Bei der Bewältigung des nachhaltigen Wandels der Bauwirtschaft aufgrund der Klimaziele 2050 der Schweizer Eidgenossenschaft stellen sich grundlegende Fragen an die gebaute Umwelt. Diese betreffen u.a. die Verlängerung der Lebenszyklen, die Wandlungsfähigkeit und Anpassbarkeit von Bauten sowie Kreislaufwirtschaft und Suffizienz. Die Beantwortung dieser Fragen leistet einen wesentlichen Beitrag zur globalen Nachhaltigkeit und zur Senkung der klimagefährdenden CO₂-Emissionen des Bausektors. Steigende Bodenpreise, erhöhte baurechtliche und ökologische Anforderungen und fortwährend steigende Ansprüche an den Komfort machen es jedoch immer schwieriger, nachhaltig und kosteneffizient zu bauen. Besonders im Mietwohnungsbau besteht aufgrund anhaltender Erhöhung der Erstellungskosten und stetig steigender Mietzinse ein hoher Handlungsbedarf, günstiger zu bauen. In der aktuellen Baupraxis zeigt sich, dass Nachhaltigkeit und Kosteneffizienz oftmals in Gegensatz zueinander stehen. Die Frage nach bezahlbarem Wohnraum wirft die Frage auf, ob Ersatzneubauten zwingend erforderlich sind oder Bestandsbauten ertüchtigt und an neue Bedürfnisse angepasst werden können. Damit gewinnt das Weiterbauen gegenüber dem Ersatzneubau an grosser Bedeutung. Das Forschungsprojekt fokussiert auf das verdichtete und städtische Bauen. Ziel ist es, Strategien und Stellschrauben zum nachhaltigen UND kostengünstigen Wohnungsbau in einem Leitfaden für öffentliche und private Bauherrschaften, Architekt:innen und Investor:innen zu definieren und deren Wirksamkeit zu belegen.

Städte erneuern sich – an ihnen wird ständig weitergebaut. Heute stehen die Städte zudem vor der Aufgabe, sich baulich zu verdichten. Weil die Bauplätze in der Stadt stets schon besetzt sind, geschieht die Verdichtung in der Regel mittels Ersatzneubauten – vorher wird leergeräumt. Was aber, wenn wir, in Anlehnung an Lucius Burckhardt, den Neubau als Sonderfall denken und nicht mehr als die Regel? Welche Werte trägt der Bestand in sich? Welches Potenzial steckt im steten Umbau der bestehenden Stadt? Bestand, Abbruch und Neubau werden wie in einem Organismus als Zyklus des Wachstums und der Erneuerung verstanden. Begreift man Stadt als organisches, wandelbares und fortwährend gestaltbares Gefüge in allen Massstäben, lassen sich entwerferische Transformationsstrategien entwickeln, die eine Haltung im Umgang mit dem Bestand verfolgen und nicht allein bauliche Operationen wie Ersatzneubau und Instandsetzung, Aufstockung, Anbau und Pinselsanierung gegenüberstellen.

Unsere Ortschaften werden dichter, die Menschen mobiler, und etablierte Grenzen zwischen Aktivitäts- und Ruhezeiten verschwimmen zugunsten einer 24-Stunden-Gesellschaft. All das macht unsere Siedlungsgebiete auch lauter. Im Wohnungsbau ist der Lärmschutz deshalb zu einem prägenden Planungsparameter avanciert. Angesichts der gesundheitlichen Risiken einer übermässigen Lärmbelastung sind die Vorschriften strenger geworden. Doch der allzu starke Fokus auf für sämtliche Wohnräume gleichermassen geltende Immissionsgrenzwerte engt den Spielraum für qualitätsvolle Lösungen stark ein. Für ebenso zentrale Überlegungen – etwa zur Einbettung in den städtebaulichen Kontext oder zur Belichtung und Ausrichtung der Innenräume – bleibt wenig Spielraum. Dabei sind qualitätsvolle öffentliche Räume und attraktiver Wohnraum im Hinblick auf die Siedlungsentwicklung nach innen gefragter denn je. Mit der Zukunftsperspektive einer umweltverträglichen Stadt mit einem hohen Anteil an Langsamverkehr und Elektromobilität vor Augen, erscheinen die von der Strasse abgewandten Bauten, die das geltende Regulativ hervorgebracht hat, als überholt.

In Zusammenarbeit mit dem Departement Soziale Arbeit misst das IKE die Gesetzgebung an den baulichen und gesellschaftlichen Realitäten und schlägt Strategien für ein sozialverträgliches, zukunftsfähiges Wohnen am Lärm vor.

Die Statistik Stadt Zürich (SSZ) bereitet derzeit die alle fünf Jahre stattfindende Überarbeitung des Zürcher Index der Wohnbaupreise (ZIW) vor, der seit 1939 besteht. Seit der letzten Überarbeitung im Jahr 2020 stützt sich der ZIW auf Daten des vom Bundesamt für Statistik (BfS) erstellten Baupreisindexes «Neubau Mehrfamilienhaus». Das bedeutet, dass keine eigenen Preise mehr erhoben werden, sondern die vom BfS für die Grossregion Zürich erhobenen Preise verwendet werden. Aufgrund der spezifischen Gegebenheiten in der Stadt Zürich wird jedoch eine andere Gewichtung angewendet als beim Index des BfS. Diese Gewichtung muss nun für die bevorstehende Überarbeitung im Jahr 2025 erneut angepasst werden.

Das Ziel besteht darin, eine Gewichtung für verschiedene Bauleistungen beim Bau von Wohngebäuden festzulegen, die die besonderen Gegebenheiten der Stadt Zürich am besten berücksichtigt. Das IKE trägt mit seiner Expertise im Bauwesen und bei Gebäudetypen zur Analyse von Daten und Statistiken bei und organisiert Workshops mit Architekt:innen, Baumanagementfirmen und dem Amt für Hochbauten. Ziel ist es, festzulegen, welche Gebäudetypen in der Stadt Zürich am häufigsten vorkommen, auf denen dann die Gewichtung basieren soll.

Mit der Aufstockung des Kopfbaus der Halle 118 am Winterthurer Lagerplatz hat Baubüro in situ in unmittelbarer Nachbarschaft zu unserer Hochschule das erste grössere Gebäude der Schweiz realisiert, das mehrheitlich aus wiederverwendeten Teilen gebaut ist. Dieses einmalige Pilotprojekt wurde im Rahmen einer Kooperation des IKE der ZHAW und dem Baubüro in situ wissenschaftlich ausgewertet. In verschiedenen Arbeitsgruppen wurden mit interdisziplinären Fachleuten architektonisch-konstruktive Fragen ebenso wie die energetischen, ökonomischen, prozessualen und rechtlichen Aspekte der Wiederverwendung im Bauen untersucht. Die ausführliche Dokumentation und Analyse des Fallbeispiels verfolgten das Ziel, die gewonnenen Erkenntnisse öffentlich zugänglich und nutzbar zu machen und so einer vielversprechenden Praxis zum Durchbruch zu helfen.

Das Forschungsprojekt «Beton wiederverwenden – Neue Kreisläufe für bestehende Betonstrukturen» zielt darauf ab, die Bauindustrie nachhaltiger zu gestalten, indem es innovative Prozesse für den Rückbau und die Wiederverwendung von Betonstrukturen entwickelt. Dies ist besonders relevant, da die Bauindustrie global für etwa 40 Prozent der CO₂-Emissionen verantwortlich ist.
Das Projekt setzt an der Stelle an, wo viele bisherige Ansätze aufhören: Es geht nicht nur um die Wiederverwendung einzelner Bauteile, sondern um den kompletten Rückbau und die erneute Nutzung ganzer Betonstrukturen. Dies erfordert eine umfassende Neubetrachtung und Planung der Bau- und Demontageprozesse, um hochwertige Materialien effizient zurückzugewinnen, sie auf gleicher Hierarchieebene wiederzuverwenden und erneut einzusetzen. Im Gegensatz zum Recycling, bei dem die Materialien einer kostspieligen energetischen Verarbeitung unterzogen werden, um in ihren Rohzustand zurückzukehren, bleiben bei der Wiederverwendung die ursprüngliche Form, die mechanischen Eigenschaften sowie die chemisch-physikalischen Eigenschaften der Komponenten erhalten, was ihre direkte Integration in neue Strukturen erleichtert.

Ein wesentliches Element des Projekts ist die Entwicklung neuer Ansätze für den Rückbau sowie standardisierter Lösungen für die Wiederverwendung von Beton. Hierzu gehören Methoden zur effektiven Trennung und Aufbereitung von Betonkomponenten, die dann in neuen Bauprojekten wiederverwendet werden können. Diese Prozesse müssen nicht nur technisch machbar, sondern auch wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll sein, um eine echte Nachhaltigkeit zu gewährleisten.

Ein praxisnahes Beispiel für die Anwendung dieser Forschung ist der geplante Neubau des ERZ-Recyclinghofes Juch-Areal, der vorwiegend aus wiederverwendeten Betonteilen konstruiert werden soll. Dieses Vorhaben bietet die einmalige Gelegenheit, die entwickelten Methoden unter realen Bedingungen zu testen, weiterzuentwickeln und ausführlich zu dokumentieren. Der Schwerpunkt liegt auf der effizienten Integration von rückgebauten Betonstrukturen in die Neukonstruktion, wobei die Optimierung des gesamten zirkulären Prozesses – vom Ernten der Materialien über deren Aufbereitung und Transport bis hin zur Montage im neuen Projekt – von zentraler Bedeutung ist.

Durch die Kombination von theoretischer Forschung und praktischer Anwendung strebt das Projekt danach, sowohl die ökonomischen als auch die ökologischen Aspekte der Wiederverwendung von Beton zu verbessern. Ziel ist es, nachhaltige Bauweisen zu fördern und damit einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung der Umweltauswirkungen der Bauindustrie zu leisten.

Aktuelle Programme zur Erfassung von Bauteilen für die Wiederverwendung berücksichtigen nicht den gesamten Prozess vom Abbau bis zur Wiederverwendung, insbesondere nicht im Bereich struktureller Stahlbauteile wie Stahlprofile. Es fehlt ein Planungstool, das Eigentümer:innen hilft, das volle Umnutzungspotenzial ihrer Gebäude zu verstehen.

Die Idee ist die Entwicklung einer Website mit einem Flussdiagramm-Algorithmus, der alle notwendigen Schritte und Informationen für jedes Bauteil während des gesamten Prozesses von der Demontage bis zum Wiederaufbau auf einer neuen Baustelle erfasst. Dabei basiert der Algorithmus auf einer umfassenden Datenbank mit Produktkatalogen, Anleitungen zur Bedienung und Konstruktion, Herstellungsmethoden sowie Demontage-, Logistik- und Montageanweisungen. Als Prototyp sollen die Informationen zu den Stahlträgern eines bereits abgeschlossenen Projekts (K.118 in Winterthur) gesammelt und in die Datenbank integriert werden.

Die Klimaziele für das Jahr 2050 wurden bereits in mehreren Schweizer Städten überschritten. Eine radikale Einstellung des Bauprojekts ist jedoch keine realistische Option. Der effektivste Weg, unsere CO₂-Emissionen zu reduzieren, besteht darin, alte Bauteile wiederzuverwenden. Dieses Prinzip gibt es seit der Antike, wurde aber während der zweiten industriellen Revolution vernachlässigt. Seitdem haben sich die Konstruktionsprozesse erheblich weiterentwickelt und sind schneller und stärker automatisiert worden.

Wie können wir das Wiederverwenden in unsere optimierten Prozesse einbinden? Die Identifizierung und Auswahl wiederverwendbarer Bauteile sowie die erforderlichen Überlegungen zur Logistik, die ein:e Architekt:in berücksichtigen muss, sind entscheidend. Zudem stellt sich die Frage nach den Materialien mit dem grössten Potenzial für Wiederverwendung und wie der CO₂-Ausstoss berechnet werden kann, wobei auch die Auswirkungen auf den architektonischen Ausdruck nicht ausser Acht gelassen werden sollten.

Um alle diese Fragen zu beantworten, hat das IKE eine Herausforderung angenommen: ein Brettspiel zu entwickeln, das die unterschiedlichen Schritte in der Planung mit wiederverwendbaren Elementen konkret simuliert und eine strategische Diskussion eröffnet. Das Spiel richtet sich nicht nur an Studierende und Architekt:innen, sondern auch an alle Interessierten in Form von Workshops.

Jedes Jahr werden in der Schweiz über 500.000 Tonnen Flachglas entsorgt. Das entspricht rund 15 kg pro Sekunde. Das Schlimmste daran ist, dass nur etwa ein Viertel dieser enormen Menge recycelt wird, der Rest landet auf der Mülldeponie.

Am Institut Konstruktives Entwerfen suchen wir nach Wegen, diese Abfallmenge drastisch zu reduzieren. Dazu forschen wir etwa am Umgang mit Fensterglas. Obwohl Fenster aufgrund der enormen thermischen Fortschritte in den letzten fünfzig Jahren und ihrer sensiblen Rolle in der Gebäudehülle schwer wiederzuverwenden sind, arbeiten wir daran, ältere Fenster auf die heutigen Energiestandards zu bringen, mit Kenngrössen, die der derzeit produzierten Doppel- oder Dreifachverglasung vergleichbar sind.

Parallel zu dieser Suche nach Reparatursystemen führen wir quantitative Analysen durch, um zu evaluieren, welche Art von Fenstern wo, mit welchen Werten und Abmessungen entsorgt wird. Ziel ist es, herauszufinden, ob das einer gewissen Systematik folgt und ob bestimmte Modelle daher eher auf dem Secondhand-Markt verfügbar sind als andere.

Ein weiteres wichtiges Thema ist das Testen dieser Fenster. Obwohl einige von ihnen gekennzeichnet sind, lassen sich die Werte von Fenstern, die vor mehr als 15 Jahren gefertigt wurden, schwer bestimmen. Am IKE arbeiten wir an Methoden, um diese verschiedenen technischen Werte schnell und effizient abschätzen und messen zu können.

Die Kooperation zwischen dem IKE der ZHAW und der ICOMOS Suisse Arbeitsgruppe System & Serie im Herbstsemester 2018/19 im Rahmen des Wahlpflichtmoduls Constructive Research im Masterstudiengang Architektur war auf die Untersuchung von fünf historischen Schweizer Bausystemen ausgerichtet – Haller Midi, VE66, Göhner, Variel, Modulo Norm –, wobei der Schwerpunkt auf architektonisch-konstruktiven Fragestellungen lag. Das Thema Systembau wurde in zwei Kontexten am IKE untersucht: im Masterstudio unter der Leitung von Philipp Esch und Ingrid Burgdorf sowie im Modul Constructive Research unter der Leitung von Alexis Ringli und Eva Stricker.

Die Forschung führte zu einer Analyse der strukturellen Details einer Reihe von Gebäuden, die mit den ausgewählten Systemen gebaut wurden, und zu einer eingehenden Untersuchung der Erhaltung historischer Denkmäler der Moderne. Im Masterstudiengang lag der Schwerpunkt auf der Entwicklung neuer Konstruktionslösungen, die auf der Analyse von Bausystemen basieren, um vielversprechende Aspekte der systematischen Architektur zu erforschen.

Die Vermittlung von Konstruktion und Tektonik geschieht im Architekturstudium traditionellerweise über Bücher, etwa dem Standardwerk Architektur Konstruieren. Vom Rohmaterial zum Bauwerk von Andrea Deplazes (2004). Parallel dazu kommen immer mehr digitale Instrumente zum Einsatz, die ohne Beteiligung von Architekt:innen Parameter – nicht nur der Statik, sondern auch der Ökobilanz – so kombinieren, dass effiziente Lösungen generiert werden, aus denen scheinbar nur ausgesucht werden muss. Diese haben nicht nur den Nachteil, dass sie den Architekt:innen den Entwurfsprozess aus der Hand nehmen, sondern auch, dass sie rein quantitativ und in einem abstrakten Massstab operieren.

Mit der digitalen Konstruktionslehre wollen wir einen mittleren Weg beschreiten und sowohl die Kontrolle über die Parameter zurückgewinnen als auch die statische Konstruktionslehre «in Bewegung bringen». Zu diesem Zweck entwickeln wir ein digitales Tool, bei dem man wie in einem Sandkasten beliebige Materialien und Konstruktionsformen kombinieren und die entsprechenden Kennziffern gleich ablesen kann. Die gewählte Variante wird dann ausführlich über Referenzprojekte dargestellt. Die digitale Konstruktionslehre dient damit vor allem Architekturstudierenden, die diesen Schwerpunkt vertiefen wollen und dabei die Möglichkeiten eines digitalen Tools voll ausschöpfen möchten.

Die Anforderungen an Deckenkonstruktionen sind heute hoch, gleichzeitig binden sie einen grossen Anteil an Ressourcen sowie an grauer Energie, verbunden mit entsprechenden CO₂-Emissionen – was leisten herkömmliche, was neue Deckensysteme?

Im Rahmen des Lehrmoduls Constructive Research wurden im Herbstsemester 2023 herkömmliche und neue Deckenkonstruktionen hinsichtlich spezifischer Eigenschaften sowie Ökobilanz analytisch untersucht, vergleichend bewertet und anschliessend die Anwendbarkeit und das architektonische Potential in entwerferischen Studien ausgelotet. Die Analysearbeiten von 14 Deckenkonstruktionen sind aktuell in der Dauerausstellung Werkstückhalle ausgestellt.

Daneben gibt es zu vier der analysierten Konstruktionen auch Mockups im Massstab 1:1 zu sehen, die den Schichtenaufbau der Konstruktion detailliert zeigen: Ausstellung Werkstückhalle.

Die entstandenen Analysearbeiten zu Eigenschaften und Ökobilanzen dienen als Grundlage für ein neues Forschungsprojekt sowie für geplante Konstruktionsdatensätze zur Erweiterung der Material-Archiv-Datenbank. Das Lehrmodul wurde durch das Sustainable-Impact-Program (SIP) der ZHAW unterstützt.

Klimaneutrales Bauen erfordert, auf allen Ebenen anders zu entwerfen und zu konstruieren als bisher. Das betrifft die Erforschung alter und neuer Materialien genauso wie die klimaneutrale Logistik und Baustellenpraxis bis hin zum Entwurf. Neues Wissen und Können sind nötig. Wenn in Zukunft Klimakultur den Entwurf und die Ausführung mitbestimmen, wird diese Anforderung in einem Projekt dieselbe Wichtigkeit erhalten, wie es der architektonische Ausdruck und die Statik haben.

Der Architektur Klima Atlas liefert eine umfassende Auslegung dafür, wie das Bauen klimabewusst gestaltet werden kann. Bauten müssen in Erstellung und Gebrauch auf einen sparsamen Umgang mit Ressourcen und geringe Emissionen hin optimiert sowie für zukünftige und spürbar andere klimatische Bedingungen ertüchtigt werden. In drei Kapiteln – Forschung, Theorie und Praxis – untersucht der Architektur Klima Atlas die Wechselwirkungen zwischen Architektur, Klima und Energie.
Teil eins enthält die Porträts von 20 grundlegenden architektonischen Klimaideen von der Antike bis zur Gegenwart. Im zweiten Teil wird anhand von fünf Gebäudebiografien dargelegt, wie sich der ökologische Fussabdruck eines Gebäudes errechnen und modellieren lässt und sich im Laufe seines Lebenszyklus verändert. Im dritten Teil werden zukünftige Konzepte anhand zeitgenössischer Projekte vorgestellt.

Man stelle sich eine Stadt irgendwo im Schweizer Mittelland vor. Wir haben das Jahr 1990, und nun geht es darum, eine nachhaltige Entwicklung einzuschlagen, mit der man spätestens 2050 Netto-Null erreichen soll. Wo soll man anfangen? Welche Strategien muss und kann man einsetzen, um dieses Ziel vielleicht schon vorher zu erreichen? Diese Stadt ist eine Simulation innerhalb eines Videogames, und Sie als Spieler:in sind für deren nachhaltige Entwicklung zuständig. Dafür stehen Ihnen Steuergelder zur Verfügung. Wo beginnen Sie? Vielleicht beim Hausbestand, der im Spiel detailliert aufgeschlüsselt ist und der unterschiedlich schlecht gedämmt ist. Viel Wärmeenergie geht verloren. Nachisolieren ist schwierig und teuer. Dafür braucht es aber auch wirtschaftliche Anreize und entsprechende Labels. Abreissen und neu bauen wäre wohl das Naheliegendste, wenn man die Unterhaltskosten und den Energieverbrauch betrachtet. Doch was ist mit dem CO₂-Verbrauch, der beim Bau entsteht? Und der grauen Energie, die im Material steckt? Zudem würde die Stadt an Charakter verlieren, da diese alten Gebäude viel Geschichte in sich tragen.

Mit solchen Entscheidungen ist der/die Spieler:in in unserem Simulationsspiel konfrontiert, und es geht darum, verschiedene Möglichkeiten abzuwägen. Das Spiel wird zusammen mit der PH Zürich entwickelt und soll im Unterricht auf Stufe SEK II zum Einsatz kommen.

Die kombinierte qualitative und quantitative Analyse exemplarischer Bauten aus unterschiedlichen Bauperioden in der Forschungsarbeit «Wider Klischees – Messen und Modellieren von Energieflüssen im sich wandelnden Fokus der Baukultur» bildet die wissenschaftliche Grundlage für eine Reihe von Überlegungen und Thesen zur Beziehung von Architektur, Energie und Klima. Dieser Katalog von ausgewählten Beispielen wird in den Kursen des Fachs Constructive Research laufend erweitert. Der Katalog zeigt die enge Verflechtung von Architektur und Energie und vermittelt die nötige Datengrundlage, um im Entwurf nicht nur architektonisch, sondern auch klimatisch bessere Entscheidungen zu treffen.