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Solarhäuser und solare Bauelemente (2007)


Nachdem man von den vorangegangenen Jahren als einem Beginn sprechen kann, nimmt die grüne, ökologische, angepaßte oder auch nachhaltige Architektur nun rasant Fahrt auf. Wodurch auch die Solararchitektur immer mehr ins Bewußtsein der Fachleute, der Entscheidungsträger und der Öffentlichkeit gelangt. Aufgrund der stark zunehmenden Aktivitäten nebst der Berichterstattung darüber werde ich mich weiterhin nur noch auf besonders wichtige, interessante und innovative Entwicklungen konzentrieren.

FHUSA im Bau

FHUSA (im Bau)

Anfang 2007 ruft die Chinesische Regierung auf internationaler Ebene zur Abgabe von Konzepten und Vorschlägen für Null-Energie-Häuser auf, die bis zur Sommerolympiade 2008 im Norden von Peking und an anderen Standorten errichtet werden sollen. Insgesamt beteiligen sich die zehn Staaten Deutschland, Spanien, Italien, Schweden, Norwegen, England, Südkorea, Japan und China selbst an dem Demonstrationsprojekt.

Die USA beteiligen sich mit dem Future Home USA (FHUSA) – einer Kombination der Architektur von Frank Lloyd Wright und den Überlieferungen des Feng Shui. Es ist mit einer Erdreich-Wärmepumpe ausgestattet, doch weitere Details ließen sich bislang nicht herausfinden.

Mit dem Bau des von der Non-Profit-Organisation Learn Green (ehemals: Alternative Energy Living Foundation) und der Florida International University (FIU) konzipierten Solarhauses, das ursprünglich für den Solar Decathlon entworfen wurde, wird im März 2007 begonnen.


Inzwischen werden immer mehr Hochhäuser für Wohnzwecke konzipiert, bei denen die Solarenergie einen integrierten Bestandteil der Architektur darstellt.

Im Mai 2007 kursieren erste Abbildungen des 322 m hohen Burj al-Taqa (auch: Dubai Energy Tower), der von Eckhard Gerber und seinem Büro Gerber Architekten International in Dubai errichtet werden soll, und der seine Energie zu 100 % selbst erzeugen soll.

Neben einer 61 m hohen Windturbine auf dem Dach wird die gesamte Außenfassade mit einer Fläche von knapp 15.000 m2 mit Solarzellen überzogen. Zusätzlicher Solarstrom kommt von mehreren schwimmenden Inseln, die in Sichtweite des Turmes installiert sind. Mehr über weitere, ähnliche Konzepte findet sich im Kapitel über Windenergie und Architektur.

Nach der globalen Finanzkrise wird das 200 Mio. £ Projekt zwar nicht öffentlich abgesagt, aber stillschweigend eingemottet. Bislang gibt es keine Informationen darüber, ob mit dem Bau überhaupt je begonnen wird.


Die Mitte 2007 vorgestellte Lunabrite-Technologie der Firma Lunabrite Light Energy (Spruce Marketing LLC) aus Mountain Lake, New Jersey, ist eine neuartige und völlig energiefreie Methode, nächtens für Licht zu sorgen, indem es tagsüber in einer Trägersubstanz gespeichert wird – quasi die ungiftige Weiterentwicklung der Phosphorpunkte früherer Armbanduhren und Kompasse. Das gespeicherte Tageslicht wird dann über einen Zeitraum von 3 - 12 Stunden wieder abgegeben, die ersten 3 - 4 Stunden sehr hell, danach schwächt sich die Lichtstrahlung langsam ab.

Lunabrite

Lunabrite als Stegränder

Die patentierte Lunabrite-Technologie wurde ursprünglich 2003 als Sicherheitsschutz für den Heimtiermarkt entwickelt. Sie ermöglicht es, Konsumgüter und individuelle Projekte mit Akzentbeleuchtung zu versehen, Designelemente hervorzuheben oder die Sichtbarkeit bei Nacht zu erhöhen.

Die Einsatzgebiete des in unterschiedlichen Farben leuchtenden Wetter- und UV-festen Materials werden in der Architektur, in Marine-Bereich, beim Sport, bei Sicherheitsbelangen und sogar in der Mode gesehen. Es werden bereits verschiedene Durchmesser blau und blaugrün leuchtender Seile und Bänder angeboten, bis hin zu dünnen Fasern, die sich in der Textilindustrie nutzen lassen.


Im Juni 2007 wird in der Fachpresse der erste Prototyp eines ,net zero carbon home’ in Großbritannien präsentiert, der unter dem Namen Lighthouse (BRE House) von dem Architekturbüro Sheppard Robson gemeinsam mit Arup und der Firma Kingspan Off-Site Ltd. entworfen wurde und nun im Big Build Innovation Park der BRE-Ausstellung OFFSITE2007 ausgestellt wird.

Das zweieinhalbstöckige, zweischiffige Zwei-Zimmer-Haus ist nur 93 m2 groß und verfügt über PV-Paneele und Vakuumröhren-Sonnenkollektoren auf dem Dach, wo auch ein Windfänger zur natürlichen Lüftung installiert ist. Die Residenz ist mit Hochleistungs-Strukturisolierplatten ausgestattet und nutzt zudem diverse weitere nachhaltige Technologien wie wassersparende Armaturen und Toiletten, ein Biomassekessel und eine mechanische Lüftung mit Wärmerückgewinnung.

Das 40° geneigte und nach unten geschwungene Dach verleiht den Wohnbereichen eine doppelt hohe Decke, die die eher enge und kompakte Geometrie des Hauses verbirgt und den Bewohnern das Gefühl gibt, sich in einem großzügigen offenen Haus zu befinden. Dafür gibt es dann auch diverse Preise, wie den British Homes Award oder den Building Services Award.


Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Polytechnischen Universität in Madrid (UPM) stellen Mitte 2007 ein Fenster vor, das den Wärme- oder Kühlbedarf von Gebäuden um bis zu 70 % reduzieren kann. Dabei läßt man einfach in einen 1 cm breiten Zwischenraum der Mehrfachverglasung Wasser zirkulieren. Die IntelliGlass-Technologie ist das Ergebnis einer 10-jährigen Forschung eines Teams der Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos der UPM.

An der Universität von Castilla La Mancha wird eine 150 m2 große Vorhangfassade auf Basis der neuen Technologie installiert, deren Vorteil gegenüber herkömmlichen Verglasungen in der Sammlung von Wärmeenergie für die Klimaanlage des Gebäudes liegt. Die Verglasungen können aber auch als Innentrennwände verwendet werden, um als heiß oder kalt abstrahlende Oberflächen zu dienen. Diese Form der Umsetzungen wird in einem Mehrzweckgebäude in der Gemeinde Madarcos installiert, wo der mit IntelliGlass klimatisierte Raum und die erzielten Energieeinsparungen große Zufriedenheit bei der Gemeinde hervorrufen.

Ein Spin-off der UPM mit dem Namen InteliGlass soll die patentierte Technologie nun bald auf den Markt bringen (EU-Nr. 2123856). Tatsächlich hört man dann aber nichts mehr darüber. Unter dem Namen IntelliGlass wird inzwischen ein Isolierfenster der US-Firma Vinylmax LLC in Ohio bezeichnet, das mit der UPM-Entwicklung jedoch nichts gemein hat.

Stade De Suisse

Stade De Suisse


Im August 2007 nimmt das zu diesem Zeitpunkt größte Solarstadion der Welt seinen Betrieb auf. Auf einer Dachfläche von 12.000 m2 sind rund 7.000 Kyocera-Solarpaneele aus polykristallinem Silizium mit einem Wirkungsgrad von 15 % und einer Lebensdauer von 25 – 30 Jahre integriert. Die Investitionskosten hatten 10 Mio. Schweizer Franken betragen, die sich bis 2020 amortisiert haben müssen.

Das Stade De Suisse Wankdorf Bern in der Schweizer Hauptstadt erreicht damit eine maximale Leistung von 1,3 MW und soll pro Jahr etwa 1,2 GWh Strom produzieren, was umgerechnet den Jahresbedarf von 400 Haushalten decken kann. In der ersten Ausbaustufe, zwei Jahre zuvor, waren es 850 kW und eine Jahresproduktion von ca. 700.000 kWh. Schon damals hatte das Dachkraftwerk den Europäischen Solarpreis gewonnen.

Der gewonnene Strom wird nicht nur für das Stadion genutzt, auch das jährlich stattfindende viertägige Openair Gurtenfestival auf dem Berner Stadtberg Gurten bezieht seit dem Jahr 2005 seinen gesamten Stromverbrauch von diesem Solarkraftwerk. Es verwundert daher nicht, daß sich die Anlage zu einer touristisch-technologischen Attraktion für das große Publikum entwickelt: Rund 10.0000 Personen steigen jährlich auf die Energieplattform ‚Soleil‘ auf dem Dach, um das Kraftwerk zu besichtigen.


Im September 2007 stellt die Architektin Michele Kaufman im Rahmen der West Coast Green Show in San Francisco ihr neuestes modulares Öko-Fertighaus namens mkLotus vor, das effiziente High-Tech-Materialien wie eine Schaumstoffisolierung verwendet, um den Energieverbrauch zu reduzieren.

Daneben stehen nachhaltige Systeme zur Verfügung, einschließlich eines Grauwasser-Recycling-Systems, wassersparenden Armaturen, einem Gründach, einem LED-Beleuchtungssystem sowie Photovoltaik-Paneelen, die ausreichend Energie produzieren, um sogar eine Ladestation für das Elektrofahrzeug zu versorgen. Über eine volldigitale Steuerzentrale ist es den Bewohnern möglich, Licht und Wärme zu steuern sowie den Energieverbrauch und den Wasserverbrauch  zu überwachen.

Die hohen Decken, Oberlichter, sanft abgewinkelte Wände, Glas vom Boden zur Decke, der Bambusboden und viel Tageslicht tragen dazu bei, daß sich das 64,5 m2 große Haus viel größer und geräumiger anfühlt, als es eigentlich ist.


Anfangs sehr erfolgreich ist die Firma Solar Cynergy aus Santa Monica, Kalifornien, die eine ganze Reihe von Solarziegelsteinen in verschiedenen Formen und Farben anbietet.

Bekannt werden die Solar Bricks durch ihre Integration in den Solarhaus-Beitrag des Georgia Institute of Technology University zum Solar Decathlon 2007, der alldings nicht zu den Gewinnern dieses Jahres zählt (s.u.).

Die in den Boden, in Wäne oder Decken eingebetteten ‚intelligenten Lichter’ verbinden ein effiziente Solar/LED-Technik mit modernem Design, Funktionalität und Haltbarkeit.

Inzwischen lassen sich jedoch keinerlei Spuren mehr von den Bricks oder der Firma finden.


Beim dritten Solar Decathlon im Oktober 2007 gibt es eine Überraschung, denn auf der Spitze des Siegertreppchens stehen plötzlich keine Amerikaner mehr. Statt dessen gewinnt das erstmals teilnehmende Team der TU Darmstadt um Manfred Hegger, das beim Entwurf des Gebäudeenergiekonzepts von Studenten der Stuttgarter Hochschule für Technik unterstützt wird.

Wettbewerbsbeitrag der TU Darmstadt

Wettbewerbsbeitrag
der TU Darmstadt

Von der Jury werden ausdrücklich die zukunftsweisenden Konzepte im Bereich der Sonnenenergie sowie das Gesamtenergie-Management des Solarhauses hervorgehoben.

Das energieautarke surPLUShome mit einer Fläche von rund 75 m2 kostete das Gewinnerteam zwar 400.000 €, bei einer Serienfertigung könnte sich dieser Preis allerdings halbieren.

Die drei Gewinner des Solar Decathlon 2007 sind demnach:

  • 1. Platz: Technische Universität Darmstadt
  • 2. Platz: University of Maryland
  • 3. Platz: Santa Clara University

Zum Sieg der TU Darmstadt trug entscheidend der Einsatz von Latentwärmespeichern (Phase Changing Material, PCM) bei, um die geforderte konstante Innentemperatur des Gebäudes zu halten.

Das Team der University of Maryland erringt mit seinem LEAFHouse den 2. Platz übrigens mit einem Konzept für stromproduzierende Jalousien, wie wir sie später noch ausführlich im Anschluß an die Solarfenster behandeln werden.


Im Jahr 2007 nehmen Meldungen über das sogenannte Vertical Farming zu, bei denen es um landwirtschaftlich genutzte Hochhäuser geht, in denen erneuerbare Energien – und hier natürlich in erster Linie die Solarenergie – zum Einsatz kommen.

Unter anderem beschäftigen sich auch Wissenschaftler der Columbia University um den Mikrobiologen und Ökologen Prof. Dickson Despommier mit diesem Thema. Dieser propagiert seit Anfang der 2000er die Idee, Pflanzen im großen Stil in Innenräumen anzubauen und beginnt an seiner Universität Kurse zu geben – anfangs mit nur sieben Studenten.

Hier entstehen z.B. Planungen für ein 30-stöckiges Gebäude mit Glaswänden, das außerdem von einer großen PV-Anlage gekrönt ist. Auf jeder Etage befinden sich riesige Beete, die von vollautomatischen Bewässerungssystemen versorgt werden. In diesen senkrechten Agrarbetrieben sollen sich neben Pflanzen auch Nutztiere züchten lassen, wobei die Kreisläufe so abgestimmt werden, daß die Abfälle der einen Ebene als Düngemittel in anderen Ebenen genutzt werden.

2010 veröffentlicht Despommier sein einflußreiches Buch ‚The Vertical Farm: Feeding the World in the 21st Century‘. Weitere Architekten, die sich mit dieser Technologie beschäftigen sind u.a. Chris Jacobs (von ihm stammt das hier abgebildete Konzept), Gordon Graff, Andrew Kranis, Waimond Ip und Pierre Sartoux. Ich werde zu gegebener Zeit ein eigenes Kapitelteil darüber anfügen, bei dem der Schwerpunkt natürlich auf dem Einsatz erneuerbarer Energien im Vertical Farming liegt (in Arbeit).

Dice House Grafik

Dice House (Grafik)


Noch weitere Designs von 2007 verdienen es, hier erwähnt zu werden. Zum einen das Dice House (auch: House of the Future) des 2002 gegründeten britischen Architekturbüros Sybarite UK Ltd. in London, das mit seinen kubischen Außenmaßen von nur 9 x 9 x 9 m im Grunde überall Platz hat. Es ist sowohl als eigenständiges Gebäude gedacht, als auch in Form einer ganzen Häuserzeile, bei der sich die einzelnen Bauwerke durch verschiedene Fassadenfarben unterscheiden.

Das auffällige ‚Zero-Carbon-Haus’ ist im Grunde ein Würfel, der auf einem achteckigen Sockel sitzt, eine flexible Wohnfläche auf drei Ebenen bietet und auf dem Dach einen Garten hat, der sich durch ein Gewächshaus und einen großen Schirm aus thermoplastischem ETFE charakterisiert. Dieser Schirm liefert bei Bedarf Schatten, ansonsten fungiert er als großes, rundes PV-Paneel.


Beim zweiten Design handelt es sich um ein gigantisches Projekt, das von Foster + Partners für die STT Group entworfen wird und in der sibirischen Stadt Khanty Mansiysk verwirklich werden soll.

Das als ‚kristallines Wahrzeichen’ bezeichnete potentielle Bauwerk mit gemischter Nutzung soll den Bürgern der Stadt entscheidende neue Annehmlichkeiten bieten – einen Ort zum Wohnen, zum Arbeiten und für die Freizeit, der vor dem harten sibirischen Klima geschützt ist.

Der 280 m hohe Turm ist wie ein geschliffener Diamant entworfen, um in den Wintermonaten den Tageslichteintrag zu maximieren, indem das natürliche Licht so reflektiert und gebrochen wird, daß es die Innenräume beleuchten kann. Dadurch reduziert sich auch die Abhängigkeit von einer künstlicher Beleuchtung und Beheizung während der kalten Wintermonate.

Die nachhaltige Gestaltung des Turms mit seinen nach Süden ausgerichteten Atrien zeigt sich auch durch den Einbezug erneuerbarer Energien und einer auf Kraft-Wärme-Kopplung basierender Stromerzeugung zur Maximierung der Energieeffizienz. Angaben über Termine oder Baufristen wurden bislang keine gemacht.

Umweltinstitut der Tsinghua-Universität

Umweltinstitut der
Tsinghua-Universität


Im Jahr 2007 wird auch der neue Hauptsitz der Abteilung Umweltwissenschaften der Tsinghua-Universität in Peking bezogen. Das ökologische und energieeffiziente Gebäude ist ein Demonstrationsprojekt der Regierungen Italiens und Chinas unter dem Namen Sino-Italian Ecological and Energy-Efficient Building (SIEEB). Der Entwurf stammt von dem Architekten Mario Cucinella und dem Polytechnikum der Universität Milano.

Die großflächige Verglasung mit Low-e-Glas (beschichtetes Glas mit der Eigenschaft, Infrarot-Strahlung zu reflektieren) nutzt die Vorteile der passiven Heizung und Kühlung, was etwa 40 % des Energiebedarfs einspart.

Besonderer Blickfang sind die insgesamt über 1.000 m2 PV-Paneele, die aus dem Gebäude herausragen, die darunterliegenden Terrassen beschatten und das hauseigene Kühlsystem versorgen. Weitere Features sind ein Wärmerückgewinnungssystem, Absorptionskältemaschinen, Sensorsteuerungen u.a.


Ein beachtliches Design stammt aus dem Chicagoer Architekturbüro Zoka Zola (s.o.), das 2007 mit seinem Solar Tower das Konzept eines Hochhauses für Chicago vorstellt, das ein Höchstmenge an Solarstrom erwirtschaften soll.

An der gesamten Außenfläche des runden Turmes sind der Sonne nachgeführte PV-Paneele angebracht – was ästhetisch kaum zu umgehen, aber natürlich nicht allzu sinnvoll ist. Immerhin können neue Zellentechnologien auch diffuses Licht mit hohem Wirkungsgrad aufnehmen, sodaß das Argument zugunsten einer Nachführung in Zukunft nicht mehr ganz so gut ziehen wird. Die runden Paneele, die tagsüber dem Sonnenstand folgen, beschatten gleichzeitig auch das Innere des Gebäudes.

Neben der Nutzung der Sonnenenergie besteht auch das Potential zur Umwandlung von Windenergie – da der Wind Druck auf den Haltemechanismus der PV-Paneele ausübt, der zumindest theoretisch zu nutzbarer Energie werden kann. Eine entsprechende Technologie dafür könnten piezoelektrische Elemente bilden, wie sie ausführlich im Kapitel Micro Energy Harvesting beschrieben werden (s.d.)

Zwei weitere Projekte desselben Architekturbüros, allerdings weit weniger spektakulär, sind im Jahr 2007 das Rafflesia House, das als Zero-Energy-House für tropisches Klima wie z.B. in Kuala Lumpur, Malaysia, entwickelt wird. Es hat einen runden Grundriß, einen großen, offen Innenhof und soll im Falle einer Umsetzung mit Solarpaneelen bedeckt werden. Das Konzept ist Gewinner der Bird Island Zero-Energy Home Competition und soll möglicherweise schon im Folgejahr verwirklich werden.

Unter dem Titel Zero-Energy House 2 wird ein weiteres Passivhaus mit dem Namen Passiflora House konzipiert, das im Grunde aus kaum mehr als einer aufgeständerten, rechteckigen Struktur besteht. Die Namen der beiden Häuser sind dem Pflanzenreich entlehnt, wobei es sich bei der Passiflora foetida um die Passionsblume handelt. Von einer Umsetzung der o.g. Designs ist bislang allerdings nichts zu sehen.

Bird Island Grafik

Bird Island
(Grafik)


Den 1. Preis bei der 2007 laufenden YTL Green Home Competition, einem Designwettbewerb für Nullenergie-Villas in Kuala Lumpur, Malaysia, gewinnt das Projekt Bird Island des deutschen Architekturbüros GRAFT Lab architects mit Hauptsitz in Los Angeles (GRAFT Gesellschaft von Architekten mbH).

Die Leichtigkeit und Flexibilität des Null-Energie-Hauses aus nachhaltig hergestelltem Silikon-Glasgewebe, das sich an das warme Klima anpaßt, ermöglichen es ihm äußerlich, sich organisch wie eine Baumkrone mit der Brise zu bewegen, während die Schlitze im Stoff den Besuchern einen einzigartigen Blick in den Himmel öffnen, wenn der Wind kommt und geht.

Das  1.100 m2 große Wohnhaus bietet großflächig überschattete und klimatisierte Veranden und Wohnräume, die sich in den kühleren Innenbereichen befinden. Die äußere Form des Gebäudes erfüllt verschiedene Funktionen. Sie erzeugt Schatten, verändert je nach Blickrichtung ihre Form und befreit dadurch den Raum von festen Wänden. Die Wohnbereiche werden durch Vorhänge abgetrennt.

Die optimierte Fassade fungiert nicht nur als Rahmen, sondern gewinnt auch Sonnenenergie und sammelt Regenwasser. Auf Pfeiler gesetzt, minimiert das Gebäude die Erosion, und durch den Luftzug wird der Boden von unten gekühlt. Solar-PV-Dishs auf dem nahegelegenen Wasser dienen als Energiequelle. Das interessante Projekt taucht in den Folgejahren immer mal wieder in der Presse auf, umgesetzt wurde es bislang aber nicht.

 

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