Moderne Architektur mit Raummodulen

Schema ohne F

16. August 2013

Wenn man als Architekt zum ersten Mal mit Modulbau in Berührung kommt, wirft diese Bauweise einige Fragen auf und weckt vielleicht sogar Zweifel. Dies liegt in erster Linie daran, dass dem Modulbau nach wie vor das „Baracken- oder Container-Image“ anhängt – mit all den negativen Assoziationen. Ein Architekt, der ein optisch und funktional attraktives Gebäude mit Wohlfühlklima schaffen soll, fragt sich zu recht: Kann ich das meinen Kunden und den Gebäudenutzern zumuten? Die Antwort: Ja – denn der moderne Modulbau ist heute eine dem Massivbau mindestens ebenbürtige Bauart mit vielen Vorteilen, die ein Architekt für seine Bauvorhaben nutzen kann.

Beim Modulbau handelt es sich im Gegensatz zum Containerbau um industriell vorgefertigte Raummodule mit einer variablen Stahlrahmenkonstruktion, die mit hochwertigen, schadstoffarmen Trockenbaumaterial ausgefacht werden. Als dauerhafte Lösung ist der Modulbau in puncto Qualität und Werthaltigkeit dem Massivbau gleichwertig. Der Modulbau hat daher in den letzten Jahren in viele Bereiche des Objektbaus Einzug gehalten. Kindergärten, Schulen oder Universitätsgebäude werden innerhalb der Ferienzeiten bezugsfertig erstellt. Für Büro- und Verwaltungsgebäude stellt der Modulbau aus Sicht der Investoren eine interessante Alternative dar. Im Bereich der Gesundheitsimmobilien ermöglicht diese Bauweise den notwendigen störungsfreien Betrieb insbesondere bei Anbauten und Erweiterungen. In der Vielfalt der Anwendungs- und Nutzungsmöglichkeiten sind dem Modulbau kaum Grenzen gesetzt. Einschränkungen gibt es jedoch in Bezug auf die Größe der geplanten Objekte: erst ab ca. 500 m² wird Modulbau wirklich wirtschaftlich.

Die Fertigung eines Modulgebäudes findet zum größten Teil in industrieller Serienproduktion im Werk statt. Für die „Einrichtung“ einer solchen Serie entstehen Engineeringkosten, die je nach Komplexität des Projekts leicht variieren können. Dies hat jedoch zur Folge, dass erst mit einer bestimmten Anzahl der Raummodule und entsprechender Bruttogrundfläche eine Realisierung als Modulbau wirtschaftlich interessant wird. Die zweite Reglementierung ergibt sich aus statischen Notwendigkeiten heraus. Alle Raummodule besitzen eine freitragende Stahlskelettstruktur, die mit Böden, Decken und Wänden in Leichtbauweise komplettiert wird. Die geschlossene Rahmenkonstruktion besteht aus Stahl-Walzprofilen, die einen Quader bilden. Die acht Ecken der Raummodule sind biegesteif ausgebildet, weitere eingeschweißte Stahlprofile ergänzen das Tragwerk je nach statischen Erfordernissen. Für die Konstruktion der Raummodule liegen typengeprüfte Statiken vor. Die Statik der Raummodule ermöglicht es, einen Modulbau mit bis zu sechs Geschossen daraus zu errichten. Dieser beiden „Einschränkungen“ muss man sich bewusst sein, wenn man erwägt, einen Modulbau zu planen. Die größere Einschränkung sehen Architekten jedoch in der Gestaltungsvielfalt.


Planen mit Modulen – wo bleibt der Raum für Kreativität?

Planer, die klare Formen oder den Bauhausstil schätzen, können sich in der Welt des Modulbau zuhause fühlen. Der Modulbau beruht auf einer orthogonalen Rasterung auf Basis der einzelnen Raummodule. Durch Reihung und Stapelung der Raummodule entstehen attraktive Baukörper – vergleichbar mit Lego in weit größeren Dimensionen. Auch wenn der Grundriss auf einem festen Modulraster basiert, ist dieses Raster im Modulbau doch sehr variabel. Die gängigen Größen der Raummodule reichen in der Breite von 2,625 bis 4,00 m, in der Länge von 7,75 bis zu 16,75 m und in der Höhe von 3,20 bis 3,90 m. Sondergrößen sind ebenfalls realisierbar – die maximalen Abmessungen der einzelnen Raummodule werden durch ihre Transportfähigkeit bedingt.

Im Modulraster hat der Architekt prinzipiell alle denkbaren Freiheiten – unabhängig voneinander in jedem Geschoss. Nahezu jeder Entwurf für ein Massivgebäude ließe sich auch als Modulbau umsetzen. Im Idealfall wird die Entscheidung für die Modulbauweise von Beginn an getroffen, so dass Architekt und Modulbauer bereits in einer relativ frühen Phase der Planung Hand in Hand arbeiten können. Doch auch die Umsetzung systemunabhängiger Entwürfe ist möglich und bietet eine Chance, die Gesetzmäßigkeiten des Modulbau kennen- und ausschöpfen zu lernen. Es gilt, gemeinsam ein Raster zu finden, das ästhetischen, wirtschaftlichen und technischen Anforderungen gleichermaßen Rechnung trägt.

Die spezielle Konstruktion der Raummodule mit ihrer Rahmenstruktur ist eine Herausforderung, mit dem sich der Architekt beim Modulbau gestalterisch erst einmal auseinandersetzen muss. Bei der Gestaltung der Innenräume gibt sie die Freiheit, große Räume ohne störende Zwischenwände zu eröffnen. Die Eckstützen der Raummodule sollten dabei entweder als gestalterisches Element berücksichtigt werden oder in den seitlichen Wänden „verschwinden“. Gegenüber strukturell ähnlichen Bauweisen in Beton bieten Bauten aus Raummodulen dabei den Vorteil erheblich schlankerer Stützenquerschnitte.

In der Fassadengestaltung ist im Modulbau alles realisierbar, was auch konventionelle Bauweisen bieten - ob großflächige Verglasungen, Putz auf Wärmedämmverbundsystem oder vorgehängte, hinterlüftete Fassadenelemente in Holz, Metall, Keramik oder Glas. Wenn es gelingt, architektonische Kreativität und standardisierte Leitdetails in Einklang zu bringen, entstehen Modulbauten, die alles bieten, was bereits Le Corbusier, Meisterarchitekt der „Klassischen Moderne“, für die Gestaltung zeitgemäßer Architektur forderte: zweckmäßige, funktionale und wirtschaftliche Entwürfe. Ein Faktum muss jedoch hinsichtlich der Geometrie des Gebäudes akzeptiert werden: Organische Gebäudekubaturen sind im Modulbau nur schwer zu realisieren und meist kostenintensiv.

Gebäude aus Raummodulen – und das ohne Qualitätseinbußen?

Der Modulbau minimiert systemimmanent eine Reihe von Risiken, die jeder Architekt bestens kennt. Dank der Vorfertigung der Raummodule in Hallen hat die Witterung weder Einfluss auf Bauqualität noch auf Bauzeitenplan. Diese optimierten Rahmenbedingungen in Kombination mit stetigen werksseitigen Qualitätskontrollen schaffen die Basis für eine hochwertige Bauausführung. Doch auch die bereits erwähnten Leitdetails tragen zum gleichbleibenden Qualitätsniveau bei, gehören sie doch zum Standard-Repertoire der Handwerker. Dank der nahezu durchgängigen Ausführung in Trockenbauweise können baufeuchtebedingte Mängel im Modulbau gar nicht erst auftreten, Schwind- und Setzrisse sind systembedingt ausgeschlossen, statisch relevante Risse kennt die Modulbauweise nicht.

Den Vergleich bezüglich bauphysikalischer Eigenschaften braucht der Modulbau nicht zu fürchten. Durch das systembedingte zweischalige Wand- und Deckensystem verfügen Modulgebäude über einen sehr guten Schallschutz. Die im Modulbau gemessenen Werte zeigen sowohl für den Luftschallschutz (R’W) als auch für den Trittschallschutz (L’nW) hervorragende Werte. So beträgt beispielsweise der Luftschallschutz für Zwischendecken bis zu 74 dB.

Ähnliches wie für den Schallschutz gilt auch für den Wärmeschutz: Auch hier kommen die positiven Eigenschaften der eingesetzten Leichtbaukonstruktionen zum Tragen und ermöglichen bei schlanken Bauteilquerschnitten hoch wärmedämmende Konstruktionen. Die Anforderungen der jeweils gültigen Energieeinsparverordnung (EnEV) werden erfüllt. Durch die Kopplung mit regenerativen Systemen wie Photovoltaik oder Erdwärme kann sogar ein Jahresprimärenergiebedarf unterhalb des Passivhausniveaus bis hin zum Energie-Plus-Haus erreicht werden.

Das gelegentlich angeführte Problem der hohen Wärmeleitfähigkeit der tragenden Stahlkonstruktion der Raummodule wird durch Überdämmung des Stahlrahmens soweit minimiert, dass der im Außenwandquerschnitt liegende Stahl keine relevante Wärmebrücke mehr darstellt. In diesem Zusammenhang sei der Hinweis erlaubt, dass die Berechnung des U-Wertes nach der für den Modulbau gültigen Norm DIN EN ISO 10211 unter Berücksichtigung der Wärmebrücken zu führen ist, da die Berechnung nach DIN EN ISO 6946 für Gebäude in Stahlmodulbauweise per Definition nicht zulässig ist.

In puncto Brandschutz werden die Anforderungen der DIN 4102 auch im Modulbau erfüllt. So können Feuerwiderstandsklassen zwischen F30 und F120 erreicht werden - Ergebnisse, die durch kontinuierlich stattfindende Brandversuche sowie Brandschutzgutachten renommierter Institute immer wieder belegt werden.

Bis zu 90 % des Tages hält sich der Mensch durchschnittlich in Innenräumen auf. Für das allgemeine Wohlbefinden, ein behagliches Raumklima und im Rahmen des vorbeugenden Gesundheitsschutzes spielt die Qualität der Innenraumluft eine wesentliche Rolle. In diesem Zusammenhang sorgen Messungen in veralteten Container-Anlagen immer wieder für Negativschlagzeilen. Moderne Modulgebäude zeichnen sich hingegen durch ein wohngesundes Raumklima aus. Bei der Fertigung der Raummodule kommen ausschließlich geprüfte und emissionsarme Materialien zum Einsatz, die das Gütesiegel „Blauer Engel“ tragen und bereits im Werk verarbeitet werden. Die VOC- und TVOC-Werte unterschreiten im fertigen Modulbau die einschlägigen Richtwerte und üblichen Raumluftkonzentrationen deutlich.

Kurze Bauzeit, feste Preise – wie wird das gewährleistet?

Flughafen Berlin-Brandenburg, Stuttgart 21, Elbphilharmonie – auch das Ansehen der deutschen Bauwirtschaft wird aktuell durch die „Pleiten-, Pech- und Pannenserie“ bei diesen Großprojekten in Mitleidenschaft gezogen. Bauverzögerungen und ausufernde Kosten sind derzeit ein brisantes Thema. Der Modulbau kennt diese Probleme systembedingt nicht, im Gegenteil – er garantiert die Lieferung zum Fixtermin mit Festpreis. Bereits im Vorfeld der Bauphase bringt die Modulbauweise organisatorische Vorteile für Architekten und Bauherren mit sich, die eine schnelle und effiziente Planungs- und Ausführungsphase begünstigen. Es gibt lediglich einen Ansprechpartner, da der Modulbau-Anbieter als Generalunternehmer sämtliche Gewerke übernimmt. Aufwändige Ausschreibungsarbeiten nach Einzelgewerken entfallen somit.

Nach der Planung durch den Architekten wird der Entwurf vom Modulbau-Anbieter in einzelne Raummodule „zerlegt“. Systemgutachten, Typenstatiken und bewährte Standard-Details vereinfachen den weiteren Planungs- und Genehmigungsprozess. Im Gegensatz zu konventionellen Bauweisen müssen im Modulbau bereits in dieser Phase alle Entscheidungen bezüglich der Positionierung von Versorgungseinheiten, Elektro- und Sanitärinstallationen getroffen werden, da eine spätere Änderung der Planung einen Mehraufwand in der Produktion der Raummodule bedeutet. Schließlich werden die Raummodule industriell gefertigt: Im Herstellerwerk wird zunächst die Tragstruktur geschweißt, anschließend Böden, Wände und Decken eingebaut. Auch nahezu der komplette Ausbau erfolgt im Werk. Im Unterschied zu Fertigbauweisen wie dem Holzrahmenbau oder dem Betonfertigteilbau werden bei im Modulbau dreidimensionale Räume im Werk so weit vorgefertigt, dass z.T. sogar Wand-, Boden- und Deckenflächen werksseitig ihr Finish erhalten. Ebenso werden im Rahmen der industriellen Vorfertigung Elektro-, Sanitär-, Heizungs- und Lüftungsinstallationen vorgenommen. Der Vorfertigungsgrad der Raummodule reicht beispielsweise im Sanitärbereich so weit, dass Bäder komplett gefliest und mit Sanitärobjekten bis hin zu den Sanitäraccessoires ausgestattet das Werk verlassen. Nach dem Transport zum Bauplatz werden die Raummodule zusammengesetzt. Nun sind lediglich noch Übergänge zu optimieren, modulübergreifende Leitungen zu verbinden, das Dach abzudichten sowie die Fassadenverkleidung anzubringen.

Das Besondere im Modulbau und ein wichtiger Faktor, der es ermöglicht, die Bauzeit zu reduzieren, ist die Parallelität der Abläufe. Bei konventionellen Bauweisen beginnt man mit der Gründung und arbeitet sich dann geschossweise mit dem Rohbau nach oben – oft unterbrochen durch Schlechtwetterperioden. Erst nach Fertigstellung des Rohbaus kann mit Ausbau und Fassade begonnen werden. Anders im Modulbau: Während auf dem Bauplatz die Fundamente erstellt werden, gehen im Herstellerwerk bereits die Raummodule in Produktion, und während noch die letzten Raummodule „vom Band laufen“, wird bereits vor Ort montiert. Bauzeitverkürzungen um bis zu 70% sind auf diese Weise möglich, die Dauer der Arbeiten vor Ort beträgt in der Regel nur wenige Wochen. Abgesehen von den Gründungsarbeiten und dem Zusammensetzen der Raummodule erfolgt der Bau witterungsunabhängig, wodurch feste Terminzusagen getroffen werden können.

All dies ermöglicht den rascheren Bezug der Gebäude – und für den Bauherrn somit kürzere Zwischenfinanzierungszeiten beziehungsweise frühere Mieteinnahmen und einen geldwerten Vorteil. Die Systemhersteller können sicherer kalkulieren und daher Festpreisgarantien abgeben. Auf Basis von Baugruppen- und Teilelisten werden im Modulbau die benötigten Rohstoffe und Materialien beispielsweise nach laufendem Meter Stahlprofil, Quadratmeter Dämmmaterial bis hin zu laufenden Metern Fußleiste und Anzahl der Schrauben ermittelt und so die Preise kalkuliert. Last but not least bietet der Modulbau ökonomisches Potenzial aufgrund der schlanken Wandquerschnitte. Im günstigsten Fall lassen sich hierdurch Konstruktionsflächen erzielen, die 10% geringer ausfallen als üblich.

Modular bauen – wie nachhaltig ist das?

Gerne weisen Kritiker des Modulbaus darauf hin, dass Langlebigkeit und Nachhaltigkeit bei dieser Bauweise nicht gegeben sind. Das negative Container-Image und der Ruf als Provisorium haben sich in den Köpfen vieler Planer und Bauherren festgesetzt. Genau das Gegenteil ist im Modulbau jedoch der Fall. Im Januar hat die DGNB (Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen) erstmals ein Mehrfach-Zertifikat für ein Modulbausystem verliehen – und das gleich im oberen Silberrang. Bei der Nachhaltigkeitsbetrachtung der DGNB werden neben den relevanten bauphysikalischen Eigenschaften auch Faktoren wie der Ressourceneinsatz, Nutzungsflexibilität und Recyclingfähigkeit betrachtet. In diesen Punkten schneidet der Modulbau in der Regel erheblich besser ab als beispielsweise der Massivbau.

Was den Ressourceneinsatz angeht, ist der Modulbau durch die industrielle Vorfertigung der Raummodule im Werk in der Lage, Rohstoffe und Energien optimiert einzusetzen. Es fallen beispielsweise deutlich geringere Verschnitt- und Bauschuttmengen an als bei konventionellen Bauweisen. Lange Transportwege der Materialien zur Baustelle und ein Großteil des „Nachunternehmertourismus“ entfallen. Dies hat auch zur Folge, dass die Bauphase vor Ort mit geringer Lärm- und Schmutzbelästigung abgewickelt werden kann. Der Vollständigkeit halber ist anzumerken, dass Umweltbelastungen durch den Transport der Raummodule über zum Teil lange Strecken nicht ausbleiben. Diese trüben die positive Gesamtbilanz allerdings nur marginal.

Punkten konnte der Modulbau bei der DGNB-Bewertung beim Thema der Nutzungsflexibilität und der Anpassung an sich ändernde Anforderungen. Da Modulgebäude über eine tragende Skelettstruktur verfügen, die flexible Grundrisseinteilungen und -änderungen ermöglicht. In der Regel sind alle Innenwände nichttragend ausgebildet und können frei entfernt oder versetzt werden. Erst bei sehr großen Modulgrößen wird es notwendig, Unterzüge und Stützen einzubringen. Daneben bleiben die Raummodule stets beweglich: Veränderungen des Gebäudevolumens von Anbau über Aufstockung bis hin zu Rückbau und sogar Versetzen des gesamten Bauwerks an einen anderen Ort sind verhältnismäßig einfach möglich. Und sollte der Modulbau nicht mehr benötigt werden, wird es nach Rückbau dem Wertstoffkreislauf zu nahezu 100% wieder zugeführt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der moderne Modulbau qualitativ eine hochwertige Alternative zu konventionellen Bauweisen darstellt. Für den Architekten bedeutet es eine andere Art der Planung, ein Denken im Raster und ein sich Festlegen auf Details bereits in einer frühen Phase – systembedingte Herausforderungen, die man mit einem erfahrenen Modulbau-Partner bewältigen lernen kann. Da der Systemhersteller als Generalunternehmer auftritt, beansprucht er gewisse Honorarzonen für sich. Andererseits bietet die Modulbauweise Architekten eine Chance - nämlich die, dank Raster und Leitdetails höchst effizient zu planen.

 

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