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Weitere Formen niederthermischer Solarenergienutzung

Solararchitektur

 

„Um zu überleben, müssen wir alle Aktivitäten an den natürlichen Rhythmus der Erde anpassen.


Sir Norman Foster


Die passive solare Architektur ist nicht neu, sie wird in allen Teilen der Erde schon seit Jahrtausenden angewandt. Ein Beispiel mag das antike Griechenland vor rund 2.500 Jahren sein, das damals ebenfalls in einer Energiekrise steckte. Als Lösung für das Problem des immer knapper und teurer werdenden Brennholzes wurde die verglaste Südfläche mit weitüberstehendem Vorbau entwickelt. Sokrates beschrieb dies so: „In Häuser, die nach Süden blicken, dringt die Sonne im Winter durch die Vorhalle bis in die Wohnräume vor und wärmt sie. Im Sommer jedoch hält das Dach der Vorhalle die Sonne ab und spendet kühlenden Schatten.“

Die massigen Mauern und die dicken Platten des dunklen Steinfußbodens saugten sich tagsüber mit Sonnenwärme voll und strahlten diese nachts wieder ab – womit die ‚Speicherheizung’ erfunden war. Innerhalb nur eines Jahrzehnts soll sich der neue Baustil bis in die fernste Kolonie durchgesetzt haben!

Die weltweit verbreitete Lehmbauarchitektur ist außerdem in mehr als einer Form mit der Sonnenenergie verbunden – schließlich werden die Lehmziegel ja zumeist auch von der Sonne getrocknet und ausgehärtet.

Eine frühe Form der passiven Solarnutzung kenne ich persönlich aus Syrien. Die sogenannten Bienenstock-Häuser aus Lehmziegeln (Beehvie Houses) werden als Wohn- und Lagerraum genutzt. Durch ihre konische Form wird ein Teil des Daches immer stärker bestrahlt als der andere, wodurch sich im inneren eine Luftzirkulation bildet, welche die warme Luft durch ein Loch im oberen Teil nach außen saugt. Außerdem isolieren die dicken Lehmmauern vor der Sonne.

Ebenfalls aus Syrien kenne ich relativ einfache Lehmbautechniken, die trotzdem erhebliche Vorteile gegenüber der inzwischen leider auch dort schon weit verbreiteten Betonbauweise bieten, denn das atmungsaktive und isolierende Material heizt sich im Sommer kaum auf, während es im Winter genauso langsam auskühlt.

Klassische Fassadenbegrünung

Klassische Fassadenbegrünung

Und wenn Sie einmal morgens in einen unbelüfteten Betonraum gekommen sind, in dem acht Landarbeiter geschlafen haben, dann wissen Sie, welchen olfaktorischen Unterschied es macht, wenn Sie die acht in einem Lehmbau-Raum schlafen lassen, wie es mein Vater damals auf seinem Landgut gemacht hat...

Und schließlich kann so gut wie jedes Haus ein wenig zu einem Solarhaus werden, wenn es eine begrünte Fassade oder ein begrüntes Dach erhält. Auch in diesem Bereich tut sich im Moment sehr viel (Stichwort: Vertikale Gärten o. Antigravity Forest), was über Kletterpflanzen und Balkonbegrünung weit hinausgeht und den Umfang dieser Veröffentlichung sprengen würde.

Noch einfacher sind transparente Folien, die, vor die Fensterscheiben geklebt, Sonnenwärme hinein, aber nicht so leicht wieder herauslassen. 2011 erhält die US-Firma Indow Windows aus Portland, Oregon, einen der mit 250.000 $ dotierten Hauptpreise der Cleantech Open Business Competition für eine entsprechende Technologie.

Man stelle sich vor, welche enormen Energieeinsparungen an fossilen Brennstoffen der frühe Einsatz optimierter Solarenergiehäuser gebracht hätte! Da Gebäude in der Regel für eine Zeitspanne von 100 Jahren und mehr gebaut werden, hat das weitgehende Fehlen von Energiebewußtsein in der Architektur des 19. und 20 Jh. einen nicht unbeträchtlichen Beitrag zur Umweltzerstörung durch fossile Brennstoffe geleistet.

Das erste wirklich funktionsfähige und vollwertige Passivhaus war allerdings kein Haus, sondern ein Schiff: Die Fram von Fridtjof Nansen im Jahr 1893! Und es wurde nicht von der Sonne, sondern von den Insassen selbst erwärmt. Nansen schreibt in seinem Buch In Nacht und Eis von 1897:

„Die Wände sind mit geteertem Filz bedeckt, darauf folgt Korkfüllung, dann eine Vertäfelung aus Tannenholz, dann wieder eine dicke Filzlage, dann luftdichtes Linoleum und schließlich wieder eine Täfelung. Die Decken (...) haben alles in allem eine Dicke von ungefähr 40 cm. Das Fenster, durch das die Kälte besonders leicht eindringen konnte, wurde durch dreifache Scheiben und auf andere Weise geschützt. (Hier) ist ein warmer, gemütlicher Aufenthaltsort. Ob das Thermometer 5° oder 30° unter dem Nullpunkt steht, wir haben kein Feuer im Ofen. Die Ventilation ist ausgezeichnet, da sie geradezu frische Winterluft durch den Ventilator hinabtreibt. Ich gehe daher mit dem Gedanken um, den Ofen ganz wegnehmen zu lassen; er ist nur im Wege.“


Anzumerken wäre noch, daß die Nordpol-Expedition, die während dreier Winter (1893 - 1896) im Polareis festsaß, ihren Strom mit einem Windgenerator erzeugte (s.d.).

In unserer Zeit beschäftigt sich die Architektur schon viel intensiver sowohl mit der passiven, als auch der aktiven Nutzung der Solarenergie – und es schwirren diverse Begriffe herum, mit denen diese Bauten beschrieben werden: Sonnenhaus, Energiesparhaus, Passivhaus, Niedrigenergiehaus, Solarhaus, Nullenergiehaus, Plusenergiehaus, energieautarkes Haus, Energie-Überschuß-Haus, Passiv-Energie-Haus, Bio-Solar-Haus, Drei-Liter-Haus usw. usf.

Es gibt jedoch einige Vorläufer und Pioniere, die nicht vergessen werden sollten. Beginnen werde ich mit den Protagonisten einer ganz bestimmten Art von Bauwerken, von denen die meisten Menschen noch nie etwas gehört haben.

Drehhäuser


Die Idee der Sonnennachführung hat sich im Laufe der letzten Jahre insbesondere in Verbindung mit der Photovoltaik und den Solarthermie-Anlagen verbreitet. Dazu findet sich auch viel in den entsprechenden Kapitelteilen (s.d.). Doch mittels kinetischer Architektur ganze Häuser dem Lauf der Sonne folgen zu lassen, ist ein eindeutiges Zeichen dafür, daß jemand – d.h. zumeist der Bauherr – wirklich groß denken konnte (wobei ich hier nicht die rotierenden Restaurants meine, die überall auf der Welt zu finden sind).

Villa Girasole Plan

Villa Girasole (Plan)

Das möglicherweise erste dieser beweglichen Bauwerke ist die äußerst beeindruckende Villa Girasole (Villa Sonnenblume) des Architekten und Bauingenieurs Angelo Invernizzi (1884 – 1958). Erste Skizzen entstehen ab 1929, 1931 beginnt der Bau – jeweils in den Sommermonaten –, bis die futuristische Villa 1935 eingeweiht werden kann. Sie steht an einem sanften Hügel in der italienischen Region Marcellise am nördlichen Rand der Poebene nahe Verona.

Die silbrig glänzende, moderne Villa inmitten eines Parks ist zweigeteilt: die untere, runde und in den Hügel hineingebaute Basis, die wie ein riesiger, rötlicher Stein wirkt, und ein darüber liegendes, zweiflügliges und zweistöckiges Wohnhaus mit Flachdächern und einem 42 m hohem Aussichtsturm. Dieser rund 5.000 Kubikmeter große Teil kann sich 360° um seine eigene Achse drehen und auf seiner kreisförmigen Basis dem Lauf der Sonne folgen. Hierzu wird er von zwei Dieselmotor mit insgesamt 3 PS angetrieben. Das 1.500 Tonnen schwere Haus bewegt sich auf 15 Wagen und drei Kreisbahnen, deren größte einen Durchmesser von mehr als 44 m hat - mit einer Geschwindigkeit von 4 mm pro Sekunde. Für eine volle Drehung braucht es 9 Stunden und 20 Minuten. Zur Erleichterung notwendiger Reparaturen sind die Räder deutlich sichtbar an der Unterseite der rotierenden Villa angebracht.

Auch andere Technologien werden neu eingesetzt, wie Stahlbeton, eine Aluminiumfassade, überall elektrisches Licht, elektrische Rollläden und eigens entworfene Anschlüsse. Im Zentrum führt eine spiralige Treppe über die gesamte Bauhöhe bis nach oben, in deren Mitte sich auch ein Fahrstuhl befindet. Die Villa Girasole gehört derzeit der Invernizzi Stiftung und der Akademie für Architektur im schweizerischen Mendrisio. Nachdem dieses Bauwerk lange Zeit fast unbekannt war, gibt es inzwischen einen stimmungsvollen und preisgekrönten Architekturfilm von Christoph Schaub und Marcel Meili, in dem das gemächlich rotierende Gebäude vorgestellt und seine Entstehungsgeschichte nacherzählt wird.

1958 wird in dem belgischen Ort Wavre, 20 km vor Brüssel, ein revolutionäres Energiesparhaus gebaut – viele Jahre, bevor die Wichtigkeit dieses Themas ins öffentliche Bewußtsein gelangt. Der belgische Bauherr Francois Massau (1905 - 2002) setzt seinen kreisrunden und 130 m2 großen Bungalow namens Maison Tournante auf zwei stählerne Schienenringe, so daß sich der gesamte Bau mittels eines kleinen Motors im Keller um einen feststehenden Kern in der Mitte drehen kann. Das eckige Betondach steht fest auf vier quaderförmigen Säulen – eine sinnvolle Entscheidung Massaus, der weder Architekt, noch Ingenieur oder Baumeister ist, und trotzdem fast alles eigenhändig umsetzt. Mit aller Kraft schafft er es, sein Drehhaus rechtzeitig zur Expo in Brüssel fertig zu stellen, was ihm viel Ruhm und Anerkennung einbringt.

Maison Tournante

Maison Tournante

Bald darauf baut er schon das nächste Objekt, diesmal jedoch für seine erkrankte Frau, die die Sonne liebt. Mit dem Haus, das ebenfalls dem Lauf der Sonne folgt und vier Schlafzimmer, eine Küche und ein großes sichelförmiges Wohn- und Eßzimmer hat, will er ihr helfen. Es kann einen kompletten Kreis in 90 Minuten durchlaufen. Indem außerdem die Mauern gut isoliert und doppelverglaste Fenster genutzt werden, erwärmt sich das Innere sogar in den Übergangszeiten auf 22°C - ganz ohne Heizung!

1968 ist Massau gezwungen, das Haus an Paul Quinet verkaufen, um den Bau weiterer rotierender Häuser zu finanzieren. Tatsächlich werden noch zwei weitere Dreh-Bungalows gebaut, jedoch nicht verkauft – obwohl die Technologie des Pioniers so effektiv war, daß sie noch heute tadellos funktioniert und alle drei Häuser weiterhin in Betrieb sind. Mr. Quinets Tochter berichtet, daß ihre Tochter wiederum oft in dem Sandkasten vor dem Haus gespielt habe: „Wenn ich währenddessen in der Küche arbeitete, habe ich das Haus einfach so gedreht, daß ich den Sandkasten gut im Blick hatte.“ Doch auch anders herum geht es: „Wenn es zu warm wird, kann ich das Wohnzimmer ganz einfach in den Schatten drehen.“

2008 bietet Frau Quinet ihr Haus für 507.000 $ zum Verkauf an, weil es für sie – inzwischen alleinstehend – einfach zu groß ist. Das zweie Drehhaus in Malonne, einem Dorf südlich von Wavre, wird von Philippe Willems, einem Enkel Massaus, zusammen mit seiner Frau und zwei Kindern bewohnt. Dieser mußte nach 35 jähriger Betriebsdauer zwar den Elektromotor des Hauses austauschen, bestätigt aber, daß er sonst fast keine anderen mechanischen Probleme hatte. Wo das dritte Haus steht, habe ich bislang noch nicht herausfinden können.

Auch in Australien wird schon früh ein rotierendes Haus gebaut. Das am nördlichen Ende der Stadt Mount Barker, nahe dem Albany Highway stehende Round House wird 1958 von dem niederländischen Einwanderer und Ingenieur Hubertus Johannes Van der Kolk errichtet – für seine Frau Anne, welche die australische Sonne liebt. Um das natürliche Licht in alle Räume zu optimieren, kann sich das Bauwerk 180° mit der Sonne drehen. Van der Kolk montiert sein innovatives Haus auf einer Struktur aus stählernen Wagenrädern, wobei die Räume um einen festen Kern rotieren, der die Sanitär-, Abwasser- und Elektroanschlüsse beinhaltet. Hierin sind sich fast alle Drehhäuser ähnlich. Der Drehmechanismus fällt allerdings schon bald aus, was Van der Kolk jedoch nicht besonders stört – er dreht das Haus einfach mit einem Traktor in die gewünschte Position.

Nachdem das Haus später in Vergessenheit gerät und auch acht Jahre lang leer steht, soll es 2006 für einen Kreisverkehr der nördlichen Umfahrung von Mt. Barker Platz machen. Im September 2009 wird es im letzten Moment dauerhaft vor der Abrißbirne verschont, indem es dem Denkmalschutz von Westaustralien unterstellt wird. Nun soll es auch restauriert werden – allerdings ohne seine Rotationsfähigkeit zurückzuerhalten.

D’Angelo Drehhaus

D’Angelo Drehhaus

Ein weiteres heliotropisches Drehhaus stammt aus dem Jahr 1961 und geht auf den Geschäftsmann Floyd D’Angelo aus Los Angeles zurück. Er beschließt, sein Wochenendhaus im abgelegenen Dorf Snow Creek nahe White Water zu bauen. Es ist eine heiße Wüstenlandschaft in Kalifornien, die vor allem durch die dramatischen Ansichten der San Jacinto Berge geprägt wird. Im Gegensatz zu den anderen Bauten ist sein Drehmechanismus aber auch dazu gedacht, das vieleckige Haus aus der Sonne heraus drehen zu können. Da der Bauherr gleichzeitig Inhaber der Firmen Aluminium Skylight und Specialty Corp. ist, nimmt es nicht wunder, daß fast überall im Gebäude Aluminium Anwendung findet.

Die Technik zum Rotieren des Gebäudes um 130° entwickelt der Ingenieur Harry Conrey, sie befindet sich auf einem Schienensystem unter dem erhöhten Gebäude. Besonders interessant finde ich, daß das Drehen mit der Sonne und das Drehen zurück bei Nacht ursprünglich durch eine am Dach angebrachte Solarzelle automatisiert wurden. Der heutige Eigentümer Bill Butler hat das Gebäude nach 30-jährigem Leerstand wieder sorgsam renoviert, wobei ein wesentlich stärkerer Motor Die Teildrehung in nur 15 Sekunden ermöglicht – man sollte sich besser festhalten.

Eine Lokallegende besagt, daß die Beatles auf ihrer Tournee 1965 von Los Angeles aus nach Snow Creek kamen, um Eric Burdon von den Animals zu treffen. Angeblich feierten dann alle zusammen in dem Drehhaus ein paar Tage lang eine Party... (hat jemand mal eine Zeitmaschine?)

1967 baut sich Richard T. Foster sein eigenes Haus in Wilton, Connecticut, in Form einer runden, 22 m durchmessenden Stahlbetonstruktur mit Stahl-Glas-Fenstern, die sich um 360° drehen kann. Im Zentrum befinden sich eine Wendeltreppe sowie ein Stahlrohr, in dem sich Elemente der Haustechnik befinden. Die Außenverkleidung des 225,5 Tonnen schwere Foster House besteht aus Holzschindeln und wetterfestenBaustahl.

Angetrieben wird die 8-Zimmer-Villa durch einen kleinen Elektromotor, wie er für Baustellenkräne hergestellt wird und in beliebiger Richtung zehn verschiedene Geschwindigkeiten erlaubt. Die schnellste komplette Drehung dauert 45 – 50 Minuten, die langsamste einem halben Tag. Das tragende, 3 Tonnen schwere und 224 cm durchmessende Kugellager wird extra aus Deutschland importiert, kostet 20.000 $ und soll eine Lebenserwartung von an die 90 Jahren haben. Nach dem Tod Fosters im Jahr 2002 wird das Gebäude verkauft, 2005 wird es saniert und steht anschließend zum Verkauf.

In St. Isidor, einem Industriegebiet am Stadtrand von Nizza, errichtet François Labbé 1981 ein rotierendes Haus als Büro seiner Firma, die sich mit der Herstellung von Aufzügen für Milliardärsvillen sowie Schrägaufzüge beschäftigt. Das Drehbüro ist auf einer um 360° rotierenden Metall-Plattform mit 12 m Durchmesser gebaut, ruht auf Stützen mit Lagern und wird von einem Elektromotor angetrieben. Aus demontierbaren Teilen konstruiert kann das Ganze leicht zerlegt, in einem Container transportiert und an einem anderen Ort wieder aufgebaut werden. Leider sind keine nähren Details dazu zu finden.

Bioclimactic House Grafik

Bioclimactic House (Grafik)

Zwei Jahre nach Labbé Tod, kaufen 1995 vier seiner früheren Mitarbeiter das Unternehmen. Es lassen sich jedoch keinerlei Hinweise auf irgendwelchen neuen Umsetzungen finden. Erst im September 2009 erscheint in den Fachblogs das Konzept eines Bioclimactic House von Frederic Plazar aus Nizza, das auf der Technik von Labbé zu beruhen scheint. Das Haus sitzt nämlich auch auf einem Drehteller von 12 m Durchmesser. Es soll zu einem Preis von rund 2.300 €/m2 zu errichten sein. Plazar entwirft seine Bauten in Größen zwischen 80 m2 und 140 m2 und berechnet, daß ihr Energiebedarf um 60 % niedriger liegt, als bei vergleichbaren konventionellen Häusern.

Nachdem Patrick Marsilli 1988 das erste Domespace-Haus entwirft, verbreiten sich diese ausgesprochen schönen rotierenden Gebilde im Laufe der Folgejahre auf fast allen Kontinenten, ausgehend von Frankreich, wo alleine über 130 Stück errichtet werden (Stand 2008). Daß sie durch ihre aerodynamische Form äußerst stabil sind, belegt ein Haus in Taiwan, das im Jahr 1994 dem Zyklon Tim mit Windgeschwindigkeiten von bis zu 240 km/h ohne Schäden widersteht. Und da die zu 90 % aus Holz gebauten Häuser auf einem ‚elastischen Gürtel’ errichtet sind, der als Dämpfblock wirkt, sind sie auch beständig gegenüber Erdbeben. Der Getriebe-Stahlring ist fest auf einem Sockel aus Stahlbeton verankert. Die Rotation erfolgt mit ca. 10cm/s und geht bis 330°, dann muß wieder zurückgedreht werden.

In Frankreich erfolgen die Herstellung und der Vertrieb durch Marsillis Firma Domespace International im bretonischen Quimper; in den USA durch die Firma Solaleya.

1997 gründen der Architekt Ronan Le Glatin und der Holzrahmen-Experte Cormac McCarthy in Vancouver die Firma Sunspace Rotating Homes, die anscheinend völlig identische Drehhäuser anbietet – inspiriert von den in Frankreich gesehenen Exemplaren. Später erfährt man, daß es dadurch zu einigen Kontroversen über das Design und die Herstellungsrechte gekommen ist.

Sunspace bietet Drehhäuser mit 10 verschiedenen Durchmessern zwischen 5,38 m und 12,40 m bzw. Innenflächen von 75 m2 bis 390 m2 an, wobei die Preise zwischen 46.000 $ und 186,000 $ variieren. Isoliert sind sie mit Kork, die Fenster kommen von Velux. Das erste Domespace Haus in Deutschland wird übrigens im Dezember 1993 vom Verein Ökospeicher e.V. in Wulkow, nahe Frankfurt an der Oder, erbaut. Es wird Ufo genannt. Nach dem Umzug des Vereins in den früheren Gutsspeicher wird das Ufo als Ferienhaus vermietet.

Terhorst-Drehhaus

Terhorst-Drehhaus

Der Architekt Theddo Terhorst aus Rheine baut 1990 für das Transferzentrum für angepaßte Technologien GmbH im Technologiepark Rheine ein dreieckspyramidenförmiges und 180 t schweres Solarhaus, das sich mit der Sonne dreht. Das Terhorst-Drehhaus steht auf einer Betonplatte, unter der kreisrunde Schienen verlegt sind. Die Sonnennachführung erfolgt durch einen 20 W Motor im Keller des Hauses. Die 18 m2 Solarzellen und -kollektoren sind in das Hausdach mit der klassischen Pyramidenneigung von 51 Grad, 51 Minuten integriert, und an allen drei Hausecken sind Wintergärten integriert, die auch im Winter viel natürliches Licht und wohlige Temperaturen garantieren. Kostenpunkt des 153 m2 großen Solar-Drehhauses mit seinen vier Etagen (inkl. Keller): 550.000 DM. Das Schlafzimmer befindet sich übrigens unter der verglasten Spitze der Pyramide, wodurch man ganz im Sinne des Wortes ‚unter dem Sternenzelt’ einschlafen kann. 1993 sind bereits vier Nachfolger in Hude/Niedersachsen, in Bielefeld und im süddeutschen Raum geplant; ich konnte allerdings nicht verifizieren, ob es tatsächlich zu ihrem Bau kam.

In dem 1992 geschriebenen und 1993 veröffentlichten Gründungsbuch der Planetary Engineering Group (PEGE) ‚Aufstieg zum Solarzeitalter’ von Roland Mösl, das sich mit Grundlagen für eine dauerhafte Gesellschaft mit hohem Lebensstandard beschäftigt, wird auch eine kleine Siedlung aus 6 animierten Gemini-Häusern vorgestellt, bei denen es sich eigentlich um bewohnte Sonnenkraftwerke handelt, die sich (einzeln) der Sonne nachdrehen, um für ihre jeweils 150 m2 großen Photovoltaik-Dächer mehr Sonnenenergie zu bekommen. Dieses Projekt wird zwar nie umgesetzt - dafür jedoch ein Einzelbau im Jahr 2001.

Ausschlaggebend für die Entwicklung des Gemini-Hauses ist ein Wettbewerb mit dem Titel ‚Das Einfamilienhaus der Zukunft’, der von der Wüstenrot-Versicherung im Jahr 1994 ausgeschrieben wird. Erwin Kaltenegger übernimmt das Haus-Konzept des Salzburger Computer-Programmierers Roland Mösl, der gemeinsam mit dem Steirer Robert Santner dafür 1993 mit der Goldmedaille der Erfindermesse in Brüssel ausgezeichnet worden war. Kaltenegger beginnt, aus Mösls Maschine ein bewohnbares Haus zu machen (s.u.).

Ein weiteres drehbares Solarhaus entsteht 1994 in Merzhausen bei Freiburg. Das Heliotrop-Haus mit dem Namen Villa Sonnenschein, das sogar 5- bis 6-fach mehr Strom produziert, als es zu seinem eigenen Verbrauch benötigt, dient seinem Erbauer und vielfach ausgezeichneten Öko-Architekten Rolf Disch als Wohnhaus und Werbefläche in Litfaß-Gestalt.

Das zylindrische Gebäude ist 22 m hoch und hat einen Durchmesser von 10,5 m. Es steht auf einer 14 m hohen, tragenden Zentralsäule, welche eine Wendeltreppe sowie die Elektro- und Wasserinstallationen enthält. Die 18-eckige Spiralkonzeption weist umlaufend aufsteigend angeordnete Wohn- und Arbeitsebenen auf, die alle miteinander verbunden sind. Oben drauf gibt es eine begrünte Dachterrasse mit Regenwasser-Sammelanlage und eine 54 m2 große und zweiachsig sonnennachgeführte 6,6 kW PV-Anlage aus 60 Siemens M 110 L Modulen aus monokristallinem Silizium.

Helitrop-Haus in Offenburg

Heliotrop-Haus
in Offenburg

Zusätzlich sind an den Balkonbrüstungen 34,5 m2 Vakuum-Röhrenkollektoren angebracht, mit denen Energie für Warmwasser und Heizung gewonnen wird. Außerdem sind ein Erdwärmetauscher, ein Pelletofen, ein Lüftungssystem mit Wärmerückgewinnung sowie Fußboden- und Niedertemperatur-Deckenstrahlungsheizungen integriert.

Das gesammelte Regenwasser wird zum Spülen und Waschen verwendet, während das Abwasser in einer bepflanzten Teichkaskade auf dem Grundstück geklärt wird. Abfall- und Fäkalien werden geruchlos in einer Trockenkompostanlage zersetzt Der Hausdreh-Motor verbraucht 120 W und läßt das dreifach wärmeschutzverglaste Bauwerk im Laufe des Tages im 180° der Sonne folgen.

Angeboten wird das 240 m2 große drehbare Ökohaus zu diesem Zeitpunkt für etwa 750.000 DM. Der Prototyp hat allerdings noch 4 Mio. DM gekostet und wurde durch einen Kredit der Ökobank finanziert.

Ein zweites Heliotrop-Haus wird in Offenburg-Elgersweiler gebaut, wo es die ökologisch engagierte Firma Hansgrohe AG als Besucherzentrum und Showroom für ihre Produkte nutzt, während ein für die Swissbau in Basel konzipiertes drittes, mobiles Heliotrop-Modell später nach Hilpoltstein/Bayern transferiert wird und dort inzwischen ein dentaltechnisches Labor beherbergt. Planungen für größere Dimensionen, wie für verschiedene Heliotrop-Hotels, für ein heliotropes Verwaltungsgebäude, sowie für einen Ausstellungspavillon für die EXPO 2010 in Shanghai, werden leider nicht umgesetzt. Von Rolf Disch stammen übrigens auch die ‚Övolution’-Konzepte (s.u.).

Disch gilt aber auch noch in anderen Bereichen als Pionier. Bei der Landesgartenschau 1986 in Freiburg beispielsweise präsentiert er muskelkraft- und solarbetriebene Fahrzeuge, zusammen mit der vermutlich weltweit ersten Solartankstelle, einem Glaspavillon mit PV-Paneelen zum Aufladen der Fahrzeugbatterien. Von hier aus startet 1987 die Tour des Sol nach Genf, bei der er mit seinem Solarmobil Lichtblick I Weltmeister wird. Mehr zu dem Thema der Solarmobile findet sich in den neueren Kapitelteilen zur Elektromobilität.

KUBUS

KUBUS

Das Architekten- und Designpaar Susanne Watzeck und Jörg Sturm designen 1996 einen energieautarken Experimentalbau namens KUBUS mit einer Wohnfläche von 7,5 m2 und dem Anspruch, daß die einzelnen Funktionen Wohnen, Kochen, Waschen, Schlafen und Arbeiten in separaten Einheiten untergebracht sind. Beim Wechsel von einer Funktionseinheit zur nächsten soll der Außenraum als Teil der Wohnwelt wahrgenommen werden, wobei die Konfrontation mit Kälte, Nässe oder Wind für den kurzen Zeitraum des Standortwechsels erwünscht ist. Der Kubus steht auf einem Kugellager und kann je nach Sonneneinstrahlung oder gewünschter Ausrichtung gedreht werden. Umgesetzt wird die erste Einheit ‚Ruhe und Rückzug’. 

1997 errichtet der Architekt und Zimmermeister Heinrich Rinn im hessischen Heuchelheim in der Nähe von Gießen ein drehbares Haus der 1. Generation. Die Idee dafür hatte er sich schon Anfang der achtziger Jahre patentieren lassen. Das gut gedämmte, zylindrische Drehhaus mit kegelförmigem Dach besitzt eine große Fensterfront sowie Solarkollektoren zur Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstützung, welche durch die Drehbarkeit des Hauses die stets maximale Sonneneinstrahlung nutzen. Das aus Holz gebaute Haus ist an einem zentralen Holzzylinderturm aufgehängt, der das Gewicht auf einen großen Drehkranz im Keller weitergibt. Es hängt damit an einem Turm, und steht nicht auf dem Boden wie konventionelle Häuser.

In Rotation versetzt wird das Haus – mit einem Trimmrad, dessen Bewegung über ein einfaches Getriebegestänge in den Keller geleitet, und dort über einen Keilriemen auf eine Antriebsrolle übertragen wird. Womit es zu einem durch Muskelkraft bewegten Bauwerk wird – eine wahre Seltenheit, wie es sie seit den manuell in den Wind drehbaren Windmühlen früherer Jahrhunderte wohl nicht mehr gegeben hat. Wahlweise kann die Drehung aber auch über einen 0,18 kW Elektromotor mit zeitlicher Taktung oder im manuellen Modus erfolgen. Die Drehmechanik funktioniert seit der Erbauung problemlos.

Gut 10 Jahre später errichten die Söhne Rinns ein Drehhaus der 2. Generation, bei dem u.a. die Tragwerksstruktur optimiert wird (s.u.). Im ersten Haus wohnt Heinrich Rinn selbst.

1999 läßt sich Ernst Oßwald das Patent über Axialkugellager für Trägerelemente eintragen, Grundlage einer Vorrichtung zum Drehen eines ganzen Wohnhauses. Seine Firma Wohnbautechnik-Oßwald GmbH in Bissingen legt großen Wert auf die Energieeinsparungen, die daraus resultieren, wenn Gebäude mit dem Lauf der Sonne beliebig gedreht werden können, um diese kostenlose Energie optimal zu nutzen. Die Technik erlaubt beliebige Grundrisse und uneingeschränkte Gestaltungsmöglichkeiten, mit oder ohne Keller. Es wirkt allerdings etwas befremdlich, wenn ein ‚ganz normal’ aussehendes Einfamilienhaus plötzlich zu rotieren beginnt, finde ich.

Anläßlich der Steirischen Landesausstellung 2001 mit dem Motto Energie wird im Schloßpark der Stadt Weiz ein weiteres Drehsolarhaus als Prototyp errichtet, dessen Konzeption auf den Programmierer Roland Mösl aus Salzburg aus dem Jahr 1991 zurückgeht. Der Entwurf wird 1994 gemacht, die Ausführungsplanung innerhalb von 20 Monaten während der Jahre 1999/2000 durch die kw solartechnik GmbH in Graz. Bauherr des Gemini-Hauses ist die Stadt Weiz, ausführender Architekt Erwin Kaltenegger, der für die Realisierung des Hauses den österreichischen Euro-Solar-Preis 2001 erhält.

Gemini-Haus

Gemini-Haus

Der Korpus des futuristischen, ca. 103 t schweren Hauses besteht aus einem stehenden Zylinder von 10,38 m Durchmesser und 7,08 m Höhe, der drehbar auf seinem Betonfundament gelagert ist, das zugleich der Keller ist. Die zwei Stockwerke haben eine Wohnfläche von zusammen 124 m2. Der Bau wird azimutal dem Tageslauf der Sonne nachgeführt, während die auf dem Dach angebrachten PV-Module gleichzeitig vertikal nachgeführt werden. Von den insgesamt 70 m2 Solarzellen beträgt die installierte Leistung des Dachkollektors 2,7 kW, und die des beweglichen Sonnenvorhangs vor den Fensterflächen 4,0 kW.

Durch die gute Wärmedämmung, eine 10 m2 große Vakuum-Röhren-Kollektoranlage, eine Wärmepumpe und Wärmerückgewinnung ist das Gemini-Haus auch ein Plusenergiehaus. Ein 140 W Drehmechanismus bewegt das Haus mit ca. 2 cm/min., ein weiterer 80 W Drehmechanismus den Sonnenvorhang.

Im Gegensatz zu den Zahnkranz-Systemen anderer Drehhäuser, die extrem teuer sind und beim ‚Anfahren’ ruckeln, basiert das System des Gemini-Hauses auf Rädern und Gummiwalzen, die das Haus fast unmerklich drehen.

Nach dem Bau stellt sich allerdings heraus, daß der von Mösl durch das Drehen des Hauses vorausgesagte Energieeintrag von 30 % zu hoch angesetzt war – tatsächlich liegt der Prozentsatz bei nur 8 %.

Bei stürmischem Wind refft das Gemini-Haus sein Solarsegel auf dem Dach, und die normalerweise steil zur Sonne ausgerichteten Paneele ducken sich zur Reduktion ihrer Windangriffsfläche in eine flache Sturmstellung.

Im Jahr 2001 errichtet das südafrikanische Unternehmen Petrel Engineering aus Cape Town ein Haus, dessen zweiter Stock, mit einer Fläche von 280 m2, sich um 360° drehen und der Sonne folgen kann. Das an einem Berghang in Somerset West, Johannesburg, gebaute Haus bietet einen weiten Blick über einen Großteil der Kap-Halbinsel, einschließlich der False Bay und der Table Bay. Kosten tut es 7 Mio. Rand (~ 700.000 €), von denen alleine 2,5 Mio. Rand auf den Drehmechanismus entfallen.

Die Architektur des Kaliforniers Michael Jantzen ist eine Mischung aus futuristischer Vision, modernster Technologie und ästhetischer Bauweise. Als Student trifft er Richard Buckminster Fuller (s.u.), und in den siebziger Jahren baut er, als einer der ersten, Häuser mit Solarzellen. Im Jahr 2001 gründet Jantzen sein Human Shelter Research Institute und widmet sich fortan ökologisch-alternativen Systemen und neuartigen Bauelementen – unter besonderer Berücksichtigung erneuerbarer Energiequellen. Eine ganze Reihe seiner Entwürfe finden sich beispielsweise im Kapitel über Windenergie und Architektur, weitere werde ich weiter unten zeigen.

In der überbordenden Fülle seiner Entwürfe lassen sich auch diverse rotierende Gebäude und Konstruktionen finden. Im Sinne der hier vorgestellten Drehhäuser möchte ich beispielhaft sein Orbiting Eco House nennen, das aus zwei getrennten Strukturen besteht. Der untere Teil enthält Platz für Bad und Küche, während im aufgeständerten oberen Teil Studios, Büro- oder Wohnräume untergebracht sind. Beide Strukturen können sich unabhängig voneinander um einen stationären Kern drehen, in dem sich eine Treppe befindet. Oben auf dem Kern befindet sich eine trichterförmige Regenwasser-Sammelanlage, die aus PV-Paneelen besteht, in deren Mitte auch noch eine große Vertikalachsen-Windkraftanlage installiert ist.

Transformation House Grafik

Transformation House
(Grafik)

Noch irrer ist der Entwurf eines Gebäudes, das von Segmenten umgeben ist, die sich um eine horizontale Achse drehen lassen. Das Transformation House ist eine Design-Studie für eine interaktive Struktur, die ihre Form verändern kann, um verschiedene Funktionen zu erfüllen. Fünf Abschnitte rund um die Wohnfläche lassen sich manuell oder automatisch drehen, um Sonne zu tanken und das Haus zu erwärmen, den Wind einzufangen um das Haus zu kühlen, das Regenwasser zu sammeln oder einfach nur um verschiedene Aussichten zu genießen.

Im Jahr 2004 bekommt der Designer Luigi Colani viel Presse, als er den Prototyp seiner Rotorhaus-Studie vorstellt, die er zum 75sten Geburtstag der Firma Hanse Haus aus Lübeck-Travemünde verwirklicht. Allerdings dreht sich hier nur ein Zimmerteil innerhalb des quadratischen Bungalows, so daß ich das Konzept nur ehrenhalber erwähne (und um Mißverständnisse bezüglich seines Namens zu vermeiden).

Ebenfalls im Juni 2004 meldet die Presse, daß das Pensionärehepaar Al und Janet Johnstone den Bau ihres rotierenden Hauses in San Diego County, USA, beendet haben, das sie seit 1991 selbst entworfen und zu etwa 75 % sogar eigenhändig errichtet haben. Während dessen melden die beiden 45 Patente an, die sich aus der Entwicklung und Konstruktion ihres Rotating Home ergeben (was auch der Name ihrer Internetpräsenz ist).

Das luxuriöse und 480 m2 große Haus steht hoch oben auf dem nördlichen Hang des Berges Mt. Helix und bietet während seiner 360° Rotation Aussicht auf die Coronado Bridge, die Innenstadt von San Diego, den Ozean nördlich von La Jolla, den Mission Trails Park und die Laguna Mountains. Das zweite, sich drehende Stockwerk, ist auf dem gut 15 m durchmessenden ersten Stock gelagert, um einen festen Schaft herum und wird von einem 1,5 PS Motor bewegt. Es kann sich einmal in 24 h drehen – oder auch einmal in nur 33 Minuten, und dies in beiden Richtungen. Weitere technologische Features sind eine 4,8 kW PV-Anlage, ein computergesteuertes Beleuchtungssystem und ein Dach, das bei einem Brand oder starker Hitze geflutet werden kann und dann als zusätzliche Isolierung dient.

Die Technologie läßt sich auch auf mehrstöckige rotierend Gebäude übertragen, und die Johnstones planen auch schon rotierende Türme, wo sich jedes der 60 Stockwerke unabhängig von den anderen drehen kann. Doch da sind andere schneller.

Suite Vollard

Suite Vollard

Nach einer mehrjährigen Bau- und Umbauzeit werden Ende 2004 in der südbrasilianischen Stadt Curitiba im Suite Vollard-Gebäude die ersten rotierenden Appartements zum Verkauf angeboten – zu einem Stückpreis von 300.000 $. Das nach einer Serie Grafiken von Picasso benannte 11-stöckige Gebäude ist diesem Zeitpunkt das einzige der Welt mit mehreren sich unabhängig voneinander drehenden Wohnungen, die in einer umweltfreundlichen Umgebung namens Ecoville, 45 Minuten vom Strand entfernt, um 360° kreisen können. Die Steuerung erfolgt über einen Touchscreen. Eine volle Drehung – im Uhrzeigersinn oder dagegen – dauert etwa eine Stunde. Der zentrale Teil, der sich nicht dreht, umfaßt die Küche, eine Waschküche, das Bad und ein Schlafzimmer für Gäste.

Die rund 300 m2 großen und luxuriösen Appartements sind rundum von Fenstern und einem Balkon umgeben und bieten einen Panoramablick über Curitiba. Der von der brasilianische Baufirma Moro Construcoes Civis LTDA gebaute Turm wird zwar mehr als einmal eröffnet, zum Beispiel in den Jahren 1999 und 2002, doch der Bau kann erst jetzt abgeschlossen werden.

Im Jahr 2005 wird das bislang einzigartige 5-Sterne-Hotel Marmara Antalya eröffnet, das an einer felsigen Steilküste mit Badebucht im Osten der Stadt Antalya liegt, ca. 5 km vom Zentrum entfernt. Das extravagante Hotel ist von dem französischen Designer Christian Allart gestaltet worden und besitzt neben einem 14-stöckigen Haupthaus einen Gebäudeteil mit drei sich drehenden Etagen, in denen sich 24 Deluxe-Zimmer befinden.

Hotel Marmara Antalya

Hotel Marmara Antalya

Hierfür schwimmt der 2.750 Tonnen schwere Gebäudeteil in einem speziellen Wasserbecken mit 470 Tonnen Wasser, wobei die unteren drei Etagen unter Wasser liegen, während die oberen drei Etagen einen langsam rotierenden Panoramablick auf die Umgebung erlauben. Da das Gebäude quasi schwebt, ist die Reibung minimiert, und für die Rotation reichen sechs 1 kW Elektromotoren an der Unterseite der Konstruktion.

Die Drehgeschwindigkeit kann zwischen 2 und 22 Stunden variiert werden, das Optimum liegt dem Hotel zufolge bei rund sieben Stunden. Die Baukosten betragen 12 Mio. $. 2007 wird die Innovation mit dem Preis Most Innovative Concept in Luxury Hotels gewürdigt.

Im März 2006 wird ein weiteres Drehhaus bezogen, diesmal in Australien. Das achteckige Everingham Rotating House wiegt 50 Tonnen, hat einen Durchmesser von 24 m und eine rings herum verlaufende Veranda von 3 m Breite. Geboren wird die Idee, als Nachbarn von Luke Everingham erzählen, daß sie ihr neugebautes Haus um 15° nördlicher orientieren würden, wenn sie noch einmal von neuem beginnen könnten. Nach fast einem Jahrzehnt an Forschung, Planung und Design wird das Drehhaus in zehn Monaten Bauzeit (über einen Zeitraum von zwei Jahren hinweg) errichtet. Es steht in New South Wales, etwa 40 km von Wingham entfernt, im Hinterland des Manning-Tals am Nowendoc River. Oder auch vier Stunden nördlich von Sydney – was für Australien quasi um die Ecke ist.

Die Außenwände sind zumeist aus Glas und Stahl, die Dachplatte besteht aus Colorbond-Stahl, und das Haus kann sich Computer-gesteuert um volle 360° um einen zentralen Sanitär- und Elektro-Kern drehen. Von diesem Kern aus besteht auch Verbindung zu einem 120 m langen geothermischen Rohrleitungssystem in 2,5 m Tiefe, das dem Haus eine konstante Temperatur von 22°C beschert.

Die Drehmechanik besteht aus einen 200 Tonnen Zentrallager, 32 Stützrädern, zwei 500 W Elektromotoren, nicht viel größer als Waschmaschinenmotoren, Untersetzungsgetriebe und Antriebsrädern. Die Rotationsgeschwindigkeit kann variiert werden: Bei der langsameren Geschwindigkeit von 40 Meter pro Stunde dauert eine Rotation 2 Stunden, während es mit der Höchstgeschwindigkeit von 160 m/h ca. 30 Minuten dauert.

Rotating Tower Grafik

Rotating Tower
(Grafik)

Im Zuge des Baumbooms am Arabischen Golf bekommen auch Konzepte eine Chance, die es an anderen Orten noch nicht einmal in die engere Auswahl schaffen würden.

Mitte 2006 gibt die High Rise Realstate LLC bekannt, daß sie in Dubai die Errichtung einen 20-stöckigen Rotating Tower errichten will, der vier mittels Solarenergie drehbare Penthouses und eine ebenfalls drehbare Villa ‚on the top’ besitzen soll. Das interessante Projekt scheint später aufgrund der Finanzkrise jedoch auf Eis gelegt worden zu sein. Wobei natürlich klar ist, daß es sich bei der Rotation um eine rein ästhetische Komponente handelt, bei der energetische Gesichtspunkte kaum eine Rolle spielen.

Im Dezember 2006 wird gemeldet, daß sogar dieses Projekt noch getoppt werden soll, und zwar durch ein 30-stöckes Gebäude, das sich komplett drehen kann. Ebenfalls in Dubai soll unter dem Namen 55° Time (auch: Time Residences) ein rotierender Turm entstehen, der unter anderem 200 Ein- und Zweibettappartements sowie Penthauses enthalten wird. Zur Bewegung des 80.000 Tonnen schweren Objekts ist die Nutzung von Solarenergie eingeplant. Die Drehung um 360° wird in sieben Tagen zurückgelegt, sodaß jeder Wochentag eine andere Aussicht hat – und der Turm als weltgrößte Uhr bekannt werden könnte.

Der Entwurf des 109 Mio. $ teuren Projekts stammt von Glenn Howells Architects sowie den Entwicklern des Baustandorts City of Arabia, Palmer and Turner. Auftraggeber ist die UK Property Group/AP International FZC. Der Rotationsmechanismus wird von der Fachfirma M.G. Benet and Associates engineers entwickelt.

Eigentlich soll die Konstruktion bereits im Juni 2007 beginnen und im ersten Quartal 2009 beendet sein – was sich dann aber nicht verwirklichen läßt. Beim Update Mitte 2011 befindet sich auch dieses Projekt noch immer in der Planungsphase.

Noch gewaltiger ist der Plan einer Rotating City, die ebenfalls von der VAE-beheimateten Firma High Rise konzipiert wird (die beim Update 2011 übrigens nicht mehr zu finden ist).

Anders als der Name implizieren mag, soll sich jedoch nicht die ganze Stadt drehen, sondern so gut wie alles, was darin erbaut wird. Es soll rund 300 rotierende Villen, Apartments, Gebäude, Restaurants und Hotels geben – wie auch schwimmende und sogar ‚fliegende’ Villen, womit Wohnungen gemeint sind, die nicht nur rotieren, sondern an ihrer Zentralachse auch auf und absteigen können. Was stark an ähnliche Rummel-Objekte erinnert (die sich allerdings wesentlich schneller bewegen).

Rotating City Grafik

Rotating City (Grafik)

Bevor es um die wahrlich utopischen Pläne der Scheiche am Golf wieder etwas ruhiger wird, kommt im Mai 2007 noch ein Entwurf in die Presse, dem man die Verwirklichung wirklich wünschen möchte.

Es handelt sich um ein drehendes Hochhaus, das seine Form ständig verändert und seinen Bewohnern erlaubt, je nach Tageszeit einen anderen Blick zu wählen und das eigene Stockwerk entsprechend auszurichten. Ich habe schon im Kapitel über Windenergie und Architektur ausführlich darüber berichtet, da Windturbinen zwischen den einzelnen Geschossen und Sonnenkollektoren auf jedem Stockwerk den Energiebedarf decken und sogar noch die Nachbarschaft versorgen sollen.

Im Juni 2008 kündigt der Architekt David Fisher, Entwickler des Dynamic Tower, an, daß der erste 80-stöckige Turm schon Mitte 2010 in Dubai, der zweite bald danach in Moskau stehen wird. Die einzelnen Wohneinheiten des dynamischen Wolkenkratzers werden in der Fabrik vorgefertigt und müssen vor Ort nur noch an der innen liegenden Tragestruktur befestigt werden. Die kleinste Wohnung mit 123 m2 kostet 4 Mio. $, die größten Luxusappartements in den obersten Stockwerken kommen mit 1.200 m2 auf 38 Mio. $. Weitere Projekte sind in London, Paris und New York geplant.

Ebenfalls um diese Zeit herum wird durch die Firmen Dutch Ducklands International und Dura Vermeer ein 25-stöckiger Floating Rotating Tower für Dubai geplant, der sich um 1° pro Minute drehen soll. Das Hochhaus aus Stahl und Glas soll auf einem nur 6 m tiefen, schwimmenden Fundament errichtet werden, während eine schwimmende, aber befestigte Ringplattform das Bauwerk mit dem Ufer verbindet. Auch dieses Projekt wird durch die Finanzkrise ausgebremst.

Floating Rotating Tower Grafik

Floating Rotating
Tower (Grafik)

Ein paar Nummern kleiner geht es dagegen weitaus erfolgreicher voran. Ein Drehhaus der 2. Generation ist das 2008 von den Architekten Christopher und Jürgen Rinn erbaute Gebäude in Heuchelheim, das als Weiterentwicklung des Drehhauses ihres Vaters (s.o.) konstruiert wird. Es ist im Kern allerdings anders konzipiert, denn ab Oberkante Kellerdecke handelt es sich um ein übliches Passivhaus in Holzrahmenbauweise.

Auch in dem neuen Haus wird neben einem kleinen Elektromotor ein Hometrainer eingebaut, mit dem die Drehbewegung in Gang gesetzt werden kann. Über eine elektronische, satellitengestützte Steuereinheit kann die Gebäudedrehung exakt an die Jahreszeit und den Sonnenstand angepaßt werden, wobei die Bedienung von einem Monitor in der Diele des Hauses oder auch über das Internet aus der Ferne erfolgen kann. Außerdem gibt es eine kleine Fernbedienung, über die der Nutzer das Haus z.B. von der Dachterrasse aus bewegen kann.

Die Sonnenseite der Fassade hat einen Glasanteil von etwa ca. 75 %, die Wohnfläche beträgt 241 m2, und gedämmt ist das Drehhaus mit Zellulose. Röhrenkollektoren im Geländer des oberen Balkons sowie eine 80 m tiefe Erdwärmesonde mit einer Wärmepumpe unterstützen die Fußbodenheizung, und 100 m2 Dünnschichtmodule auf dem Dach liefern Strom. Von Katharina Gröger gibt es eine Online veröffentlichte Bachelorarbeit von 2010 über dieses Drehhaus (pdf). Darin kommt sie zu dem Ergebnis, daß das Rinn-Drehhaus mehr Energie produziert, als es selbst verbraucht, und daher als Aktivhaus zu betrachten ist.

Ende 2009 erscheinen in der Presse die ersten Artikel über einen Hotelneubau an der Adria, der auf der Insel Solta in der Nähe von Split in Kroatien geplant wird. Der Bau des dreistöckigen Gebäudes soll 2010 beginnen und im Jahr 2012 fertiggestellt sein. Zu dem Gesamtprojekt, das umgerechnet 80 Mio. € kosten wird, gehören auch Villen und eine Marina mit 170 Anlegeplätzen.

Drehhotel Solta Grafik

Drehhotel Solta (Grafik)

Für das 61 m durchmessende Hotel, das sich langsam um die eigene Achse dreht und fortlaufend andere Aussichten bietet, sind 1,3 Rotationen pro Tag geplant, wodurch alle Gäste die Möglichkeit erhalten, zeitweilig aufs Mittelmeer zu blicken – und unterschiedliche Zimmerpreise der Vergangenheit angehören. Im Zentrum befindet sich ein feststehender Kern mit 22 m Durchmesser, der die Rezeption, das Treppenhaus und die Fahrstühle enthält. Der Entwurf des Drehhotels, das inmitten eines runden Schwimmbeckens plaziert ist, stammt von Richard Hywel Evans vom Studio RHE aus London.

Schon seine zweite Baustufe erreicht im März 2010 ein Drehgebäude, das von Robin Hamilton in Snelston am Stadtrand von Ashbourne in Großbritannien errichtet und nach Beendigung einen 360° Blick auf die Weaver Hills und das Dove Valley bieten wird.

Das rotierende, 650 Tonnen schwere Dumble-Haus (Dumble Project) mit 10.000 m2 Wohnfläche auf drei offen gestalteten Etagen ist umweltfreundlich konzipiert und bewegt sich auf 100 speziellen Rollen, um das Gewicht zu verteilen. Die passive Sonnennutzung erfolgt über die riesigen Fenster, und die interne Heizung wird von einer Erdwärmepumpe unterstützt, die sich in einem Bohrloch befindet, aus dem auch die Wasserversorgung gedeckt wird. Die über einen Meter dicken isolierenden Wände sind interaktiv und sorgen dafür, daß das Haus im Winter warm und im Sommer kühl bleibt. Der Strombedarf soll komplett durch PV-Paneele und speziell entwickelte Windenergieanlagen auf dem Dach gedeckt werden. Die konstante Versorgung wird durch Batterien gewährleistet. Wie man auf dem Ausschnittsfoto sehen kann, sind auch 4 Garagen Teil des (vermutlich festen) Gebäudeteils.

ReVolt House Grafik

ReVolt House (Grafik)

Im Jahr 2011 arbeiten Studenten der TU Delft an einem Hausboot – das allerdings explizit als schwimmendes und rotierendes Wohnobjekt beworben wird, das im Prinzip auch auf festem Grund errichtet werden kann, weshalb ich es auch hier, und nicht im Kapitel über Solarboote aufführe. Dem Team zufolge bilden die Wärme der Sonne und die Kühle des Wassers eine ideale Kombination, und ihr ReVolt House soll sich energetisch vollständig auf Sonnenkraft verlassen können.

Das Studententeam, dessen Mitglieder aus 15 verschiedenen Nationen auf vier Kontinenten kommen, will sich mit seinem durchdachten und ästhetisch ansprechenden Entwurf im September des Folgejahres an dem universitären Solarhaus-Wettbewerb Solar Decathlon Europe 2012 in Casa de Campo, Madrid, beteiligen und hofft, das Gebäude bis dahin fertiggestellt zu haben.

Ein Unternehmen, das drehbare Bungalows bereits in Serie baut, ist die in Auckland, Neuseeland, beheimatete Firma Lighthouse Rotating Homes. Mitte 2011 werden sechs verschiedene Designs in drei Größen des im Laufe von 18 Jahren von Don Dunick entwickelten und patentierten 360° Drehhauses für Wohn- und Büroräume angeboten. Leider lassen sich auf der Homepage des Unternehmens weder Referenzen noch irgendwelche technischen oder finanziellen Details finden.

Sicher ist jedenfalls, daß zur Rotation ein Wälzlager genutzt wird, wie es üblicherweise bei Kränen zum Einsatz kommt – was nicht wundert, denn Dunick ist gelernter Kran-Wartungstechniker. Mit der möglichen Höchstgeschwindigkeit läßt sich das Rotating Home in nur 15 Minuten drehen. Das 112 m2 große Modell hat im unteren Stockwerk drei Schlafzimmer, während das darüberliegende Penthouse mit einer runden Bar ausgestattet ist. Als Preis dieser Version werden 450.000 $ genannt, die bei Serienproduktion auf 300.000 $ fallen könnten.

Agung Sedayu Center Grafik

Agung Sedayu Center
(Grafik)

Das letzte Design eines drehenden Bauwerks vor Abschluß dieses Updates stammt von einem Designerteam aus Jakarta, Indonesien, das sich Mitte 2011 mit dem Erhalt des empfindlichen Mangroven-Ökosystems im Norden der Stadt beschäftigt. Die rotierende Agung Sedayu Center ähnelt Mangroven und überspannt den natürlichen Lebensraum des Ökosystems. Der nachhaltige ‚Mangroven-Turm’ dient einer Mischnutzung und soll atemberaubende Aussichten auf die Wälder und die Weite der umliegenden Küste bieten.

Das Bauwerk besteht aus zwei asymmetrischen Türmen, deren Drehung jeweils dem Lauf der Sonne folgt, wenn ich die Beschreibung richtig verstanden habe. Sie sind von einem variablen Fassaden-Gitterwerk umgeben, das den Innenräumen Schatten bietet, und oben und unten miteinander verbunden. Die künstliche Mangrove soll von der Öffentlichkeit genutzt werden, wobei das Gebäude nur für Fußgänger und Radfahrer zugänglich ist, um die Gesundheit des Waldes zu erhalten. Auftraggeber ist der Träger des Zentrums, die Agung Sedayu Group.

Für weiterführende Informationen zu kinetischen Bauten ist das 2008 erschienene Buch des Architekturexperten Chad Randl zu empfehlen: Revolving architecture: a history of buildings that rotate, swivel, and pivot. Randl zufolge gibt es zu diesem Zeitpunkt weltweit an die 100 individuell gestaltete rotierende Häuser.

Geodätische Dome


Kommen wir nun zu feststehenden Gebäuden und Bauwerken, welche die Sonnenenergie nutzen und/oder besonders energieeffizient sind.

Viele erste Schritte beim Entwerfen neuartiger Strukturen werden von dem amerikanischen Erfinder, Architekten, Designer und Philosophen Richard Buckminster ‚Bucky’ Fuller (1895 – 1983) gemacht. Der Technologie-Vorreiter konzipiert in den 1940er Jahren beispielsweise eine ganze Reihe von Produkten unter dem Titel Dymaxion (Dynamic Maximum Tension). Zentrales Element dieser Serie ist das runde Dymaxion Haus (später auch 4-D-House), das einerseits ultimativen Komfort bietet und andererseits von externer Energie unabhängig ist.

Das Einfamilienhaus mit (innerem) sechseckigem Grundriss ähnelt einer Jurte oder – moderner gesehen – einer fliegenden Untertasse, und sieht sechs dreieckige Zimmer vor. Der segmentierte Wohncontainer wird von einem zentralen Mast mit integrierten Versorgungsleitungen abgehängt und läßt sich in kurzer Zeit demontieren, verpacken und mitnehmen, wenn die Familie umzieht. Außerdem können die Innenwände flexibel versetzt werden. Mit einem Durchmesser von 15 m und einer Höhe von 12 m wiegt das 97 m2 große Haus einschließlich des Mobiliars nicht mehr als 2.227 kg.

Das Haus ist eine feste Konstruktion – mit Ausnahme einer kreisförmigen Struktur an der Spitze des Hauses, die sich um den zentralen Mast drehen kann, um die Vorteile des natürlichen Windes zur Kühlung und Luftzirkulation zu nutzen. Einige Quellen sprechen davon, daß auf dem Dach auch eine Windkraftanlage als Energiequelle eingeplant war.

Weitere innovative Funktionen des Hauses sind drehbare Kleiderschränke, eine verbrauchsreduzierende Dusche, die mittels eines feinen Wassernebels funktioniert, sowie ein Regenwasser-Sammel- und Abwasserreinigungssystem, um den Wasserverbrauch zu minimieren.

Wichita House

Wichita House (ca. 1947)

Das ursprüngliche Konzept entwirft Fuller bereits im Jahr 1927, produziert wird das Haus aber erst nach dem Zweiten Weltkrieg, als eine ursprünglich für Flugzeuge entwickelte Aluminiumlegierung die Konstruktion überhaupt erst möglich macht. Für eine Massenfertigung, bei der das Haus 40.000 $ kosten sollte, findet Fuller leider keine Geldgeber – obwohl seine Firma innerhalb kürzester Zeit mehr als 35.000 Bestellungen bekommt! Eine eigene Produktion kommt aufgrund ‚interner Management-Probleme’ nicht in Gang, Fullers Firma geht in Konkurs.

Und so werden 1945 lediglich zwei Prototypen gebaut, die der Unternehmer William L. Graham kauft. In einem davon, in Wichita, Kansas, wohnt Graham selbst von 1946 bis 1972. Bei dem Wichita House handelt sich dabei allerdings um eine Adaption, der die Raffinesse des ursprünglichen Prototyps fehlt, und mit der Fuller auch nicht zufrieden ist. Anschließend wohnt für zwei Jahrzehnte eine Gruppe „frecher und erstaunlich schmutziger Waschbären“ in dem Bau – wie ein Mitglied der freiwilligen Demontagetruppe anmerkt, als Graham den weitgehend intakten Prototypen im Jahr 1992 dem Henry Ford Museum in Dearborn, Michigan, stiftet, wo er 2001 restauriert wird und seitdem besichtigt werden kann.

Wesentlich wichtiger ist, das Fuller in den späten 1920er Jahren auch der Erfinder der Geodätischen Kuppeln (o. Dome) ist, bei denen die Außenfläche um 38 % kleiner ist als die eines quadratförmigen Gebäudes gleicher Grundfläche. Die Dome lassen sich aber auch bis zur Kugelform erweitern. Ihre Gerüststruktur besteht aus einer Vielzahl einfacher Dreiecksegmente und ist daher äußerst stabil.

Auch die Montage ist sehr leicht, und die Elemente lassen sich so dicht packen, daß ein 1,5 m-Paket manuell oder sogar automatisch zu einem 6 m durchmessenden Dom entfaltet werden kann, wie es die Firma Hoberman Associates Inc. im Jahr 1991 in New York zeigt. In jenem Jahr werden in den USA übrigens rund 1.500 Öko-Dome diverser Hersteller verkauft – und die französische Firma Domespace bietet eine adaptierte Version an, die auf Kugellagern dem Lauf der Sonne folgt (s.o.).


Expandierender Dom

Der 1969 als erster Architekt überhaupt für den Nobelpreis nominierte Fuller denkt aber auch in größeren Dimensionen: Einer seiner Pläne sieht vor, Manhattan auf einer Kreisfläche von 3,2 km im Durchmesser zu überkuppeln. Die Oberfläche dieser Glaskuppel – quasi ein riesiges Solarhaus – würde wenig mehr als 1 % aller Gebäudeflächen betragen, die unter ihr Platz fanden. Dadurch hätten sich die Energieverluste dieser Gebäude auf einen extrem niedrigen Wert reduzieren lassen. Im Kleinen werden die geodätischen Kuppeln so gut wie überall und auch für die unterschiedlichsten Zwecke eingesetzt, vom Partyzelt bis zur militärischen Radarkuppel.

Eine besondere Würdigung erfährt Fuller, der übrigens auch den Begriff Synergieeffekt geprägt hat, als die US-Post eine Briefmarke herausgibt, die hier unbedingt abgebildet werden muß - beinhaltet sie doch so manche futuristische Entwicklung Fullers, der im übrigen auch lange Jahre Vorsitzender von MENSA war, dem Verein all jener, deren IQ über 130 beträgt (und dessen Mitgliedschaft ich mich ebenfalls rühmen darf).

Bei meinen Recherchen stieß ich jedoch noch auf einen weiteren Vorläufer, denn der Berliner Walther Wilhelm Johannes Bauersfeld (1879 – 1959) beginnt schon 1919 in Jena mit der Entwicklung einer freitragenden Kuppel für Projektionszwecke – vermutlich also vor Fuller. Der damalige Geschäftsführer der Firma Carl Zeiss startet auf Initiative von Oskar von Miller, dem Begründer des Deutschen Museums, mit den Arbeiten für ein Planetarium, das den Besuchern die Phänomene der Astrophysik erlebbar machen soll.

Zeiss-Planetarium Jena im Bau 1923

Zeiss-Planetarium Jena
(im Bau 1923)

Bauersfeld verfeinert den schon von Platon beschriebenen Ikosaeder so weit, daß die Konstruktion zur Bewehrung einer 26 m weiten Spritzbetonstruktur genutzt werden kann – der ersten geodätischen Kuppel der Welt, die im Jahre 1923 für die Stadt München fertiggestellt wird. Später folgen weitere Kuppeln, z.B. 1926 in Jena, und kurz darauf in Dresden (16-eckiger Kuppelbau, 25 m Durchmesser).

Der erste geodätische Dom, der als Gewächshaus genutzt wird, ist das 1959 von Paul Londe gebaute Climatron im Botanischen Garten von St. Louis, Missouri. Die Errichtung des 53 m durchmessenden Aluminium-Bauwerks aus kostet 700.000 $ und ist die Spielwiese des Direktors Frits W. Went, der eine große, offene und klare Struktur haben will, um tropische Pflanzen wachsen zu lassen und dabei mit Luftzirkulation, Temperatur und Luftfeuchtigkeit herumexperimentieren zu können – was auch Grund für den Namen der Kuppel ist.

Zwischen 1988 und 1990 wird das Climatron für 6 Mio. $ renoviert, statt Kunststoff werden nun 3.625 Glasscheiben eingesetzt, was eine Verstärkung in Form eines ‚Domes im Dom’ erfordert.

Eines der wohl bekanntesten geodätischen Großbauwerke ist der US-amerikanische Pavillon für die Expo 1967 in Montreal. Er besteht aus Stahl und Acryl und hat einen Durchmesser von 76 m. Die Innentemperatur wird durch ein komplexes Blenden-System geregelt.

Biosphère Environment Museum

Biosphère Environment Museum

1968 schenkt die US-Regierung den Dom der Stadt Montreal, die ihn zu verschiedenen Zecken nutzt. Während Renovierungsarbeiten im Mai 1976 fängt das Gebäude Feuer und die Acrylhülle brennt ab, während das stählerne Gerüst stehen bleibt. 1992 beschließen die kanadische Regierung und die Stadt Montreal, die Kuppel zu restaurieren und in ihrem Inneren das Biosphère Environment Museum einzurichten.

Das ,grüne’ Gebäude wird mit Windturbinen, einem Geothermie-System, einer Kläranlage, begrünten Dächer, Wintergärten und anderem ausgestattet, und das in der Nähe befindliche ECoological Solarhaus hat natürlich auch Sonnenkollektoren auf dem Dach.

Eine geodätische Kuppel in einer ganz speziellen Umgebung wird in den Jahren 1970 bis 1973 als Teil der seit 1956 bestehenden amerikanischen Amundsen-Scott-Forschungsstation am Südpol errichtet. Die 50 m durchmessende und 16 m hohe Kuppel wird von der US-Fachfirma Temcor aus Gardena, Kalifornien, gebaut (die übrigens weltweit mehr als 7.000 Dombauten nachweisen kann, Stand 2011).

Ab der offiziellen Inbetriebnahme 1975 befindet sich das neue Hauptgebäude der Station unter der Kuppel. Nachdem jedoch im antarktischen Sommer 2005/2006 für 150 Mio. $ eine völlig neue Station fertiggestellt wird, folgt 2009/2010 die komplette Demontage der alten Kuppel – trotz Initiativen zu ihrem Erhalt.

1976 wird im botanischen Garten der Heinrich-Heine-Universität in Düsseldorf eine geodätische Gewächshauskuppel als Pflanzenschauraum eröffnet, die schnell zum Wahrzeichen des Gartens wird. Der 18 m hohe, filigrane Kuppelbau ist ein über 1.000 m2 großes Kalthaus, das rund 400 Pflanzenarten aus Gebieten mit warmen, trockenen Sommern und regenreichen Wintern beherbergt.

Projekt Eden

Projekt Eden

Das derzeit größte Gewächshaus der Welt steht in einer stillgelegten Kaolingrube nahe St. Austell im britischen Cornwall und bildet eine weltweit anerkannte ökologische Touristenattraktion namens Projekt Eden. Von der Idee des englischen Archäologen und Gartenliebhabers Tim Smit im Jahr 1995 dauert es sechs Jahre, bis die gewaltige Anlage im März 2001 in Betrieb gehen kann. Die zwei riesigen Gewächshäuser erstrecken sich über eine Länge von 200 m und bestehen aus jeweils vier miteinander verschnittenen geodätischen Kuppeln, in denen verschiedene Vegetationszonen simuliert werden.

Der Entwurf stammt von dem britischen Architekturbüro Nicholas Grimshaw, die Tragwerksplanung von Anthony Hunt, und die Ausführung erfolgt durch die Würzburger Firma Mero. Die Kuppeln sind mit doppelwandigen Kissen aus ETFE, einem besonders leichten, transparenten Kunststoff gedeckt, die in standardisierte, sechs- und fünfeckige Stahlrohrrahmenelemente eingepaßt sind. Die stützenfreien Konstruktionen haben eine Gesamtoberfläche von etwa 30.000 m2, erreichen eine Höhe von bis zu 50 m bei einem Durchmesser von bis zu 125 m, und überdecken eine Fläche von insgesamt 23.000 m2.

Dazu noch ein kurzer Hinweis: Kein Kuppelbau, aber auch aus Dreick-Elementen aufgebaut, ist die Biosphere 2, ein 1991 erbauter Gebäudekomplex in Arizona  mit dem Ziel, ein von der Außenwelt unabhängiges und sich selbst erhaltendes Ökosystem zu schaffen. Die Anlage wird für 200 Mio. $ von dem Milliardär Edward Bass in Auftrag gegeben und umschließt ein Volumen von 204.000 m3. Eine überaus interessante Geschichte, die hier erwähnt, aber nicht vertieft werden soll, ebenso wie die des geschlossenen Ökosystems Biosphäre 3, das im Auftrag der sowjetischen Regierung vom Institut für Biophysik im sibirischen Krasnojarsk betrieben wird. Man sucht nach Wegen, um Menschen auch außerhalb der Erde und für unbestimmte Zeit Überlebensmöglichkeiten zu bieten. Der Bau dauert von 1965 bis 1972, und das für maximal drei Personen ausgelegte Gebäude umfaßt ein Volumen von etwa 315 m3. Der Name wurde dem System allerdings erst später gegeben, weshalb die Chronologie der Numerierung etwas verwirrend ist.

Doch zurück zu den geodätischen Strukturen, denn ich möchte hier noch einige neuere Umsetzungen und Planungen präsentieren.

Der Architekt Kári Thomsen und der Ingenieur Ole Vanggaard aus Dänemark beispielsweise bauen bereits 1992 einen ersten Dom für die Greenland Society auf den Färöer-Inseln. Später folgt eine Reihe kuppelförmiger Hütten für touristische Kurzurlaube. Im Sommer 2008 beginnt ihre Firma Easy Domes Ltd. aus Tórshavn mit der Auslieferung vorfabrizierter Dome in Ikosaeder-Form (Zwanzigflächner).

Mit einem minimalen Einsatz von Materialien sind die Kuppeln energieeffizient, geräumig und kostengünstig. Die zweistöckigen ‚Plattenbauten’ aus vorgefertigten Holzteilen unter Verwendung nachhaltiger und recycelter Materialien sind schnell entweder auf einem Beton- oder Holz-Sockel zu montieren. Das Äußere ist mit ungiftig imprägniertem Kiefernholz bedeckt, es gibt Sonnenkollektoren, einen Ziegelofen, ein Thermostat-gesteuertes Warmwassersystem, und das Dach ist mit Gras bedeckt. Außerdem besteht die Möglichkeit, zwei oder drei Kuppeln miteinander zu verbinden.

Zendome-Floß

Zendome-Floß

Seit 2006 besteht das das äußerst umtriebige und erfolgreiche Berliner Unternehmen Zendome GmbH, das Dome mit Grundflächen von 30 m2 bis 300 m2 anbietet. Zusammen mit der Kiebitzberg Schiffswerft GmbH & Co. KG wird im Sommer 2007 sogar ein Dome-Floß entwickelt, auf dem ein Modell der Zendome.20 Home-Edition installiert ist.

Anfang 2008 wird das schwedisch-amerikanische Unternehmen Plantagon gegründet, das ein gigantisches Gewächshaus in Form einer geodätischen Kuppel entwickelt, das Städter mit biologischem Gemüse und Obst versorgen soll. Interessant sind m.E. die Besitzer der Firma: zum einen die in Stockholm beheimatete Ingenieurfirma Swecorp Citizenship AB (15 %) – und zum anderen die Onondaga Nation, Mitglied der Haudenosaunee (Völker des Langhauses), einer Allianz indigener Völker, die auch Irokesen oder Six Nations genannt werden (85 %).

Das Plantagon-Gewächshaus soll das Gemüse auch mitten im Herzen großer Städte mit sauberer Luft und sauberem Wasser versorgen können, Details darüber erfährt man bislang allerdings nicht. Was ansonsten überall als vertikaler Anbau (Vertical Farming) gehypt wird, besteht hier aus einer spiralförmigen Rampe, welche die ‚Felder’ mit Kopfsalat, Tomaten usw. beherbergt. Das Projekt befindet sich noch in der Entwicklungsphase, doch das Unternehmen hofft, daß es bereits in drei Jahren in der ersten Kugel grünt und blüht.

Plänen von 2010 zufolge soll der britische Chester Zoo bis 2014 einen 34 m hohen und rund 15.800 m2 großen Biodome namens Heart of Africa erhalten, in dem die Regenwald-Ökologie des Kongo simuliert wird – mitsamt ‚zoologischen Attraktion’. Den veröffentlichten Grafiken zufolge ist die geodätische Struktur topologisch zu einer Art Doppelhügel verflacht. Als Design jedenfalls nicht uninteressant. Und ohne Solareinstrahlung kaum machbar.

Heart of Africa Grafik

Heart of Africa (Grafik)

Schon 2011 soll auf dem Dach eines Möbel-Einkaufszentrums in Peking ein Geodesic Dome Home des erst 2007 gegründeten Stuttgarter Architektur- und Designbüros Lava (Laboratory for Visionary Architecture) gebaut werden. Die Technologie der geodätischen Kuppel soll weitgehend unsichtbar bleiben, während der Himmel aus ETFE-Blasen ein ganzjähriges Mikroklima schafft, das die Gärten im Inneren erhält. Unter der Hülle ist eine Reihe von Wohnzonen verteilt, deren von den Gärten umgebenen Bewohner reichlich Tageslicht, frische Luft und Ruhe genießen können. Von einer Realisierung ist bislang jedoch noch nichts zu sehen.

Lava, das aufgrund seines zweiten Standorts in Australien oft als australisches Unternehmen wahrgenommen wird, gewinnt übrigens 2009 den Wettbewerbs um die Stadtmitte von Masdar (s.d.).

Im Bereich der Solararchitektur gibt es aber auch eine lange Entwicklungslinie eher konventionell strukturierter Gebäude, die Elemente der passiven und aktiven Solarenergienutzung integrieren. Diese sollen als nächstes unter dem Oberbegriff Sonnenhäuser vorgestellt werden. Und natürlich gehören auch Gewächshäuser – aber auf diese bin ich weiter oben schon eingegangen. Ebenso wird das Thema der solaren Kühlung separat behandelt.

Bevor wir nun einige Sonnenhäuser im einzelnen betrachten, noch ein kleiner Tip für den Praktiker: Schon der einfache Glasanbau vor einer Fensterfront reduziert die benötigte Heizenergie um etwa 15 % – allerdings sollten sich stets ca. 25 % der großflächigen Verglasungen öffnen lassen, damit die Innentemperatur im Hochsommer nicht übermäßig ansteigt.

Sonnenhäuser (bis 1979)


Der Begriff Sonnenhaus wurde hauptsächlich für jene Bauten geprägt, die sowohl ihren Warmwasser- als auch ihren Heizenergiebedarf mit Sonnenenergie decken. Für das mitteleuropäische Klima galt lange Zeit, daß die entsprechenden Energietechnologien nur unter äußerst günstigen Umständen dazu in der Lage sind, den Gesamtwärmebedarf alleine zu decken – soll die Sache nicht unerschwinglich teuer werden. Wenn auch noch der elektrische Strom solarenergetisch hergestellt werden soll, ist an einem Zusammenschalten mit anderen Systemen (Wärmepumpen, Windräder, Wärmerückgewinnung, Methangas usw.) kaum vorbeizukommen. Die architektonische Zielprojektion entspricht dann auch schon eher der eines energetisch völlig autarken Hauses. Die ersten Pionierarbeiten beschränken sich – zumindest meiner gegenwärtigen Aktenlage nach – auf die USA.

Ein bahnbrechender Designer passiver Solarhäuser in den 1930er und 1940er der ist der Architekt George Fred Keck aus Chicago, Illinois. Für die Century of Progress Exposition 1933 in Chicago entwirft er das vollverglaste, dreistöckige und zwölfseitige House of Tomorrow, das die ‚europäische Moderne’ reflektieren soll und einen eigenen Flughangar besitzt. Zu jener Zeit denkt man, daß es nicht mehr lange dauert, bis alle Bürger mit kleinen Privatfliegern durch die Gegend sausen. Das Haus wird später in Beverly Shores, Indiana, aufgestellt.

Keck stellt fest, daß sich das mit Aluminium verkleidete Haus an sonnigen Wintertagen, noch vor Installation des Ofens, ausreichend erwärmt – und beginnt, große Südfenster in seine Entwürfe zu integrieren. 1940 entwirft er für den Immobilienmagnat Howard Sloan in Glenview, Illinois, ein passives Solarhaus – wie es von der Chicago Tribune genannt wird, was die erste moderne Verwendung dieses Begriffes darstellt. Sloan selbst beginnt daraufhin mit dem Bau passiver Solarhäuser und gilt als Mitinitiator einer regelrechten Solarhaus-Bewegung in den 1940er Jahren.

MIT Solarhouse I

MIT Solarhouse I

1940 erscheinen erste Meldungen darüber, daß die wissenschaftlichen Mitarbeiter des Massachusetts Institute of Technology (MIT) Hoyt C. Hottel und Byron B. Woertz seit einem Jahr ein Haus bauen, das zur Beheizung und Warmwasserbereitung die Sonne nutzt. Es soll als bewohnbares Labor für verschiedene Formen der solaren Energieerzeugung genutzt werden. Das von den damals ‚Wärmefallen’ genannten Solarkollektoren des Daches erwärmte Wasser wird in einem großen Keller-Tank gespeichert. Es handelt sich dabei um das Solarhouse I des MIT, das bei der Entwicklung dieser Technologie eine entscheidende Vorreiterrolle spielt.

Auch der weltberühmte Frank Lloyd Wright nutzt in einigen seiner Entwürfe Prinzipien der passiven Solararchitektur, insbesondere bei seinem 1944 in der Nähe von Madison in Wisconsin gebauten Jacobs House II, das mir seiner charakteristischen Viertelkreis-Form mit vollverglaster, innenliegender Südfassade auch unter den Namen ‚Solarer Plenarsaal’ bzw. ‚Solar Hemicyclo’ bekannt wird.

Weitere Häuser aus dieser Dekade sind das Löf House von George Löf in Boulder, Colorado (1945), das Rosenberg House von Arthur T. Brown in Tucson, Arizona (1946) sowie die Rose Elementary School in Tucson, ebenfalls von Arthur T. Brown (1948).

1948 nimmt die Architektin und Miterfinderin des Solarhauses Eleanor Raymond (1887 – 1989) den Bau ihres ersten sonnenbeheizten Hauses in Angriff. In Zusammenarbeit mit zwei ungarischen Emigrantinnen, der Chemikerin und Professorin an der Universität New York Dr. Maria Telkes und der Gräfin Stella Andrassy errichtet sie in der Nähe von Boston, Massachusetts, das Dover Sun House (auch: Peabody House). Ihre beiden Partnerinnen hatten sich schon zuvor sehr ausführlich und erfolgreich mit der Nutzung der Solarenergie befaßt. Und auch die Finanzierung übernimmt eine Frau, die Bildhauerin und Erbin Amelia Peabody aus Boston. Eine wirklich sehr interessante Geschichte, die ich gerne einmal ausführlicher lesen würde.

Dover Sun House

Dover Sun House

Das Dover Sun House ist das erste Haus, bei dem neben dem Einsatz von Flachkollektoren auch ein passives Solarenergiekonzept verwirklicht wird, mit dem es gelingt, das Fünf-Zimmer-Haus so zu konstruieren, daß es das ganze Jahr über ausschließlich mit Hilfe von Sonnenenergie beheizt werden kann! Kernelement ist eine großflächige ‚Hitze-Falle’, die aus zwei getrennten Glasscheiben mit einer schwarzen Metallplatte dazwischen besteht. Hier wird die Luft auf rund 65°C erhitzt und dann mittels Ventilatoren im Haus verteilt. Als Wärmespeichermedium wird statt Wasser Glaubersalz (Natriumsulfatdekahydrat) eingesetzt. Der Einzug erfolgt am 24.12.1948, und ein Cousin von Dr. Telkes lebt mit seiner Frau und seinem Kind drei Jahre lang darin, bis das System versagt. (Der Nomenklatur des MIT zufolge wird dieses Haus – aus mir unverständlichen Gründen – als Solarhouse VI bezeichnet).

Ebenfalls im Jahr 1948 wird am MIT das Solarhouse II errichtet, und 1949 erfolgt dessen Umbau zum Solarhouse III, das dann erstmals tatsächlich als Heim bewohnt wird – von einer Studenten-Familie mit Kind. Nachdem das Haus im Dezember 1955 Feuer fängt, wird es allerdings abgerissen. 1950 findet am MIT in Cambridge eine erstes Symposium zur solaren Wohnraum-Beheizung statt.

1959 wird in Lexington, Massachusetts, das Solarhouse IV des MIT eröffnet, Ergebnis eines Designwettbewerbs der Fakultät für Architektur. Nachdem während drei Heizperioden die entsprechenden Daten gesammelt werden, verkauft das MIT dieses Haus an einen privaten Eigentümer.

Weitere Bauten der 1950er Jahre sind das New Mexico State College House von L. Gardenshire (1953), das Lefever Solar House von H. R. Lefever in Pennsylvania (1954), das Bliss House von Raymond W. Bliss und M. K. Donavan in Amado, Arizona (1954), das Solar Building in Albuquerque, New Mexico, das von Frank Bridgers und Don Paxton entworfen wird und als weltweit erstes kommerzielles Bauwerk gilt, das primär durch Solarenergie beheizt wird (1956). Es wird nach zweijähriger Planung für 58.500 $ gebaut. Die Solarheizung mit ihrem 74 m2 großen Kollektorfeld und einem isolierten, 22.700 Liter fassenden Heißwassertank funktioniert sechs Jahre lang tadellos, wird während eines Ausbaus 1962 aber dennoch demontiert und durch einen Heizkessel ersetzt. Anfang 1974 erhält Stanley Gilman von der Penn State University eine Förderung der National Science Foundation (NSF), um das solare Heizsystem zu restaurieren und während einer mehrjährigen Studie seine Kapazität zu untersuchen.

Andere Solarhäuser aus dieser Zeit sind  das University of Toronto House von E. A. Allcut in Kanada (1956), ein Solarhaus von Masanosuke Yanagimachi in Tokio (1956) und eines von L. Gardner in Bristol, Großbritannien (1956), das Curtis House von Edward J. W. Curtis in Rickmansworth, ebenfalls Großbritannien (1956), ein weiteres Löf House von James M. Hunter und George Löf, diesmal in Denver, Colorado (1957), das AFASE ,Living With the Sun’ House von Peter Lee, Robert L. Bliss und John Yellott in Phoenix, Arizona (1958), ein Solarhaus von C. M. Shaw im marokkanischen Casablanca (1958) sowie ein weiteres von Yanagimachi in Nagoya (1958), das Princeton University House von Aladar Olgyay in New Jersey (1959) sowie das Thomason Solar House (auch: Solaris #1) von Harry Thomason in Washington D.C. (1959).

Trombe-Solarhaus

Trombe-Solarhaus

In den 1960er Jahren wird es dann merkwürdig ruhig, und bis auf ein drittes Solarhaus in Colorado (1963) habe ich bislang noch nicht viel über weitere Bauten finden können. Allerdings wird 1967 von Félix Trombe und Jacques Michel auch das erste Passiv-Solarhaus in Europa gebaut, und zwar in Verbindung mit dem Solarofen von Odeillo in Frankreich (s.d.). Die Mauer hinter der Glasfassade ist 60 cm dick, schwarz angestrichen und deckt rund 40 % des Heizbedarfs.

Die 1970er beginnen mit dem Steve Baer House in Corrales, New Mexico (1971) und dem Skytherm House von Harold R. Hay in Atascadero, Kalifornien (1973).

Unter dem Namen Solar One baut die University of Delaware 1973 eines der ersten mit Solarzellen ausgerüsteten Wohnhäuser, wobei hier sogar schon eine PV/Solarthermische-Hybridanlage zum Einsatz kommt, bei welcher die Zellen luftgekühlt werden und die entstehende Warmluft zum Heizen genutzt wird. Das Projekt ist eine Reaktion auf den damaligen sogenannten ‚Ölschock’ als Resultat des Israelisch-Arabischen Krieges von 1973, der das Interesse für Erneuerbare Energien stark anschiebt.

1973 wird an der Dänischen Technischen Hochschule in Kopenhagen von Vagn Korsgaard ein DTH-Nullenergiehaus entwickelt, Simulationen durchgeführt, Entwürfe optimiert und schließlich ein Passivhaus gebaut, das nach wie vor als Gästehaus der Universität in Gebrauch ist, da alle passiven Systeme auch noch funktionieren. Die aktive Solartechnik wurde nach Defekten allerdings nicht erneuert. Die Zielsetzung Nullenergiehaus an der DTH wird später zugunsten des Niedrigenergiehauses zurückgestellt.

Aus demselben Jahr stammt auch eines der ersten Bauwerke des amerikanischen Architekten Michael Jantzen, von dem wir weiter oben schon einige Entwürfe gesehen haben. Das Solar Vacation House von 1973 besteht überwiegend aus landwirtschaftlichen Komponenten wie der Hälfte eines Getreidesilo-Dachs und Wellblech für die Außenwände.

Die passive Solarbeheizung erfolgt durch südwärts gerichtete Plastikluftblasen-Fenster, einer Glasschiebetür und einem großen, lichtdurchlässigen Fiberglas-Schrägdach. Dieses besitzt zwei darüber montierte, bewegliche und gut isolierte Paneele, deren Unterflächen mit einer hoch reflektierenden Mylar-Folie beklebt sind. Diese schickt das Sonnenlicht und die Wärme durch das Fiberglas-Dach nach unten auf absorbierende, kissenförmige Warmwasserbehälter, die auch zum Sitzen genutzt werden könnten. Mittels zweier Bootswinden lassen sich die isolierten Paneele nachts auf das Fiberglas-Dach absenken, im Winter, um die Wärme drinnen, und im Sommer, um sie draußen zu halten.

Jantzen experimentiert zu dieser Zeit auch mit verschiedenen Gewächshaus-Technologien, die er ebenfalls aus einfachen und billigen landwirtschaftlichen Bauteilen zusammenbaut, und 1978 präsentiert ein Solar House, über das ich leider keine weiteren Informationen finden konnte. Vom Aussehen her scheint es sich um den Vorläufer eines mobilen Hauses zu handeln, den er ein Jahr später vorstellt.


Solar House

1979 präsentiert Jantzen mit seinem Liberated House (oder: Autonomous Dwelling), ein Wohnmobil, das leicht und klein genug ist, um über lange Strecken auf der Straße, mit dem Hubschrauber oder auf dem Wasser transportiert zu werden. Es ist unabhängig von Strom-, Gas-, Wasser- und Abwasser-Anschlüssen, braucht keine fossilen Brennstoffe und ist zu wettbewerbsfähigen Kosten massenproduzierbar. Was auch hier wiederum durch die Nutzung von Standardbauteilen aus der Landwirtschaft erreicht wird.

Auf der Außenseite gibt es eine Regenwasser-Sammelanlage sowie ausklappbare und mit ertragssteigernden Spiegeln (!) versehene PV-Solarpaneele, die bis zu 120 W ernten. Zur Stromspeicherung sind vier 12 V Batterien installiert. Im Innern gibt es einen von der Decke hängenden Holzofen, sowie einen großen Wärmespeicher – unter dem Bett. Später arbeitet Jantzen weiter an modernen Gewächshäusern, baut 1982 ein Modular Dome House und entwickelt 1985 ein Modular Building System.

Zu den frühen Solarhäusern gehört auch das 1974/1975 gebaute Kelbaugh House in Princetown, New Jersey, das über eine Trombe-Wand, eine 55 m2 große solare Speicherwand sowie ein Gewächshaus mit außen liegendem Sonnenschutz verfügt. Das Wohngebäude mit ca. 193 m2 Wohnfläche soll etwa 55 % der winterlichen Sonnenscheindauer nutzen können. Später wird das Gebäude zusätzlich mit einer Anlage zur Brauchwassererwärmung ausgerüstet.

Kelbaugh House

Kelbaugh House

Die bisher gebauten Sonnenhäuser sind fast alles reine Sonnenenergienutzer. Erst mit den steigenden Kosten für fossile Energieträger entwickeln sie sich zu den komplizierten, später auch prozessorgesteuerten Gesamtsystemen, welche Einsparungen von über 75 % der Heiz- und Energiekosten eines konventionellen Hauses ermöglichen.

Im Rahmen eines BMFT-geförderten Forschungsprogramms der Firma Phillips und der Rheinisch-Westfälische Elektrizitätswerke (RWE) wird Anfang 1975 bei Aachen in 24 Stunden Bauzeit ein ‚Haus von der Stange’ hochgezogen, dessen direkte Baukosten nur 200.000 DM betragen.

Für zusätzliche 400.000 DM wird das Sonnenhaus Aachen mit einer zusätzlichen 24 cm dicken Isolationsschicht, reflektierenden Fensterscheiben und besonderen Profilen für die Tür­- und Fensterrahmen ausgestattet. Dazu bekommt das Experimentalhaus 20 m2 Solarkollektoren, Wärmerückgewinnungssysteme für Abwässer und Luft, eine Erdbodenwärmepumpe, einen 42 m3 großen Wasser-Langzeitspeicher, eine Konvektoren-Luftheizung sowie ein Luftkühlungssystem für die Sommermonate. Eine konventionelle Heizung für die 116 m2 große Wohnfläche wird nicht mehr gebraucht.

Ebenfalls 1975 beginnt der Verkauf der klassischen BBC/Okal-Fertighäuser, bei denen erstmals ein Brauchwasser-Kollektorsystem mitgeliefert wird. Die Mehrkosten betragen nur 6.000 DM. Die Solarwatt-Anlage soll im Sommer 85 %, während der Übergangszeit 65 % und im Winter immerhin noch 20 % des Energiebedarfs für die Warmwasserbereitung decken können.

Im Verlaufe der weiteren Entwicklung stellt die BBC 1976 eine Warmwasseranlage vor, die sich auch in ältere Einfamilienhäuser integrieren läßt. Weiterhin zielt man auf Anlagen zur Raumheizung und -kühlung ab, und zwar im Rahmen multivalenter Heizsysteme (d.h. im Zusammenbau mit konventionellen Heizanlagen). Das Okal-Haus des Typs 117-400, das hier als Beispiel dienen soll, wird entsprechend folgender Spezifikationen angeboten:

  • Wohnfläche 168,0 m2
    Fensterfläche 24,5 m2
    Jahres-Energiebedarf 24,0 MWh/a
    Kollektor-Anzahl 65 St.
    Kollektor-Fläche 71,0 m2
    Solarspeicher-Volumen 8,0 m3
    Wärmepumpen-Heizleistung 7,0 kW
    Wärmepumpen-Leistungsaufnahme 1,9 kW
    Erdwärmespeicher-Gesamtfläche 210,0 m2
    Ölkessel-Heizleistung 16,5 kW

Das erste Ökohaus Belgiens wird 1976 von dem Architekten und Visionär Luc Schuiten gebaut, es soll „das Überleben auch nach Ende des Öls und der Kohle ermöglichen“. Das Orejona Solar-Holzhaus steht in einem Waldstück in der Nähe von Brüssel.

Noch verhindern die hohen Preise dieser hochwertigen und ausgeklügelten Mehrkomponenten-Sonnenenergiesysteme eine breitere Anwendung. Während die kleinen und einfachen Systeme auf dem Markt schon gut ankommen, kann beispielsweise die Firma MBB von ihren hochgezüchteten Heliotherm-Anlagen im gesamten Jahr 1977 nur 25 Stück verkaufen!

Die Rentabilität steigt allerdings mit sich vergrößernder Wohnfläche, und im Jahre 1973 gelten 300 m2 Wohnfläche als Minimum. Zwischen 1974 und 1977 steigt die Zahl der (einfachen) Sonnenhäuser in den Vereinigten Staaten von nur 250 auf rund 10.000 Stück an, und die Hälfte der Bauherren wird dabei öffentlich unterstützt. Man hat das Ziel, diese Zahl bis 1985 auf 2,5 Mio. Häuser zu erhöhen. Inzwischen erprobt man den Einsatz von solaren Heiz- und Kühlsystemen auch in Hochhäusern, wie es in kleinerem Umfang auch schon in Jordanien und Kuwait der Fall ist.

In Deutschland wird ein Modellhaus in Walldorf bei Heidelberg errichtet, bei dem eine Reduzierung des jährlichen Heizölbedarfs um bis zu 75 % erreicht wird, sowie 1977 das Sonnenhaus der Stuttgarter Energieversorgung Schwaben AG (EVS) mit 1.100 m2 Wohnfläche, das 1980 schon über zwei Winter ohne zusätzlichen Energieeinsatz bewohnt wird. Das Haus besitzt einen großen Erd/Wasser-Speicher für die Wärmeenergie – ist als Einzelprodukt aber noch nicht rentabel. Preisvorteile würden sich erst bei einer Serienproduktion ergeben.

Herzog-Solarhaus

Herzog-Solarhaus

Der Architekt Thomas Herzog baut 1977 bis 1979 in Regensburg ein futuristisch wirkendes Solarhaus mit dreieckigem Querschnitt, das neben der passiven Ausnutzung auch thermische Kollektoren sowie Solarzellen von AEG einbindet. Das Haus ist energetisch fein abgestuft in Zonen eingeteilt: Energiesammelzone bzw. Gartenzone / Verteilerzone / Raumzone / Nebenraumzone. Die große Schräg-Verglasung im Süden zum Energiesammeln bildet gleichzeitig eine puffernde Übergangszone. Speichermasse speichert die gesammelte Wärme und gibt sie zeitverzögert wieder ab.

Der beheizte Wohnbereich liegt als kompakte Teilzone im Westen, und die Ost-, Nord- und Westfassaden sind stark gedämmt. Alle Räume sind zu öffnende Durchgangsräume, wodurch die Luft bei Bedarf zirkulieren kann. Der Überhitzungsschutz erfolgt durch Entlüftung – der Schnitt des Hauses folgt thermischen Bedingungen. Hinzu kommt der Sonnenschutz, der im Sommer das Umwandeln des Sonnenlichtes in Wärmeenergie verhindert.

In den 1970er Jahren führt die US Air Force Academy in Colorado Springs ein umfassendes Forschungsprojekt zur solaren Nachrüstung von Häusern durch, als Reaktion auf die damalige Energiekrise. Die Idee ist, die Energieeffizienz der über 150.000 Air Force-Häuser zu verbessern, Kosten zu senken und eine garantierte Energieversorgung für die Streitkräfte zu erreichen. Eine Reihe von Berichten ab 1976 beschreibt die Erfahrungen mit dem Modell-Solarhaus, bei dem solarbetriebene Klimatechnik und solare Warmwasserbereitung eingesetzt wird. 1980 besitzen die Forscher bereits detaillierte Untersuchungen über eine Reihe von Solartechnologien, Methoden zur Energieeinsparung, Dämmung, Wärmespeicher und Steuerungssysteme. Es werden eine Vielzahl von Empfehlungen für die Umstellung auf Solartechnik ausgesprochen, mehr passiert jedoch nicht.

1978 beginnt in Freiburg ein Parallelversuch mit einem gleichgearteten Experiment in Fort Collins/USA. Die Er­fahrungen an dem gemeinsamen Versuchsobjekt – es ist ein 12-Familien Haus – sollen dadurch auf unterschiedliche klimatische Verhältnisse hin extrapoliert werden. Die Sonnenenergie soll der Warmwasserbereitung und Teilraumbeheizung dienen, es werden zwei jeweils 30 m2 große Kollektorflächen eingesetzt.

Daß es selbst unter harten klimatischen Bedingungen möglich ist, Solarhäuser dauerhaft zu bewohnen, beweist der amerikanische Architekt Karel Green, dessen sein Haus am Polarkreis in Alaska steht. Abgesehen von einem nur gelegentlich benötigten elektrischen 1 kW Heizofen wird der gesamte Wärmebedarf seines Hauses alleine von der Sonne gedeckt. Green wird vom US-Energieministerium mit knapp 50.000 $ gefördert.

Auf dem MIT-Campus wird derweil das Solarhouse V errichtet, das der Fakultät für Architektur als experimentelles Studio und Unterrichtsraum dient. Im Gegensatz zu den ersten vier Solarhäusern hat es keine mechanischen Geräte wie Solarkollektoren, Pumpen oder Ventilatoren, statt dessen werden alle Elemente der Solaranlage direkt in das Baumaterial eingearbeitet.

Bereits 1979 nimmt die Freiburger Stadtbau GmbH das Solarhaus Freiburg als richtungweisendes Pilotprojekt zur Sonnenenergienutzung in Betrieb. Bei dem deutsch-amerikanischen Demonstrationsprojekt kommen solare Technologien erstmals in einem Mehrfamilienhaus zum Einsatz. Getestet werden unter anderem Vakuum-Röhrenkollektoren von Philips/Stiebel Eltron und den Corning Glass Works.

Solarhaus Freiburg

Solarhaus Freiburg

Nach 25 Jahren funktioniert die Solarwärmeanlage – bei ununterbrochenem Betrieb – noch immer einwandfrei, mit geringem Wartungsaufwand und hoher Ausbeute: Die Solarwärme hat in dieser Zeitspanne 65.000 Liter Heizöl eingespart. Nimmt man die Dämm-Maßnahmen hinzu, so hat das Solarhaus bis 2004, d.h. im Laufe seiner ersten 25 Betriebsjahre, insgesamt über eine viertel Million Liter Heizöl weniger verbraucht als vergleichbare, herkömmliche Gebäude aus dieser Zeit!

Zwischen 1979 und 1985 wird im Salzburger Alpenvorland in vier Bauabschnitten, die insgesamt 118 Wohneinheiten umfassen, die erste österreichische Thermosolaranlage im Mehrfamilienhausbau errichtet. Die Wohnanlage Neumarkt II wird im Volksmund seit ihrer Errichtung übrigens ‚Neu-Jerusalem’ bezeichnet (Dank an den Leser Alois G. Auinger für diese Information).

In den USA wird 1979 von Larry Hartweg und mit Unterstützung des Department of Energy (DOE) das Zero Energy Design entwickelt, ein holistischer Bauansatz für Solarhäuser, dessen erster, 460 m2 großer Prototyp sogar mit einem großen, innen liegenden und solarbeheizten Schwimmbecken ausgestattet ist.

Inzwischen gibt es eine allgemeine Aufschlüsselung, nach der zwischen vier Kategorien passiver Sonnenenergiesysteme unterschieden wird, welche teilweise oder auch gemeinsam bei Solarhäusern zur Anwendung gelangen. Dies sind:

  • die direkte Ausnutzung
    die thermische Speicherung
    die thermischen Pufferzonen
    die Thermo-Zirkulation

Die im allgemeinen bei Niedrigenergiehäusern umgesetzten Techniken lassen sich, der Gesellschaft für Rationelle Energieanwendung zufolge, so zusammenfassen:

  • Kompakte Gebäudeform
    Besonders hohe Wärmedämmung
    Hochgedämmte Fenster mit hoher Sonnenenergieaufnahme (passive Nutzung)
    Temporärer Wärmeschutz der Fenster zu Nachtzeiten (gedämmte, dichtschließende Läden)
    Minderung von Wärmebrückenverlusten durch sorgfältig ausgeführte Anschlußdetails
    Winddichte Gebäudehülle
    Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung
    Schnell regelbare, anpassungsfähige Heizsysteme mit hohem Wirkungsgrad
    Aktive Solarenergienutzung (Brauwasser/Heizungsvorlauf)
    Transluzente Wärmedämmstoffe im Außenwand- oder Dachbereich
    Erdkanäle zur Zufuhr von Frischluft bei tiefen Außentemperaturen
    Wärmepumpen (Erdreich/Grundwasser/Außenluft)

Im übrigen zeigte es sich oft als vorteilhaft, Flachdächer zu bauen, da hierdurch eine exakte Ausrichtung der Kollektoren vereinfacht wird.


Weiter mit Solarhäusern und solaren Bauelementen ab 1980...