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Die Zukunft im Hochhausbau: Holz und Hybrid?

  • Von Jesco Puluj
  • Veröffentlicht 31. August 2017
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Im Kern Stahlbeton und viel Holz hinter der Fassade. Quelle: Wikimedia, Autor: Asurnipal, Lizenz: CC BY-SA 3.0

Holz liegt im Trend. Der natürlich wachsende Rohstoff verspricht, dem schrumpfenden Wohnraum in Deutschland Einhalt zu gebieten und gleichzeitig die ökologische Bilanz zu verbessern.
Besonders in den Metropolregion gibt es nicht genug Wohnungen. Die Folge: Es wird mehr neu gebaut. Im aktuellen Bauboom ist eine erhöhte Zahl der Baugenehmigungen zu verzeichnen, wobei etwa 16 Prozent der Wohngebäude, also Ein- oder Zweifamilienhäuser, vorwiegend aus Holz bestehen – mit steigender Tendenz.

Die Herausforderungen liegen nun einerseits darin, die Nachfrage für neuen Wohnraum zu decken und andererseits, die Schädigung der Umwelt beim Bauen zu reduzieren. Immerhin macht das Bauwesen etwa 40 Prozent des Energieverbrauchs und mehr als ein Drittel der gesamten Kohlendioxidemissionen aus. Ein Dilemma, dem die Holz- und Hybridbauweise (auch für Hochhäuser) entgegenwirken kann.

Vorläufer eines Holzhochhauses gab es schon im Mittelalter

Der Holzbau größerer Werke fand bereits vor einigen Jahrhunderten statt. Das im Jahre 1260 erstmalig urkundlich erwähnte Augsburger Rathaus wurde in Holzbauweise errichtet. Nach einem Brand 30 Jahre später wurde es 1385 aus Stein wiederaufgebaut und erfuhr mehrfache Erweiterungen. Bei seiner Fertigstellung wurde es als weltweit einziges bestehendes Gebäude betrachtet, das mehr als sechs Stockwerke umfasste und mit 57 Metern für über 200 Jahre das höchste nicht sakrale Gebäude der Welt darstellte. Es galt damit auch als „erstes Hochhaus Europas“, das zumindest vor dem Brand aus Holz gebaut wurde. Dass aber der Holzbau von damals mit dem von heute relativ wenig zu tun hat und u. a. der Brandschutz deshalb anders betrachtet werden muss, erfahren Sie nachfolgend.

Warum Holz und der Holzbau so wichtig ist

Holz ist als Baustoff relativ günstig, formbar und leicht. Er kann zum großen Teil vorgefertigt werden, wodurch er vor Ort nur noch zusammengebaut werden muss. Das ist sehr wirtschaftlich und ein Grund, warum Holz z. B. bei großen Hallenkonstruktionen beliebt ist. Dabei kommen teils riesige Holzgebäude wie Messehallen, Turnhallen und Produktionshallen zustande. Nun erobert der Holzbau auch die großen Höhen, jenseits von vier bis fünf Stockwerken.

Niedriger Energieverbrauch und Öko-Behausung für Milliarden von Menschen

Der Bau von Holzhäusern ist weniger energieaufwändig als der Neubau von Stahl- und Betonbauten. Gleichzeitig speichert Holz große Mengen an Kohlendioxid. Das ist besonders deshalb interessant, weil es laut zentraler Erkenntnisse der UN (in der 2017 Revision of World Population Prospects“) weltweit gesehen bis 2050 knapp 10 Milliarden Menschen geben wird. Das entspräche einem Wachstum von mehr als einer Milliarde Menschen im 13-Jahres-Rhythmus. Zum Vergleich: Für Deutschland hat das Forschungsinstitut „Population Reference Bureau“ aus Washington einen Rückgang der Bevölkerungszahl von 82 auf knapp 72 Millionen Menschen vorausgesagt.

Holzbau erfordert globales Denken und lokales Handeln

Der Holzbau und damit auch der Export von Holzbau-Know-how ist also vor allem global zu sehen, was angesichts der stärker vernetzten Welt immer selbstverständlicher wird. Ferner heißt es, global zu denken, wenn man den zuvor erwähnten Wohnraumbedarf in den nächsten 30 Jahren betrachtet, der auf die klima- und menschenbedingt sich verändernden Umweltbedingungen („Klimawandel“) und die Ressourcenknappheit, wie bei Erdöl, trifft.

 

Das Holzwohnhaus E3 in Berlin nach der Fertigstellung 2008. Quelle: Wikimedia, Autor: Standardizer, Lizenz: CC BY-SA 3.0

Holz ist eine Alternative zu Stahl und Beton, weil es ein dank der Sonne nachwachsender Rohstoff ist und ein Holzbauwerk (Holzspielzeug oder Möbelstück) das Kohlendioxid dauerhaft bindet und konserviert. Würde der Baum eines natürlichen Todes sterben und auf den Waldboden fallen, gäbe er das Kohlendioxid zurück an die Atmosphäre oder den Boden. Auch bei den leider immer häufiger auftretenden Waldbränden (ebenfalls klimabedingt oder von Menschenhand entfacht) wird immer Kohlendioxid freigesetzt. Bevor das Holz des Baumes also eines natürlichen oder unfreiwilligen Todes stirbt, sollte es genutzt werden, denn ein Kubikmeter Holz ist in der Lage, eine Tonne Kohlendioxid an sich zu binden.

Emissionen verringern und Kohlenstoff speichern

Ein Schritt zur Lösung des weltweiten Klimaproblems ist Holz und der Holzbau, weil wir damit die Emissionen beim Bauen verringern und mit dem fertigen Holzhaus einen natürlichen Speicher finden. Die Biomasse und Böden der nachhaltig bewirtschafteten deutschen Wälder speichern 1,2 Milliarden Tonnen Kohlenstoff. Dies sei laut FAZ ein Spitzenwert in Europa und würde bei einer weiteren Verbreitung des Materials die Kapazitäten vergrößern und Hauswände zu „langlebigen Kohlenstoffspeichern“ machen. Als fürs Klima relevantes Gas macht Kohlenstoff fast 90 Prozent der gesamten Treibhausgasemissionen aus. Erfreulich sind es deshalb entsprechende Initiativen wie die des Bundes, in der statt Erdölförderung auf Biomasse gesetzt wird.

Behausungen für Menschen in städtischen Slums finden

Nicht nur die Gesamtbevölkerung wächst, sondern auch die Zahl der Menschen, die in Slums leben oder gar obdachlos sind. Gemäß der Vereinten Nationen lebt „weltweit mehr als eine Milliarde Menschen in Slums“, allein in Afrika rund 200 Millionen, in Asien sogar rund 500 Millionen. Auch werde sich der Zuwachs der Weltbevölkerung maßgeblich in den städtischen Slums vollziehen, wobei sich laut Bundesregierung „die Anzahl der Slumbewohner bis 2050 auf drei Milliarden Menschen verdreifachen“ wird.

Nicht nur wohlig-warm und schön anzusehen

Ohne Frage hat Holz dank seiner Wärme, Optik und Haptik besondere Eigenschaften, die sich in der Ästhetik und dem allgemeinen Wohlgefühl im Raum bemerkbar machen. Viel deutlicher sollte aber werden, dass der Holzbau die globale Klima- und Bevölkerungsrechnung ins Visier nimmt. Der Einsatz von Holz macht klar, wie tiefgreifend die konsequente Nutzung und Förderung eines Baustoffes sein kann. Dennoch bedeutet mehr Holzbau nicht automatisch, dass wir mit weniger Umweltproblemen (für die Natur und uns Menschen) zu tun haben werden.

Die Herausforderung des Abholzens

Holz ist nicht endlich, aber es kann angebaut werden und neu wachsen. Insofern ist das Abholzen selbst nicht das Problem, sondern, wie Architekt Michael Green sagt, dass weltweit 18 Prozent der Treibhausemissionen auf Abholzung zurückführen seien (Stand: 2013). Mangels alternativer Baustoffe mit Eigenschaften von Holz werden die durch Abholzung verursachten Emissionen kurz- und mittelfristig wohl nicht zu erniedrigen sein. Der Fokus sollte also auf der Wahl Bäume sein. In einem Beispiel aus Nordamerika erwähnt Green, dass in 13 Minuten genug Holz für ein 20-geschossiges Gebäude angebaut werden würde. Doch welche Bäume können wir fällen? Es sollte sich um Holz aus nachhaltiger Forstwirtschaft handeln, dessen Ursprung bekannt ist. Zudem sollten die Bäume nicht illegal zu Fall gebracht worden sein. Ein gewisses „Reinheitsgebot“ für Holzbaustoff wäre hierbei wünschenswert, um auch die Nutzung von sogenannten Holz-Kompositbaustoffen unbekannter Herkunft mit teils gesundheitsgefährdenden Klebemitteln zu verhindern. Die Zusammenarbeit von Industrie und Forstwissenschaft ist also gefragt.

Hybridbau: Es muss nicht reines Holz sein

Zudem erfreuen sich die Hybride aus Holz und einem klassischen Baustoff wie Stahl, Stein, Beton und Glas großer Beliebtheit. Sie zeigen, dass es nicht pures Holz sein muss. Tragende Holzkonstruktion wie die des Elefantenhauses im Zürcher Zoo sehen spektakulär aus und sorgen auch für Stabilität. Die Zwischenräume sind durch Glasflächen bedeckt und liefern genug Transparenz.

Holzhochhaus H8 in Bad Aibling. Quelle: Wikimedia, Autor: Y.Hilinci, Lizenz: CC-BY 4.0

Für diese Form des Hybridbaus haben sich auch die Entwickler des River Beech Tower entschieden, das in Chicago gebaut werden soll. Das zur Zeit in der Planungsphase befindliche Großprojekt soll auf 244 Metern, direkt am Chicago River gelegen, 80 Stockwerke unterbringen. Gemäß der Entwürfe ist das Holz zwar deutlich sichtbar, aber innen und außen verglast. Der Außenschutz aus Glas dürfte dem Schutz des Holzes vor der Witterung im Chicagoer Klima geschuldet sein.

Das Projekt ist insofern interessant, da Holzbauten in Chicago (und international) nicht über fünf Stockwerke hinausragen dürfen. Die eher geringe Höhe gewährleistet, dass die Gesamthöhe des Gebäudes im Brandfall von einer Feuerwehrleiter erreicht werden kann. Gesetzliche Regelungen sorgen damit für Schutz und behindern aber andererseits die kreativen Vorstöße der zeitgenössischen Architekten.

Herausforderung: Bauvorschriften

Die Baugesetze hinken der Realität in Wirtschaft, Technologie und Wissenschaft stark hinterher. International beschränken sie den Holzbau auf 4-5 Stockwerke. Ausnahmen gab es bisher nur bei der ersten Generation von Holz-Hybrid-Hochhäusern wie dem in Dornbirn (Österreich) stehenden und 27 Meter hohen LifeCycle-Tower. Dabei kamen Mischungen aus Stahlbeton und Holz-Beton-Verbundstoffen zum Einsatz, die Ausnahmeregelungen möglich machten. In Deutschland wurden die ersten Holz-Hochhäuser 2008 in Berlin (E3) und 2011 in Bad Aibling (H8) errichtet, mit je 25 Meter Höhe.

Das bisher höchste Holzbauwerk, das Studentenwohnheim „UBC Brock Commons“ in Vancouver, misst 53 Meter. Ablösen wird diesen Rekord wohl Ende 2018 das Wiener „HoHo“ mit 84 Metern und anschließend der für London geplante Oakwood Tower mit 300 Metern, der auch Londons zweithöchste Gebäude wäre. Insofern wird es interessant, wie sich die Bauvorschriften den Gegebenheiten und immer höheren Bestrebungen der Bauherren anpassen werden.

Auch in Deutschland wird weiter geforscht und entwickelt; in einem interdisziplinären „Verbund für Forschung und Lehre zum Material Holz“ mit dem Projekt „TUM.wood“ an der Technischen Universität München. Ziel ist vor allem, das Potenzial von Holz stärker nutzen zu lernen und den verantwortungsbewussten Umgang mit den zur Verfügung stehenden Ressourcen auf der Erde zu fördern. Dabei werden die „technischen, architektonischen, ökologischen und ökonomischen Möglichkeiten des wichtigsten nachwachsenden Rohstoffes entlang der gesamten Wertschöpfungskette – von der Entstehung im Wald über die Holzernte und Verarbeitung, von der Anwendung im Bauwesen bis hin zu Recycling-Strategien – untersucht […] bis zur Entwicklung materialgerechter Gebäudetypologien zeitgemäßer Holzarchitektur.“

Risiko: Brandschutz

Der Einsatz von Hybriden aus Holz und Stahlbeton kann sich positiv auf die Brennbarkeit des Bauwerks auswirken, denn weniger Holz heißt, dass das Gebäude weniger schnell Feuer fängt, richtig? Stimmt. Nichtsdestotrotz ist Holz mittlerweile ein High-Tech-Erzeugnis geworden, das nicht mehr nur die Sehnsucht in die Natur ausdrückt, sondern auch die großen Probleme der Welt angeht und immer weiter erforscht wird, wie das eben genannte TUM.wood als Beispiel deutlich macht.

Anders als vielleicht vermutet hält Holz besser als Stahl einem Feuer stand und brennt weniger schnell ab. Wenn Sie sich an Ihr letztes Lagerfeuer erinnern, wissen Sie, dass ein kleines Feuerchen keinen Baumstamm anzünden kann. Erst der längere Kontakt mit mehreren, größer werdenden Holzstücken wirkt sich mit der Zeit auf den Baumstamm aus. Aber selbst dann brennt er nur langsam. Mit einem Bretterstapel für eine Holzkonstruktion verhält es sich ähnlich. Er ist schwer entflammbar. Wenn er dann doch brennt, ist die Geschwindigkeit sowie die Art und Weise, wie er brennt, berechenbar und mit dem unserem aktuellen Wissen zum Brandschutz auch vorhersagbar. Das kann laut Spiegel auch der Berliner Architekt Tom Kaden bestätigen. Er hatte das besagte siebenstöckige Holzwohnhaus „E3“ in Berlin Prenzlauer Berg gebaut. Ausgerechnet die Feuerwehr hätte sich für das Konzept ausgesprochen. „Die wissen, dass Stützen aus Holz einem Brand länger standhalten als Stahl.“, meint Kaden. Holz sei zwar schneller entzündlich, aber die Abbrennrate sei besser berechenbar. Selbst verkohlte Balken würden noch einiges halten können, wenn Stahl schon längst geschmolzen wäre, lautet es weiter.

Dass sich ein Feuer schnell ausbreitet, ist beim Holz also nicht das Problem. Die Herausforderung liegt darin, genau zu wissen, wie gut entzündlich die Holzbaustoffe sind. Besonders beim erwähnten River Beech Tower in Chicago wird es interessant, die Behörden von der Sicherheit zu überzeugen. Insofern ist momentane Lösung, eine Mischung aus Holz und Glas oder Stahlbeton noch die reibungsfreiste, wenn es das Einhaltung der gegebenen Brandvorschriften geht.

Die Perspektive für Holz in Deutschland

Holz ist ökologisch. Der Rohstoff kann durch die Neubepflanzung von Bäumen ständig nachwachsen. Zudem speichert Holz gesundheitsschädliche Kohlendioxide, womit wir in direkter Umgebung von Holz auch gesünder leben. Holz ist resistent und schlägt auch Stahl, wenn es zum Brand kommt. Gleichzeitig ist Holz flexibel, sodass dem Baustoff auch eine relative Erdbebensicherheit zugeschrieben werden kann. „Holz hält Erdbeben besser stand, weil es elastisch ist und nicht bricht wie eine Steinmauer“, heißt es aus dem erdbebenerfahrenen Neuseeland im Tagesspiegel. Dafür ist auch das relativ geringe Gewicht verantwortlich.

Außerdem ist Deutschland ein Paradies für Holz. Gemäß der dritten Bundeswaldinventur des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (Stand: Oktober 2014) ist Deutschland mit 32 Prozent Waldfläche bedeckt. Das entspricht 11,4 Mio. Hektar. Damit liegt laut Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO, 2011) Deutschland auf Platz 6 was die Gesamtwaldfläche angeht, nach Russland, Schweden, Finnland, Spanien und Frankreich.

 

Die Möglichkeiten für Holzbauten sind unendlich: Das größte selbsttragende Holzdach der Welt auf der Messe in Hannover, Quelle: Wikimedia, Autor: Harald Bischoff, Lizenz: CC BY 3.0

Den dritten Platz nimmt Deutschland hinsichtlich des Holzvorrats ein. Gemäß Bundeswaldinventur liege Deutschland mit einer Menge von 336 Kubikmeter pro Hektar, nach der Schweiz und Österreich, an der Spitze der europäischen Länder. Mit 3,7 Mrd. Kubikmeter Gesamtvorrat stehe zudem im deutschen Wald mehr Holz als in jedem anderen Land der Europäischen Union. Der Holzbau in Deutschland ist deshalb grundsätzlich sinnvoll, wobei die Zusammensetzung der Wälder problematisch sein kann. Denn nicht jede Baumart eignet sich gleich gut für den Holzbau. Nadelholz bringt gute Materialeigenschaften für den Bau mit. Ökologischer wären aber Laubwälder, weil sie weniger anfällig für Schädlinge sind. Um aber Monokulturen von Kiefern und Fichten zu vermeiden, könnte Laubholz mit Verbundstoffen die nötige Stabilität bei Holzkonstruktionen sorgen und damit der oft hilfreiche Mittelweg sein.

Holz wirkt also – in der Natur, im Wohnraum und in großen Konstruktion. Anders als die eher kühl und „leblosen“ Stahlgerippe strahlt Holz auch im Hochhausgerüst eine gewisse Wärme sowie Wohlbefinden aus. Sie werden Holzpfähle größerer Bauwerke nicht direkt umwarmen wollen wie Sie es bei einem Baum vielleicht tun würden, aber zumindest würden Sie mit dem Gedanken spielen, es berühren zu wollen. Diesen Kontakt zu Mutter Natur kann weder Stahl noch Beton liefern. Ein Holzhochhaus kann dementsprechend als Agent der Natur in unserer betonierten Stahl- und Glasarchitektur verstanden werden. Wenn wir also zur Naherholung schon nicht in den Wald gehen, dann holen wir uns eben den Wald in die Stadt und machen ihn zum Teil des neu-urbanen Lebensraums.

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