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Solar Decathlon in Wuppertal: die Teams und ihre Entwürfe

In sieben Teams treten deutsche Hochschulen beim SDE 21/22 an. Ihnen geht es nicht nur um Photovoltaik und energetische Aspekte. Fast alle Projekte setzen sich auch mit bezahlbarem Wohnraum auseinander: Kleine, flexible Wohneinheiten findet man, kombiniert mit Gemeinschaftsräumen. Auch Holzbau ist aus mehreren Gründen angesagt

Der Solar Decathlon Europe 21/22 widmet sich in Wuppertal erstmals urbanen Herausforderungen, also dem Bauen im Bestand.

Diese Teams und ihre Enwürfe stellen wir vor:

Von Lars Klaaßen

Vom 10. bis 26. Juni 2022 wird in Wuppertal der Solar Decathlon Europe 21/22 (SDE21/22) mit einer Reihe von Veranstaltungen begangen. Der internationale Hochschulwettbewerb für nachhaltiges Bauen sollte schon im vergangenen Jahr stattfinden, wurde aber aufgrund der Corona-Einschränkungen auf diesen Sommer verlegt. 18 studentische Teams aus elf Ländern planen und bauen für künftig nachhaltige Städte. Nachdem das Konzept und die Geschichte des Solar Decathlon auf DABonline vorgestellt wurden, präsentieren wir nun die Projekte der sieben Teams mit deutscher Beteiligung.

Drei konkrete urbane Herausforderungen beim Solar Decathlon

Die am SDE21/22 beteiligten Teams können sich einer von drei Bauaufgaben widmen, die jeweils eine konkrete urbane Herausforderung im Gebäudebestand abbilden. Im Unterschied zu anderen Architekturwettbewerben entwerfen die Teilnehmer ihre Häuser nicht nur, sondern sie bauen und betreiben sie auch. Bei der „Design Challenge“ konzeptionieren die Teams ein Entwurfs- und Energiekonzept für ein Gebäude. Dieses soll sich am urbanen Kontext orientieren und dem Gedanken der Klimaneutralität folgen.

Bei der „Building Challenge“ wählen die Teams eine repräsentative Wohneinheit aus ihrem Gesamtgebäudeentwurf aus: eine voll funktionsfähige, ein- bis zweistöckige Wohnung. Diese bauen und betreiben die Teams auf dem „Solar Campus“ im Mirker Quartier in Wuppertal. Beide Wettbewerbsteile fließen anhand von zehn Disziplinen – denen der Wettbewerb seinen Titel verdankt – in die Gesamtwertung ein. Das Team, das am Ende die meisten Punkte aus allen Disziplinen erzielt hat, gewinnt den SDE 21/22.

Die drei Bauaufgaben lauten:

  • Sanierung und Aufstockung: die städtische Dichte und die Nutzungsvielfalt erhöhen.
  • Baulückenschließung: die städtische Dichte erhöhen und das Stadtbild reparieren.
  • Sanierung und Erweiterung: Abhilfe bei unzureichender Wärmedämmung und starren Grundrissen schaffen.

zweigeschossiger Altbau mit Backstein und blauer Fassade
Viel Luft nach oben: Dieses ehemalige Lagerhaus im Mirker Quartier, derzeit eine Tanz- und Event-Location, soll aufgestockt werden. © SDE-21-22

Für jede dieser Aufgaben gibt es in Wuppertal ein reales Gebäude beziehungsweise ein Grundstück, für das die Teams Lösungen erarbeiten können. Dort lassen sich die Entwürfe für dieselben Herausforderungen wie bei einem Architekturwettbewerb direkt miteinander vergleichen. Fünf deutsche und ein deutsch-türkisches Team haben sich der Aufstockung gewidmet, drei davon am Wuppertaler Beispiel: Dabei soll ein im Jahr 1905 gebautes Lagerhaus saniert und aufgestockt werden. Derzeit wird das Gebäude vom Café ADA genutzt, einer Gastronomie-, Tanz- und Eventlocation. Die drei anderen Teams wählten die Aufgabe der Aufstockung anhand eines anderen Beispiels an einem Ort ihrer Wahl. Das siebte Team setzte seinen Fokus auf Baulückenschließung. Das Thema Sanierung und Erweiterung wählte keine der deutschen Hochschulen.

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Team MIMO: energiBUS und gläserne Klimahülle

Das Team MIMO („Minimal Impact – Maximum Output“) von der Hochschule Düsseldorf möchte auf den alten Zweigeschosser in Wuppertal vier weitere Etagen setzen. 15 Vollholzmodule auf dem Dach, so der Plan, sollen zusätzlichen Wohnraum für je ein bis vier Personen schaffen. Herzstück des Energiekonzepts ist der sogenannte energiBUS. Dieses Steuerungssystem soll die Photovoltaikanlage mit einer Wärmepumpe, einem Kälte- und einem Wärmespeicher sowie den größeren Haushaltsgeräten im Gebäude koppeln. Horizontale Glaslamellen werden den gesamten Aufbau in der Funktion einer Klimahülle umgeben. Über die Lamellen kommt einerseits frische Luft ins Haus. Vor allem aber ist jede von ihnen mit Photovoltaikzellen ausgestattet. Wir sind hier ja beim Solar Decathlon, nachhaltige Energieversorgung steht im Fokus.

Auch der Klimawandel ist mitbedacht: Regenwasser wird auf dem Dach aufgefangen und in einer Zisterne gesammelt. Überschüssiges Wasser fließt in einen Naturteich. In einem Gewächshaus auf dem Gebäude können die Bewohner*innen ihr eigenes Gemüse pflanzen. Die Wohneinheiten sind eng bemessen, „im Sinne der Suffizienz“ wie das Team aus Düsseldorf argumentiert. Zum Ausgleich sei zwischen diesen einzelnen Modulen Raum eingeplant, der gemeinschaftlich genutzt werden kann. Wohn- wie Arbeitsbereiche sind hierfür vorgesehen. Zudem könne eine Dachterrasse das Zusammenleben im Haus fördern, hofft MIMO – und zwar ganzjährig: „An kalten Tagen schließt sich die Klimahülle und die Terrasse wird zum Wintergarten.“

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Team RoofKIT: Ein „Solarbaum“ und energetische Kreisläufe

100 Prozent erneuerbare Energien für seinen Gebäudeentwurf zu nutzen, hat sich das Team RoofKIT vom Karlsruher Institut für Technologie für die Aufstockung in Wuppertal zum Ziel gesetzt. Sonnenenergie soll auf allen möglichen Gebäudeflächen gewonnen  werden, ergänzt durch zusätzliche Solaranlagen im Hinterhof, unter anderem einen „Solarbaum“. Ihre Konstruktion basiere auf Kreislaufdenken, betonen die Wettbewerber aus Karlsruhe: „Alle Verbindungen sind lösbar, ohne Verwendung von Klebstoffen und Verbundmaterialien.“ Für den Betrieb plant das Team, energetische Kreisläufe zu initiieren. So sollen Gebäuderückstände wie organische Abfälle und Abwässer zur Energie- und Wärmeerzeugung genutzt werden.

Um drei Geschosse soll der Altbau aufgestockt werden, RoofKIT setzt dabei auf Holzmodulbauweise. Dies, so das Kalkül, mache den Bauprozess schneller, effizienter und kostengünstiger. Die zwei oberen Geschosse sind für Wohnzwecke vorgesehen, darunter ein Tanzsaal. Dieser ist mit seiner hölzernen Tragkonstruktion leicht zurückgesetzt. „Durch Glaselemente, große Raumhöhen und eine umlaufende Freiterrasse wird der Tanzsaal in der Stadt sichtbar und die Bedeutung der Kunst und Kultur des Ortes unterstrichen“, so das Team. Im ersten Geschoss ersetzt ein Hotel den bisherigen Standort des Tanzsaals.

„Flexible Grundrisse und ein Sharing-Economy-Konzept im gesamten Gebäude ermöglichen eine maximale Raumnutzung“, argumentiert das Team. „Durch großzügige und multifunktional nutzbare Gemeinschaftsräume kann die Größe des privaten Raums pro Person ohne Abstriche in der Wohnqualität reduziert werden.“ Die Wohneinheiten sollen allesamt barrierefrei gestaltet werden, die modulare Bauweise an wechselnde Bedürfnisse angepasst werden können.

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Team x4s: Brandschutz mit Holz und ein „Mobility Hub“

Um vier Wohn- und Arbeitsgeschosse möchte x4s den Wuppertaler Altbau aufstocken. Das Team von der Hochschule Biberach setzt wie die beiden anderen auf Massivholzkonstruktionen und Reduktion der privaten Wohnflächen, die mit Gemeinschaftsräumen zur flexiblen Nutzung ergänzt werden: „Auf diese Weise werden die CO2-Emissionen reduziert und die Gemeinschaft gefördert.“ Die Bauteile sind trennbar und wiederverwendbar. Ein hoher Vorfertigungsgrad soll kurze Bauzeiten ermöglichen und Umweltbelastungen reduzieren. „Des Weiteren“, betonen die Biberacher, „bietet der Massivholzbau einen hohen Brand- und Schallschutz, was bei mehrgeschossigen Gebäudeaufstockungen wichtig ist.“

Eine für solare Gewinne optimierte Gebäudehülle im Passivhausstandard soll den Energieverbrauch in den neuen Obergeschossen minimieren: „Die Außenfassade trägt ebenso wie das Dach aktiv zur Erzeugung von Wärme und Strom bei.“ Dafür integriert das Team Photovoltaik-Module sowie kombinierte Solarthermie- und Photovoltaikelemente in die Gebäudehülle. Eine wichtige Rolle spielen auch neuartige Speichersysteme, um das Haus energetisch unabhängig zu machen. Voraussetzung für einen netzverträglichen Gebäudebetrieb ist der Einsatz eines intelligenten Gebäude-Managementsystems, das die Betriebsführung der gesamten Haustechnik übernimmt.

Auch die Außenbereiche wurden in das Konzept miteinbezogen: So sollen Carsharing-Angebote die Anzahl von privaten Parkplätzen auf ein Minimum reduzieren, sodass Grünflächen und Erholungsräume geschaffen werden können. Auch ein „Mobility Hub“ ist auf dem Grundstück vorgesehen, worin eine DIY-Werkstatt, ein Fahrradverleih sowie Ladestationen für E-Autos und E-Fahrräder zusammengefasst sind.

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Team coLLab: auf Gittern wohnen – über der Uni und anderswo

Das Team coLLab widmet sich der Aufgabe Sanierung und Aufstockung am Beispiel eines Gebäudes der eigenen Universität, auf dem Campus der Hochschule für Technik Stuttgart. In diesem konkreten Beispiel geht es darum, Raum für studentisches Wohnen direkt in der Innenstadt am Studienort zu schaffen. Der Entwurf umfasst auch innenarchitektonische Aspekte. So sind innerhalb der Wohneinheiten sogenannte Funktionswände für „intelligente Möbel“ und Technikkomponenten geplant. Darin ließen sich etwa eine Küche, Sitzgelegenheiten oder ein Bett unterbringen, die je nach Bedarf ausgeklappt, herausgezogen oder aufgeschoben werden. Das Konzept geht über den Einsatz an der HFT weit hinaus, es soll auf weitere Gebäude im urbanen Kontext übertragbar sein.

„Die Aufstockung muss unter anderem auf unterschiedliche Gebäudemaße, Anforderungen an die Flächenausnutzung und die Ausrichtung sowie auf klimatische Rahmenbedingungen reagieren können“, so das Team. Grundlage dafür ist ein konstruktives Holzgitter. Dieses sogenannte „GRID“ soll sich auf unterschiedliche Bestandsstrukturen stellen lassen. Im zweiten Schritt werden die Wohneinheiten selbst linear in das konstruktive Holzgitter eingeschoben. Das GRID hat nicht nur eine tragende Funktion, sondern auch eine energetische.

Seine Zwischenräume sollen entsprechend den klimatischen Rahmenbedingungen des Standortes und der Ausrichtung des Bestandsgebäudes gefüllt werden: „Mögliche Zwischenraumfüllungen des GRIDs sind Kollektoren zur regenerativen Strom- oder Wärmegewinnung, Sonnenschutz, Begrünung, tageslichtdurchlässigen Gittern und Durchbrüche“, erläutern die Stuttgarter. „Die Maßnahmen zur Energiegewinnung und Energieeinsparung werden so sichtbar in die Architektur integriert. Die ideale Platzierung der verschiedenen Füllungen wird über Simulationen des Energiebedarfes, der Innenraumtemperatur und der Tageslichtverhältnisse ermittelt.“

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Team levelup: flexible Module und ein Fassadenheizsystem

Auch levelup zielt mit seinem Konzept auf eine breite Anwendung ab. Sanierung und Aufstockung exerziert das Team der Technischen Hochschule Rosenheim am Beispiel eines Zeilenbaus im Nürnberger Stadtteil Ludwigsfeld durch. Dieser Bautyp sei repräsentativ für einen sehr großen Wohnbestand aus den Fünfziger- bis Siebzigerjahren in Deutschland, erläutert das Team seine Wahl: „Dieser Gebäudetypus ist meist sanierungsbedürftig, weist einen hohen Energieverbrauch auf und eignet sich zugleich durch eine solide Tragwerksstruktur für eine mehrgeschossige Aufstockung.“

Der Entwurf sieht eine modulare, flexible Aufstockung in Holzleichtbauweise vor, die auf nahezu alle Bauwerke der genannten Jahrzehnte adaptierbar sein soll. Küchen, Bäder und Treppenkerne werden als gesonderte Module in standardisierten Größen vorgefertigt. Dies soll Transporte vereinfachen, Bauzeiten verkürzen uns damit Kosten reduzieren. Hofseitig ist eine Tragkonstruktion vorgesehen, die eine Verbindung zum bestehenden Gebäude schafft. Diese Stahlstruktur umfasst Aufzüge und Laubengänge und ermöglicht vor den Fassaden des Bestands den Anbau von Balkonen.

Straßenseitig definieren ab dem ersten Obergeschoss gebäudeintegrierte Photovoltaikanlagen das Erscheinungsbild. „Die PV-Module sorgen nicht nur für Strom, sondern über ein Fassadenheizsystem auch für die Grundtemperierung des Gebäudes“, informiert das Team. „Im Sommer werden die Bestandsmauern so von außen gekühlt und im Winter erwärmt.“ Der im Winter zusätzliche benötigte Heizbedarf werde über den Rücklauf des örtlichen Fernwärmenetzes abgedeckt. Auf den Dachflächen der Aufstockung sind ebenfalls PV-Module vorgesehen. Diese sollen neben Strom auch Wärme und Kälte erzeugen. Halbtransparente PV-Module auf dem Dach eines Gewächshauses ermöglichen eine Doppelnutzung. In Kombination mit den modernen PV-Fassadensystemen, so die Berechnungen des Teams, erreiche das Konzept Plusenergiestandard.

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Team Deeply High: ehemalige Konkurrenten machen in Algen

Der umweltfreundlichen Gebäudeaufstockung klassischer Sozialbauten aus der Nachkriegszeit widmet sich Deeply High an einem Beispiel aus Kiel. Energetisch kombiniert das Team der Technischen Universität Istanbul sowie der Technischen Hochschule Lübeck die Entwicklungen der organischen Photovoltaik: Stromgewinnung durch Abwärme sowie Algaetecture. Bereitet man Abwasser durch Algen auf, lässt dieses sich etwa fürs Wäschewaschen, die Toilettenspülung oder die Bewässerung von Gemüsepflanzen auf einem zusätzlich geplanten Dachgarten nutzen. Bei diesen Umwandlungsprozessen kann überschüssiges CO2 zudem in Sauerstoff umgewandelt werden. Für die Dämmung der Wände verwendet das Team nachwachsende Rohstoffe wie zum Beispiel Stroh und Hanf und natürliche Baustoffe wie Lehm: „Vorgefertigte Platten beschleunigen den Montageprozess, das Endprodukt hilft deutlich, eine physiologisch positive Feuchtebalance des Innenraums zu erzeugen.“

Dachgärten dienen nicht nur den Bewohnern zum Aufenthalt, sie sollen auch Niederschläge temporär speichern, dadurch die Kanalisation entlasten – und für einen gleichmäßigeren Feuchtehaushalt sowie eine Reduzierung von städtischen Wärmeinseln sorgen. Kennengelernt haben sich die deutschen und türkischen Teammitglieder übrigens als Konkurrenten des SDE 2019 in Marokko.

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Team LOCAL+: mit CUBEs die Lücke schließen

Städtische Verdichtung schafft Wohnraum und urbanes Leben, ohne weitere ländliche Flächen zu versiegeln. Am Beispiel der Bandstraße im Wuppertaler Quartier Mirke können die Teams des SDE21/22 zeigen, welche Wege sich hierbei anbieten. LOCAL+ von der Fachhochschule Aachen hat sich dieser Aufgabe gewidmet und für das von zwei Altbauten flankierte Grundstück ein Wohnkonzept für (temporär) alleinstehende Menschen entwickelt. „Das ganze Haus dient als eine große Wohngemeinschaft“, erläutern die Aachener ihren Entwurf. Keller, Erdgeschoss und Garten sollen als Gemeinschaftsbereiche dienen, die Etagen eins bis vier als kleine Wohngemeinschaften.

Neben Bad und Pantry Küche wurden anstelle von gewöhnlichen Zimmern sogenannte CUBEs entwickelt, die sich beliebig zonieren lassen. Sie sollen vorwiegend als persönlicher Rückzugs- und Arbeitsraum fungieren. Bis zu drei Bewohner können in einer Wohnung leben. Die genutzte Wohnfläche pro Person ist reduziert, Interaktion, Kommunikation und enges Zusammenleben Teil des sozial-räumlichen Konzepts.

An das Thema des SDE21/22 knüpft das Team mit einer Kombination verschiedener Konzepte zur Erzeugung, Speicherung und Nutzung von Energie an. Zwei Drittel des Energiebedarfs des Hauses werden laut Berechnungen dadurch gedeckt. „Außerdem“, so die Aachener, „kann durch eine effiziente sowie suffiziente Materialauswahl und eine rückbaubare Konstruktion die Kreislauffähigkeit des Hauses gesteigert werden“.


Das Finale des Solar Decathlon mit Prototypen

Auf dem Areal des stillgelegten Mirker Bahnhofs liegt das 22.000 Quadratmeter große Wettbewerbsgelände: der Solar Campus. Dort, wo sonst üblicherweise Festivals und andere Großveranstaltungen stattfinden, bauen die Teams ab Mai 2022 ihre 18 voll funktionsfähigen, ein- bis zweistöckigen Wohngebäude als „Demonstratoren“ auf. Vom 10. bis zum 26. Juni 2022 können Interessierte die Häuser besichtigen.

Von den Prototypen ausgehend werden Führungen und ein Rahmenprogramm die Energiewende thematisieren. Die Veranstalter rechnen mit bis zu 150.000 Besucherinnen und Besuchern. Mit dem „Living Lab. NRW“, vom Land Nordrhein-Westfalen gefördert, werden acht der Demonstratoren auch nach dem SDE 21/22 zu Forschungszwecken für drei bis fünf Jahre auf dem Solar Campus belassen.


Was ist der Solar Decathlon?

Der Solar Decathlon wurde vom US-Ministerium für Energie im Jahr 2002 erstmals als architektonischer sowie energietechnischer Wettbewerb ausgelobt. Er hatte das Ziel, ein energieautarkes Gebäude für das Wohnen im Jahre 2015 zu entwerfen. 2008 wurde mit dem Solar Decathlon Europe auch eine europäische Version des Wettbewerbs ausgelobt, dessen Ergebnisse im Jahr 2010 in Madrid erstmals präsentiert wurden. Der europäische Wettbewerb wird, wie auch der amerikanische, alle zwei Jahre im jährlichen Wechsel ausgetragen.

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