«Man darf schei­tern»

Architektur und Technik

Next Evolution in Sustainable Building Technologies – NEST: Der jüngste Neubau der Empa erlaubt es, Wechselwirkungen zwischen Produkten, Systemen und Menschen in einem real genutzten Gebäude zu testen. Warum das nötig ist und was der Bau sonst noch ermöglicht, erläutert Dr. Peter Richner, Initiant des NEST und stellvertretender Empa-Direktor.

Publikationsdatum
26-05-2016
Revision
01-06-2016

Das NEST ist kein gewöhnlicher Bau, sondern eine Versuchsanlage in stetem Wandel. Er besteht aus einem zentralen Betonkern – dem Backbone –, gemeinschaftlich genutzten Räumen und ­Geschossplatten. Alles andere sind so- genannte Innovationsobjekte oder Units, die auf die Geschossplatten gestellt, im Plug-in-System an die ­Medienkanäle im Backbone angeschlossen und nach einigen Jahren wieder entfernt werden.

Für die Tragkonstruktion bedeutet das maximal auskragende, stützenfreie Geschossplatten, um eine möglichst grosse Freiheit bei der Anordnung der Units zu ermöglichen, und immer wieder andere Belastungen (vgl. «Solides Rückgrat). Für die Gebäudetechnik macht die wechselnde Nutzung ein redundantes System erforderlich, das in der Lage sein soll, alle erdenklichen zukünftigen Nutzungen abzudecken (vgl. «Schaufenster für die Avantgarde»). Und für die Architekten stellte sich die Aufgabe, ein Gebäude ohne fertiges Raumprogramm und ohne Fassade zu entwerfen, das dennoch einen eigenständigen Charakter aufweist.

Gramazio & Kohler Architekten betrachteten das Projekt nicht als Gebäude, sondern als Konzentrat eines Stadtteils. Die Geschossplatten stellen gleichsam den Baugrund an gut erschlossener Lage dar und die Units die einzelnen Häuser, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten von unterschiedlichen Architekturbüros erstellt werden. Wie bei einer Blockrandbebauung haben die Einheiten verschiedene Ausrichtungen, Nutzungen und Gestaltungsansprüche.

Anstelle einer Fassade haben Gramazio & Kohler daher «städtebauliche» Richt­linien entworfen, denen alle Units zu folgen haben. Dazu gehört etwa die mit einer Baulinie vergleichbare Vorgabe, dass die Units einen bestimmten Abstand von der Kante der Geschossplatte einhalten müssen, damit deren horizontale Linie als prägendes Element erhalten bleibt, oder die Vorschrift, dass die obersten Units maximal zwei Geschosse aufweisen dürfen. Zudem müssen alle Units so gedämmt sein, dass sie sich in Bezug auf den Energiehaushalt nicht gegenseitig beeinflussen.

Am 23. Mai 2016 wurde das NEST feierlich eingeweiht. Doch fertig ist es noch lang nicht und soll es auch nicht sein: Der Wandel gehört zum Programm.


TEC21: Herr Richner, welche Funktion hat das NEST?

Peter Richner: Es dient als Forschungs- und Technologietransferplattform für den Hochbaubereich. Die akademische Welt und die Industrie können hier Materialien, Produkte oder Systeme, die sie im Labor entwickelt haben, unter realitätsnahen Bedingungen testen und verbessern, um den Schritt auf den Markt vorzubereiten. Das gab es bisher nicht. 

TEC21: Und weshalb braucht es eine solche Institution?

Peter Richner: Weil die Baubranche vergleichsweise langsam ist, wenn es um die Implementierung von Innovationen geht. Um neue Entwicklungen zur Marktreife zu bringen, braucht sie viel länger als andere Branchen. Das hat mehrere Gründe. Zum einen besteht die Schweizer Baubranche aus vielen unterschiedlichen Akteuren. Für die meisten liegt es weder finanziell noch personell drin, Forschung aus eigener Kraft zu betreiben; Entwicklungen entstehen direkt am Bau.

Zum anderen sind Auftraggeber selten bereit, sich auf technische Experimente einzulassen, weil sie viel Geld investieren und zu Recht erwarten, dass ihre Bauten mehrere Jahrzehnte lang ihre Funktion erfüllen. Dank der Möglichkeit, Innovationen realitätsnah an einem Bau zu testen, können sie sich im NEST diesbezüglich absichern. 

TEC21: Worin unterscheidet sich diese Realitätsnähe von den Laborbedingungen oder von Mock-ups, wie sie auf dem Bau oft zum Einsatz kommen?

Peter Richner: Im Labor werden neue Produkte in der Regel isoliert entwickelt. Das ist wissenschaftlich korrekt, denn um ihre Performance zu verstehen, muss man sie zuerst isoliert untersuchen. Auch Mock-ups beschränken sich auf bestimmte Funktionen eines einzelnen Gebäudeteils, etwa das Witterungsver­halten einer Fassade. Doch es gibt Sekundäreffekte, die sich erst zeigen, wenn das Produkt mit anderen kombiniert und von Menschen genutzt wird.

Ein Gebäude ist immer ein Gesamtsystem, in dem die Materialien, die technischen Einrichtungen und – nicht zu vergessen – die Benutzerinnen und Benutzer interagieren. Es ist kaum möglich, ihr komplexes Zusammenwirken theoretisch vorauszusehen. Im NEST kann man solche Wechselwirkungen in einem tatsächlich genutzten Gebäude analysieren.

TEC21: Heute arbeiten am NEST Partner aus Forschung und Industrie intensiv zusammen. Was hat es gebraucht, um sie zusammenzuführen?

Peter Richner: Die Idee ist sieben Jahre alt. Anfangs war es schwierig, Industriepartner zu finden: Die meisten Akteure, die wir angefragt haben, fanden die Idee zwar grundsätzlich gut, wollten sich aber nicht verpflichten, weil sie wohl nicht glaubten, dass sie realisiert würde. Letztlich war es die Nuklearkata­strophe von Fukushima, die Bewegung ins Projekt brachte: Der grösste Teil der Finanzierung kommt aus dem Energiebereich.

Doch mittlerweile sind sehr gute Partner aus unterschiedlichsten Bereichen beteiligt. Was mich besonders freut: Es sind auch Akteure interessiert, die nicht aus der Baubranche stammen, aber ein grosses Immobilienportfolio haben und von den Erkenntnissen am NEST profitieren möchten. Ich hoffe, dass diese positive Stimmung anhält. Gibt es in einigen Jahren Produkte oder Lösungen auf dem Markt, die hier zum ersten Mal ausprobiert wurden, sind wir auf dem richtigen Weg.

TEC21: Wie muss man sich die Units vorstellen?

Peter Richner: Weil die Geschossplatten stützenfrei auskragen, gibt es praktisch keine Einschränkungen in Bezug auf die Gestaltung der einzelnen Units. Sie können ganz unterschiedlich organisiert, materialisiert und ausgerüstet werden. Sie sind auf eine Lebensdauer von fünf bis sechs Jahren ausgelegt und entwickeln sich in dieser Zeit laufend weiter. In und an diesen Einheiten kann man Neues erforschen, testen, verbessern oder ersetzen. Vor allem aber: Man darf auch scheitern. In einem Innovationsprozess ist das enorm wichtig, denn nur so kann man den Dingen auf den Grund gehen und daraus lernen. Auf der Baustelle ist das keine Option mehr. 

TEC21: Was wird in diesen Units erforscht?

Peter Richner: Sehr Unterschiedliches. In «Vision Wood» sind Ergebnisse einer gemeinsamen Forschung der Empa und der ETH Zürich implementiert, die darauf abzielt, die Eigenschaften von holzbasierten Materialien zu verbessern. Getestet werden unter anderem hydrophobes oder magnetisierbares Holz, eine bindemittelarme Holzfaserdämmung und antimikrobielle Holzoberflächen. «Solare Fitness & Wellness» sucht nach neuen Wegen, Bedürfnisse zu befriedigen, ­die sonst mit einem hohen Verbrauch von fossilen Energien verbunden sind.

Die Anlage – darunter eine Sauna, eine Bio-Sauna und ein Dampfbad – ist mit modernen Technologien aus der Haustechnikbranche ausgestattet; es gibt ein neues Energiesystem mit CO2-Wärmepumpen, Wärme- und Feuchterückgewinnung, Regenwassernutzung ... 

«HiLo» ist ein ETH-Projekt, in dem Ultraleicht­bau und adaptive Gebäudetechnik erprobt werden; das System von ultraleichten, superintegrierten Elementen ist am geschwungenen Dach sichtbar. «Meet2Create» der Hochschule Luzern HSLU ist ein Bürolabor für Arbeitsplätze der Zukunft; bei «SolAce» der EPFL geht es um die Gewinnung von Solarenergie in der Fassade, aber auch um Tageslichtnutzung und visuellen ­Komfort. Weitere Themen sind Urban Mining, digitale Fabrikation, Assisted Living und viele mehr.

TEC21: Solche Versuchsanlagen könnten doch auch einzeln, an unterschiedlichen Orten gebaut werden. Wozu hat man sie hier versammelt?

Peter Richner: Die räumliche Konzentration bringt Vorteile. Erstens ermöglicht sie eine maximale Flexibilität für die Forschung. Im Grund genommen bietet das NEST einen Baugrund an extrem gut erschlossener Lage: Das Versorgungssystem im Backbone, an dessen Komponenten die Units ganz nach Bedarf angeschlossen werden, stellt alles zur Verfügung; neben Strom, Wasser und Luft gibt es zum Beispiel drei Wärmenetze auf unterschiedlicher Temperatur, und die Eawag wird die Möglichkeit aufbauen, Abwasser in sechs verschiedenen Qualitäten zurückzuspeisen und aufzuarbeiten. 

Zweitens entsteht mit diesem Gebäude eine Art kreatives Biotop, in dem sich Neues entwickeln kann: Die beteiligten Forschungsanstalten und Industriepartner können ihre Produkte nicht nur in der eigenen Unit ­testen, sondern auch die Nähe anderer innovativer ­Akteure nutzen. Deshalb hat das NEST öffentliche Bereiche wie das Atrium, wo sich Menschen begegnen können; es soll auch gemeinsame Anlässe geben. ­Dieses Plattformkonzept stösst auf grosses Interesse.

TEC21: Das Gebäude funktioniert also als offenes System, in dem sich akademische oder industrielle Partner provisorisch niederlassen und untereinander ver­netzen können. Gibt es bereits Wechselwirkungen unter den verschiedenen Units?

Peter Richner: Auf jeden Fall. In den «Meet2Create»-Büros der HSLU ist das NEST-Team untergebracht, aber auch Partner können Arbeitsplätze belegen. «Vision Wood» ist eine Wohneinheit für akademische Gäste der Empa und der Eawag, die typischerweise nicht aus dem Baubereich kommen, aber als Bewohnerinnen und Bewohner ein Feedback zum Experiment abgeben. Im Fitness- und Wellnesszentrum, das allen offen steht, werden Ergebnisse aus anderen Projekten erprobt, etwa ein Waschbecken aus hydrophobiertem Holz. Indem die Beteiligten im NEST wohnen, arbeiten und sich begegnen, fungieren sie auch als Testpersonen für die Forschung – die eigene, aber auch die der anderen.

TEC21: Gibt es auch Interaktionen über das eigentliche Gebäude hinaus?

Peter Richner: Das NEST eröffnet ein zusätzliches Forschungsfeld, denn eigentlich ist es nichts anderes als ein gestapeltes Quartier. Dementsprechend beschäftigt sich die Eawag mit dem kompletten Wasserkreislauf (Versorgung, Entsorgung, Wiederaufbereitung). Das Multienergienetz im Backbone wiederum ist mit dem Energy Hub der Empa verbunden. Dort versuchen wir, lokal gewonnene erneuerbare Energie zu speichern, umzuwandeln, zu verteilen und nutzbar zu machen für Wohnen, Arbeiten und Mobilität.

Zur Ausrüstung gehören Batterien, Supercaps, ein ­Hydrolyseur, um Wasserstoff bereitzustellen, modi­fizierte Brennstoffzellen (die mit einem Erdgas-­Wasserstoff-Gemisch funktionieren), Erdsonden, ein Eisspeicher ... Auch der Energy Hub lässt sich wie das NEST in unterschiedlichsten Konfigurationen fahren, und auch er ist überdimensioniert; denn wir wollen die Kombination der Elemente testen.

Das NEST und der Energy Hub sind Teile eines Gesamtsystems. Gibt es noch weitere Bausteine?

Peter Richner: Hinzu kommt das Projekt «move – Future Mobility Demonstrator» mit unterschiedlichen Fahrzeugen, die man mit unterschiedlichen Energieträgern betanken kann, sei es mit elektrischem Strom, Wasserstoff oder einem Erdgas-Wasserstoff-Gemisch. Neue Fahrzeugantriebskonzepte und ihre Energieversorgung sollen einen möglichst tiefen CO2-Ausstoss verursachen. Geplant ist ein weiteres Projekt mit der ETH, das zusätzliche Elemente hinzufügen wird.

Wir können das NEST als isoliertes System betreiben oder jene Teile davon, die sich bewährt haben, wachsen lassen und mit dem Rest der Empa verknüpfen. In Zukunft soll sich das Ganze wie ein Industriequartier erweitern und verbinden. Wir müssen umdenken, weg vom Einzelobjekt und hin zum Areal.

Am Bau Beteiligte


Generalplaner
ARGE

Architektur
Gramazio & Kohler GmbH

Tragkonstruktion
Dr. Schwartz Consulting

HLKS, Fachkoordination
Raumanzug

Elektroplanung
Mosimann

Gebäudeautomation MSRL
Jobst Willers Engineering AG

Medien, Signaletik
iart

Brandschutz
Makiol + Wiederkehr

Weitere Informationen
 

Volumen (SIA 416)
23 000 m3, davon 11 600 m3 Backbone
 

Bruttogeschossfläche (SIA 416)
2660 m2 Backbone, 1930 m2 Units
 

Termine Backbone
Studie: 2010
Planungsbeginn: Dezember 2011
Baueingabe: August 2012
Bezug: Mai 2016
 

Kosten
19.8 Mio. Fr. (Stand KV: Backbone ohne Units)