Das Architekturbüro Peris + Toral Arquitectes aus Barcelona hat einen passiv beheizten und gekühlten Sozialwohnungskomplex fertiggestellt, der zum nahen Meer hin ausgerichtet ist, um die Vorteile der Querlüftung zu nutzen. Seine einzigartige und effiziente Struktur besteht aus einer Reihe von parallelen Wänden, die aus Blöcken komprimierter spanischer Erde hergestellt wurden.
José Toral und seine Partnerin Marta Peris entwerfen gerne Gebäude, die so wenig Material wie möglich verwenden. Weniger Material, so Toral, bedeutet weniger Gewicht, weniger Kohlenstoffemissionen, geringere Kosten und insgesamt bessere Konstruktionen.
Als die beiden an einem Wettbewerb für einen sozialen Wohnkomplex auf der Insel Ibiza teilnahmen, entwarfen sie ein kostengünstiges Gebäude, das als Erweiterung des Grundstücks fungieren sollte. Seine Form war komplex und zerklüftet wie die felsige Insel, auf der es steht. Und was noch wichtiger ist: Das Gebäude sollte bioklimatisch sein und passiv heizen und kühlen, was unter anderem durch die Verwendung eines natürlichen Baumaterials mit hoher thermischer Masse erreicht wurde: Lehm.
Ihr preisgekröntes Projekt, 43 Viviendas Sociales, besteht aus einem System von tragenden Wänden, die aus 20 Zentimeter dicken, gepressten Erdblöcken zusammengesetzt sind. Die lineare Struktur ermöglicht eine intelligente Abfolge von Räumen, die jeweils 12 Quadratmeter groß sind und eine Vielzahl von Einheiten mit einem, zwei und drei Schlafzimmern bilden.
Der Standort des Projekts befindet sich in der Nähe der Südküste Ibizas. Es wird auf der einen Seite von großen Hotels und Diskotheken entlang des Strandes und im Norden von einem Viertel mit Einfamilienhäusern begrenzt. "Wir haben uns entschieden, auf beide Größenordnungen einzugehen", sagt Toral. "Was wir geschaffen haben, ist wie ein großes Gebäude, das aus kleinen Häusern besteht." Das Volumen weist eine variable Tiefe und Höhe auf, die sich an den Rücksprüngen des Geländes orientiert und ein typisches Innenraummodul von drei mal vier Metern zusammenfasst.
Das Gebäude ist in seiner Aufteilung einmalig effizient. Es gibt keine Korridore, so dass nur sehr wenig Platz für die Zirkulation verloren geht. Angrenzende Räume sind stattdessen auf jeder Seite durch großformatige Türen miteinander verbunden, die geöffnet werden können, um eine vollständige Querlüftung in der gesamten Einheit zu ermöglichen. Die Küchen- und Esszimmermodule sind in der Mitte jeder Wohnung angeordnet, während die Schlafzimmer an den Rändern liegen. Die Nebenräume, zu denen Bäder, Abstellräume und Waschmaschinen gehören, sind als halbhohe Blöcke von sechs Quadratmetern innerhalb der größeren Räume angeordnet. Treppenhäuser und Aufzüge nehmen im Grundriss ebenfalls halbe Module ein. Diese geordnete Anordnung führt zu einem gegliederten Volumen, das das einzigartige Raster seiner linearen Struktur im Inneren zum Ausdruck bringt.
Passivhaus auf einer Mittelmeerinsel
Ibiza ist eine der fünf bewohnten Baleareninseln vor der Ostküste Spaniens. Sie hat ein typisch mediterranes Klima mit heißen Sommern und milden Wintern. Bei der Planung von Passivhäusern muss unter anderem die hohe relative Luftfeuchtigkeit berücksichtigt werden, die im Sommer auf über 80 Prozent ansteigen kann. In der Regel wird ein Wert zwischen 50 und 60 Prozent angestrebt, damit sich die Nutzer wohl fühlen. "Wenn der Prozentsatz darüber liegt, ist es zu feucht. Wenn er zu niedrig ist, wird es trocken und die Nutzer sind stärker gefährdet", sagt Toral.
Eine Möglichkeit, die relative Luftfeuchtigkeit in Gebäuden niedrig zu halten, ist die Verwendung dichter Materialien mit guter Leitfähigkeit. Die meisten Konstruktionen basieren auf Beton, um diese Anforderungen an die Trägheit zu erfüllen. Beton ist kostengünstig und leicht zu verarbeiten. Aber er ist auch ein starker Kohlenstoffemittent, den Peris und Toral nach Möglichkeit vermeiden wollen.
Lehm wird seit jeher im Bauwesen verwendet, weil er eine gewisse Trägheit gegenüber Temperaturschwankungen aufweist. Wie Zement kann auch Erde zu Mischungen hinzugefügt werden, die in Formen verschiedener Größe verwendet werden können. Allerdings müssen Erdmischungen in der Regel komprimiert werden, bevor sie stark genug sind, um als Baumaterial zu dienen. Peris und Toral entschieden sich bei diesem Projekt für gepresste Lehmblöcke, um ein Passivhaus zu realisieren, das gleichzeitig kohlenstoffarm ist.
43 Viviendas zeichnet sich durch eine Vielzahl anderer architektonischer Elemente aus, die dazu beitragen sollen, die Temperaturen zu mäßigen, ohne dass aktive Heiz- oder Kühlsysteme erforderlich sind. Die Ausrichtung des Gebäudes ermöglicht es, dass die Meeresbrise durch alle Wohnungen strömt, und ein überdachter zentraler Innenhof fungiert im Winter als Atrium und im Sommer als Sonnenkamin, der die warme Luft oben aus dem Gebäude leitet. Während die größeren Einheiten eine doppelte Ausrichtung nach Norden und Süden haben, öffnen sich die kleineren Einheiten zu den zentralen Innenhöfen, um eine Querlüftung zu gewährleisten. Semi-Outdoor-Räume wie Wintergärten und Terrassen tragen dazu bei, die Räume an der Peripherie vor direkter Sonneneinstrahlung und Außenwärme zu schützen.
Entwerfen mit gepressten Erdblöcken (CEB)
Lehmbau ist kohlenstoffarm, langlebig und kann für eine Ästhetik verwendet werden, die bei der Sichtbarmachung schön roh und natürlich wirkt. Obwohl die Verwendung von Lehm im Bauwesen so alt ist wie die Zivilisation, ist Lehm nicht immer eine offensichtliche Lösung, um die Standards der zeitgenössischen Architektur zu erfüllen. Es handelt sich um ein Material mit strukturellen Einschränkungen und anderen begrenzenden technischen Merkmalen: Die Verwendung von Lehm ist zum Beispiel manchmal zu arbeitsintensiv, um finanziell machbare Projekte zu ermöglichen, oder es gibt einfach nicht genügend Daten oder Zertifizierungen für Produkte auf Lehmbasis, um die Vorschriften und Normen in vielen Regionen der Welt zu erfüllen.
Stampflehmbau und gepresste Erdblöcke (CEB) sind zwei Methoden für den Bau niedriger Gebäude unter Verwendung von Erdreich. Beide haben sich in den letzten Jahren immer mehr durchgesetzt, was zum Teil auf die Aufnahme von Konstruktionsnormen für den Lehmbau in die Bauvorschriften, auf ein erweitertes Fachwissen bei den Bauarbeitern und auf den allgemein stärkeren Wunsch der Gesellschaft nach umweltfreundlicheren Baulösungen zurückzuführen ist. Beide Systeme führen zu hochfesten, druckfesten Wänden. Beide sind in der Regel auf den Zugang zu regionalen Böden mit geeigneten Eigenschaften für den Bau angewiesen.
CEB kann aus einer Mischung aus Erde, nicht-expansiven Tonzuschlägen und Kalk hergestellt werden. CEB ist nicht nur ein vielseitiges und kostengünstiges Baumaterial, sondern auch eine hervorragende kohlenstoffarme Alternative zu Beton und Stahl. Ein Vorteil von CEB im Vergleich zu Stampflehm ist, dass es nicht die oft hemmenden Material- und Arbeitskosten erfordert, die mit Schalungen verbunden sind. CEB-Blöcke werden mit Hilfe von Maschinen hergestellt, die mit Vibration und Kompression arbeiten. Die Blöcke trocknen dann drei bis vier Wochen lang. "Die Herstellung von CEB erfordert dieselbe Technologie und dieselben Maschinen, die auch für die Herstellung von Betonblöcken verwendet werden", sagt Toral. "Wir denken also, dass die Herstellung von CEB auch eine Möglichkeit sein kann, die Emissionen einiger bestehender Industrien zu verändern.
Die CEB-Blöcke für 43 Viviendas wurden von GLS Prefabricados hergestellt und von FET DE TERRA vermarktet, zwei Unternehmen mit Sitz in Katalonien. Laut Toral hat sich GLS in der Vergangenheit auf die Herstellung von großen Betonblöcken konzentriert, die in der Regel nur mit Hilfe von Maschinen bewegt werden konnten, und hat erst vor kurzem mit einer Produktlinie namens TARGA TERRA Bodenblöcke auf den Markt gebracht. "Wir haben sie gefragt, wie wir es billiger machen können, um einen Weg zu finden, Stücke zu produzieren, die weniger als vier Kilogramm wiegen, so dass eine Person sie handhaben kann. Für das Projekt wurden schließlich Blöcke mit den Maßen 10 mal 12 mal 20 Zentimeter hergestellt, mit denen die Wände von 43 Viviendas ohne den Einsatz schwerer Maschinen hochgezogen werden konnten. Eine große Anzahl von Arbeitern wurde gleichzeitig auf der Baustelle eingesetzt, um die Blöcke manuell zu handhaben und die Bauzeit zu verkürzen. Da das System unter Druck arbeitet, wird nach Angaben von Toral keine Bewehrung in den Wänden verwendet. Aus diesem Grund reichen alle Wandöffnungen direkt bis zur darüber liegenden Decke.
Die CEB-Blöcke wurden von einer Fabrik in Katalonien nach Ibiza transportiert. Die Verschiffung von Erde über Land und Meer ist vielleicht keine offensichtliche Methode, um mit einem Material zu bauen, das scheinbar überall verfügbar ist, aber es könnte dennoch die effizienteste sein. "Wir glauben, dass die Zukunft des Bauens mit Lehm darin liegt, dass die Industrie den guten Boden in den Fabriken nutzt und ihn dann an den Ort des Baus bringt", sagt Toral. "Das ist der Weg, um qualitativ hochwertige Blöcke zu produzieren, die auch den Zertifizierungen entsprechen."
Detaillierung 43 Viviendas Sociales
Mit einem Minimum an Material zu planen und gleichzeitig die Anforderungen an Akustik und Statik zu erfüllen, ist ein Balanceakt. In Mehrfamilienhäusern sind akustische Barrieren zwischen den Einheiten ein besonders wichtiges Konstruktionsprotokoll. Trennwände zwischen benachbarten Wohneinheiten können mehrere Schichten von Baumaterial und Dämmung erfordern, um die Vorschriften und Normen zu erfüllen. "Für uns war es wichtig, die Akustik zwischen den Nachbarn mit nur einer Wand aus CEB zu lösen, da man sonst das Material verdoppeln und auf jeder Seite eine Struktur anbringen müsste", sagt Toral. "Also haben wir die Gesetze der Masse genutzt." Die Mindestdichte für eine Schallschutzwand beträgt 300 kg/m2. Mit einem 20-cm-Block und einer Dichte von 2000 kg/m3 misst die Konstruktion 400 kg/m2 und erfüllt damit die Anforderungen. Für Abtrennungen im Inneren der Einheiten werden 10 cm breite Wände verwendet.
Laut Toral wurde speziell für dieses Projekt eine Blockmischung entwickelt, die ihm eine angemessene Festigkeit und einen braunen Farbton verleiht. Die Gebäudehülle wurde mit einer Naturkorkdämmung und weißem Kalkputz an der Außenseite versehen, um das Risiko der Erosion durch Wind und Regen zu verringern. Im Inneren wurden die CEB-Blöcke offen gelassen. "Hier in Spanien werden die Wandfugen im Blockbau nicht perfekt ausgefüllt. Normalerweise verputzen wir die offenen Stellen, um die Wände abzudichten", sagt Toral. Die Architekten wollten die hygroskopischen Eigenschaften des Materials nutzen und ihm die Möglichkeit geben, Feuchtigkeit aus der Luft aufzunehmen. "Wir wollten das CEB-Material freilegen und fügten stattdessen einen sehr feinen Lehmputz hinzu, der mit den Fugen identisch ist. Dann haben wir ihn poliert, um sicherzustellen, dass alle Fugen vollständig geschlossen sind und um Schallbrücken zu vermeiden."
Die Auswirkungen sind zweifach. Die polierten Oberflächen reflektieren das Sonnenlicht tief in die Wohnräume. Und durch den Verzicht auf einen Innenputz gelingt es dem Entwurf auch, die Tiefe des Wandaufbaus zu verringern. "Bei den Böden haben wir eine ähnliche Strategie verfolgt", sagt Toral. "Sie wurden ebenfalls poliert, um keine weitere Schicht hinzuzufügen. Wir versuchen als Büro immer, die Anzahl der Schichten zu reduzieren, die wir in unsere Projekte einbauen."
Ursprünglich sollten die Böden in Holzbauweise errichtet werden, um die Emissionen des Projekts zu minimieren. "Aber dann wurde uns durch Simulationen klar, dass wir die Trägheit des Gebäudes erhöhen mussten", sagt Toral. Toral und Peris waren darauf bedacht, einen Weg zu finden, den Kohlenstoff-Fußabdruck des Systems zu begrenzen, indem sie Reihen von vorgefertigten Betonträgern einbauten, die als Platten fungieren und einen Querschnitt von 10 mal 20 Zentimetern haben: "Das ist eine sehr dünne Lösung", sagt Toral. Die vorgefertigten Elemente werden miteinander verklebt, um das erforderliche Biegemoment zu erreichen, und der Boden wird mit einer fünf Zentimeter dicken Betonkompressionsschicht bedeckt. "Der Bodenaufbau beträgt 25 Zentimeter: 20 Zentimeter für die Balken plus 5 Zentimeter für die Platte. Aber das Volumen entspricht einer Betonplatte von nur 10 Zentimetern, eine Reduzierung um 66 Prozent", sagt Toral. "Es war eine gute Entdeckung, zu wissen, dass der Einsatz von Beton gar nicht so schlecht ist, wenn wir ihn klug einsetzen. Wir haben entdeckt, dass es vielleicht nicht nur auf die Materialien ankommt, die ein Gebäude nachhaltig machen, sondern auch darauf, wie wir sie einsetzen."
