Team MIMO

Team MIMO im Solar Decathlon 2021/22

Das Team MIMO der Hochschule Düsseldorf stellt sich der Herausforderung „Aufstockung samt Sanierung“ des Café Ada.

Abbildung 1: Team MIMO auf dem Campus der HSD - © Team MIMO / Foto: Marvin Hillebrand

Das Team MIMO der Hochschule Düsseldorf (HSD) erarbeitet als interdisziplinäres Team aus Professor*innen, Mitarbeiter*innen und Studierenden alle sieben Fachbereichen der HSD unter dem Leitgedanken ‹MINIMAL IMPACT - MAXIMUM OUTPUT (MIMO)›, ein Konzept zur ressourceneffizienten Nachverdichtung. Hier steht im Vordergrund, dass das Nutzungskonzept samt Wohnraumangebot als auch technische Ansätze einen lokalen Mehrwert erwirken und maximalen Nutzen bei minimalem Eingriff erreichen.

Konkretes Thema des Team MIMO ist die Sanierung und Aufstockung eines existierenden Lagerhauses in Wuppertal Mirke aus dem Jahr 1905, welches vom überregional bekannten Café Ada samt Tanzzentrum genutzt wird. Als Leitmotive der Bestandssanierung dienen daher behutsame Eingriffe und Erhaltung des äußeren Erscheinungsbildes. Neben architektonischen und technischen Herausforderungen stellt sich das Team der Herausforderung, auch den Sozialraum im Quartier Mirke einzubeziehen.

Abbildung 2: Foto des Bestandsgebäudes, dem Café Ada an der Wiesenstraße in Wuppertal Mirke © Team MIMO / Foto: Marvin Hillebrand

Abbildung 3: Visualisierung des Cafés Ada - © Team MIMO / Rendering: Cameron Juna Wiest

Gestapelte Tiny Houses bilden eine urbane WG

Der Schwerpunkt der Aufstockung liegt auf der Schaffung von Wohnraumalternativen für das Quartier. So stellen 15 übereinandergestapelte Vollholz-Wohnmodule auf drei Geschossen privaten Wohnraum für jeweils ein bis vier Personen bereit. Im Sinne der Suffizienz ist deren Raumangebot stark reduziert. Der Zwischenraum wird zur Erschließung, vor allem aber als gemeinschaftlicher Wohnraum genutzt: Geteilte Co-Working-Bereiche, Waschmaschinen, Gästezimmer und Lounges ermöglichen im Prinzip des „wer teilt, hat mehr“ gemeinschaftliches Leben, informelle Begegnungen und sozialen Austausch. Der über den äußeren Treppenturm erreichbare ‹Urban Garden› ermöglicht als halböffentliches Gewächshaus Gemüseanbau, auch durch Gärtner*innen des Quartiers.

Die Aspekte Parametrisierung, modulares Bauen und Vorfertigung adressieren die Übertragbarkeit des Konzepts ebenso wie verringerte lokale Emissionen und Bauzeiten sowie die Materialeffizienz.

Abbildung 4: Wohnmodule - © Team MIMO

Die Hülle als intelligente Fassade

Die beschriebene Struktur ist von einer sog. Klimahülle umgeben, welche über gläserne Dach- und Lamellenfenster eine natürliche Belüftung, Beleuchtung und passive Kühlung der Gemeinschaftsbereiche ermöglicht. Über eine abgestimmte Anordnung von PV-Zellen in der teiltransparenten Hülle wird Strom über den ganzen Tagesverlauf erzeugt und Schattenwurf sowie passive Wärmeeinträge ebenso ermöglicht wie Ein- und Ausblicke. Das innovative zentrale Energieversorgungssystem „energiBUS“ koppelt eine Wärmepumpe mit Eisspeicher und den Haushaltsgroßgeräten und sorgt über Wärmespeicher und eine intelligente ‑verteilung für Energieeffizienz im Gesamtsystem. Hieran ist auch das Café angebunden.

Abbildung 5: Sprengisometrie und städtebauliche Isometrie - © Team MIMO

Energieeffizienz durch Kopplung alles Energieverbrauchssektoren

Team MIMO hat sich auch zum Ziel gesetzt, Energiebedarf in allen Gebäude- und Wohnbereichen zu minimieren. Dies mündet in einer angemessenen Mischung aus Low-Tech-Strategien wie bspw. der o.g. natürlichen Klimatisierung der Pufferzone und der sorgfältigen Integration gebäudetechnischer Komponenten zur Nutzung erneuerbarer Energien wie der intelligenten Fassade. Im Sinne des mehrfach beschriebenen Gemeinschaftsprinzips koppelt zudem das sog. „energiBUS“ Haushaltsgeräte über eine intelligente Wärmeverteilung mit zentralen Wärmespeichern und der Wärmepumpe samt Eisspeicher. Während bspw. den Kühlgeräten die Wärme entzogen wird, steht diese den Wärmeverbrauchern wie bspw. Der Waschmaschine über das Leitungsnetz zur Verfügung. Hierzu werden Waschmaschinen, Trockner oder Gefrierschränke zentral und nicht in den Wohnungen aufgestellt und können ohne eigene Wärmepumpe auskommen. Neben der reduzierten Anzahl und Anschaffungskosten (Suffizienz) ergeben sich Stromeinsparungen in der Größenordnung von 30 % (Effizienz) im Gesamtsystem. Um die Wärmeverteilung maximal auszuschöpfen sind auch die dezentralen Spülmaschinen in den Wohnungen und das Kühlhaus des Cafés an die Wärme(-um-)verteilung angebunden. Im Sinne der Sektorenkopplung werden die strombasierten (Wärme-)Verbraucher und PV-Anlagen mittels Steuerungskonzept verknüpft und über die genannten Wärme- sowie zusätzliche Batteriespeicher ein Lastmanagement zur Optimierung von Eigenbedarfsdeckung und Eigenertragsnutzung sowie optimierten Netzstrombezug erreicht.

Zuletzt erfolgt die logische Wechselwirkung zwischen Gebäude und dem Quartier. Simulationen ergeben, dass die Jahresenergiebilanz des Gesamtkomplexes nicht ausgeglichen werden kann. So steht ein Jahresstromertrag der PV-Zellen der Klimahülle in Höhe von rund 55.000 kWh/a einem Strombedarf von ca. 96.000 kWh/a gegenüber. Hauptgrund für die Unterdeckung ist der hohe Energiebedarf der Café- und Veranstaltungsräume im energetisch nicht vollends optimierten Bestand sowie die Betrachtung aller Energieverbrauchssektoren bis hin zu Beleuchtung, weißer Ware und der Elektromobilität. So werden einerseits weitere PV-Anlagen auf einer Raumstruktur im Außenbereich (s.u.) ergänzt und die Gemeinschaftsidee des Quartierszentrums in den Stadtteil übertragen. „Energetische Parasiten“ in Form von dezentralen Energieerzeugern in und auf Nachbargebäuden sorge für eine eigenständigere Energieversorgung im Quartier. Mehrere Blockheizkraftwerke ermöglichen in umliegenden, denkmalgeschützten und damit energetisch schwerlich zu sanierenden Gründerzeitgebäuden eine Energieeffizienzsteigerung. Verbleibende und meist im Winter erzielte Stromertragsüberschüsse dienen dann über das gebäudeeigene Lastmanagement zur Deckung des Strombedarfs von Café und Aufstockung. Ähnliches gilt für eine große PV-Anlage auf dem Flachdach des an der Wiesenstraße gegenüberliegenden Wohngebäudes. Ein ungezieltes und wirtschaftlich nicht lukratives Einspeisen in das öffentliche Stromnetz bleibt aus. Der Gedanke der Quartiersenergie fließt über die lokale Eigenvermarktung in die Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen ein.

Abbildung 6: Modellbau der Design Challenge - © Team MIMO / Foto: Marvin Hillebrand

Ausblick – Der Demonstrator als 1:1 Konzeptausschnitt

Team MIMO wird im Finale im Juni 2022 einen Ausschnitt mit zwei gestapelten, kompakten Vollholz-Wohnmodulen und Gemeinschaftsbereich innerhalb einer Klimahülle präsentieren. Dabei kommt auch die intelligent gesteuerte Fassade mit öffenbaren, und mit PV bestückten Dachfenstern und Lamellen zum Einsatz. Mit den Partnern Schüco (Fassade), Sunovation  (PV) und EuroLam (Glaslamellen) wird dieses komplexe Bauteil derzeit entwickelt. Für die spätere intelligente Steuerung wurde Gira als Partner gewonnen.

Abbildung 7: Visualisierung des Demonstrators, der sog. House Demonstration Unit - © Team MIMO / Rendering: Cameron Juna Wiest

Abbildung 8: Sprengisometrie der House Demonstration Unit des Team MIMO - © Team MIMO

Durch den Versatz und das Drehen eines Modules entstehen Zwischenräume, die einerseits für die Erschließung genutzt werden und anderseits eine Gemeinschaftsfläche bilden. Die Gemeinschaftsfläche setzt sich zusammen aus einem Aufenthaltsbereich im Erdgeschoss, sowie einer Dachterrasse und einer begrünten Wand, welche das Prinzip des Urban Gardenings repräsentieren. Zudem setzt das Team konsequent auf die Verwendung ökologischer, recycelter und vor allem wiederverwendbarer Materialien. Der Innenausbau wird in der hochschuleigenen Prototypen-Werkstatt nahezu leimfrei realisiert. Die Funktionen der Wohnmodule fokussieren den persönlichen Bereich, um den Gemeinschaftsflächen eine starke Nutzung zu ermöglichen. Ziel ist es, dass über den individuellen Wohnraum hinaus ein soziales Gewebe zwischen den Nachbarn entstehen kann. Der Demonstrator zeigt eine der vielen Möglichkeiten, wie die Module zusammengesetzt und dadurch optimal an die Bewohner*innengröße angepasst werden können. Das energiBUS-System sowie das Technik- und Steuerungskonzept wird unter Einbeziehung der Partner Miele und Vaillant in den eigenen Laboren entwickelt. Vom energiBUS-System, über die Vollholzmodule bis hin zu der multifunktionalen Fassade werden, gemeinsam mit den Partnern, die Idee des Teams gezeigt und im Anschluss in einem Real-Labor für drei Jahre getestet.

Abbildung 9: Ansichten der House Demonstration Unit des Team MIMO - © Team MIMO

Abbildung 10: Prinzip des "energiBUS" zur Kopplung von TGA und weißer Ware  - © Team MIMO

Peer-Reviewed

Sonstige Veröffentlichungen (Tagungsbeiträge, Poster etc.)