Projekt 37048/01

Machbarkeitsstudie eines integralen Papier-Bau-Projektes mit dem Fokus auf konstruktive, raumklimatische und ökologische Eigenschaften

Projektdurchführung

Technische Universität Darmstadt Institut für Statik und Konstruktion
Franziska-Braun-Str. 3
64287 Darmstadt

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Aufgrund der weltweiten Ressourcenverknappung besteht im Bauwesen erheblicher Bedarf nach einer verstärkten Kreislaufplanung und einem erhöhten Einsatz nachwachsender Ressourcen. Um den CO2-Ausstoß des Gebäudesektors zu senken, ist es wichtig sowohl die Emissionen während der Nutzungsphase durch robuste Energieeffizienz-Maßnahmen als auch die Emissionen in der Herstellungsphase durch den Einsatz CO2-bindender Ressourcen, wie beispielsweise Holz, zu reduzieren. Primär muss bei allen Planungsschritten die Rückbaubarkeit und deren Zirkularität mitgedacht werden, denn nur dann kann der Beitrag zum Klima- und Umweltschutz gelingen. Papierwerkstoffe bestehen zu einem Großteil aus dem Rohstoff Holz und gehören somit in die Gruppe der erneuerbaren und CO2-bindenden Ressourcen. Zudem existieren weit entwickelte Rezyklierverfahren und hohe Altpapiereinsatzquoten für Papierwerkstoffe, womit sie grundlegend als kreislaufgerechter Werkstoff einzustufen sind.
Im Anschluss an die bereits erfolgten Grundlagenarbeiten zum Thema „Bauen mit Papier“ erfolgte im Rahmen dieses Projekts die Konzeptionierung eines bewohnbaren temporären Gebäudes aus Papier unter Berücksichtigung der Aspekte Zirkularität, Papier-spezifische Konstruktionsweisen und Raumklima.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Rahmen dieser Machbarkeitsstudie wurden diverse Lösungsansätze zum Bau eines temporären Papier-Hauses untersucht. Hierbei wurden durch das Forschungskonsortium gemeinsam und interdisziplinär ein Entwurfskonzept für ein Wohnhaus erarbeitet. Zunächst wurden unterschiedliche Gebäudekubaturen, sowie Konstruktionsweisen skizziert, welche aussichtsreich für eine Ausführung erschienen. Nachdem sich früh auf eine architektonische Formgebung geeinigt werden konnte, wurden die Konstruktionsweisen eingehend auf ihre Eigenschaften und die damit verbundene Eignung zur Ausführung untersucht. Der finale Planungsstand sieht ein Haus in Nur-Dach-Typologie vor, welches in einer an den Holzrahmenbau angelehnten Konstruktionsweise errichtet werden soll.
Bei der Untersuchung der Konstruktionsweisen haben die beteiligten Institute die zuvor skizzierten Bauweisen jeweils anhand ihrer eigenen Expertise weiterentwickelt und bewertet. Während durch die TU Darmstadt vor allem statisch-konstruktive Belange betrachtet wurden, widmete sich die TU Braunschweig bauklimatischen Fragestellungen und die RWTH Aachen den ökologischen Aspekten des Vorhabens. Die vertiefte Betrachtung der aus unterschiedlichen Blickrichtungen entwickelten Wandaufbauten hatte zum Ziel, eine allgemeine Einordnung betreffend Konstruktion und Tragwerk, der bauklimatischen Performance, sowie ökologischer Aspekte vorzunehmen. Die Evaluierung der betrachteten Konstruktionsweisen erfolgte durch den Bau von Mock-Ups und Prototypen, Simulationen, sowie experimentell an klein- bis mittelformatigen Probekörpern. Aus diesem Vorgehen konnten Handlungsempfehlungen für die Weiterführung des Vorhabens abgeleitet werden, welche in einem Folgeprojekt auch in die Errichtung eines Wohngebäudes aus Papier münden soll.


Ergebnisse und Diskussion

Im Projektverlauf wurde eine Adaption der aus dem Holzbau bekannten Ständerbauweise als geeignete Konstruktion für das projektierte Papiergebäude ermittelt. Die Fertigung könnte gleichermaßen in einer Fertigteilbauweise als auch in Situ auf der Baustelle stattfinden. Für alle wesentlichen Bestandteile der Ständerkonstruktion wurde ein geeignetes Pendant aus Papier, bzw. Karton gefunden, wodurch eine gute Rezyklierbarkeit der Gesamtkonstruktion erreicht werden könnte. Zur Validierung einiger der zunächst eher abschätzend durchgeführten Experimente wird eine vertiefende Untersuchung der Bauteile in einem Folgeprojekt empfohlen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Projektergebnisse sollen im Herbst 2023 im Rahmen der alle zwei Jahre stattfindenden BAMP!-Konferenz einem Fachpublikum präsentiert werden. Ferner ist es vorgesehen, dass die drei beteiligten Institute jeweils eigene Publikationen zu den von ihnen bearbeiteten Teilbereichen in Fachzeitschriften veröffentlichen.


Fazit

Die Errichtung und anschließende Nutzung eines Gebäudes, welches im Wesentlichen aus Papierwerkstoffen besteht, erscheinen dem Grunde nach möglich. Die durchgeführten Experimente und Simulationen kamen zu vielversprechenden Ergebnissen, welche jedoch im Nachgang noch tiefergehend untersucht werden müssten. Dies steht insbesondere im Kontext der rechtlichen Anforderungen, die der Gesetzgeber an Gebäude stellt. Papier als bisher noch nicht regulierter Baustoff wird sich bei einem Baukonstruktiven Einsatz denselben Kriterien hinsichtlich Tragfähigkeit, Brandschutz und Bauphysik stellen müssen, welche auch für konventionelle Baustoffe und Konstruktionen Gültigkeit haben. Der Einsatz von Papier als Baumaterial bietet aufgrund seiner Zirkularität eine gute Chance das Bauen nachhaltiger zu gestalten. Die Überführung der im Projektverlauf erarbeiteten Planungen in ein Folgeprojekt, welches die Errichtung eines bewohnbaren Gebäudes zum Inhalt hat wird dringend empfohlen um der Einführung von Papier als Baumaterial weiteren Vorschub zu leisten.