient. Die einzelnen Gläser wurden direkt an die geschwungene Dachform angepasst, für die kein mechanischer Sonnenschutz möglich gewesen wäre.

Wo aufgrund der Nähe zu anderen Gebäuden Brandschutz in der Fassade erforderlich war, kamen Brandschutz-Verglasungen ‚Contraflam 30 Climatop‘ von Vetrotech Saint-Gobain als Dreifachisolierverglasungen zum Einsatz. Auch hier waren Sonderlösungen gefragt, um die Gläser an die Fassade anzupassen Die Gläser wurden daher als Vielecke mit schrägen Kanten in unterschiedlichen Abmessungen gefertigt. Die mit Sicherheits-, Sonnen- und Wärmeschutzeigenschaften kombinierten, maßgeschneiderten Multifunktionsverglasungen erfüllen damit sowohl alle Anforderungen an die Effizienz als auch an die Ästhetik und sorgen für Sicherheit und Klimakomfort. Zudem wurde die Beschichtung der Gläser farblich an die anderen Fassadengläser angepasst, so dass die Gebäudehülle einheitlich und hochwertig erscheint.

Robuste Architektur – Lowtech Design

Selbstlernende Technik für Raumkomfort

Alle im HiLo-Gebäude eingesetzten Lösungen sollen dazu beitragen, den Bewohnern einen hohen Komfort mit minimalem Energieverbrauch zu bieten. Deshalb wurde ein ganzheitliches Konzept entwickelt, so dass HiLo als intelligenter und lernfähiger Betrieb funktioniert. Die modernen Heiz-, Beschattungs- und Belüftungssysteme lernen anhand von Betriebsdaten, beispielsweise aus den von den Bewohnerinnen und Bewohnern bevorzugten Temperaturen, Lichtverhältnissen und Luftqualitäten. 

Gleichzeitig lernen diese auch vom Gebäude: An Visualisierungen können sie beispielsweise ablesen, wie sie den Energieverbrauch reduzieren können, ohne auf Komfort verzichten zu müssen. Das HiLo zeigt durch diesen innovativen Ansatz eindrücklich, wie die Integration neuartiger Bausysteme in Leichtbau-Strukturen einen energieeffizienten Betrieb und einen hohen Nutzerkomfort ermöglicht.