Polarstation: Princess Elisabeth - Mikado

Ingenieurholzbau
Polarstation
Princess Elisabeth
Premiere im Eis: Princess Elisabeth, die erste
Null-Energie-Emissions-Forschungsstation, wurde im
Südsommer, zwischen November 2007 und März
2008, errichtet – ganz und gar aus Holz.
28 mikado 6.2009
▾ Die Crew auf
dem Dach
der Basis: Hier
am Südpol
betreiben die
Wissenschaftler
ökologische
und klimatische
Forschungen

Ingenieurholzbau
Konnte nicht schlafen. Zu aufgeregt.
Bis in die Nacht hinein
haben wir noch geputzt und gewienert.
Die Princess Elisabeth soll blitzen,
wenn die VIPs morgen anreisen,
um unsere Polarstation offiziell
zu eröffnen.“ Nicht nur für die Wissenschaftler,
die seit Anfang dieses
Jahres in der Null-Energie-Emissions-Forschungsstation
in der Antarktis
wohnen und forschen – und
ihre Mitmenschen über Blogs an ihren
Erlebnissen in der Eiswüste teilnehmen
lassen –, war der 15. Februar
2009 ein besonderer Tag. Auch die
restliche Welt horchte auf: An diesem
Termin wurde die erste Solarbasis in
der Antarktis eingeweiht, die vollständig
mit erneuerbaren Energien
betrieben wird. Sozusagen ein gebauter
Beweis dafür, dass die Herstellung
von Solar- und Windenergie
auch im eisigen Klima der Pole
möglich ist.
Gewappnet gegen alle Extreme
Ein Vierteljahrhundert lang wird die
futuristische Wohn- und Forschungskapsel
Sommersitz von bis zu 20
Wissenschaftlern sein. Jedes Jahr von
November bis März werden Expertinnen
und Experten aus aller Welt
sie als Basis nutzen, um ihre ökologischen
und klimatischen Untersuchungen
voranzutreiben. Voraussetzung
für das Überleben der Crew
mitten in der Eiswüste ist unter anderem
das zukunftsweisende Energieerzeugungskonzept
der Station. Voraussetzung
ist aber auch die Station
selbst, ein futuristischer Holzbau, der
dank ausgeklügelter Bau- und Materialtechnik
den extremen Unbilden
der Antarktis standhält.
Selbst im Sommer übersteigen die
Temperaturen die Null-Grad-Grenze
nur selten. Im Winter fällt das Thermometer
bisweilen auf –50 Grad Celsius.
Das Jahresmittel liegt bei –20
Grad Celsius. Wenn allerdings die
Sonne an klaren Tagen auf die metallische
Außenhaut der Princess Elisabeth
brennt, werden dort im Extremfall
+50 Grad Celsius gemessen.
Arktische Winde stürmen mit Geschwindigkeiten
von bis zu 125 km/h
auf das Bauwerk ein, Böenspitzen
▸ Selbst im
Sommer
übersteigen am
Südpol die
Temperaturen die
0-°C-Grenze
nur selten. Das
Jahresmittel
liegt bei –20 °C
▸ Das Traggerippe
der Wohnund
Arbeitskapsel
bestehen aus
Schichtholzfachwerkträgern
aus Tannen- und
Fichtenholz
Auch Stahl spielt
▸
eine tragende
Rolle:
34 Stahlstützen
verankern
den Holzskelettbau
im Fels
www.mikado-online.de 29

Ingenieurholzbau
erreichen sogar über 300 km/h, die
daraus resultierenden Sogkräfte 20
kN/m². Und wenn die mit Eiskristallen
geschwängerte Luft in solch einem
Tempo auf die Edelstahlhülle
prallt, droht ein Abrieb, der größer
ist als bei einem Sandsturm.
Als daher die belgische Regierung
die von Alain Hubert und den
Professoren André Berger (UCL)
und Hugo Decleir (VUV) gegründete
International Polar Foundation
(IPF) mit dem Bau einer neuen Forschungsstation
beauftragte, hatten
alle zunächst ein bewährtes Modell
im Sinn: einen Stahlbau. Schließlich
basieren sämtliche bisher errichteten
Polarstationen auf diesem
Schnitt
30 mikado 6.2009
Konstruktionskonzept. Doch in diesem
Fall führte die gängige Konstruktionsidee
in eine Sackgasse, da es
extrem schwierig ist, einen Stahlskelettbau
ohne Wärmebrücken zu realisieren.
Genau das aber war eine der
wichtigsten Voraussetzungen eines
Null-Energie-Bauwerks.
Daraufhin schlug Architekt Philippe
Samyn eine Holzkonstruktion
vor und brachte die Hauptprotagonisten
des Projekts, Alain Hubert und
Johan Berte, mit dem auf Holzbau,
Dach- und Innenausbau spezialisierten
Generalunternehmer Prefalux
SA zusammen. Zusammen mit Hermann
Blumer vom Schweizer Ingenieurbüro
Création Holz entwickelte
Generalprobe
▴
bestanden:
Funktionsgerecht
und standfest
muss die Polar-
station sein
die in Luxemburg ansässige Gesellschaft
für den schlüsselfertigen Roh-
und Ausbau der Forschungskapsel
ein Konzept, das auf einem Holzskelett
mit einer hölzernen Außenhaut
basiert.
Funktionsgerecht, standfest, bauphysikalisch
sowohl an die Extrembedingungen
der Antarktis als auch
an die klimatischen Bedürfnisse der
darin lebenden Menschen angepasst
und darüber hinaus noch schön anzusehen:
Die Nutzungsanforderungen
an die 700 m² Nutzfläche umfassende
Princess Elisabeth füllten eine
lange Liste. Weil die vorgefertigten
Elemente der Station per Schiff und
mit Schlitten an den Zielort transportiert
wurden, musste die Konstruktion
auch transport- und montagetechnische
Gründe berücksichtigten. Die
Einzelteile durften nicht zu schwer
sein und nicht zu breit respektive zu
lang, damit sie in den nur 20 Fuß
langen Transportcontainern Platz
fanden. Zudem musste der unproblematische
Aufbau am Zielort gewährleistet
sein. Und nicht zuletzt
galt es auch noch einen begrenzten
Kostenrahmen von 6,4 Mio. Euro einzuhalten.
Holzbau mit Raffinesse
Stahl spielt bei dem letztlich gewählten
Konzept der Princess Elisabeth
nur noch eine untergeordnete
Rolle, allerdings eine tragende:
Blechformteile verankern den Holzskelettbau
sicher mit dem tragenden
Fundament der Station: 34 im
Fels verankerten Stahlstützen. Das

Ingenieurholzbau
Traggerippe der eigentlichen Wohn-
und Arbeitskapsel formen hingegen
verleimte Schichtholzfachwerkträger
aus Tannen-/Fichtenholz. Die sich in
den Gebäudeachsen kreuzenden Balken
und Bögen verleihen dem Bauwerk
seine dreidimensionale Struktur.
Sämtliche Pfosten und Balken
sind mit Hilfe von Holz-Metallverbindungen
(BSB-System) respektive
Stabdübeln mit innen liegenden
Stahlblechen, eingeleimten Gewindestangen
und traditionellen Verschraubungen
miteinander verbunden,
sodass die Polarstation schnell
montiert, demontiert und wieder aufgebaut
werden kann.
Die Dachhaut der Princess Elisabeth
garantiert Schutz gegen Pulverschnee
und Wind. Sie ist darüber
hinaus luft- und dank Dampfsperre
dampfdicht sowie mit einer Dachstütze
aus Edelstahl ausgestattet.
Um der Station genügend Lebensraum
zu sichern, durfte die Rumpfdicke
der vorgefertigten Dachelemente
maximal 55 cm betragen. Der U-Wert
musste laut Berechnung 0,05 W/m²
betragen. Weil herkömmliche Isolierstoffe
wie Mineralwolle oder Holzfaser
den erforderlichen Dämmwert jedoch
nur mit einer außergewöhnlich
dicken Materialstärke erreicht hätten,
fiel die Wahl auf ein von Swisspor
produziertes grafithaltiges Styropor
mit einem von 0,029 W/(m²K).
Eigens durchgeführte Tests bestätigen,
dass das Material alle Eigenschaften
aufweist, die von einer den
Extrembedingungen der Antarktis
ausgesetzten Isolierschicht erwartet
werden.
▴▸ Schiffe und
Schlitten
transportierten
die Elemente
an ihren Zielort.
Deshalb musste
die Konstruktion
zahlreiche
transport- und
montagetechnische
Vorgaben
erfüllen
Holz setzte sich
▾
durch, da es
extrem schwierig
ist, eine
Stahlskelettkonstruktion
ohne Wärme-
brücken
zu realisieren
Die Basis der vorgefertigten Dachelemente
bilden zwei 42 mm beziehungsweise
74 mm dicke mehrschichtige
Platten aus Tanne/Fichte,
die ähnlich wie Leitern mit je neun
40 mm dicken Buchenholzbolzen
pro m 2 verbunden sind. Die Verbindungstechnik
reduziert die thermischen
Brücken auf ein Minimum von
nur einem Prozent der Fläche und
gewährleistet zugleich die räumliche
Steifigkeit der Konstruktion.
Zwischen den Platten isoliert eine
40 cm dicke Schicht aus dem Hochleistungswärmedämmstoff
XPS mit
Graphit. Die Innenplatte ist darüber
hinaus mit Kraftpapier und einer
Dampfsperre aus Aluminium
belegt, auf der wiederum mit Klettverschluss
eine abschließende Wollstofffilzschicht
befestigt ist. Auf der
Außenseite schützt eine 3 mm dicke
EPDM-Silikon-Abdichtungsmembran
gegen eindringende Luft und
Pulverschnee. Ein auf einem 5 mm
dicken Schaum mit geschlossenen
Poren verlegtes 1,5 mm starkes Edelstahlblech
deckt die Konstruktion
ab. Überbrückungsstreifen koppeln
die einzelnen Schichten der in Elementen
angelieferten Station miteinander.
Sie wurden erst nach dem
Verlegen der Elemente – vor Ort –
eingebracht.
Kein Bau ohne Generalprobe
Die in den vorgefertigten Modulen
integrierten Fenster verfügen jeweils
über zwei Doppelverglasungen.
Die erste verläuft in der Ebene
des Dachbelags aus Edelstahl, die
zweite in der Ebene der Dampfsperre.
Zwischen die Außenfenster und
die inneren Fenster schiebt sich ein
400 mm dicker Luftzwischenraum.
Das aus dreischichtigem Verbundglas
mit insgesamt 24 mm Dicke zusammengesetzte
Außenfenster ist darüber
hinaus mit einem Hitzeschutzfilm
gegen allzu starke Sonneneinstrahlung
geschützt.
Insgesamt setzt sich die Station
aus 168 verschiedenen Modulen
und 40 Modellen zusammen. Aufgrund
des engen Produktionszeitraums
musste die Konfektionierung
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Steckbrief
Ingenieurholzbau
der Dämmelemente und der peripheren
Mehrschichtplatten an zwei
unterschiedliche Herstellungspartner
vergeben werden. Während der
Schweizer Hersteller Swisspor die auf
Bauvorhaben:
Neubau einer Null-Energie-
Emissions-Forschungsstation in
der Antarktis
Bauweise: Holzskelett
Bauzeit: Januar bis Februar 2008
Baukosten: 6,4 Mio. Euro
Nutzfläche: 200 m²
Bauherr: International Polar
Foundation, IPF
Architekten:
Philippe Samyn & Partners
Architekten und Ingenieure
B-1180 Brüssel
www.samynandpartners.be
Bauphysik und aktive Systeme: 3E
Strömungstechnik: Dr. D. Olivari
Aerodynamik: von Karman Institute
Holzbau:
Prefalux SA
L-6117 Junglinster
www.prefalux.lu
Mehrschichtplatten:
Lignotrend Produktions GmbH
D-79809 Weilheim-Bannholz
www.lignotrend.com
32 mikado 6.2009
CNC-Maschinen passgenau gefertigte
Isolierung just in time an Prefalux
lieferte, produzierte Lignotrend
die Mehrschichtplatten der Außen-
und Innenschale. Im Werk von Prefalux
in Junglingster in Luxemburg
setzten Fachkräfte die einzelnen Bestandteile
der Außenhaut schließlich
zusammen.
Um sämtliche Eventualitäten auszuschließen
und die Princess Elisabeth
schon vor der Inbetriebnahme
der Weltöffentlichkeit vorstellen
zu können, einigten sich die Verantwortlichen
auf einen Probeaufbau
der binnen zwei Monaten vorgefertigten
Elemente am 5. September
2007 in Brüssel. Das ermöglichte umfangreiche
Tests am Objekt. Mit Hilfe
von Windkanalversuchen und thermo-
und hydrodynamischen Simulationen
– anhand der in den letzten
50 Jahren gesammelten Wetterdaten
– ermittelten Fachleute eventuelle
Schwachpunkte und optimierten
Bauteile. Auch die Metallkonstruktion
wurde überarbeitet, damit der
ohne Toleranzen geplante Holzbau
passgenau mit den Stützen verbunden
und die Standfestigkeit der Station
gewährleistet werden konnte.
Nach Anpassungen und Änderungen
demontierten die Holzbauer die Kapsel
wieder. Nummeriert und aufgelistet
verschifften die Fachkräfte die
Bauteile Ende Oktober in über 125
◂ Ein Vierteljahrhundert
lang
ist die Wohn- und
ForschungskapselSommersitz
von
bis zu 20 Wissenschaftlern
▴ Die Dachhaut
schützt gegen
Pulverschnee und
Wind
▾ Am 15. Februar
2009 feierte
Dänemark die
Einweihung
der Solarbasis. Sie
ist die erste,
die vollständig mit
erneuerbaren
Energien betrieben
wird
Containern mit dem Eisbrecher in die
Crown Bay mitten in der Antarktis.
Riesige Schlitten zogen die Container
im Anschluss zur 180 km von der
Küste entfernten Baustelle.
Dort nahm sie das Personal von
Prefalux im Januar 2008 in Empfang,
um in den nächsten zwei Monaten
bei Schnee, Eis und eisigen Temperaturen
aus den Einzelelementen
eine Polarstation zu errichten. Am
13. Februar war das letzte Dachmodul
verlegt. Am 5. März wurde das
Camp ausgeflogen und überließ die
Princess Elisabeth ihrem ersten Winter
in der Einsamkeit der Arktis.
Christine Ryll, München ▪
IPF – PREFALUx S.A.