In loser Folge veröffentlichen wir an dieser Stelle Beiträge aus dem Diskurs-Teil des aktuellen Jahrbuchs der Fakultät. Darin widmen sich Mitglieder der Fakultät der Bedeutung zyklischer Prozesse in der Architektur.

Über das Wiederverwenden und Wiederverwerten
Der Mehr.WERT.Pavillon auf der Bundesgartenschau (BUGA) 2019

von Felix Heisel, Karsten Schlesier und Prof. Dirk E. Hebel

Das Wiederkehrende bestimmt seit anhin die Entstehung und den Diskurs von Architektur in all ihren Facetten, Maßstäben und Geschwindigkeiten. Seit der Industrialisierung sind jedoch wichtige dieser natürlichen Kreisläufe zugunsten eines linearen Wirtschaftsverständnisses verloren gegangen bzw. auf­gegeben worden. Mit der Erforschung geschlossener Stoffkreisläufe und (Rück-)Bautechnologien, sowie der Suche nach neuen Geschäftsmodellen der Kreislaufwirtschaft hinterfragt das Fachgebiet Nachhal­tiges Bauen am KIT dabei besonders die Materialien und Konstruktionsmethoden der heutigen Bauindus­trie. Die Hypothese lautet: Sämtliche zur Herstellung eines Gebäudes benötigten Ressourcen müssen vollständig wiederverwendbar, wiederverwertbar oder kompostierbar sein. 

Auf der Bundesgartenschau 2019 in Heilbronn gelang es dem Fachgebiet eine Prototypologie zu realisieren, die den theoretischen Anspruch – verwendete Materialien werden nicht verbraucht und anschließend entsorgt, sondern vielmehr für eine bestimmte Zeit aus ihrem technischen beziehungsweise biologischen Kreislauf entliehen und später wieder in diesen zurückgeführt – konsequent in die Tat umsetzt. Der Entwurf hierzu wurde durch Studierende des KIT im Verlauf des Entwurfssemesters Building from Waste im Wintersemester 2017/18 entwickelt. Lisa Krämer, Simon Sommer, Sophie Welter, Katna Wiese und Philipp Staab übernahmen dann die Ausarbeitung des Entwurfs zum Bauprojekt in enger Kooperation mit den Fachgebieten Bautechnologie Prof. Dr. Rosemarie Wagner (statische Formfindung) und Trag­konstruk­tionen Prof. Matthias Pfeifer (Prüfstatik). 

Die Bundesgartenschau Heilbronn 2019 ist erstmals eine Garten- und Stadtausstellung zugleich und stellt die Frage nach zukünftig überhaupt noch verfüg­ba­ren und nachhaltig genutzten Ressourcen. Im Licht sich dramatisch verknappender natürlicher Ressourcen geht es nicht mehr darum, den Status quo zu verbessern, es geht um einen Paradigmenwechsel in der Bauwirtschaft um den künftigen Bedarf an Baumaterial überhaupt befriedigen zu können.

Das Projekt Mehr.WERT.Pavillon demonstriert dabei einen innovativen und sinnvollen Einsatz vorhandener Ressourcen. Alle im Projekt eingesetzten Materialien haben bereits mindestens einen Lebenszyklus durchlaufen, entweder in gleichbleibender oder veränderter Gestalt. Ebenfalls sind alle Materialien sortenrein verbaut und nach dem Rückbau wiederum komplett trennbar. Bei dem Projekt kommen keinerlei Kleber, Silikonfugen, Anstriche oder sonstige Imprägnierungen zum Einsatz. Damit bedient sich das Projekt einerseits der bestehenden urbanen Mine, aber stellt gleichzeitig auch ein Materiallager dar, dessen Ressourcen nach der Bundesgartenschau wieder vollständig zur Verfügung stehen. 

Konzeptionell liegt dem Projekt dabei eine stoffliche Schichtung zugrunde: Die tragende Struktur ist komplett aus Stahl gefertigt, welcher größtenteils aus einem zurückgebauten Kohlekraftwerk in Nordrhein-Westfalen stammt. Die Fassade zeigt wiederverwer­tete Glasmaterialien aus dem Glascontainer, wie Glaskeramik oder Schaumglas. Die Bodenflächen im Garten und unter dem Pavillon sind mit mineralischen Bauabruchstoffen belegt, welche direkt oder in weiterverarbeiteter Form von Recyclinghöfen stammen. Beispiele sind Klinker- und Porzellanbruch, aber auch StoneCycling-Steine, welche von einem jungen Start-up in den Niederlanden direkt aus Bauschutt hergestellt werden. Die Möbel und Einbauten bestehen aus wiederverwerteten Kunststoffmateria­lien. Hier finden sich 3D-gedruckte Stühle aus Hausabfällen oder eine Arbeitsplatte aus ehemaligen Küchenschneidebrettern.

Im Bauwesen verwendete Materialien unterliegen zahlreichen nationalen Normen und Vorschriften. Beim Einsatz in tragenden Elementen sind die Anforderungen jedoch besonders hoch. Die Zulassung eines Materials für eine statisch tragende Anwendung erfordert eine strenge Qualitätssicherung während der Produktion. Darüber hinaus erfordert es eine 
umfassende Untersuchung seiner mechanischen und physikalischen Eigenschaften sowie die Kenntnis seines Verhaltens unter verschiedenen Beanspruchungssituationen und klimatischen Bedingungen. Das Recycling von Stahlschrott hat sich aufgrund wirtschaftlicher Anreize seit langem ohne Stimula­tion oder Subventionierung etabliert. Die Recyclingquote liegt bei 88 %. Die direkte Wiederverwendung von Baustahl hingegen wird derzeit mit einer Wiederverwendungsquote von 11 % nur in geringem Umfang praktiziert. Neben einer sorgfältigen Demontage aus dem Gebäudebestand ist hier die Kenntnis der Materialqualität (Klassifizierung) und der bisherigen Nutzung erforderlich. Es ist zu ermitteln, welche Mängel und Schäden am demontierten Element nach der Verwendung vorliegen. 
Die Stahlkonstruktion des Pavillons besteht größtenteils aus Stahlrohren, die von einem stillgelegten Kraftwerk demontiert wurden. Neben einer genauen Sichtprüfung zur Feststellung möglicher Beschädigungen der Elemente wurde der Stahl auf verschiedene Eigenschaften untersucht. Prüfungen auf Zug­festigkeit, Elastizität, Kerbschlagzähigkeit und chemische Zusammensetzung ermöglichten es, die not­wendigen Aussagen über die Materialqualität zu treffen. Die Stahlqualität erwies sich letztendlich als gleichwertig mit der eines Standardbaustahls (S235), was die direkte Wiederverwendung der Elemente 
in einer neuen Konstruktion ermöglichte.

Der Einsatz von Glas im konstruktiven Bereich ist in Deutschland durch nationale Normen geregelt (DIN 18008, Glas im Bauwesen). Die Normen gelten jedoch nur für die Verwendung bestimmter, dafür zugelas­sener Glasprodukte. Die für den Mehr.WERT.Pavillon verwendeten Scheiben aus Recyclingglas fallen jedoch nicht unter den Anwendungsbereich der Norm. Aus diesem Grund war die Beantragung einer so­genannten Zustimmung im Einzelfall für die Verwendung im Bauvorhaben unerlässlich. Die Zustimmung stützte sich auf die Spezifikationen der bestehenden Glasnorm; ebenso wurde der statische Nachweis nach der Bemessungsphilosophie der Norm erbracht. 
Die durch standardisierte Prüfungen unabhängiger, akkreditierter Prüflaboratorien ermittelten Grenzspannungen lieferten dabei die Basisdaten für die Bemessungsspannungen. Gemäß der Glasnorm wurde eine zusätzliche mechanische Schutzmaßnahme durch ein engmaschiges Stahlnetz unterhalb der linear montierten Glasscheiben des Daches aufgebracht. Darüber hinaus war der Hersteller verpflichtet, eine Konformitätserklärung für die Qualitätskontrolle der Produktion durch standardisierte mechanische Prüfungen auszustellen. 

Der Mehr.WERT.Pavillon beweist die Anwendbarkeit von wiederverwendeten und wiederverwerteten Materialien auch in strukturellen Anwendungen. Allerdings weist der Prozess des Planens und Bauens in der Kreislaufwirtschaft derzeit noch viele administrative, finanzielle, rechtliche und physiologische Hürden auf, die schnell abgebaut werden müssen, um einen Paradigmenwechsel zu ermöglichen. Häufige Hindernisse für die Wiederverwendung und -verwertung sind das mangelnde Vertrauen in die Qualität von recycelten Materialien, fehlende Unterlagen über Materialzusammensetzung und -historie, ein Missverhältnis zwischen Angebot und Nachfrage (sowohl qualitativ als auch quantitativ), eine unzureichende Zeitplanung für Audits und Rückbauarbeiten, ein Mangel an Einrichtungen und Fachwissen und der oft geringe Wert von Produkten in hohen Mengen. 

Der Mehr.WERT.Pavillon ist daher nicht nur ein Materialspeicher, sondern auch ein öffentlicher Demonstrator, der als Vorbild und Anregung für andere Bau­vorhaben dienen soll. Es lässt sich zeigen, dass wir heute schon in der Lage sind, im Bauwesen in geschlossenen Kreisläufen zu operieren, wenn gewisse Rahmenbedingungen besser geregelt wären. Ziel ist es, mit Entscheidungsträgern aus Politik, der Bau­planung und Umsetzung wichtige Fragen des Bauens und dem damit verbundenen Ressourceneinsatz zu erörtern und daraus neue innovative Konzepte, Anwendungen und Methoden zu entwickeln, sowohl in der Praxis wie auch in der Lehre. 

Bildunterschriften

A  Wiederverwertetes Bruch- und Flaschenglas, Wiederverwendeter Altstahl, Wiederverwertete Kunststoffabfälle, Wiederverwendeter und -verwerteter mineralischer Bauschutt
B  Der Mehr.WERT.Pavillon auf der Bundesgartenschau 2019 in Heilbronn
C D  Detailansichten (wiederverwendeter Stahl, wiederverwertetes Glas)

Fotos:

Zooey Braun

Projektträger:


Entsorgungsbetriebe der Stadt 
Heilbronn, Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, Bundesgartenschau Heilbronn 2019 GmbH 

Projektbeteiligte:

Entwurf: Lisa Krämer, Simon Sommer, Sophie Welter, Katna Wiese, Philipp Staab, Fachgebiet Nachhaltiges 
Bauen (KIT)
Planung, Statische Berechnung und Ausführung: 2hs Architekten und Ingenieur PartGmbB: Dirk E. Hebel, Felix Heisel, Karsten Schlesier, Lisa Krämer, Simon Sommer
Statische Formfindung: Prof. Dr. Rosemarie Wagner, Fachgebiet Bautechnologie (KIT) 
Labor Forschungsgruppe Westhochschule: Arnold Mager
Prüfingenieur: Prof. Matthias Pfeifer, Karlsruhe
Objektbau: AMF Theaterbauten GmbH
Elektro- und Lichtplanung: Udo Rehm/FC-Planung GmbH
Blitzschutz: Gebr. A. & F. Hinderthür GmbH
Elektroinstallation: Elektro-Scheu GmbH 
Möbelbau: Kaufmann Zimmerei und Tischlerei GmbH
Landschaftsarchitektur: Frank Roser, Landschaftsarchitekten PartGmbB 
Landschaftsbau: GrünRaum GmbH
Ausstellungskonzeption: Idee-n Büro für nachhaltige Kommunikation

Sponsoren:

GreenCycle GmbH, 
Der Grüne Punkt – Duales System Deutschland GmbH (DSD), 
SER GmbH