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Solarhäuser und solare Bauelemente (2007 - 2008)

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. Aufgrund der stark zunehmenden Aktivitäten nebst der Berichterstattung darüber werde ich mich weiterhin auf besonders wichtige, interessante und innovative Entwicklungen konzentrieren.

Anfang 2007 fordert die Chinesische Regierung Konzepte und Vorschläge von Null-Energie-Häusern an, die bis Sommer 2008 in der Nähe des Olympiastadions von Peking errichtet werden sollen. Die USA beteiligen sich mit dem Future Home USA (FHUSA) – einer Kombination der Architektur von Frank Lloyd Wright und den Überlieferungen des Feng Shui. Mit dem Bau 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 (Turm der Energie), der von Eckhard Gerber in Dubai errichtet werden, und seine Energie zu 100 % selbst erzeugen soll. Neben einer Windturbine soll die gesamte Außenfassade mit einer Fläche von knapp 15.000 m2 mit Solarzellen überzogen werden. 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.

Die Mitte 2007 vorgestellte Lunabrite-Technologie der Firma Luna Light Energy 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 bis 12 Stunden wieder abgegeben, die ersten drei bis vier Stunden sehr hell, danach schwächt sich die Lichtstrahlung langsam ab.

Lunabrite

Lunabrite

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 von blau und blaugrün leuchtenden Bändern angeboten, bis hinunter zu dünnen Fasern, die sich in der Textilindustrie nutzen lassen.

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 wird in einen 1 cm breiten Zwischenraum der Mehrfachverglasung Wasser eingeleitet. Unter dem Namen Inteliglass soll die neue Technologie bald auf den Markt kommen. Tatsächlich hört man dann aber nichts mehr darüber.

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 % installiert. Das Stade De Suisse in Bern erreicht damit einen Output von 1,3 MW und soll pro Jahr etwa 1,2 GWh produzieren, was den Jahresbedarf von 400 Haushalten decken kann. Die Investitionskosten betragen 10 Mio. Schweizer Franken.

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 sie Solar Bricks durch ihre Integration in den Solarhaus-Beitrag der Georgia Tech University am Solar Decathlon 2007 (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.

Wettbewerbsbeitrag der TU Darmstadt

Wettbewerbsbeitrag
der TU Darmstadt

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.

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 kostet zwar 400.000 €, bei einer Serienfertigung könnte sich dieser Preis allerdings halbieren.

Die drei Gewinner des Solar Decathlon 2007 sind:

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

Das Team der University of Maryland erringt seinen 2. Platz übrigens mit einem Konzept für stromproduzierende Jalousien (LEAFHouse).

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 der Solarenergie – zum Einsatz kommen. Neben anderen beschäftigen sich auch Wissenschaftler der Columbia University mit diesem Thema: Hier plant man 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. Weitere Architekten, die sich mit dieser Technologie beschäftigen sind Chris Jacobs (von ihm stammt das hier abgebildete Konzept), Gordon Graff, Andrew Kranis, Waimond Ip, Pierre Sartoux und andere.

Ich werde zu gegebener Zeit ein eigenes Kapitelteil darüber anfügen, bei dem der Schwerpunkt auf dem Einsatz erneuerbarer Energien beim Vertical Farming liegt (in Arbeit).

Lumeta-Solarschindel

Lumeta-Solarschindel

Im November 2007 präsentieren die DRI Companies aus Irvine, Kalifornien, eine weitere Solarschindel-Form, die direkt in die in den USA üblichen Dachschindel-Systeme integriert werden kann. Pro Panel des Lumeta-Systems wird ein Output von 28 W bei 6,1 V erreicht.

Im Jahr 2007 wird auch das detaillierte Design für das weltweit erste Passivhaus-Museum in Ulricehamn, Schweden, veröffentlicht. Es ist das Projekt des Architektur- und Designbüros Kjellgren Kaminsky Architecture AB (KK) aus Göteborg.

Besonders ansprechend ist das runde und ca. 1.000 m2 große Besucherzentrum, dessen Beheizung vollständig durch die Körperwärme der Besucher erfolgen soll, während Solarzellen auf dem Dach einen Teil der Energie liefern werden, um elektrische Geräte zu betrieben und Warmwasser zu liefern. Das runde Design der Struktur ermöglicht eine effiziente Luftzirkulation, welche die passive Heizung und Kühlung des Gebäudes verbessern soll. Eine ähnliche Bauweise ist auch die Grundlage für ein weiteres Design von KK, eine Villa Atrium mit einer Nutzfläche von 160 m2, die sich wie eine Scheibe um einen offenen, mit einem Baum bewachsenen runden Innenhof anordnet.

Einige weitere Designs von 2007 verdienen es, noch erwähnt zu werden. Zum einen das Dice House (auch: House of the Future) des britischen Architekturbüros Sybarite UK Ltd. in London, das mit seinen kubischen Außenmaßen von 9 x 9 x 9 m eigentlich überall Platz hat.

Das auffällige ‚Zero-Carbon-Haus’ ist 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 zu öffnendes 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 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.

Khanty Mansiysk Kozept Grafik

Khanty Mansiysk Kozept
(Grafik)

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 werden bislang keine gemacht.

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 vorstellt, das ein Höchstmenge an Solarstrom erwirtschaften soll.

Solar Tower Design

Solar Tower Design

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 auch dieses Argument in Zukunft nicht mehr ganz so gut ziehen wird. Die runden Paneele, die tagsüber dem Sonnenstand folgen, beschatten gleichzeitig auch das Innere des Gebäudes.

Zwei weitere Projekte desselben Architekturbüros, allerdings weit weniger spektakulär, sind 2007 das Rafflesia House, das als Zero Energy House für tropisches Klima – 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 Label 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.

2008


Im Januar 2008 gibt das Architekturbüro Skidmore Owings & Merrill bekannt, daß man außerhalb von Paris ein Bürogebäude errichten wird, das einen signifikanten Energieüberschuß erwirtschaften soll.

Das Gebäude mit 70.000 m2 Nutzfläche soll seinen gesamten Verbrauch an Licht, Heizung und Kühlung durch große PV-Flächen auf dem Fach erzeugen, außerdem wird Wasser der Seine in den Kühlkreislauf eingespeist. Das Bauwerk ist für 5.000 Personen angelegt und soll nur 35 – 30 % mehr kosten als vergleichbare Bürogebäude mit erheblich schlechterer Energiebilanz.

Fast gleichzeitig veröffentlicht das Architekturbüro Foster + Partners seine Pläne für den Bau eines gewaltigen ‚grünen’ Gebäudes unter dem Namen Crystal Island in Moskau, das mit seiner Höhe von 450 m Architekturgeschichte schreiben soll. Das größte Gebäude der Welt ist ein kompletter Mikrokosmos, der von einem riesigen Zelt-artigen Überbau in Form zweier gegenläufiger, aufwärtsstrebender Spiralen umschlossen ist. Die Geometrie der Spirale wird sich über das Projekt hinaus auch auf die umgebenden Parks erstrecken.

Crystal Island Grafik

Crystal Island (Grafik)

Das Bauwerk mit einer Gesamtnutzfläche von 2,5 Mio. m2 wird im Grunde als Wohnhaus für 30.000 Personen angelegt. Es wird 9.000 Apartments mit Rundum-Versorgung geben, dazu 3.000 Hotelräume sowie Museen, Theater, Kinos, Büros, Ladengeschäfte und eine internationale Schule für 500 Kinder. An der Spitze ist eine Aussichtsplattform geplant.

Seine Energie wird der Bau, der bis 2013 oder 2014 auf der Halbinsel Nagatino – nur 7,5 km vom Kreml entfernt – errichtet werden soll, von integrierten PV-Anlagen sowie Windturbinen im oberen Bereich beziehen. Zusätzlich dient eine atmungsaktive ‚intelligente’ Haut als thermischer Puffer, der die Innenräume im Sommer wie im Winter vor den extremen Temperaturen Moskaus abschirmt. Die erwarteten Baukosten betragen 4 Mrd. $. Wegen der globalen Wirtschaftskrise wird im Jahr 2009 allerdings entschieden, den Bau bis auf weiteres zu verschieben.

Die heute üblichen Wärmeschutzverglasungen mit hauchdünnen Silberschichten und Edelgasfüllungen haben bereits ein hohes Niveau erreicht, doch der schwere Aufbau, mehrere Zentimeter starke Verglasungen sowie die teuren Edelgase motivieren, nach neuen Innovationen Ausschau zu halten. Im Januar 2008 werden Vakuumverglasungen vorgestellt, die das Potential haben, eine sinnvolle Alternative zu bieten.

Ein japanisches und ein chinesisches Unternehmen bieten am asiatischen Markt bereits Vakuumglas an, allerdings mit relativ hohen Wärmedurchgangskoeffizienten (Ug-Werten). Ein Verbund aus drei Forschungsinstituten und fünf mittelständischen Unternehmen unter der Federführung der Glaser FMB GmbH & Co. KG soll nun mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) diese Werte deutlich verbessern. Forschungsbedarf besteht außerdem bei der Rahmenkonstruktion und den Abstandshaltern, die optisch kaum wahrnehmbar aber mechanisch belastbar sind. Produkte aus Vakuumglas sollen ab 2010 am Markt erhältlich sein.

Lighthouse Solarhaus

Lighthouse

Es ist fraglich, ob man dann nicht (wieder einmal) zu spät ist, denn Forscher der Firma Guardian Industries mit Hauptsitz in Auburn Hills, Michigan stellen bereits im März 2008 eine neue Generation von Vakuum-Isolierglas vor, die fast unglaubliche Dämmwerte aufweist: R12 - R13. In der Regel hat Glas den Dämmwert R1 oder R2, während eine R12 Bewertung der typischen Isolierung einer Ziegelwand entspricht. Die Guardian-Entwickler nutzen das gleiche Prinzip wie bei einer Vakuum-Thermosflasche, indem sie zwischen zwei Glasscheiben im Abstand von nur 0,25 mm ein Vakuum von 10-4 Torr anlegen. Dieses Vakuum verringert die beiden wichtigsten Arten der Wärmeübertragung – Wärmeleitung und Konvektion. Eine zusätzliche Beschichtung reduziert deutlich den Wärmeverlust durch Strahlung. Die Firma will im kommenden Jahr 2009 damit auf den Markt kommen.

Im Februar 2008 wird in der Fachpresse das erste 'net zero carbon home’ Großbritanniens vorgestellt, das unter dem Namen Lighthouse (BRE House) von dem Architekturbüro Sheppard Robson entworfen wurde. Das zweieinhalbstöckige Zwei-Zimmer-Haus ist nur 93,3 m2 groß, verfügt über PV-Paneele und Vakuumröhren-Sonnenkollektoren auf dem Dach, wo auch ein Windfänger zur natürlichen Lüftung installiert ist, und nutzt diverse weitere nachhaltige Technologien.

Eines der schon errichteten und wortwörtlich grünsten Gebäude weltweit ist die School of Art, Design and Media der Nanyang Technological University in Singapur.

Das 5-stöckige Bauwerk besticht durch sein fließendes, organisches Gründach, das einen weitläufigen Innenhof umfaßt. Allerdings kann man auch den Schwachpunkt erkennen: Die Rasenfläche ist nicht überall von gleichmäßiger Farbe – ein Hinweis auf Schwierigkeiten bei der adäquaten Bewässerung der geschwungenen und abgeschrägten Gründachflächen.

Energie von den Fassaden beziehen will die Firma SMIT (für: Sustainably Minded Interactive Technology) aus Brooklyn, New York, die nach zwei Jahren Entwicklungsarbeit im März 2008 zwei Arten von Solarzellen vorstellt, welche sich wie künstlicher Efeu an sonnenbeschienenen Wänden emporranken sollen.

GROW.1 Solarefeu

GROW.1

Besonders interessant finde ich die Version GROW.1, da die blattartigen Zellen hier an piezoelektrischen ‚Stengeln’ hängen, die zusätzlich Energie aus dem Wind ziehen. Die von der Form her an eine Fliegenklatsche gemahnende Version GROW.2, die ausschließlich Solarenergie nutzt, soll es dafür in den unterschiedlichsten Farben und Größen geben.

Ein weiteres Großprojekt von Foster + Partners gewinnt im April 2008 den internationalen Wettbewerb des South Beach Consortium um das komplette, 150.000 m2 große Beach Road Öko-Viertel in der Stadtmitte von Singapur. An den Gebäudefassaden sind Solarzellen-Arrays vorgesehen, während die geschwungenen Vordächer, die sich teilweise an dem Gebäude empor strecken, mit Dünnschicht-Solarzellen bedeckt werden sollen.

Andere grüne Elemente, die neben der gebäudeintegrierten Photovoltaik in diesen Komplex eingebaut werden sollen: Eine Regenwassernutzungsanlage, eine geothermische Heizung, gekühlte Decken sowie einen riesigen Eisspeicher für die Kühlung.

Cybertecture Egg Desig

Cybertecture Egg
(Design)

Das Architekturbüro James Law designt für Mumbai ein High Tech-Bauwerk, das im Mai 2008 unter dem Namen Cybertecture Egg bekannt wird. Das 32.000 m2 große und 13-stöckige eiförmige Bauwerk soll herausragende Architektur-, Umwelt-Design, intelligente Systeme und neue Techniken kombinieren, um ein beeindruckendes Wahrzeichen für die Stadt zu schaffen.

Das Bauwerk wird PV-Paneele und Windturbinen auf dem Dach nutzen, um vor Ort Strom zu erzeugen, während Pflanzen auf dem Dachgarten über den natürlichen Prozeß der Thermolyse Wärme aus dem Gebäude absaugen.

Der Gewässerschutz wiederum erfolgt mittels eines Grauwasser-Recycling-Systems, das Wasser für die Bewässerung der Grünanlagen bereitstellt. Die Fertigstellung des Gebäudes soll bis Ende 2010 erfolgen (was ich bislang jedoch nicht bestätigen kann).

Im Mai 2008 wird die Kooperation der US-Unternehmen Dow Building Solutions und Global Solar Energy bekannt gegeben, um im Rahmen der Solar America Initiative (SAI) des US Department of Energy eine photovoltaische, flexible Dachschindel zu entwickeln. Dabei soll eine CIGS-Dünnschichtzelle mit einem Wirkungsgrad von 10 % zum Einsatz kommen.

Weitere BIPV-Technologien fürs Dach, die in diesem Jahr in Publikationen neu auftauchen, sind ein Metalldachsystem der seit 1981 aktiven United Solar Ovonic LLC aus Auburn Hills, Michigan, das bereits 7 verschiedene Fertigsysteme anbietet, deren Kapazität zwischen 3 und 120 kW liegt, und die neben der Stormerzeugung auch noch vor Wind und Wetter schützen. Die PowerShingle-Technologie sei widerstandsfähig genug, um Stürme mit einer Windgeschwindigkeit von über 250 km/h zu überstehen. Für die Entwicklung und Vermarktung gründet United Solar gemeinsam mit dem großen Bedachungsunternehmen Centria Services Group aus Pittsburgh das Joint-venture EnergyPeak.

Andalay Paneele

Andalay Paneele

Die Akeena Solar aus Campbell, Kalifornien, stellt wiederum eine überarbeitete Version ihrer im Vorjahr erstmals präsentierten Andalay Paneele vor, die unterbelüftete Montageschienen sowie eine integrierte Verdrahtung und Erdung besitzen.

Ein völlig anderer Ansatz wird von der Architektin Sheila Kennedy verfolgt. In der Hoffnung auf eine schnelle Weiterentwicklung photoaktiver Textilien des MIT, die in der Lage sind, Sonnenenergie in Strom umzuwandeln, entwirft sie ein Soft House, das im Juni 2008 bin den Blogs vorgestellt wird.

Kennedy ist eine Expertin im Bereich der Integration von Solarzellen in der Architektur. Gemeinsam mit ihrem Team vom KVA Matx entwickelt sie eine Struktur, die bis zu 16 kWh Strom zur Verfügung stellt – durch die Verwandlung normaler Haushaltsgardinen zu flexiblen und teiltransparenten Dünnschicht-Photovoltaik-Textilien, welche die Rolle von Solarkollektoren übernehmen.

Auch wenn noch nicht absehbar ist, wann sich dieses Konzept umsetzen läßt, lautet Kennedys Credo, das in diesem Kapitel hundertfach widergespiegelt wird: „Unterschätze niemals die Macht der architektonischen Phantasie.“ Die Firma der kreativen Architektin trägt den Namen Kennedy & Violich Architecture Ltd. und ist in Bisten, Massachusetts, beheimatet.

Zu den anderen Designs aus dieser Zeit gehört z.B. das Konzept einer neuen, ökologisch-futuristischen Stadtarchitektur für San Francisco im Jahr 2018, für welches das Büro IwamotoScott Architects beim City of The Future Wettbewerb einen ersten Preis in Höhe von 10.000 $ einheimst. In einigen Veröffentlichungen wird der ‚Termin’ dafür allerdings auf der Jahr 2108 vorverschoben – wobei nicht klar ist, ob es sich dabei um einen Tipp- oder einen Verständnisfehler handelt.

Hydro-Net Algentürme Grafik

Hydro-Net Algentürme
(Grafik)

Der Entwurf mit dem Namen Hydro-Net soll das Beste aus dem Mikroklimas und der Geologie des Standortes zu machen. Es handelt sich um ein Netzwerk von ober- und unterirdischen Systemen, welche den Bedarf an Wasser und Strom aus alternativen Energiequellen decken. Neben Geothermie-Systemen soll es sonnenbeschienene Algen-Türme geben, deren Wände aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen den dort entstehenden Wasserstoff sammeln. Dieser soll dann zum Betrieb von Luftkissenfahrzeugen in Tunnels dienen. Außerdem sind Nebelfänger geplant, die aus der nebligen Atmosphäre der Stadt frisches Wasser destillieren.

Von dem weltberühmten britischen Architekturbüro Atkins, die unter anderem auch den Burj Al Arab  und das Bahrain World Trade Center in Manama gebaut hat, das mit drei großen Windrotoren ausgestattet ist (siehe unter Windenergie und Architektur), stammt der Entwurf eines 400 m hohen Wolkenkratzers mit dem Namen Lighthouse, der nur etwa die Hälfte des Wasser- und Energieverbrauchs eines typischen Hochhauses in Dubai aufweisen wird.

Das Bürohochhaus soll passiv und aktiv Solar- und Windenergie nutzen – gekoppelt mit Strategien, um den Energieverbrauch zu reduzieren und die Rückgewinnung von Wasser innerhalb des Gebäudes zu erlauben. PV-Paneele sind in der Fassade integriert, dazu sollen 150 Solarkollektoren für die Versorgung mit warmem Wasser installiert werden. Geplanter Standort des Öko-Hochhauses ist das zukünftige Dubai International Financial Centre (DIFC). Auch diese Planung wird aufgrund der Wirtschaftskrise 2009 erst einmal zurückgestellt, wie es scheint.

Dasselbe Schicksal scheint auch das 550 m hohe 1 Park Avenue Hochhaus von Adrian Smith + Gordon Gill Architecture erteilt zu haben, das im Rahmen des Energy Masterplan Dubai entworfen wurde und neben Solarzellen und Windturbinen eine Vielzahl weiterer nachhaltiger Strategien in seine Gestaltung einbezieht.

Im Sommer 2008 wird von dem spanischen Bauministerium und der Technischen Universität Madrid erstmalig ein europäischer Ableger des Solar Decathlon Wettbewerb ausgelobt, der Solar Decathlon Europe. Auch hier werden in einer Vorauswahl die Teams bestimmt, deren Entwürfe umgesetzt und gegeneinander antreten sollen. Der erste Der Solar Decathlon Europe Wettbewerb wird im Juni 2010 in Madrid stattfinden (s.u.).

Mitte 2008 schließen sich Forschungseinrichtungen der Universität Siegen aus den Fachbereichen Bauingenieurwesen, Architektur und Städtebau und Elektrotechnik zu einer interdisziplinären Einrichtung unter dem Namen ZERO - Zentrum für Energien und Optimierung - zusammen. Ihr Motiv: Der Energieverbrauch beim Bauen und insbesondere beim Betrieb von Gebäuden beträgt inzwischen 50 % des globalen Energieverbrauchs und bietet damit ein gewaltiges Potential für entsprechende Einsparungen.

Lumeta Solar Tiles

Lumeta Solar Tiles

Eine neue, aber nicht besonders schöne Form von Solarschindel-Modul kommt im August 2008 auf den US-Markt. Hersteller der Lumeta Solar Tiles ist die Firma Lumeta Solar Inc. aus Irvine, Kalifornien. Zum Einsatz kommen pro Schindel 12 Stück monokristalline 28 W Siliziumzellen von Suntech.

Im September 2008 beginnt der Bau des ersten Héliodome in Cosswiller im Elsaß. Das seit 2003 patentierte Konzept des Kunstschreiners Eric Wasser hatte bereits im Mai 2003 beim nationalen Lépine Wettbewerb einen ersten Preis gewonnen, im Oktober folgte ein weiterer erster Innovationspreis, und im April 2005 der Solarpreis des schweizerischen Berufsverbandes Sonnenenergie. Im Juli 2006 wurde der Grundstein des Bauwerks gelegt.

Das solare Habitat ist ein bioklimatisches Haus aus Holz, Glas und Beton, dessen Form an eine Muschel erinnert, und das möglicherweise den Domen zuzuordnen ist. Es steht allerdings dermaßen ‚schräg’ in der Landschaft, daß zumindest die vollverglaste Südseite tatsächlich wie ein abgestürztes Ufo aussieht. Die leicht abgerundete und holzverkleidete Nordseite wirkt demgegenüber äußerst konventionell.

Die Form des unbeweglichen, passiven Sonnenhauses ergibt sich aus der kombinierten Jahres- und Tageslaufbahn der Sonne, wobei sich diese den Breitengraden anpaßt. In nördlichen Gegenden ist der Neigungswinkel eher stärker und länglich, während er in tropischen Gegenden fast vertikal ist. Um den Komfort zu erhöhen, ist der Prototyp zusätzlich mit Sonnenkollektoren zur Produktion von Warmwasser für den Haushalt, sowie mit einem Ventilationssystem zur Durchmischung und Erneuerung der Luft ausgestattet. Weitere Projekte sind bereits im Elsaß, in Österreich und in der Schweiz in der Planung. Angeboten werden vier verschiedene Größen mit Höhen zwischen 6 m und 15 m bzw. Wohnfläche von 40 m2 bis 600 m2. Beim aktuellen Update Mitte 2011 gibt es zwar schon große Fortschritte auf der Baustelle, beendet ist das Projekt allerdings noch immer nicht.

Im September 2008 wird der Entwurf eines Bauwerks präsentiert, das bald in Paris stehen soll – nachdem das seit 1977 gültige Hochhaus-Bauverbot jüngst wieder aufgehoben worden ist. Beim Projet Triangle von Herzog & de Meuron, dessen Planung 2006 begonnen hat, handelt es sich allerdings um keine massive Pyramide, sondern um ein äußerst flaches, 200 m hohes Bauwerk, das so ausgerichtet werden soll, daß es Sonnen- und Windenergie optimal nutzen kann. Leider gibt es keine näheren Informationen, über die diesbezüglich geplanten Techniken. Nach der für 2014 geplanten Fertigstellung wird das Triangle Geschäfte und Restaurants im Erdgeschoß, Büros, ein Konferenzzentrum und ein 400 Zimmer-Hotel beinhalten.

Projet Triangle Grafik

Projet Triangle (Grafik)

Um den Titel des ,grünsten’ Hochhauses von Paris wird der Triangle-Bau allerdings mit dem ebenfalls neu geplanten Generali Tower in La Defense konkurrieren müssen, an dem die internationale Architekturfirma Valode & Pistre ebenfalls seit 2006 arbeitet, um sich damit im Jahr 2012 an einem Wettbewerb zu beteiligen.

Der bewußt auf eine Höhe von 318 m beschränkte dreieckige Wolkenkratzer (der Eiffelturm ist nämlich 324 m hoch) wird eine Vielzahl nachhaltiger Funktionen und Systeme beinhalten, um den Energieverbrauch zu reduzieren. Neben zu öffnenden Fenstern wird es auf allen Ebenen Gärten geben, und auf der Spitze sollen 18 Vertikalachsen-Windkraftanlagen, 600 m2 Solarkollektoren und 1.700 m2 Photovoltaik-Zellen installiert werden.

Ein hübsches und auch wirklich grünes Hochhaus ist zu diesem Zeitpunkt in Singapur immerhin schon im Bau. Der von TR Hamzah & Yeang entworfene und von der National University of Singapore geförderte, 26-stöckige EDITT Tower (Ecological Design In The Tropics) soll die Kluft zwischen den Büroräumen im obersten Stock und den Fußgängern am Boden verringern, indem Besucher über landschaftlich gestaltete Rampen und grüne Wege, an denen sich Geschäfte reihen, bis in den fünften Stock spazieren können.

Yeang hatte mit seinem Entwurf den EDITT-Preis 1998 gewonnen. Die im gesamten Gebäude angepflanzten einheimischen Pflanzen werden über Regenwassernutzung und Abwasseraufbereitung bewässert, und eine natürliche Belüftung soll die Kosten senken und ein angenehmes Raumklima schaffen. Außerdem gibt es 855 m2 PV-Paneele, die mit 1.700 kWh pro Tag rund 40 % des Strombedarfs decken sollen, sowie ein Biogas-Kraftwerk, das möglicherweise vom hauseigenen Abwasser betrieben werden soll.

Im Oktober 2008 wird in der chinesischen Stadt Ningbo das neue Centre for Sustainable Energy Technologies (CSET) eröffnet, das als Chinas erstes Null-Emissions-Gebäude gilt. Das Institut wurde im Rahmen einer seit 2007 bestehenden Kooperation mit der University of Nottingham geschaffen, die es auch leitet. Vor Ort ist es unter dem Namen Ko Lee Institute of Sustainable Development bekannt.

Centre for Sustainable Energy Technologies

CSET in Ningbo

Inspiriert vom Design der chinesischen Laternen und der traditionellen hölzernen Wandschirme wirkt das von Mario Cucinella Architects aus Bologna entworfene Gebäude als nachhaltiger Leuchtturm, der 22 m hoch und leicht verdreht von allen Seiten des Campus sichtbar ist. Das fünfstöckige CSET besitzt Photovoltaik-Zellen zur Stromversorgung, ein solares Absorptionssystem, eine kleine Windturbine zu Demonstrationszwecken und ein Erdwärmepumpen-System, das die Bodenplatten kühlt und heizt. Überschüssige Energie wird in Batterien gespeichert, die Strom für bis zu zwei sonnenlose Wochen bereitstellen können.

Eine doppelte Glas-Umhüllung reduziert die Sonneneinstrahlung, während eine große Öffnung auf der Dachterrasse die natürliche Belüftung ermöglicht und Tageslicht in die Innenräume leitet. Genutzt werden hauptsächlich lokal vorhandene Materialien, außerdem das 1.300 m2 große Gebäude verfügt über ein hauseigenes Regen- und Grauwasser-Aufbereitungssystem.

Ein Design, das fast schon das Attribut gigantomanisch verdient, wird ebenfalls im Oktober 2008 auf der Architektenmesse Cityscape in Dubai vorgestellt. Unter dem passenden Namen Ziggurat, in Anlehnung an eben jene Stufenbauten im frühen Mesopotamien, soll in dem Emirat ein pyramidenförmiges Bauwerk mit einer Höhe von 1,2 km und einer Grundfläche von 2,3 x 2,3 km entstehen, das Raum für 1 Mio. Bewohner bietet.

Das gigantische, energieautarke Ziggurat Projekt der Umwelt-Planungsfirma Timelinks aus Dubai wird aus mehreren einzelnen Pyramiden zusammengebaut, und als Energiequellen sollen Solarpaneele, Windturbinen, die Geothermie und – als Reserve vermutlich – Dampfturbinen dienen. Beim Bau werden ausschließlich umweltfreundliche Baustoffe zum Einsatz kommen. Großzügige Grünflächen zur Freizeitgestaltung sind in dem Konzept ebenso vorgesehen wie Ackerland, damit sich das Ziggurat zumindest anteilig selbst versorgen kann. Mittels ausgeklügelter Systeme soll zur Bewässerung der geplanten Anbauflächen und Parkanlagen Regen gemacht werden, womit ein eigenes Ökosystem entsteht. Vorgesehen sind auch Klimazonen auf den verschiedenen Ebenen: je höher, desto kühler.

Eher negativ wirkt der Ansatz, daß ein biometrisches Identifikationssystem dafür sorgen soll, daß niemand das Ziggurat betreten kann, der dort nicht hineingehört. Sehr viel positiver klingt dem gegenüber das angedachte Beförderungssystem, bei dem sich zylindrische, weitgehend verglaste Kabinen auf horizontalen und vertikalen Bahnen durch den Pyramidenkomplex fortbewegen. Leider gibt es über dieses interessante PRT-System keine weiteren Informationen – aber immerhin eine Grafik. Autos bleiben dem Konzept zufolge jedenfalls außen vor.

Ziggurat PRT-Konzept

Ziggurat PRT-Konzept

Ob und wo genau die spektakuläre Pyramide gebaut werden soll, ist noch unklar, und auch über die Baukosten ist noch nichts verlautet. Timelinks hat sich das Konzept mitsamt den dafür angedachten Technologien jedenfalls schon patentieren lassen und bemüht sich bei der EU um eine finanzielle Förderung des Projekts, an dessen Entwicklung auch europäische Professoren beteiligt sind.

Anzumerken ist vielleicht, daß es schon einmal das Projekt eines Bauwerkes für 1 Mio. Menschen gegeben hat. Im Jahr 1991 präsentiert Eugene Tsui und seine Firma Tsui Design and Research Inc. im kalifornischen Emeryville das Konzept eines 1,6 km hohen Ultima Towers, der konstruktionsbedingt ebenfalls von konischer Form ist und den wahnwitzigen Betrag von 150 Billionen $ kosten soll. Was wohl der Hauptgrund dafür ist, daß dieser Entwurf von niemand ernst genommen wird.

Mehr Erfolg hat der äußerst ambitionierte und unglaublich produktive Tsui (er entwirft auch Kleidung, Schmuck, Möbel und vieles mehr, er malt, musiziert und boxt) mit anderen Bauprojekten, die allerdings zu zahlreich sind, als daß ich sie hier auch nur auszugsweise auflisten könnte.

Ein weiteres Bauwerk für eine Million Menschen, das an dieser Stelle nicht vergessen werden darf, ist der visionäre Entwurf X-Seed 4000 (auch: Ocean City), ein 800 Stockwerke zählender und 4.000 Meter hoher Wolkenkratzer, der schon 1980 (andere Quellen: 1995) von der Tasai Corp. für eine künstliche Insel in der Bucht von Tokio konzipiert wird. Das Design soll von Peter Neville stammen. 2007 wärmt die Shimizu Corp. das Konzept unter dem Namen Tokio Tower wieder auf, diesmal allerdings nur für eine Bevölkerung von 750.000 Personen.

Das dänische Künstlerkollektiv N55 präsentiert im Oktober 2008 mit seinem Walking House ein modulares Wohn-System mit kleiner Küche und Bad, in dem sich bis zu 4 Bewohner langsam durch das Gelände bewegen können. Sechs Teleskopbeine bewegen das Konstrukt aus Stahl, Aluminium, Holz, Textilien und Polycarbonat-Fenstern allerdings nur mit 60 Meter pro Stunde – vor irgend etwas weglaufen kann man damit also kaum. Angetrieben wird es vom Strom aus Solarzellen und kleinen Windrädern.

Das Walking House hat einen Regenwassersammler, eine Komposttoilette, einen Holzofen und ein PV-Solarsystem mit Batterien auf dem Dach. Um Nahrung für die Bewohner anzubauen kann ein kleines Gewächshaus angedockt werden. Initiiert wird das Projekt vom Wysing Art Centre in Cambridgeshire. Im Laufe der Folgejahre wandert das Haus wortwörtlich auf diversen Ausstellungen herum.

Im November 2008 höre ich zum ersten Mal vom Smart CoolRoof der Firma Redwood Renewable aus Corte Madera, Kalifornien. Das Unternehmen nutzt alte Autoreifen, um daraus ein neues Gummi-Material herzustellen, in welches Solarzellen eingebettet werden. Zur Verarbeitung der Altreifen verwendet Redwood Renewables einen chemiefreien Ultraschall-Prozeß, der das Gummi entvulkanisiert. Die resultierenden Solarschindeln bilden eine recycelte Dacheindeckung mit hervorragenden Isoliereigenschaften, die außerdem noch Strom erzeugt und nur etwa die Hälfte einer typischen Solarpaneel-Installation kostet.

2008 wird mit dem GreenPix Zero Energy Media-Wall auch das zu diesem Zeitpunkt weltweit größte Farb-LED-Display in China in Betrieb genommen. Es wird hier erwähnt, weil es mit Chinas erstem fassadenintegrierten Photovoltaik-System kombiniert ist. Der von der New Yorker Architektin Simone Giostra entworfene Bildschirm nutzt die tagsüber geerntete Solarenergie für sein nächtliches Leuchten.  Er bildet die Fassade des Xicui Entertainment Complex in Peking.

GreenPix Zero Energy Media-Wall

GreenPix
Media-Wall

Mit insgesamt 2.292 farbigen LED-Lichtpunkten entspricht die Struktur einem 2.200 m2 großen Monitor. Die Solartechnik aus polykristallinen Siliziumzellen stammt von der Firma Suntech.

Im Dezember 2008 stellt die US-Firma Rainbow Solar Inc. (RSi) die ‚weltweit ersten’, teiltransparenten, Photovoltaik-Glasfenster vor, die je nach Größe 80 bis 250 W elektrische Leistung erzeugen sollen, während sie gleichzeitig den Heiz- und Kühlbedarf um bis zu 50 % reduzieren. Es handelt sich um das erste BIPV-Produkt seiner Art, das eine mehrschichtige Photovoltaik- und Wärmedämmungs-Technologie integriert und außerdem einen 100%-igen Schutz vor UV-Strahlen bietet.

Korrekterweise muß aber gesagt werden, daß die Nihon Telecommunication System Inc. aus Tokio schon Mitte 2008 photovoltaische Fenster mit einem Wirkungsgrad von 7 – 8 % vorgestellt hatte, die 90 % des Lichts absorbieren, und dadurch auch noch Energie bei der Raumkühlung einsparen. Das 10,5 mm starke Glas kann pro Quadratmeter bis zu 70 W generieren, kostet allerdings auch 1.900 $/m2. Aber davon hatte in den USA anscheinend niemand etwas mitbekommen...

Zu diesem Zeitpunkt meldet auch ein Forscherteam des MIT, daß es durchsichtige Glasscheiben ‚erfunden’ habe, die Sonnenlicht in Strom verwandeln. Tatsächlich handelt es sich bei den Organic Solar Concentrators (OSC) um mit Farbstoff hauchdünn beschichtete Scheiben, die Sonnenlicht einfangen und zu den Rändern umlenken, wo sich schmale Solarzellen befinden. Ich berichte darüber ausführlich im Kapitel über Optimierungs- und Verstärkungstechniken.

Die Oakland University in Michigan arbeitet wiederum mit der in Auburn Hills beheimateten Firma Octillion (später: New Energy Technologies, Inc.) zusammen, um die nächste Generation der NanoPower Window Technologie des Unternehmens weiterzuentwickeln, bei der das Fensterglas mit einer energieerzeugenden Oberfläche beschichtet wird, die als transparenter Film direkt aufgesprüht werden kann.

Diese Technologielinie scheint erfolgreich weiterverfolgt worden zu sein, denn im Juni 2009 wird gemeldet, daß die neuen Tests des Unternehmens mit den weltweit kleinsten bekannten Solarzellen für die transparenten SolarWindows eine überragende Leistung gezeigt hätten. Die Solar-Beschichtung ist weniger als Zehntel so dick, wie die gegenwärtigen PV-Dünnschichtfilme. Die New Energy beschäftigt sich außerdem mit der Erzeugung von Strom durch die kinetische Energie sich bewegender Fahrzeuge (MotionPower). Über diese und andere Straßengeneratoren findet sich mehr in dem entsprechenden Kapitelteil.

Beijing South Design

Beijing South (Design)

Fast zeitgleich wird bekannt, daß die dänische Firma Photo Solar im Jahr 2010 mit PV-Fenstern auf den Markt kommen will, deren Transparenz sogar 50 % beträgt. Die verarbeiteten Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 5 % sollen bei einem Quadratmeterpreis von rund 800 € eine Leistung von 50 W/m2 erwirtschaften.

Und auch der größte Bahnhof Asiens soll in Zukunft seinen Strom mittels Solarpaneelen selbst erzeugen. Er wird Beijing South heißen (Peking-Süd) und so groß sein, daß er sogar als Hanger für eine Boeing 747 genutzt werden könnte. Immerhin sollen hier pro Stunde 30.000 Menschen hindurchgeschleust werden. Das Dach des im Dezember 2008 vorgestellten Entwurfs soll mit 3.246 PV-Paneelen belegt werden, welche den Eigenbedarf der Station zu 100 % decken sollen.


Weiter mit den Solarhäusern und solaren Bauelementen ab 2009...