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DFAB HOUSE: Auch die Sanitärtechnik ist digital

Eine Holzkonstruktion oder eine Stahlgitterarmierung, zugeschnitten und gebaut von Robotern – das kann man sich irgendwie vorstellen. Aber Sanitärinstallationen? Die Montage ist zwar noch manuell, aber die Vorfertigung und immer mehr Armaturen basieren entweder auf digitalen Daten oder übernehmen Steuerungsaufgaben. Die R. Nussbaum AG leistet im DFAB HOUSE, etwa mit der intelligenten Steuerung der Fussbodenheizung Therm-Control, ihren Beitrag zum Smart Home.

Text: Andreas Stettler
Fotos: Roland Spring

Das Objekt auf einen Blick
•    DFAB-HOUSE/NEST: Neubau
•    Gesamtfläche/Volumen: 267 m2/ 824 m3
•    Kapazität: Wohnraum für 4 Personen
•    Inbetriebnahme: Februar 2019
•    Wohnstart: Mai 2019

Am Bau Beteiligte
•    Bauherrschaft: Empa
•    Architektur: ETH Zürich, Nationaler Forschungsschwerpunkt (NFS) «Digitale Fabrikation»
•    Planung Projekt: Häusler Ingenieure AG, Langenthal
•    Planung Ausführung: ENGIE Services AG, Winterthur
•    HLK- und Sanitärinstallation: ENGIE Services AG, Winterthur

Eingesetzte Nussbaum Systeme
Optiarmatur, Optipress-Aquaplus, Optiflex-Flowpress, Optivis-Tec, Easy-Matic, Optipress-Therm, Therm-Control

DFAB HOUSE ist das weltweit erste bewohnbare Bauwerk, das nicht nur digital geplant, sondern – mit Robotern und 3D-Druckern – auch weitgehend automatisiert ausgeführt wurde. Nach vierjähriger Planungs- und Bauzeit sind drei ausgewählte Empa-Mitarbeiter und ETH-Forscher Anfang Mai eingezogen. Aufgeteilt in vier Schlaf- und Badezimmer, einer gemeinsamen Küche und des Wohnbereichs sitzt das Modul auf der obersten von drei Plattformen des NEST (Next Evolution in Sustainable Building Technologies) auf dem Gelände der Empa in Dübendorf.

Industriepartner testen autonom
Das Interesse an NEST beziehungsweise am DFAB HOUSE zeigt sich nicht nur in den durchschnittlich 1000 Besuchern monatlich, sondern auch an den Industriepartnern, die bei diesem neusten Modul mitwirken. «Unsere Partner bewirtschaften ihre marktnahen Innovationsthemen in eigener Regie – dafür bieten wir mit NEST die Plattform», erklärt Enrico Marchesi, Innovation Manager NEST. «Sie testen ihre Produkte selbstständig und ziehen ihre eigenen Erkenntnisse daraus.»

Für den Bau haben Forschende der ETH Zürich im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) «Digitale Fabrikation» in Zusammenarbeit mit Industriepartnern neuartige, digitale Bautechnologien vom Labor in reale Anwendungen überführt. Die acht beteiligten ETH-Professuren suchten dabei nach Wegen, das Bauen durch den Einsatz von digitalen Technologien nachhaltiger und effizienter zu machen, und gleichzeitig neue gestalterische Möglichkeiten zu schaffen.

Falls die Bewohner Messungen durchführen und Rapporte erstellen sollen, geschieht das weitgehend auf bilateraler Ebene. Selbst MSRT-Ingenieur, habe er natürlich gewisse Impulse für die haustechnischen Installationen im DFAB HOUSE gegeben, lasse den beteiligten Unternehmen jedoch viel Spielraum, ergänzt Marchesi. Ein Spielplatz ist dieses Projekt aber nicht. Die Erwartung an die Partner ist klar: Es muss funktionieren.

Intelligente Steuerung der Fussbodenheizung
Therm-Control von Nussbaum ist prädestiniert für den Einsatz in Dübendorf. Als Einzelraumsteuerung misst das System fünf Regelparameter: die Vor- und Rücklauftemperatur jedes Heizkreises, die Raumtemperatur, die Differenz Soll/Ist sowie die Kontrolltemperatur. Weil sich die Ventile immer ganz öffnen und schliessen, reagiert die Bodenheizung sehr schnell auf Temperaturveränderungen, wie z.B. Sonneneinstrahlung. Dank eines Algorithmus lernt Therm-Control buchstäblich das Gebäude kennen und sorgt so für Energie- und Kosteneinsparungen. Trotzdem können die DFAB HOUSE Bewohner an Raumsteuergeräten ihre bevorzugten Einstellungen vornehmen.

Automatisches Absperrventil
Die Easy-Matic Stellantriebseinheit für Spindelventile besteht aus dem Actuator, dem Controller mit integriertem Timer und diversen Anschlussmöglichkeiten für Standardsensoren sowie digitalen und Modbus-Schnittstellen. Im DFAB HOUSE schützt sie den kleinen Technikraum vor einem Wasserschaden: Im Leckage-Fall sendet der Wasserfühler in Bodennähe dem Actuator auf dem Absperrventil einen Schliessbefehl. Zudem lässt sich so auch das programmierte Öffnen und Schliessen von Ventilen steuern. Eine ganz neue Lösung testet Nussbaum bei der Warmwasseraufbereitung. Unterdessen ist ein Prototyp des sogenannten Wärmepumpen-Brauchwassererwärmers im Einsatz. Der BWW nutzt den Rücklauf der Heizungsinstallation, um auf Basis von Wärmepumpen-Technologie Brauchwasser aufzuheizen. Das Gerät passt in einen Schweizer Normschrank und könnte die rein elektrischen Boiler ersetzen, die in der Schweiz noch weit verbreitet sind.

Rohre nach Mass
Das ungewöhnliche Layout und die beschränkten Platzverhältnisse waren wie gemacht für das Vorwandsystem Optivis-Tec. Laut ENGIE-Installateur Vitor Correia liess sich das aus Schienen und Verbindern bestehende Montagesystem problemlos vor Ort den Gegebenheiten anpassen. Auf Wunsch erarbeitet Nussbaum Plantec auch die CAD-Vorgaben und liefert Stücklisten, Pläne und Teile. Für die Trinkwasserverteilung und Sprinkleranlage setzten ENGIE Services AG und die Jomos AG Optipress-Aquaplus ein. Die weitgehend herkömmliche Leitungsinstallation war im DFAB HOUSE dann doch etwas aufwändiger: Zu Forschungszwecken wurden in den Leitungsabschnitten viele Sensoren und Messeinrichtungen eingebaut. Das erforderte eine komplexere Installation unter Beachtung der kompakten Elementbauweise. Aber auch bei den Rohrsystemen hat die Digitalisierung Einzug gehalten. Sie fängt bei den BIM-Daten an – Nussbaum unterstützt die Philosophie von Open-BIM, also die Software-unabhängige Verwendbarkeit der Produktdaten, wie auch proprietäre Formate wie Autodesk Revit – über die Vorfertigung der objektspezifischen Rohrlängen bis zur Kommissionierung nach Etage und oder Bauabschnitt. «BIM steht in unserem Gewerk zwar noch am Anfang, kommt aber unaufhaltsam», bestätigt Maurizio Lagrotteria, Leiter Sanitär bei der ENGIE Services AG, Winterthur. «BIM steigert unsere Effizienz auf der Baustelle und hilft uns, Varianten besser und schneller zu beurteilen», ist er überzeugt. Bei Nussbaum wurden die ersten BIM-Daten 2015 erstellt, sodass heute fast das ganze Sortiment, alles in allem mehrere Tausend Artikel, digital abrufbar ist.

Und was ist die Erkenntnis?
Für Nussbaum ist das Projekt unter anderen eine Möglichkeit, die Planung und Fabrikation von Sanitärinstallationen mit digitalen Daten zu testen und auf Grossprojekte zu übertragen. Für Enrico Marchesi ist die Botschaft von DFAB HOUSE, ja des gesamten NEST-Projekts, klar: «Schaut über den Tellerrand, vergesst den Gartenzaun, arbeitet zusammen. Es ist eigentlich ein Paradox, dass die Digitalisierung gerade den Menschen wieder ins Zentrum rückt. Ohne intensive Teamarbeit würde das hier gar nicht funktionieren, ich habe viel Respekt für die Leistung jedes Einzelnen, vom Akademiker bis zum Monteur.» Durch die Unterstützung von Industriepartnern wie Nussbaum darf man von diesem wegweisenden Feldversuch noch viele Innovationen und Impulse erwarten.