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Solarhäuser und solare Bauelemente (2009 - 2010)

2009


Um der zunehmenden Fülle an Material besser Herr zu werden, möchte ich einige der Hauptthemen dieses Bereiches gleich zu Beginn jahreweise zusammenfassen, wie Solardachschindeln, PV-Fenster und -vorhänge, Solarfassaden u.ä. Anschließend folgt die chronologische Präsentation neuer Solarhäuser, Designs, Entwürfe und weiterer technischer Entwicklungen.

Ein paar Meldungen vorneweg:

Der Industrieausschuß des Europäischen Parlaments beschließt im Frühjahr, daß alle Gebäude, die nach dem 31. Dezember 2018 errichtet werden, ihren Energieverbrauch vor Ort erzeugen sollen. Bis Ende 2010 muß nun eine detaillierte gemeinsame europäische Definition der Netto-Null-Energie-Gebäude festgelegt werden. Damit haben Architekten, Baufirmen und die Industrie immerhin noch 10 Jahre Vorlauf. Ich hoffe, sie wissen dies zu nutzen.

In Australien wird damit begonnen, die Dächer von 2,2 Mio. Wohnhäusern zu isolieren – die Kosten trägt die Regierung.

Und das US Department of Energy (DOE) startet zur Jahresmitte ein 346 Mio. $ schweres Förderprogramm, um die Energieeffizienz von bestehenden und neuen Gebäuden zu steigern.

Beginnen wir die Jahresübersicht mit den Entwicklungen im Bereich der Solardachziegel.

Das US-Unternehmen SRS-Energy entwickelt in Zusammenarbeit mit dem Ziegelfabrikanten US Tile einen sehr ästhetischen solaren Dachziegel namens Solé Power Tile, der im April 2009 vorgestellt wird und im kommenden Jahr auf den Markt kommen soll. Die eingesetzte Triple Junction-Dünnschicht-Technologie von Uni Solar aus Michigan verspricht eine erhöhte Langlebigkeit der Solarzellen, bei einem Wirkungsgrad zwischen 8 und 10 %. Designer der gekrümmten BIPV-Dachziegel ist die Bresslergroup aus Philadelphia. Beim Update 2011 ist die SRS-Energy jedoch nicht mehr auffindbar, und auch US Tile hat die Solardachziegel aus seinem Angebotsmenü gestrichen.

Forscher des Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) hatten in den 1990er Jahren eine Technologie entwickelt, um Bildschirmoberflächen zu schützen (Barix-Sperrschicht). Später erwirbt die Firma Vitex Systems aus San Jose, Kalifornien, die Lizenz dafür von Battelle. 2009 fördert das DOE ein Entwicklungsprojekt von Vitex und Battelle mit 350.000 $, um die Technologie zur Herstellung von flexiblen Solarzellen zu implementieren, damit aus diesen PV-Dachschindeln gemacht werden können.

Der Chemiekonzern Dow Chemical präsentiert eine Powerhouse Solar Shingle, die bereits 2010 in den Vertrieb kommen soll. Die flachen Dünnschicht-Module aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) Zellen lassen sich in die Dachstruktur der in Amerika verbreiteten Asphalt-Schindeln integrieren, haben eine Effizienz von rund 10 % und sollen etwa 40 % weniger kosten als andere Module, die wie Dachziegel montiert werden können.

Zur Selbstinstallation geeignet sind die wabenförmigen 380 W SolarClover PV-Paneele der neu gegründeten Firma Armageddon Energy Inc. aus Menlo Park, Kalifornien, die ab 2011 im Angebot sein sollen. Die Paneele sind besonders leicht, da sie mit Teflon anstatt mit Glas verkleidet sind. Gute Presse hat das Unternehmen, Referenzen kann es bislang noch nicht vorweisen.

Die Swissmetal Design Solutions AG entwickelt in enger Zusammenarbeit mit dem Werkzeugmaschinenlabor WZL der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen einen ganz speziellen Dachziegel. Das Atmova-System funktioniert als Wärmetauscher und nimmt Energie aus der Sonneneinstrahlung, der Umgebungsluft, Wind und Regen auf. 2007 wird das Tochterunternehmen Atmova gegründet und das System erstmals vorgestellt.

Die Energie-Ziegel bestehen aus mehreren 2 mm starken, zusammengepreßten Blechen einer Kupferlegierung und werden auf dem Dach durch Kupferröhrchen miteinander zu einem Leitungssystem verbunden. Auf der Rückseite haben die Ziegel angeschweißte Wannen für das Wasser/Glycol-Gemisch, das die Wärmeenergie aufnimmt. Über eine Wärmepumpe landet die thermische Energie dann in einem Warmwasserspeicher, um für Heizwärme oder warmes Wasser genutzt zu werden. Im Sommer geht die gewonnene Wärme direkt in den Warmwasserspeicher, und überschüssige Energie kann bis zu drei Monate lang in einem Langzeitwärmespeicher zwischengelagert werden. Das System soll schon ab einer Außentemperatur von -20°C Wärmeenergie wirtschaftlich erzeugen, der Energieertrag liegt bei mehr als 500 W/m2.


Atmova
Solarschindeln

In einem Pilotprojekt wird nun das Dach des 500 Jahre alten, denkmalgeschützten ‚Haus der Umwelt’ in mitten in der Altstadt von Luzern mit den neuen Energieziegeln gedeckt, da sich deren Farbtons und Bauweise mit den strengen Denkmalschutzregeln vereinbaren läßt. Im Februar 2010 wird das neue Kombi-System offiziell in Betrieb genommen und läuft seither zur vollsten Zufriedenheit aller Beteiligte.

Nachdem Swissmetal jedoch einen hohen Jahresverlust macht, der teilweise den Mehrkosten bei Atmova zugeschrieben wird, und das Mutterunternehmen nicht über die nötigen finanziellen Ressourcen verfügt, um das System im großen Stil auf dem Markt zu etablieren, will es sich von Atmova trennen und sucht einen Käufer. 2011 ist die Atmova-Homepage jedenfalls nicht mehr erreichbar.

Ein Team MIT-Studenten stellen einen die Farbe wechselnden Dachziegel her, der dies in Abhängigkeit von der Temperatur tut – weiß bei heißem Wetter, und schwarz in der kalten Jahreszeit –, womit aus beiden Farben das Beste geholt wird. Weiße Oberflächen können bis zu 80 % des auf sie fallenden Sonnenlichts reflektieren, und die Kühlkosten dadurch um rund 20 % senken. Und ein dunkles Dach macht im Winter das Umgekehrte.

Die Thermeleon benannten Dachziegel, im Reim mit Chamäleon, verwenden kommerzielle und ziemlich billige Polymere und Lösungsmittel, die zwischen einer durchsichtigen Kunststoff-Deckschicht und einer schwarzen Trägerschicht verkapselt sind. Wenn es kalt ist, bleibt das Polymer in dem Lösungsmittel gelöst und läßt die schwarze Rückseite durchscheinen. Wird es dagegen heiß, dann kondensiert das Polymer zu einer weißen, wärmereflektierenden Oberfläche. Im Oktober erringt das Thermeleon-Team den ersten, mit 5.000 $ dotierten Platz beim Making and Designing Materials Engineering Contest des MIT.

Neben weiterem Arbeiten, um die Haltbarkeit der Dachziegel zu optimieren, wird auch eine mikroverkapselte Version der Polymer-Lösungsmittel-Mischung untersucht, die auf bestehende Dächer gestrichen oder gesprüht werden kann. Eine Homepage unter dem Namen Thermeleon gibt es jedenfalls schon, auf der das Team sein Interesse an potentiellen Investoren oder Lizenzpartnern bekundet.

Einen neuartigen Solar-Hybrid-Ziegel stellt die Schweizer Panotron AG aus Kirchberg vor. Das innovative Produkt, das gleichzeitig Strom und Wärme erzeugt, besteht aus zwei Teilen: Ein ‚Register’ welches unter den Ziegeln montiert wird, nutzt die Solarenergie zur Produktion von Warmwasser, während PV-Module auf den Ziegeln elektrische Energie produzieren. Vorteil des modular aufgebauten Panotron-Hybridsystems: Ein Dach kann neu eingedeckt werden, der Anschluß an die Heizanlage erst später erfolgen, und die Photovoltaik-Module lassen sich ebenfalls unabhängig nachrüsten.

Ab Juli 2009 beginnt ein etwa 100 m2 großes Prototyp-Testdach auf dem Gelände der Ziegelei Rapperswil-Bern Louis Gasser AG Erkenntnisse aus der Praxisanwendung zu liefern, und im Frühjahr 2010 soll die Serienproduktion beginnen. Tatsächlich startet die Auslieferung dann im Juli 2011, bei großer Nachfrage. Bei einer Anlagengröße von 3 kW kostet das einzelne kW exkl. MwSt. 7.500 CHF, bei größeren Anlagen reduziert sich der Preis.

Die CentroSolar AG aus Hamburg bietet Dachbahnen mit integrierten Dünnschichtmodulen namens Biosol TF Membrane mit einer Leistung von 53 W/m2 an, die man auf die Dachhaut kleben oder sie sogar ersetzen kann, sowie Dünnschichtmodule auf einem Edelstahlblech für unebene Flächen wie Trapezblechdächer namens Biosol TF Plate. Die Laminate bestehen aus amorphen Siliziumzellen (Triple-Junction-Technologie). 

Centrosolar Tiles

Centrosolar Tiles

Außerdem überarbeitet Centrosolar das Design des Solardachziegel S-Class Deluxe, der nun vollständig schwarz ist und wahlweise aus poly- oder monokristallinen Zellen besteht, mit 190 W bzw. 195 W Spitzenleistung. Beide Varianten sind mit Antireflexglas ausgestattet, das die Energieausbeute um bis zu 6 % steigert. Der Solardachziegel – eher ein Ziegelpaneel – ist 168 cm lang, 86 cm breit und wiegt 17,5 kg.

Nach den Solardachziegeln soll es nun mit Solarfenstern, Solarjalousien u.ä. weitergehen.

Stromproduzierende Fenster habe ich ja schon verschiedentlich vorstellen können – als Beispiel verweise ich hier auf die PV-Fenster der Firma Rainbow Solar Inc. (RSi), die ich in dem Kapitel über photovoltaische Umsetzungen 2009/2010 beschrieben habe. Signifikante Energieeinsparungen lassen sich aber auch noch auf andere Weise erzielen – zum Beispiel durch sich selbständig verdunkelnde Fenster.

Unter dem Namen SmarterShade bietet die Firma Lono LLC aus South Bend, Indiana, eine neu entwickelte eingerahmte Scheibe an, die in bestehende Fenster oder Rahmen eingepaßt werden kann und für kühle Innenräume sorgt, indem sich das solarbetriebene Fenster von selbst abdunkelt, wenn sich der Raum zu sehr aufheizt. Alternativ läßt sich der Verdunklungsgrad des Fensters per Fernsteuerung bedienen. Das verwendete Material ist ein halbflüssiger, kratzfester Kunststoff.

Lono wird 2007 als Start-up-Unternehmen von Studenten der University of Notre Dame gegründet. Das Team hatte beim McCloskey Business Plan Wettbewerb die höchste Auszeichnung gewonnen. Von der National Collegiate Innovators and Inventors Alliance gibt es einen finanziellen Zuschuß.

Eine weitere hell/dunkel-Lösung stammt von der Firma Research Frontiers Inc. aus New York, die im Mai ein Smart Glass vorstellt, das die Stärke des einfallenden Lichts durch die Fenster regulieren kann. Grundlage ist eine patentierte Dünnfilm-Technologie namens Suspended Particle Devices (SPD), die eine sehr genaue Justierung des Transparenzgrades erlaubt. Dies geschieht durch mikroskopisch kleine Partikel, die sich in Reaktion auf eine bestimmte elektrische Spannung ausrichten und das Licht absorbieren bzw. passieren lassen. Das Smart Glass kann ebenso verwendet werden, um die Innentemperatur zu steuern. In heißen Klimazonen wird die Transparenz so verändert, daß zwar genug Licht hindurchkommt, die Wärme in den Räumen aber nicht ansteigt.

Das schaltbare System besteht aus einer ungiftigen Folie zwischen zwei Glasscheiben. Je höher der angelegte Strom ist, desto ‚ordentlicher’ werden die Teilchen angeordnet – und desto mehr Licht lassen sie durch. Wird der Strom abgeschaltet ist, zerstreuen sich Teilchen wieder und verhindern jeden weiteren Lichteintrag. Zum Betrieb reicht eine maximale Leistung von 0,05 W/m2. Die Technologie ist sehr erfolgreich und wird in den Folgejahren in vielen Bereichen eingesetzt, vom Auto-Glasdach beim Mercedes SLK, über Hubschrauber- und Flugzeugfenster bis hin zu BIPV-Installationen.

Eine Neugründung, die sich ebenfalls mit dimmbaren Fenstern beschäftigt, ist die Firma Soladigm aus dem kalifornischen Milpitas. Das energieeffiziente Dynamic Glass des Unternehmens zieht Investoren an, und in zwei Finanzierungsrunden Anfang und Mitte des Jahres erhält Soladigm an die 35 Mio. $ von Khosla Ventures und Sigma Partners. Detaillierte technische Informationen werden bislang zurückgehalten, doch Fachleute gehen davon aus, daß eine elektrochromatische Technologie genutzt wird.

Während diese mittels einer in das Glas eingebetteten Flüssigkristall-Schicht funktioniert, die sich verdunkelt, wenn Strom angelegt wird, funktionieren gaschromatische Technologien mittels einer Injektion von Wasserstoffgas zwischen entsprechend präparierte Fensterscheiben. Über diese Methode habe ich bereits im vorangegangenen Kapitelteil berichtet – in diesem Jahr 2009 scheint es auch keinerlei Neuigkeiten darüber zu geben.

20 Mio. $ Investitionsmittel erhält der Mitbewerber Sage Electrochromics aus Faribault, Minnesota, der mit seinen abdunkelbaren Fenstern bereits auf dem US-Markt präsent ist – während das DOE die in Littleton, Colorado, beheimatete ITN Energy mit 4,9 Mio. $ finanziert, um eine roll-to-roll Fertigungstechnik zur Herstellung preisgünstiger elektrochromatischer Fenster zu entwickeln.

In Deutschland verkauft die bereits 2006 gegründete Firma EControl-Glas GmbH & Co. KG aus Plauen elektrochromatische Produkte. Und ab 2007 sollten eigentlich auch die LumiWall Fenster von Sharp auf den Markt kommen – von denen inzwischen jedoch nichts mehr zu hören ist.

Blight Solarjalousie

Blight

Der Designstudent der University of Western Sydney, Damian Savio aus Longueville, hatte seine Abschlußarbeit namens Lightway schon im März 2008 präsentiert - ein System, bei dem kippbare Polycarbonat-Blenden tagsüber Licht hineinlassen, während sie bei Dunkelheit selbst Licht spenden können. Ich habe darüber bereits im Kapitel über OLEDs berichtet, da Savio diese Leuchtflächen mit transparenten Solarzellen kombiniert hat. Die Batterie, welche die während des Tages absorbierte Sonnenenergie speichert, ist in den Fensterrahmen versteckt, und rund vier Stunden direkte Sonneneinstrahlung reichen aus, die Solarjalousie mit der Stärke einer 60 W Glühbirne 6 Stunden lang leuchten zu lassen.

Bei der Greener Gadgets Design Competition 2009 scheint ihn Vincent Gerken mit seiner Solarjalousie Blight (auch: B-Light) nun nachzuahmen, denn auch hier speichern die flexiblen Solarzellen der Lamellen während des Tages Sonnenenergie, mit welcher die Innenräume nachts beleuchtet werden können. Anstatt OLEDs soll dabei allerdings eine Elektrolumineszenz-Folie zum Einsatz kommen. Der Name ist eine Kombination der englischen Wörter blind und light – und im Vorjahr bildete das Konzept den Beitrag von Vincent Gerken, Lise Capet und Judicael Cornu beim Feel the Planet Earth Wettbewerb 2008. Es ist daher schwer festzustellen, wer der eigentliche Urheber dieser Idee ist.

Die genutzten transparenten, organischen Solarzellen sind übrigens ein relatives neues Produkt der US-Firma Konakra aus Lowell, Massachusetts, die im Mai eine Vereinbarung mit der Arch Aluminum & Glass abschließt, um die neuen Solarzellen in Baustoffen, einschließlich Fenstern, zu verwenden. Die Prototypen bestehen aus Fenstern, bei denen die Solarzellen zwischen zwei Glasscheiben eingebaut sind. Die Zellen aus flexiblem Kunststoff können in verschiedene Farben eingefärbt werden und erreichen einen Wirkungsgrad von 6 % – bislang allerdings nur im Labor.

Im November werden als Curtain Wall Pilotprojekt insgesamt 1,5 kW Solarmodule an einem Bürogebäude in Tamarac, Florida, als Vorhangfassade (o. Vorhangwand) installiert.

Ventro Ventilato Fesnster

Ventro Ventilato

Auch zwei weitere Konzepte aus diesem Jahr verdienen es noch erwähnt zu werden. Zum einen das System der italienischen Firma Ventro Ventilato aus Cesena, bei dem die Fenster Innenräume wunschgemäß erwärmen oder kühlen. Hier wird ein kleiner, mit einem Sensor ausgestatteter Lüfter eingesetzt, der im Winter die zwischen der Glasschicht des Fensters und einem vorgesetzten, halbtransparenten Rollo frisch erwärmte Luft in die Innenräume bläst – während er im Sommer die erhitzte Luft in entgegengesetzter Richtung nach außen ableitet.

Etwas komplizierter ist der Entwurf des Designers Minjoo Kwon: Hier saugt der über der Solarjalousie montierte Lüfter Innenluft an, die mittels Solarstrom aus den PV-Zellen der dicken Lamellen je nach Bedarf gekühlt bzw. erwärmt wird. Abgegeben wird die Luft dann über Auslaßöffnungen an den Vorderseiten der Lamellen, die über einen serpentinenförmigen Luftschlauch alle miteinander verbunden sind. Zusätzliche Energie soll nicht benötigt werden, um auch bei geschlossenem Fenster eine kühle bzw. warme Brise zu simulieren.

Nach den Solarfenstern nun ein Blick auf den Bereich der Solarfassaden.

Im Januar wird gemeldet, daß Architekturfirma Solomon Cordwell Buenz (SCB) aus Chicago den Solar Wall Wettbewerb des US Department of Energy gewonnen hat. Der Siegerentwurf ist eine 32.000 m2 große Solarfassade, welche die Südseite der Zentrale des DOE in Washington DC beschatten wird.

DOE Solarfassade Design

DOE Solarfassade
(Design)

Als gegenwärtig größte gebäudeintegrierte Solarstromanlage auf einem US-Bundesgebäude, würde die Sonnenwand nach Inbetriebnahme 200 kW Strom erzeugen. Das SCB-Design enthält zusätzlich zu den PV-Paneelen auch eine Solarthermieanlage für Warmwasser. Die Kosten des Projekts werden noch nicht genannt, ebensowenig konkrete Termine.

Die in der letztjährigen Übersicht beschriebenen Fassaden-Solarzellen der Firma SMIT, die wie künstlicher Efeu aussehen, sind ein Element des siegreichen Wettbewerbbeitrags der internationalen Design-Firma Leeser Architecture für ein Fünf-Sterne-Luxushotel in der Zayed-Bucht in Abu Dhabi (auch wenn man auf den Grafiken davon noch nichts sieht). Das Helix Hotel besteht aus gestaffelten Bodenplatten, die aussehen, als würden sie über dem Wasser schweben. Es wird 208 Zimmer und Suiten bieten, die um die schneckenförmigen Etagen angeordnet sind, deren Maße je nach Höhe variieren.

Die Außenfläche soll zum Teil mit dem GROW Solar-Efeu aus recycelbarem Polyethylen verkleidet werden, der Strom sowohl aus Sonne als auch aus Wind erzeugen kann. Eine Fläche von rund 2,5 m2 der Minipaneele soll bis zu 85 W bringen – ihr Design stammt übrigens von dem Geschwisterpaar Teresita und Samuel Cochran.

Sicherlich wird das neue Hotel gut zu der direkt nebenan sich ebenfalls im Bau befindlichen Sheikh Zayed-Brücke der Designerin Zaha Hadid passen.

Das Konzept von noch weitaus phantasievolleren Fassadenelementen zur Stromerzeugung stammt von einem Team des kalifornischen Studio Formwork. Solar-Skin ist ein leichtes und selbsttragendes System aus aufblasbaren Solar-Komponenten, die zusammengekoppelt werden können, um auch ineffizienten Altbauten zu ermöglichen, Solarstrom zu erzeugen.

Solar-Skin

Solar-Skin (Design)

Der aufblasbaren Einheiten der temporären Haut messen jeweils 120 cm in der Länge und 75 cm in der Breite und bestehen aus einem weißen Schaumstoff-Geflecht, in das parabolische Polymer-Reflektoren und Dünnschicht-Solarzellen eingelassen sind.

Eine einfachere Technologie, die zunehmend Interesse findet, sind belüftete Doppelhaut-Fassaden. Diese bestehen aus inneren und äußeren Glaswänden mit einem dünnen Hohlraum dazwischen. Dieser bietet eine Isolierung, und Wärme, die in dem Hohlraum aufgenommen wird, kann verwendet werden, um kühlere Bereiche eines Gebäudes warm zu machen.

Bevor wir nun zu den Solarhäusern im weitesten Sinne kommen, soll noch ein Thema erwähnt werden, das in diesem Jahr mehrfach in der Presse erscheint – unter dem Begriff Cool Roof. Möglicherweise beginnt es mit einem Bericht des Lawrence Berkeley National Laboratory, dem zufolge Emissionseinsparungen, die der Stilllegung sämtlicher Autos der Welt für rund elf Jahre entsprächen, erreichbar sind, wenn alle städtischen Dächer in den gemäßigten und tropischen Klimazonen weiß gestrichen und alle Straßen einheitlich in Betontönen statt in Schwarz gehalten werden würden.

Der Ideengeber seit den 1980er Jahren ist Art Rosenfeld, der 2005 auch die treibende Kraft hinter der Verschärfung der kalifornischen Bauvorschriften ist, die seitdem vorsehen, daß Flachdächer auf Geschäftsgebäuden weiß sein müssen. Firmen wie Energy Seal Coatings ausWoodstock, Georgia, arbeiten schon seit Mitte der 1990er an hochreflektiven und resistenten Beschichtungen für Flachdächer.

Fakt ist, daß nun sogar der US-Energieministers und Physik-Nobelpreisträger Steven Chu beim Klimawandel-Symposium in London empfiehlt: „Streichen Sie die Dächer weiß, lackieren Sie Autos in hellen Farben und lassen Sie sie auf hellen Straßen rollen.

Auch die nun folgenden Solarhäuser möchte ich etwas strukturierter präsentieren, zum einen nach Größe, und zum anderen danach, ob es sich um geplante oder bereits umgesetzte Bauten handelt. Beginnen werde ich mit den Designs.

Zu den unkonventionellsten Vorschlägen gehört wohl das Menir House des Designers Andreas Angelidakis aus Athen. Das wie ein Fels geformte mobile Konzepthaus besteht aus einer vakuumgeformten Polyurethanschale mit Doppelwandung, die mit Meerwasser gefüllt wird – als Ballast und Isolation zugleich. Auf dem Dach befindet sich ein Photovoltaik-Sonnenschirm, der sich auch zu einer Windkraftanlage auffalten kann, um den Energiebedarf des Objekts zu decken. Unter dem Namen BouwRock erweitert Angelidakis das Konzept zu einer ganzen ‚Fels-Siedlung’.

Stärker abstrahiert, aber noch immer recht grob, wirken die Entwürfe der Designer Paula Nogueron und Alberto Lara, die mit ihrem Konzept ADEX völlig autarke und recyclebare Wohneinheiten vorstellen. Die vorgefertigten Module sollen sich und ihre Bewohner „wie Parasiten von den natürlichen Quellen ernähren, die sie umgeben.“ Was zwar nicht schön klingt, die Sache aber ziemlich genau auf den Kopf trifft.

ADEX Design

ADEX (Design)

Die Einheiten werden aus dreieckigen Modulen zusammengebaut, von denen einige auch mit Photovoltaik-Zellen oder Solarkollektoren ausgestattet sind. Die Konstruktionsweise erlaubt eine größere Anpassungsfähigkeit, ihre technische Ausstattung eine größere Autarkie. Die organischen Abfälle der Bewohner werden verwendet, um Erdgas und natürlichen Dünger zu generieren, welche wiederum von den Menschen im Inneren genutzt werden.

Ebenfalls aus Drei- und Sechsecken besteht das Design einer umweltfreundlichen, selbständig Strom produzierenden und auch Regenwasser sammelnden Wohnstruktur mit dem Namen Pod #001. Sie läßt sich modular mit anderen Wohnungen verbinden und stammt von dem Desingteam Learning Site, das 2004 von Rikke Luther (Kopenhagen/Berlin) und Cecilia Wendt (Malmö) gegründet wurde.

Die Basis der Konstruktion ist aus Birkensperrholz, das Dach, die Türen und Fenster aus transparentem Polycarbonat. Das leicht nach innen geneigte Dach leitet Regenwasser in einen angeschlossenen Behälter, von dem aus Wasser zu anderen Tanks mit Pflanzen geführt wird. Und das vordere Fenster erzeugt durch integrierte, runde monokristalline Silizium-Solarzellen auch Strom.

Als solarbetriebene, vorgefertigte, mobile Wohneinheit wird das Konzept BLOOM der Designerin Olga Kalugina bezeichnet, das auch fernab jeglicher Zivilisation ein gutes Leben ermöglichen soll – durch die Nutzung erneuerbarer Energieträger. Das autarke Modul arbeitet unabhängig und nutzt Sonnenenergie für Wärme und Strom.

BLOOM Design

BLOOM (Design)

Die Seitenteile des autarken Moduls sind so konzipiert, daß sie zum einfacheren Transport quasi eingefaltet werden können. Bei Erreichen seines Ziels kann es von der Mitte nach außen entfaltet werden, wodurch sich der Innenraum deutlich erhöht. Das BLOOM-Modul verfügt über alle benötigte Ausrüstungen, um einen einwöchigen Outdoor-Urlaub für sechs Personen sicherzustellen. Wenn mehr Platz benötigt wird ist es auch möglich, die Module miteinander zu verbinden Die Dachfläche besteht fast vollständig aus Solarzellen, deren Energie in Batterien gespeichert wird. Die Designerin glaubt, daß die mobilen Wohnmodule via Luft-, Land- oder Seeweg an jeden beliebigen Ort transportiert werden können.

Zwei weitere Entwürfe betonen ihre Mobilität noch stärker – unter anderem durch ein aerodynamisches Aussehen.

Vom Büro Nice Architects aus der Slowakei stammt der etwas befremdlich wirkende Wohnwagen, der als Öko-Kapsel aus umweltfreundlichen Materialien in Bezug auf Energie, Wasser und Abfall autark sein soll. Bei der Rolling Stones Capsule handelt sich um einen Beitrag zu dem ‚Small is Beautiful’-Wettbewerb der Andes Sprouts Society. Inspiriert wurde sie durch die bunten Wagen der Sinti und Roma, die sowohl zum Wohnen als auch als Kulissen für Unterhaltungsdarbietungen dienen.

Rolling Stones Capsule Design

Rolling Stones Capsule
(Design)

Die reflektierende Oberfläche besteht aus Fliesen aus recyceltem Aluminium, der Rest der Struktur ist weitgehend aus Holz und Spanplatten gebaut. Mit einer Nutzfläche von 25 m2 ist das Konstrukt für 2 Personen ausgelegt, obwohl auch 6 Personen Platz hätten, wenn nötig. Ein Reservoir auf der Oberseite der Kapsel wird verwendet, um Regenwasser zu sammeln, während unten am Boden zwei Reservoirs für sauberes bzw. graues Wasser angebracht sind, das für die Toilettenspülung verwendet werden kann. Zur Energieversorgung dient entweder eine Solar- oder Windkraftanlage, die ebenfalls auf der Oberseite angebracht ist.

Etwas realistischer sieht da schon die mobile Lounge MercuryHouseOne des italienischen Büros Architecture and Vision aus, die im September auf der 53. Biennale in Venedig Premiere feiert. Von PV-Paneelen in der Decke mit Strom versorgt und mit den neuesten Beleuchtungs-, Video- und Sound-Technologien ausgestattet, soll die kurvenreiche Kapsel ein einzigartiges Erlebnis bieten – egal ob in der Natur oder inmitten des Herzens einer pulsierenden Stadt. Die gläserne Front klappt nach oben, eine anschließbare Rampe dient als Zutritt.

Das MercuryHouseOne ist etwa 9 m lang und 4,5 m breit, und seine äußere Hülle ist eine doppelte geschwungene Form aus ultraleichten Stücken aus weißem Carrara-Marmor, mit Chrom-Verbindungen und großen Acryl-Fenstern. Das Äußere wird in der Nacht beleuchtet, um besondere Aufmerksamkeit für Abendveranstaltungen zu gewinnen, während der Innenraum in einer Vielzahl von Konfigurationen eingerichtet werden kann.

Die Inspiration für dieses Design, an dem Arturo Vittori und Andreas Vogler von Architecture and Vision, der Projektleiter Nicola Minardi, der Ingenieur Orlando Pandolfi und die italienische Firma GVM von Gualtiero Vanelli in Carrara beteiligt sind, stammt diesmal „von der Schönheit und Perfektion eines Wassertropfens.“ Die Architekturvisionäre entwerfen übrigens auch eine ‚Mond-Hauptstadt’ – aber das ist eine andere Geschichte, die auch an einer anderen Stelle erzählt werden sollte.

Homestead House Design

Homestead House
(Design)

Der schon fast chronische Architekt und Designer Michael Jantzen darf natürlich auch in diesem Jahr nicht fehlen. Neben einer Konstruktion namens Revolutionarium, die aus vorfabrizierten, beschattenden Wandsegmenten wie Kuchenstücken besteht, welche um eine zentrale Achse geführt werden, die gleichzeitig auch noch einen Windkraftanlage trägt (und hübscher heißt als aussieht), stellt er den Entwurf eines Sun Rays Pavillon vor, der wie ein Haufen schräg in den Boden gerammter Vierkanthölzer mit PV-Panelen als Abschlüssen wirkt, sowie ein Solar Winds Coffee House, das wiederum Ähnlichkeit mit einer gelandeten Flugscheibe hat, aus der hinten schattenspendende, breite Bänder herauswehen, die wellenförmig eingefroren sind. Natürlich auch hier wieder: ein Senkrechtachser auf dem Dach, und irgendwo Solaranlagen. Das muß man wirklich nicht alles abbilden – wer neugierig ist, findet bei einer Stichwortsuche ausreichend Fotos.

Etwas sachlicher sind jene Konzepte, in denen Jantzen an seine frühere Arbeiten anknöpft, als er noch landwirtschaftliche Bauelemente wie Silos und Wellbleche genutzt hat. 2009 präsentiert er unter anderem das Konzept eines Homestead House aus recyceltem Stahl, das er im Rahmen seines Eco Shell Multi-Use Building Systems entwickelt.

Da an vielen denkmalgeschützten Orten und in den Nationalparks Großbritanniens enge Grenzen dafür gesetzt werden, was und wo dauerhaft gebaut wird, läßt sich der Designer Philip Crewe mit seinem Rural Space etwas einfallen, das auch an solchen Plätzen eine temporäre Wohnfläche bietet - mit deutlich mehr Komfort als ein Standard-Zelt oder die Jugendherberge. Von einem kleinen Windrad auf dem Dach und rundum aufklappbaren Solarpaneelen sowie Solarkollektoren angetrieben, soll das temporäre Ferienhaus die Menschen näher an die Natur bringen. Deshalb ist es so ausgelegt, daß sich Wände und Fenster öffnen lassen. Das Gebäude kann leicht demontiert und an einem neuen Standort errichtet oder eingelagert werden, zum leichten Transport kann es auf einen LKW geladen werden.

House Arc Design

House Arc (Design)

Der Architekt Joseph Bellomo aus Palo Alto entwickelt wiederum ein modulares Bauwerk namens House Arc, das noch in diesem Jahr auf Hawaii errichtet werden soll. Das kurvenreiche, schlichte Design hat einen Stahlrohr-Rahmen, ist auf Betonpfeilern aufgeständert und von einem transparenten Polycarbonat-Kunststoff ummantelt. Ein zweites Dach beschattet – und produziert Strom, da es mit einer Photovoltaik-Folie beschichtet ist.

Auch diese energetisch autonome Unterkunft ist aufgrund ihrer leichten und modularen Bogenkomponenten einfach und billig zu transportieren. Bellomo schätzt, daß sich ein Fertighaus mit etwa 75 m2 Nutzfläche für 100.000 $ herstellen ließe. Das Design erlaubt einfache und schnelle Ergänzungen oder Erweiterungen des Hauses. Tatsächlich stellt Bellomo Anfang 2010 ein erstes Modul mit einer Nutzfläche von knapp 14 m2 vor, das im montierten Zustand 1.360 kg wiegt.

Das Urban Bamboo Utopia (UBU) Haus des ungarischen Designers Dvorcsák Szabolcs sieht aus wie ein Pavillon – und ist ebenfalls mit Windrädern sowie einem Dach ausgestattet, das zu 95 % aus Solarzellen besteht. Im Falle eines Sturmes können die Rotoren leicht abmontiert werden.

Das autarke Hauskonzept umfaßt die Nutzung umweltfreundlicher, recycelter und nachhaltiger Materialien wie Altreifen und Bambus. Regenwasser wird zur Wiederverwendung in unterirdischen Tanks gespeichert. Das gesamte Gebäude steht auf acht pneumatisch steuerbaren Luftkissen, die auch auf unebenem Boden eine stabile Lage bieten – und erlauben, das Haus auch auf dem Wasser zu nutzen. Die Wände können entfernt und neu positioniert werden, um die Form und Größe des Hauses je nach Bedarf zu ändern.

Instant House Design

Instant House
(Design)

Nicht ganz so ‚ökologisch korrekt’ wirkt Hugon Kowalskis Entwurf aus dem polnischen Architekturbüro H3AR. Bei einem studentischen Wettbewerb in Milano beteiligt er sich mit einem Instant House – das aus Betonröhren besteht, und wie eine Boje auf dem Trockenen aussieht. Allerdings handelt es sich um sogenannten Styropor-Beton, der sowohl die Akustik als auch die Dämmung verbessert und zwölf Mal leichter ist als normaler Beton.

Von Außen soll die im obersten Stockwerk verglaste Wohnröhre für jüngere Menschen (es gibt keine Treppen im Inneren, nur Wandleitern) mit Titandioxid beschichtet werden, um photokatalytisch die Luftverschmutzung zu reduzieren.

Bis zum Solarpaneel auf dem Dach sind es knapp 12 m – die Bewohner haben also auch eine recht gute Aussicht. Der Entwickler rechnet damit, daß es im Jahr 2014 möglich sein wird, den Beton mit Reisschalen herzustellen, was die Kohlendioxid-Emissionen während der Produktion stark reduzieren soll.

Ein wenig familiengerechter erscheint demgegenüber der ebenfalls interessante Entwurf eines ECO Building, das der Designer Igor Davydov aus Sankt Petersburg konzipiert hat. Das aufgeständerte, mehrstöckige Glashaus braucht eine Standfläche von nur 3 x 3 m und nutzt Sonnen- und Windenergie. Mehr ist darüber leider nicht zu erfahren.

Doch kommen wir nun zu einigen besonders interessanten passiven und/oder aktiven Solarhäusern, die in diesem Jahr tatsächlich realisiert werden – und bei denen der Begriff Haus auch noch zutreffend ist.

Am meisten beeindruckt hat mich ein Bau in Suffolk, England, der von dem Londoner Architekturbüro dRMM stammt und auf den ersten Blickt wie ein traditionelles Farmhaus aussieht.

Sliding House geschlossen

Sliding House

Allerdings verfügt es über eine 28 m lange und 50 Tonnen schwere gleitende Struktur, die das Haupthaus, ein Nebengebäude für Gäste, eine Garage sowie ein Gewächshaus je nach Bedürfnis oder Klimageschehen ganz oder teilweise abdecken kann. Die Gesamtstrecke eines Wechsels zurückzulegen dauert 6 Minuten, und erfolgt mittels kleinen Rädern, die auf alten Eisenbahnschienen laufen und von vier Motoren betrieben werden. Diese beziehen ihre Energie aus vier 12 V Batterien, die wiederum von PV-Paneelen nachgeladen werden.

Das Projekt The Industrial and the Picturesque (auch: Sliding House) wurde entwickelt, um von dem Kunden, dem unternehmungslustigen Mathematiker und Motorradfahrer Ross Russell und seiner Lebensgefährtin Sally Morris selbst ausgearbeitet und gebaut zu werden. Was dieser mit großem Erfolg auch tut.

Sliding House offen

Sliding House

Den größten Unterschied sieht man, wenn plötzlich das Gewächshaus erscheint, wie man auf den beiden Fotos sehen kann. Durch die passive Beheizung bzw. Kühlen wird viel Energie eingespart. Nebenan wird auch noch ein kleines Windrad aufgestellt. Im Gegensatz zu vielen anderen Projekten ist dieses ausgezeichnet dokumentiert und deshalb hier auch verlinkt.

Weitere Solarhäuser, die es in die Presse und die Blogs schaffen, sind das Kangaroo Valley House von Tom White and Alexander Michael (Australien), das InVision Zero von Dow Chemical (USA), das Active House in Lystrup (Dänemark), die Villa Akarp der Bauingenieurin Karin Adalberth (Schweden), das MkLotus der Architektin Michelle Kaufmann (USA), das Aktivsolarhaus in Kärnten, das im Auftrag der Fa. Sonnenkraft entwickelt wurde (Österreich), das Truro Beach House bei Cape Cod (USA), das Model Home 2020 der Velux Group (Dänemark), das Öko/Domhaus des serbischen Architekten und Erfinders Milenko Milenkovic in Boljevci (Serbien), die Yannell Residence in Chicago (USA), des erste zertifizierte Passivhaus des Landes in Bessancourt (Frankreich), sowie das Green Tomorrow Haus in Yongin, das von der Firma Samsung entwickelt wurde (China).

In Deutschland wird im September 2009 in Regensburg ein Haus der Zukunft eingeweiht, das Gemeinschaftsprojekt der Sonnenkraft GmbH, der Fabi Architekten Regensburg, des Fraunhofer Instituts für solare Energiesysteme in Freiburg sowie der Hochschule Regensburg. Bei dem Konzept handelt sich um ein Einfamilienhaus mit einer Wohnfläche von 175 m2, bei dem bereits heute die für 2020 zu erwartenden Baustandards erfüllt werden. Das Design ist wohl Geschmacksache.

Das Plusenergiehaus soll nun einige Zeit als Demonstration- und Schulungsobjekt genutzt werden, wobei die Nutzung und deren Ergebnisse zwei Jahre lang dokumentiert werden. Die Ansprüche muten allerdings etwas seltsam an: „Ziel des Projektes ist es, zu zeigen, daß ein erschwingliches Haus mit wenig Energieverbrauch, einem solaren Heizsystem und attraktiver Architektur mit derzeit verfügbaren Produkten zu realisieren ist.“ Als ob man gerade das Ei neu erfunden hätte.

Solarhaus Kappelrodeck

Solarhaus Kappelrodeck

Schließlich war zwei Monate zuvor das 100%-Solarhaus von Doris Hittler und Harald Schelske in Kappelrodeck mit der Freiburger Effizienzhaus-Plakette ausgezeichnet worden – als einer von sechs Siegern unter 600 teilnehmenden Häusern! Und dieses ausschließlich solar beheizte Haus hatte schon im Jahr 2006 den Deutschen Solarpreis gewonnen. Das Einfamilienhaus mit einer Wohnfläche von 147 m2 wird durch 112 m2 Solarkollektoren beheizt - nicht einmal ein kleiner Holzofen zur Zuheizung ist nötig.

Auch ästhetisch sind andere schon sehr viel weiter. Wie im Fall der eleganten, modernen Residenz des japanischen Architekturbüros Suppose Design Office. Das solare Passivhaus steht an einem Hang in Otake, in der westlichen Region von Hiroshima und zeigt, wie energieeffizientes Bauen die optimale Nutzung der verfügbaren Sonneneinstrahlung und der natürliche Belüftung erlaubt. Fertiggestellt wird das Otake Haus im Dezember 2007, doch bis man im Westen davon erfährt, dauert es halt etwas.

Ebenso schnittig ist das Design von Daniel Libeskind, der im September 2009 damit den Prototyp seines Hauses der Zukunft vorstellt. Die in Zusammenarbeit mit GMBH entwickelte Villa ist größtenteils aus Holz gebaut und mit einer Zink-Fassade umhüllt, die für den einzigartigen Look sorgt. Für Wärme, Strom und Warmwasser werden erneuerbare Energien genutzt.

Villa von Libeskind

Villa von Libeskind

Die Standardkonfiguration beinhaltet eine thermische Solaranlage, die unsichtbar in der glänzenden Fassade integriert ist sowie eine Erdwärmepumpe, die für die Beheizung sorgt. Strom soll durch ebenfalls integrierte PV-Dünnschichtzellen erzeugt werden, und das Regenwasser wird für den Einsatz im Garten gesammelt.

An dieser Stelle sei auch ein kurzer Blick auf die Ergebnisse des vierten Solar Decathlon Wettbewerbs 2009 in den USA geworfen. Gleich vorneweg das Siegertreppchen:

  • 1. Platz: Technische Universität Darmstadt
  • 2. Platz: University of Illinois
  • 3. Platz: Team California

Wie man sieht, gelingt es dem Team der TU Darmstadt seinen Siegertitel von 2007 erfolgreich zu verteidigen – selbstverständlich mit einem neuen Konzept, das diesmal zweistöckig ist. Das Projekt wird von der Forschungsinitiative ‚Zukunft Bau’ des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung unterstützt, und gekostet hat es zwischen 650.000 $ und 850.000 $ - genauere Zahlen sind nicht zu erfahren.

Der monolithisch wirkende Bau namens SD09-Haus charakterisiert sich durch ein Einraumkonzept, das eine großzügige Raumgestaltung auf relativ kleiner Grundfläche ermöglicht, hochdämmende Außenwände mit Vakuum-Isolationspaneelen, eine geregelte Lüftung mit Wärmerückgewinnung, eine zusätzliche Wärmepumpe für Warmwasser und Heizung, sowie Photovoltaikpaneele an der gesamten Außenhülle. 40 Paneele mit monokristallinen Solarzellen auf dem Dach sowie 250 CIGS-Dünnschicht-Module an der Fassade erwirtschaften zusammen 11,1 kW, und damit etwa das Doppelte des Eigenbedarfs.

Ich möchte allerdings empfehlen, sich auch einmal die anderen Beiträge der Universitäts-Teams anzuschauen, denn da sind wirklich noch ein paar innovative Schmuckstücke dabei – z.B. das clevere Silo House der Cornell University, das Lumenhaus der Virginia Tech mit verschiebbaren Solarfassaden, oder das B&W House der Universität Madrid, dessen zentral aufgeständertes und 2 Tonnen schweres Solardach sich zwar nicht drehen, durch gesteuertes Neigen aber trotzdem dem Sonnenstand folgen kann, zumindest teilweise.

Zu den etwas größeren Solargebäuden, die in diesem Jahr tatsächlich in Betrieb genommen werden, gehört das Zero-Energy Building (ZEB) in Singapur. Es sei das erste Südostasiens überhaupt, wie die verantwortliche Building and Construction Authority (BCA) betont: Das Zero-Energy Office (ZEO) des malaysischen Energy Centre in Bandar Baru Bangi, Selangor, das im Oktober 2007 eröffnet wurde, sei bislang noch nicht in der Lage gewesen seinen eigenen Energieverbrauch zu decken – und damit nun überholt worden.

ZEB in Singapur

ZEB in Singapur

Es wird erwartet, daß das ZEB, ein grundsaniertes, dreistöckiges Schulgebäude, das mit einer Reihe grüner Technologie ausgestattet wird, dadurch etwa 40 – 50 % energieeffizienter wird, als ein vergleichbares Bauwerk.

Das Gebäude mit einer Nutzfläche von 4.500 m2 erzeugt seinen eigenen Strom durch 1.540 m2 Photovoltaik-Module, die auf dem Dach und an den Fassaden installiert sind. Zusätzlich gibt es verschiedene passive Kühlungsmaßnahmen, wie vertikale Gärten und Solarkamine, sowie Tageslicht-Elemente zur natürlichen Lichtzufuhr. Eine Erfindung der National University of Singapore sorgt für eine weitere Reduzierung der Stromrechnung für die Klimaanlage. Eine spezielle Lüftungsanlage steuert die Zirkulation von frischer Luft und von Umluft getrennt, und liefert frische Luft nur in Räume, in denen die Sensoren anwesende Personen ermitteln. Die ZEB wird als ‚lebendes Labor’ unter Realwelt-Bedingungen eingesetzt – samt Klassenräumen, Bibliothek, Mehrzweckhalle und Büros.

Auf den ersten Blick gar nicht ersichtlich ist die solare Komplettversorgung des neuen Hauptquartiers der Firma Sulfurcell Solartechnik GmbH (später: Soltectures) in Berlin Adlershof. Der von dem Architekten Rainer Girke entworfene 3.000 m2 große Bürokomplex hat eine Hülle, die aus einer Kombination metallischer Materialien, Glas und Holz besteht. Dabei werden 700 Dünnschicht-Solarmodule als gläsernes Fassadenmaterial eingesetzt, die gemeinsam mit weiteren 6.000 Modulen auf dem Dach den gesamten Strombedarf des Bürobaus decken.

In externen Quellen wird darüber berichtet, daß es sich im Fall der Fassade um spezielle Kassetten-Module handelt, die zum ersten Mal im Einsatz sind. Sie sind hinterlüftet und verfügen über vertiefte Entwässerungsrinnen, womit Regenwasser in einer kontrollierten Art und Weise abgeleitet wird, um die Wärmedämmung vor Nässe zu schützen und gleichzeitig die Temperatur der Solarmodule zu regulieren und dadurch deren Effizienz zu erhöhen. Die Module sind patentrechtlich geschützt und wurden gemeinsam mit Forschungseinrichtungen wie dem Helmholtz-Zentrums Berlin und der Universität Oldenburg entwickelt. Der innovative Gebäudeentwurf wird mit der Plakette Deutscher Solarpreis 2010 ausgezeichnet.

Kroon Hall

Kroon Hall

Immerhin 26 % ihres Elektrizitätsbedarfs deckt die neue Kroon Hall der Yale University in New Haven, Connecticut – durch eine 100 kW Photovoltaikanlage auf dem Dach. Das Gebäude der Büros Hopkins Architects und Centerbrook Architects and Planners gehört zu den ersten amerikanischen Gebäuden, die eine sogenannte Klimaneutralität erreichen. Der 33,5 Mio. $ teure Bau ist so konzipiert, daß er nur die Hälfte der Energie eines vergleichbaren Gebäudes verbraucht.

Genutzt wird ein fortschrittlicher Sonnenschutz sowie passive Techniken, um die Menge der Energie zu senken, die benötigt wird um die Innenräume zu beleuchten, zu erwärmen oder zu kühlen. Rot oder grün leuchtende Lämpchen überall im Gebäude zeigen an, wann es die Bedingungen außerhalb erlauben, die Fenster zu öffnen. Für die Kühlung der Innenräume wird Grundwasser mit einer konstanten Temperatur von 14°C genutzt. Grau- und Regenwasser wird in einem unterirdischen Tank gespeichert, um gefiltert zur Toilettenspülung zu dienen.

In Wien wiederum wird das weltweit erste Hotel mit Null-Energie-Bilanz eröffnet – oder wiedereröffnet, denn das historische Apartmenthaus selbst wurde bereits 1890 erbaut. Im Jahr 2001 tritt das 3-Sterne Hotel Stadthalle der Splendia Gruppe bei, und wird jetzt radikal modernisiert – mit einer 150 m2 großen Solarfassade, drei Windräder, LED-Lichtsystemen, Wasser-Wärmepumpen und anderem mehr. Zur Temperierung der Räume wird im Sommer 16°C kaltes Brunnenwasser gefördert und verwendet, welches in einbetonierten Leitungen durch die Decke gepumpt wird. Diese, Betonkernaktivierung genannte, Technologie dient im Winter ebenso zur Beheizung.

Bei so viel Initiative der Inhaberin und Betreiberin Michaela Reitterer darf auch mal ein wenig Werbung gemacht werden – im Originalton (hier leider ohne den charmanten Wiener Dialekt):

Obendrein verströmt der üppig arrangierte Lavendel im Dachgarten einen betörenden Duft über der Umgebung. An lauen Sommerabenden versammeln sich hier Heerscharen kleiner Grillen und Grashüpfer in diesem idyllischen Kleinod inmitten der Dächer über der Wiener Metropole. Vielleicht als kleine Belohnung für die strengen Prinzipien zum Schutze der Umwelt, an die man sich ausnahmslos hält und die tadellose CO2-Bilanz des Hauses kann man nur hier in ganz Wien dem beschwingten Zirpen dieser geflügelten Minnesänger lauschen und entspannt hinwegdösen vom geschäftigen Treiben der Stadt.

Neue Monte-Rosa-Hütte

Neue Monte-Rosa-Hütte

Ein ganz besonderes Solarhaus steht da, wo man es bestimmt nicht so schnell erwartet: auf rund 2.883 m Höhe in den Schweizer Alpen, am Fuße der Dufourspitze, hoch über Zermatt. Die Neue Monte-Rosa-Hütte ist die modernste Berghütte der Welt und wird treffend Bergkristall genannt. Sie ist für rund 6,4 Mio. Franken von dem Schweizer Alpen-Club SAC und der Eidgenössischen Technische Hochschule ETH Zürich konzipiert und errichtet worden. Das vierstöckige Berghaus, das wegweisende Umwelt-Technologien und hochstehende Architektur vereint, wird im Herbst 2009 eingeweiht kann bis zu 125 Besucher beherbergen.

Das innovative Gebäude versorgt sich zu über 90 % selber mit Energie, überschüssige Energie wird in Batterien gespeichert. Als ergänzende Stromquelle bei Spitzenauslastungen gibt es ein Blockheizkraftwerk. Der Wasserbedarf wird mit Schmelzwasser aus der Umgebung gedeckt, das im Sommer gesammelt und in einer Kaverne gespeichert wird. Das Warmwasser für die Duschen, Waschtische und Küche wird mittels Sonnenkollektoren produziert. Neben anderen Auszeichnungen gibt es auch den Solarpreis 2010 in der Kategorie „Neubauten und Bausanierungen“ für den Bergkristall.

Aufgrund einer Nachfrage, welche die Planungsdaten bei Weitem übertrifft, stellt sich die Kläranlage allerdings als unterdimensioniert heraus. Zwar gelingt es, mit einem „angepaßten Betriebsmodus“ die Geruchsbildung zu unterdrücken, doch bis Mitte 2011 soll die Kläranlage nun ausgebaut und ihre Kapazität verdoppelt werden. Da lohnt sich ja schon fast eine Methanproduktion, sollte man annehmen...

Andere innovative Solargebäude hängen naturgemäß mit der Entwicklung der Erneuerbaren Energien und ähnlicher neuer Technologien zusammen. In Spanien beispielsweise das dreieckig geformte BTEK Technology Interpretation Center in Derio, Biskaia, das als Teil des Vizcaya Technologieparks von dem Architekturbüro ACXT entworfen wird. Das schräg in den Boden eingelassene, 780 m2 große und überaus energieefiziente Bauwerk der Designer Gonzalo Carro und Javier Perez Uribarri besitzt ein flächig schließendes Gründach, nutzt ein geothermisches Heiz- und Kühlsystem, besitzt eine Gebäude-integrierte Photovoltaik-Anlage und soll insbesondere studentischen Besuchern alle Arten von zukunftsweisenden Technologien vorstellen. Die Starts und Landungen auf dem Bilbao Airport soll man einen exzellenten Blick auf das futuristische Zentrum werfen können.

Ebenfalls von Solarzellen betrieben – und in diesem Fall zusätzlich von Brennstoffzellen, die etwa zwei Drittel des Bedarfs decken – wird das Connecticut Science Center, das nach einem Entwurf der Firma Pelli Clarke Pelli Architects errichtet worden ist. Auch recht interessant: 95 % des beim Bau verwendeten Stahls wurde aus recycelten Autos hergestellt!

Cité du Design

Cité du Design

Auch das neue internationale Designzentrum im französischen Saint-Etienne, das in einer ehemaligen Waffenfabrik entsteht, ist solarbetrieben. Die Cité du Design wurde von dem Berliner Stadtbau-Architekturbüro LIN entworfen, die auch für die Dreieckelemente verantwortlich sind, mit denen die Außenhaut überzogen ist. Diese vergitterte 3D-Struktur aus 14.000 gleichschenkligen Dreiecken aus verschiedenen Materialien bildet die Wände und das Dach des Komplexes, wobei das Innere der Halle offen ist, ohne Stützen oder Balken, die einem in die Quere kommen könnten. Die Elemente kontrollieren und steuern das Licht, die Temperatur und den Luftdurchsatz, wobei einige dieser Dreiecke aus Photovoltaik-Zellen bestehen, die für die Stromversorgung zuständig sind. Ebenfalls Teil des Ensembles: Ein Aussichtsturm gleich nebenan.

Im Inneren des Komplexes mit immerhin 21.140 m2 Nutzfläche befinden sich Auditorien, Konferenzräume, Ausstellungsflächen, eine Mediathek und Indoor-Gärten. Das Zentrum ist sehr energieeffizient und nutzt ein Wärmeaustauscher samt Rückgewinnungssystem, um den Energiebedarf für die Heizung zu reduzieren. Die Projektkosten betragen 35 Mio. € (andere Quellen: 41,5 Mio. €).

In Dänemark wird derweil ein neues, solarbetriebenes Konzerthaus errichtet, das 2012 bezugsfertig sein soll. Das House of Music in Aalborg stammt von dem Architekturbüro Coop Himmelb(l)au aus Wien. Das multifunktionale Zentrum ist ein Wunderwerk des Passiv-Solar-Designs und verfügt über eine nach Süden ausgerichtete Fassade mit Dünnschicht-PV-Modulen, die zur Senkung des Energieverbrauchs beitragen.

Schon fertig ist dagegen ein riesiges fächerförmiges Gebäude in Dezhou, in der Provinz Shandong im Nordwesten Chinas, das über Messezentren, wissenschaftliche Einrichtungen, Konferenz- und Schulungsräume sowie ein Hotel verfügt. Die 75.000 m2 große Konstruktion basiert auf dem Design einer Sonnenuhr und gilt aktuell als das größte solarbetriebene Bürogebäude in der Welt. Das Gebäude bezieht 95 % seines Energiebedarfs aus alternativen Energiequellen – insbesondere aus dem 5.000 m2 großen, bogenförmig angeordneten PV-Kollektorfeld. Daneben gibt es Einrichtungen zur Gewinnung von Solar-Warmwasser, eine Solar-Entsalzungsanlage und einen Solaranlagen-Themenpark.

Das Design des neuen Gebäudes „unterstreicht die Dringlichkeit der Suche nach erneuerbaren Energiequellen, um die fossilen Brennstoffe zu ersetzen“, wie es von seiten der Bauherren lautet. Abgesehen von den Solarpaneelen an der Außenfläche, verfügt das Bauwerk über fortschrittliche Dach- und Wandisolierungen, die im Vergleich zur nationalen Norm eine Energieeinsparung von 30 % erzielen. Das neue solarbetriebene Gebäude ist der zentrale Ort des 4. World Solar City Congress 2010.

Elithis Tower

Elithis Tower

Etwas klassischer fällt dagegen der Elithis Tower in Dijon, Frankreich, aus. Auch er wird plakativ als das erste Energie-positive Bürogebäude der Welt bezeichnet, da es mehr Leistung erwirtschaften soll, als es verbraucht. Immerhin produziert das von Arte Charpentier Architects entworfene 10-stöckige und 54.000 m2 große Gebäude sechs Mal weniger Treibhausgase als herkömmliche Bürohäuser, auch wenn es von oben in meinen Augen wie eine große Getränkedose mit eiförmigem Grundriß wirkt. Und was wie eine vergessene, rötliche Bauplane aussieht, ist in Wirklichkeit eine schattenspendende zweite Hülle, die das 33,5 m hohe Haus teilweise umgibt. Der Turm, der ursprünglich durch Thierry Bievre, Generaldirektor der Firma Elithis Technik initiiert wurde, ist hauptsächlich aus Holz und recyceltem Isolierungsmaterial gebaut.

Das in weniger als anderthalb Jahren und zu einem Preis von 10 Mio. $ errichtete Bauwerk ist mit 1.600 Sensoren ausgestattet, welche die Energie und die Emissionen dokumentieren und die Ergebnisse auf einem öffentlichen Display präsentieren. Zur Stromversorgung ist das Dach mit rund 330 Solarpaneelen belegt.

Wesentlich stärker geht es in Spanien zur Sache – speziell in Madrid.

Im Bau befindet sich dort das neue Centro Internacional de Convenciones de la Ciudad de Madrid (CICCM), ein Entwurf von Mansilla + Tunon Architects und Matilde Peralta. Geformt wie ein riesiges gläsernes Rad mit einigen Eindellungen in der Fassade, wird das 110 m hohe Kongreßzentrum vollständig von Photovoltaik-Modulen umhüllt sein. Konkave Design-Elemente sorgen dafür, daß trotzdem eine noch ausreichende Sonneneinstrahlung in das Gebäude dringt, um den Bedarf an künstlichem Licht in den Innenräumen zu reduzieren. Neben diversen Ausstellungsräumen gibt es ein Auditorium für 5.000 Personen, das Gebäude besitzt eine Regenwasser-Sammelanlage, und im Außenbereich vervollständigt eine 80.000 m2 große Parkanlage den grünen Gesamteindruck.

Bereits bezogen werden in diesem Jahr die ersten Gebäude des Distrito C, ebenfalls in Madrid, einem ehrgeizigen Projekt des größten Unternehmens in Spanien, der Firma Telefonica. Hier sollen langfristig 40.000 Mitarbeiter untergebracht werden. Der Komplex umfaßt vier Gruppen von jeweils drei Gebäuden, deren erste Gruppe schon fertig errichtet ist. Das Design und die Materialien für die Konstruktion der Gebäudegruppen sind identisch, wodurch der Zeit- und Materialaufwand auf ein Minimum reduziert werden konnte.

Telefonica Hauptsitz

Telefonica Hauptsitz

Der Entwurf stammt von dem Madrider Architekten Rafael de La-Hoz, der eine gute Lösung für die heiße Sonne Spaniens findet. Um die Sonnenwärme gut zu reflektieren, wird eine speziell für dieses Projekt entwickelte besondere Art von Glas installiert, während vorstehende Platten als Sonnenblenden wirken und dem Gebäude gleichzeitig einen einzigartigen ästhetischen Charakter verleihen.

Als Verbindung zwischen den vier Baugruppen gibt es überdachte Gehwege, so daß die Menschen darunter im Schatten laufen können. Gleichzeitig bilden diese Überdachungen zusammen eine der weltgrößten Aufdach-Photovoltaikanlagen mit insgesamt 15.300 Paneelen, die pro Jahr mindestens 4 Mio. kWh produzieren sollen. Der Landschaftsbau rund um den Komplex umfaßt in erster Linie einheimische Pflanzen, die wenig Wasser benötigen, wobei das erforderliche Bewässerungswasser von einer Regenwasser-Sammelanlage auf jedem Gebäude stammt. Was sich langsam breitflächig durchzusetzen scheint und bei den weiteren Projekten nicht mehr extra erwähnt werden wird.

Auch das neue Hauptquartier von Coca-Cola in Calle Ribera del Loira, Madrid, das von Puerta + Asensio Architects entworfen und von Ferrovial errichtet wird, nutzt 20 % recyceltes Material, Tageslicht-Leitsysteme, LEDs als Beleuchtung sowie 140 PV-Paneele zur Stromerzeugung.

Noch im Bau befindet sich dagegen ein 105 m langes Bürogebäude der Firma 3M mit 10.300 m2 Nutzfläche, das im Bezirk Pioltello der italienischen Stadt Milano errichtet wird. Der Entwurf des Büros MC Architects ist Teil eines Masterplans von 2005 und wird ebenfalls mit PV-Paneelen ausgerüstet

Doch auch neue Pläne werden 2009 zuhauf publiziert. Aus der Fülle des Materials habe ich im Folgenden – ganz subjektiv – einige besonders schöne Beispiele ausgewählt.

Ein Jahr nach dem das Bouwkunde Gebäude, das die Fakultät für Architektur der Technischen Universität Delft beherbergte, bei einem verheerenden Brand zerstört wurde, hat die Universität einen Design-Wettbewerb gestartet, um das Gebäude mit nachhaltigen Kriterien wieder aufzubauen. Unter den im März 2009 bekannt gegebenen Gewinnern ist sie zwar nicht – hier soll sie dafür vorgestellt werden: die Abschlußarbeit von Adam Wojtalik.

Sein neues Bouwkunde Gebäude sieht aus wie eine gigantische Skateboard-Rampe – die allerdings weitgehend aus PV-Paneelen besteht. Das geschwungene Glasdach verbindet einen 11-stöckigen Turm mit einem kleineren 5-stöckigen und soll zur Hälfte mit Photovoltaik-Modulen abgedeckt werden, die mit einer Gesamtfläche von 1.500 m2 täglich 4.000 kWh Solarstrom erzeugen sollen.

Studentenwohnheim in Wembley Design

Studentenwohnheim
in Wembley (Design)

Auch geschwungen, aber um die senkrechte Achse herum, ist die Fassade des für 2011 geplanten Studentenwohnheims in Wembley. Das von dem Londoner Architekturbüro CZWG entworfene Spiralhochhaus wird 435 Räume haben, in der Nähe des bekannten Wembley-Stadions stehen und Teil einer Sanierung sein, mit der die lokale Stadtlandschaft regeneriert werden soll.

Der 20-stöckige Bau besteht aus drei separaten Flügeln unterschiedlicher Höhe um einen zentralen Turm herum. Die beiden nach Süden ausgerichteten Fassaden werden teilweise mit Photovoltaik-Paneelen verkleidet, die einen Teil des Vor-Ort-Leistungsbedarf decken sollen, wobei allerdings noch nicht bekannt ist, wie viel dieser Anteil betragen wird.

Im Auftrag der taiwanesischen Regierung entwirft das in Peking ansässige Büro MAD Architects ein neues Kongreßzentrum für die Stadt Taichung. Aussehen wird das Taichung Convention Center wie eine Gruppe plissierter Vulkane, wobei deren gefaltete Jalousie-artige ,Haut’ dazu dient, die Struktur natürlich zu belüften und gleichzeitig Solarstrom zu erzeugen. Das Zentrum soll mit seinen 39 bis 85 m hohen Bauten ein neues lokales Wahrzeichen werden und die Aufmerksamkeit auf eine nachhaltige Entwicklung lenken.

Ein weiterer solar betriebener Komplex wird von dem koreanischen Designbüro Dakhu Studio entwickelt. Das zukünftige Pop Music Center in Taipeh soll ebenfalls mit PV-Paneelen ausgestattet warden. Wie fast jedes neue Gebäude, habe ich langsam den Eindruck.

Bei dem geplanten Forschungszentrum für Erneuerbare Energie im spanischen Murcia beispielsweise, einem Entwurf der Madrider Architekturfirma A-Cero, liegt das natürlich nahe. Das Büro war als Gewinner aus einem entsprechenden Wettbewerb hervorgegangen.

Forschungszentrum Murcia Design

Forschungszentrum Murcia
(Design)

Der 9.000 m2 große und bislang nur Academic Research Center for Renewable Energy Sources genannte Komplex wird die Trennung zwischen Architektur und Freiraum verwischen; er soll Lehrbereiche, eine Bibliothek, ein audio-visuelles Auditorium, einen administrativen Bereich und verschiedene andere Einrichtungen beinhalten. Darüber hinaus wird der Komplex mehrere begrünte Dächer haben, die genügend Platz für Solarthermische- und Photovoltaik-Module bieten. Daneben sollen aber auch noch weitere saubere Energiesysteme und Gerätschaften zur Energieeinsparung integriert werden.

Als das erste klimaneutrale Gebäude in Mailand wird ein Entwurf des Büros MarioCucinella Architects bezeichnet: Das äußerlich sonst unspektakuläre Santander Building wird mit 4.000 m2 PV-Paneelen auf dem Dach geplant. Damit soll das Gebäude seinen gesamten Energiebedarf für die Kühlung decken.

Planungen für noch größere Bau-Ensembles werden in diesem Jahr beispielsweise im Rahmen des Re:Vision Dallas Wettbewerbs erarbeitet. Ein besonders schönes Projekt stammt von der in Los Angeles beheimateten Architekturfirma Standard. Es ist von den Bauten der Anasazi inspiriert, die als erste Pueblos in Nordamerika gelten, konkret von ihren unter Felsüberhängen errichteten Bauten, die als Cliff Dwellings bezeichnet werden.

Das Projekt Co Op Canyon ist eine terrasierte, urbane Oase voller vertikaler Gärten und üppig bewachsener Räume, die einen ganzheitlichen, community-orientierten und nachhaltigen Wohnblock bildet. Das Bauwerk soll genug Regenwasser-, Solarenergie und landwirtschaftliche Produkte ernten, um seine 1.000 Einwohner vollständig zu versorgen. Die nach innen offene ähnelt einem Canyon aus Wohneinheiten, die in der umlaufenden Wand versteckt sind. Auf dem Boden des Canyons sind Gemeinschaftsgärten mit Bio-Früchten und Gemüse, das die Bewohner selbst anpflanzen, für sich oder zum Tausch innerhalb der kooperativen Gemeinschaft. Zusätzlich verfügt jede Wohneinheit über einen kleinen eigenen Garten nebst Hofraum.

Das Co Op Canyon konzentriert sich allerdings nicht nur auf die Produktion von Nahrungsmitteln, sondern auch auf ein engeres Zusammenleben seiner Bewohner: mit Hilfe einer Gemeinschaftsküche, offener Räume, Picknickplätzen, einer gemeinschaftlichen Kinderbetreuung, einem Fitneß-Center sowie Einzelhandelsflächen. Den Energiebedarf der Gemeinde soll Strom aus Solarzellen decken.

Forwarding Dallas Design

Forwarding Dallas
(Design)

Gewinner des Wettbewerbs, bei dem 176 Vorschläge aus 14 Ländern eingehen, sind allerdings drei andere Entwürfe, von denen einer bis Ende des Jahres zur Umsetzung ausgewählt wird. Die beiden anderen sind das Projekt Entangled Bank von Little aus Charlotte, North Carolina, sowie Greenways Xero Energy von David Baker + Partners und Fletcher Studio aus San Francisco, Kalifornien.

Die endgültige Wahl fällt schließlich auf das Projekt Forwarding Dallas, eine Gemeinschaftsarbeit der beiden portugiesischen, in Lissabon beheimateten Achitekturfirmen Atelier Data and Moov. Die Wohnhäuser des Blocks sind hier einer Landschaft von Hügeln und Tälern nachempfunden. Und während sich in den Tälern Bäume und Vegetation verbreiten und an den Seiten öffentliche Gewächshäuser befinden, sind auf den Hügeln, also den Dächern der Gebäuden, Solarthermie, Photovoltaik und Windkraft (horizontale Darrieus-Rotoren) im Einsatz, um 100 % des Strombedarfs der rund 850 Bewohner zu decken. Der Baubeginn ist für Anfang 2011 geplant.

Auch neue Designs für ‚grüne’ Hochhäuser gibt es in diesem Jahr sehr viele, von denen hier einige – regional zugeordnet – präsentiert werden sollen, die zum Teil sogar schon im Bau sind.

Shenzhen, im Süden der Provinz Guangdong, ist eine der erfolgreichsten speziellen Wirtschaftszonen Chinas. Das Stadtbild des Central Business Districts soll nun mit einem 49-stöckigen Solar- und Windkraft-Turm geschmückt werden, der von dem österreichischen Architekturbüro Coop Himmelb(l)au entworfen wurde, das uns oben schon einmal begegnet ist. Die Wiener hatten bei dem ‚Shenzhen 4 Tower in 1’-Wettbewerb um das neue Hauptquartier der China Insurance Group den ersten Preis gewonnen.

Die zweite, fließende Außenhaut des Gebäudes ist mit Photovoltaik-Zellen besetzt und verfügt über Mechanismen, die für eine natürliche Belüftung sorgen, den Winddruck reduzieren, dem Inneren Schatten spenden und außerdem noch als Multimedia-Display dienen können.

Shanghai Tower Design

Shanghai Tower
(Design)

Sogar 121-stöckig und 632 m hoch wird der Shanghai Tower, der für einen Augenblick wenigstens Chinas höchstes Gebäude sein wird, wenn der Bau im Jahr 2014 beendet ist. Das im November 2008 begonnene, spiralige Hochhaus im Finanzbezirk Lujiazui in Shanghai wird auch sehr grün sein, mit Atrien und üppigen Gärten auf dem Turm, Windkraftanlagen auf der Oberseite und einer großen Grünfläche unten. Die doppelte Haut des neuen Hochhauses ist eine hocheffiziente Doppelglas-Isolierung, mit welcher der Turm wie eine Thermosflasche funktioniert, und wird erstmals bei einem so hohen Gebäude angewendet.

Die Fassade ist so konstruiert, daß sie die Windbelastung um 24 % reduziert, wodurch viel Baumaterial gespart werden kann. Die Verdrehung wiederum soll dazu verwendet werden, Regenwasser für die Klimaanlage und die Heizung zu gewinnen. Das Projekt des US-Architekturbüros Gensler wird direkt neben zwei bereits bestehenden Hochhäusern errichtet, dem Jin Mao Tower (1998 vollendet) und dem Shanghai World Financial Center (2008).

Es gibt auch einen Entwurf aus Mittelamerika, der es hier verdient, erwähnt zu werden. Der Mexikaner Jorge Hernandez de la Garza konzipiert einen Vertical Park für die Metropole Mexico City, der viel Grün in die Stadt bringen soll – in Form eines modularen Hochhauses aus einer Reihe von übereinander gestapelten Einheiten.

Jedes Stahlrahmen-Modul kann so konfiguriert werden, daß es Platz für öffentliche oder private Nutzung bietet, einer städtischen Landwirtschaft oder der Sammlung von Regenwasser bzw. Sonnenenergie mittels Solarzellen-Arrays dient. Dies ermöglicht eine hohe Flexibilität in Design, Größe und Lage.

Rotterdam Tower Design

Rotterdam Tower
(Design)

In Europa gibt es Pläne für einen 450 m hohen Turm in der zweitgrößten Stadt in den Niederlanden. Der Rotterdam Tower des Büros MONOLAB architects soll mit einer halbtransparenten Haut aus Photovoltaik-Paneelen überzogen werden. Der Turm wird öffentliche, gewerbliche und Wohnräume integrieren.

Besonderes Highlight: Eine regelrechte ‚Wolke’ von gläsernen Fahrgondeln, die sich – teilweise auch schräg – nach oben und unten bewegen und schwindelfreien Passagieren eine herrliche Aussicht auf die Stadt bieten.

In Berlin könnte ein von zwei Spiralen gebildetes, kegelförmiges Hochhaus gebaut werden, das Philipp von Bock im Rahmen seiner Diplomarbeit an der Universität Stuttgart entworfen hat. Als Bauort schlägt er die Freiflächen nördlich des neuen Hauptbahnhofs vor, in Sichtweite zum Regierungsviertel.

Der graphisch äußerst detailliert ausgearbeitete Spiral Tower ist ein familienfreundlicher Wolkenkratzer, der durch die Vorteile des Lebens in den Vorstädten inspiriert ist – Stichwort: Spiral Living. In der Mitte von Berlin soll er eine grüne Gemeinde für Familien bilden, die sich das Beste aus beiden Welten wünschen.

Das Gebäude ist mit Sonnenkollektoren, Windrädern und Wassersammel- und Aufbereitungssystemen ausgestattet. Die Wohneinheiten sind treppenförmig in entgegengesetzten Richtungen gestapelt, um für jede Wohnung Terrassen und Freiflächen zu schaffen. Offene Außen- und Erholungsgebiete sind über den gesamten Komplex verteilt.

Die meisten Entwürfe zielen naturgemäß auf den arabischen Golf – dem größten Architekten-Sandkasten der Welt. Vorreiter ist wieder einmal das Emirat Dubai.

O-14 Design

O-14 (Design)

Bekannt als O-14, soll ein 22-stöckiger Büroturm an der sogenannten Business Bay von Dubai entstehen, der zur Reduzierung des Energieverbrauchs eine passive Sonnenenergie-Technik nutzt. Das Hochhaus des Büros Reiser + Umemoto RUR Architecture PC aus New York sitzt auf einem zweistöckigen Podium, und sein perforierter Mantel schafft einen Kamineffekt, bei dem die heiße Luft aufsteigt und die Oberfläche der Glasfenster hinter der Schale effektiv kühlt.

Dieses passive Gebäude wird realisiert und im Frühjahr 2010 eröffnet. Man geht von einer Kühlenergie-Ersparnis von 30 % aus.

Vom Pariser Eiffelturm inspiriert ist das 170 m hohe, 24-stöckige EKO Hochhaus der Firma 10 Raisons Architects aus Bordeaux. Geplanter Standort ist der Zaabeel Park in Dubai City, und erwähnt wird das Bauwerk hier, weil es neben einer Bibliothek, einer großen Ausstellungshalle und einer Bar auch noch von 350 Palmen umgeben – sowie auf seiner Südseite von 8.500 m2 eines ‚Nano-Solar-Materials’ umhüllt ist, wobei allerdings nicht im Details darauf eingegangen wird, um was es sich dabei konkret handeln soll. Mit einer Nutzfläche von 40.000 m2 soll das Projekt 240 Mio. $ kosten, von einer Umsetzung ist bislang jedoch noch nichts zu hören.

ZPO Design

ZPO (Design)

Auch der Beitrag des amerikanisch-schweizerischen Büros XTEN Architecture bei der ThyssenKrupp Elevator Competition in Dubai weist einige ,grüne’ Features auf. Es handelt sich dabei um den Za’abeel Park Observation (ZPO) Turm, dessen Design auf den geometrischen Ornamenten der arabisch-islamischen Tradition beruht. 

Der ZPO soll als Null-Energie-Turm gebaut werden. Hierfür werden mehrere hundert Quadratmeter Dünnschicht-Solarzellen die horizontalen Ebenen der jeweils 70 m weit herausragenden Blütenblatt-Dächer, sowie die nach Süden, Westen und Osten exponierten Flächen des Turms verkleiden. Dies soll die Komplettversorgung des filigranen Bauwerks sicherstellen, das sich um 270° verdreht aufwärts windet. Gründächer reduzieren außerdem die direkte Sonneneinstrahlung, die Mehrheit der Baustoffe wird aus recycelten Quellen stammen, das Wasser wird ebenfalls recycelt, und die Kühlung und Belüftung erfolgt aus geothermischen Quellen.

Ein weiteres Bauwerk für Dubi wird unter dem Namen Almeisan Tower bekannt. Das ungewöhnliche Konzept des Architekten Robert Ferry aus Pittsburgh, Pennsylvania, ist im Grunde eine gewaltige Solarturm-Anlage, die auf dem Dach eines Hochhauses sitzt. Dieses basiert auf acht strukturellen Pfeilern, die auf einer Höhe von 50 m von einem Spannring umfaßt werden, bevor sie auf doppelter Höhe wie die Knospe einer Blume wieder auseinanderstreben. Hier befindet sich die Aussichtsplattform samt einem Café. Die Pfeiler sind aber auch Teil eines passiven Kühlsystems, indem heiße Luft Öffnungen zugeführt wird, in denen die Kaminwirkung zum tragen kommt und die Luft 110 m weit hinaufzieht.

Auch bei diesem Projekt handelt es sich um einen Wettbewerbsbeitrag für ein neues Wahrzeichen für den Za’abeel Park – der allerdings nicht unter den Gewinnern ist, was natürlich schade ist, da es sich bei den Konzept um eine wirkliche Pioniertat handelt. Die Anlage des insgesamt 165 m hohen Turmes wäre in der Lage, mittels 224 großen Heliostat-Spiegeln, welche der Sonne folgen, beachtliche 600 kW zu erzeugen – indem sie die gebündelten Lichtstrahlen auf einen zentralen Kollektor reflektieren, in dem sich flüssiges Natrium auf konstante 500°C erhitzt und eine Dampfturbine antreibt.

Food City Solarturm Design

Food City Solarturm
(Design)

Um so überraschender ist es in meinen Augen, daß es sogar noch ein weiteres urbanes Sonnenturm-Projekt gibt – dem ich allerdings auch keine Chancen auf Umsetzung ausrechne… was vielleicht auch besser so ist.

Diesmal geht es um die Entwicklung einer Food City genannten Freizone, für welche die Landschaftsarchitekten der etwas ominösen Firma Green Concepts Landscape Architects LLC mit Sitz in Dubai einen Masterplan vorlegen, bei dem ein ganzer Stadtteil energetisch autark gemacht werden soll. Das Projekt umfaßt eine lange Liste nachhaltiger, stadtplanerischer Ideen, einschließlich vertikal gestapelter Landschaften, künstlichen Dachlandschaften, Wasser-Farmen, der Nutzung erneuerbarer Energien und eine thermische Konditionierung.

Um einen bewohnten (!) Solarturm herum soll es auch noch mit Dünnschicht-Zellen bedeckte Türme geben, piezoelektrische Böden in den Fußgängerzonen, die Erzeugung von Methan aus dem Abwasser, atmosphärische Regenwassernutzung, Meerwasser-Entsalzung durch konzentrierende Solarkollektoren, Grauwasser-Recycling und vieles mehr. Es wirkt wie eine Verschmelzung aller städtischen Nachhaltigkeitsinitiativen der vergangenen Jahre. Und manchmal ist das ja zuviel des Guten.

Ein dritter Wettbewerbsbeitrag für den oben erwähnten Za’abeel Park ist der 170 m hohe energieautarke Aussichtsturm des Kölner Büros bk2a, der unter dem Namen Solar Elevation Tower bekannt wird. Architekten sind definitiv kreativer als Bauherren – oder gar Politiker.

Die äußere Schale der 170 m hohen Struktur soll gemäß einem Logarithmus entlang der vertikalen Entwicklung in ihrer strukturellen Dichte reduziert werden, was zu einer optimierten Tragwerksstruktur führt. Im Kern des ganzen befindet sich der vertikale Schacht eines Aufwindkraftwerks: Der thermische Sog treibt einen Generator, der den Turm mit Energie versorgt. Die Entwicklung der Tragwerksplanung und des Aufwindkonzepts erfolgtin Kooperation mit SBP - Schlaich, Bergermann & Partner aus Stuttgart.

Technosphere Design

Technosphere (Design)

Neben so vielem anderen wird in Dubai auch ein Technopark geplant. Zentrales Element könnte die Technosphere werden, eine gewaltige Kugel, die das Ökosystem der Erde repräsentieren soll. Von der Struktur her scheint es sich um einen Rund-Dom zu handeln (s.d.), der seinen Strom aus Solarenergie beziehen soll.

Der Entwurf stammt von James Law Cybertecture International mit Stammsitz in Hong Kong, und beinhaltet Büro- und Wohnflächen sowie ein Hotel und öffentliche Räume. Das sozusagen lebendige, atmende Gebäude arbeitet in ähnlicher Weise wie die Erde selbst, durch die Bereitstellung von Energie, aufbereitetem Wasser und sogar Nahrung. PV-Paneele sind in der Hülle eingelassen, und im Inneren schützen hängende Gärten vor der Sonne und filtern die Luft, um mit frischem Sauerstoff zu Verbesserung des Raumklimas beizutragen. Im November 2009 soll die Konstruktion bereits im Bau sein, was ich bislang aber noch nicht verifizieren konnte.

Unter dem Namen Vertical Village wird für Dubai ferner ein imposanter Baukomplex geplant, der auf den ersten Blick durch eine Gruppe von funkelnden, geometrischen Pools auffällt – bei denen es sich tatsächlich um netzartige Strukturen handelt, die aus Solarzellen bestehen und sich auch der Sonne nachführen lassen.

Die Architekten von GRAFT – Gesellschaft von Architekten mbH mit Stammsitz in Berlin erarbeiten einen futuristischen Block aus in Scheiben geschnittenen und schrägen Komponenten, die trotzdem harmonisch zueinander passen. Neben den Wohnhäusern gibt es Hotels, Kinos, Restaurants, Geschäfte und ein Theater. Technische Details sind allerdings nicht zu finden, und auch über eine Umsetzung ist bislang nichts verlautet worden.

Im benachbarten Emirat Abu Dhabi befindet sich derweil ein Appartement-Hochhaus bereits im Bau, dessen Name eigentlich besser zu dem oben beschrieben Solarturm-Konzept passen würde. Es steht im Shams Gate District auf der al-Reem Insel.

Sun Tower & Sky Tower

Sun Tower
& Sky Tower

Der 65-stöckige Shams Tower – was nämlich nichts anderes als Sonnenturm heißt – der Bauenetwicklungsfirma Aldar Properties PJSC wird eine Fassade erhalten, an der 1.120 Solarpaneele von Suntech Power insgesamt 292 kW leisten. Der Entwurf und die Installation des 2.500 m2 großen Solarsystems erfolgt durch die in Abu Dhabi beheimatete Firma Enviromena, und es soll im Jahr 450 MWh Strom erwirtschaften.

Das Gesamtprojekt der Sorouh Real Estate, dessen erste Phase im ersten Quartal 2010 abgeschlossen sein soll, umfaßt neben dem Sun Tower auch noch einen 74-stöckigen Sky Tower, bei dem aber anscheinend keine Photovoltaik eingesetzt wird. Tatsächlich werden im März 2011 die ersten Appartements an ihre neuen Besitzer übergeben, und der erwartete Fertigstellungstermin für das Gesamtprojekt lautet 2013.

Um Verwechslungen vorzubeugen: Enviromena installiert (später) unter dem gleichen Namen Shams Tower eine kleine Solaranlage an der Formel 1 Rennstrecke in Abu Dhabi, direkt unterhalb des Beobachtungsturms. Hier leisten 1.120 Stück Suntech Power Module zusammen 291 kW.

Mit Plänen für ein sogar 224-stöckiges Hochhaus, das vollständig von einer PV-Haut umhüllt ist und damit seinen Gesamtverbrauch an Energie völlig alleine decken kann, macht der Bauarchitekt Tommy Landau aus dem kalifornischen Santa Monica von sich reden. Das 3,5 Mrd. $ teure Projekt würde wesentlich höher ausfallen, als das mit 828 m derzeit größte Hochhaus der Welt, der Burj Khalifa. Gegenwärtig gibt es keine Anzeichen dafür, daß es hemals umgesetzt wird.

Überall am Golf (und natürlich auch anderswo) könnte dagegen schon bald ein von dem Architekturbüros Orlando De Urrutia aus Barcelona entworfenes Bauwerk stehen, das wie ein großer Wassertropfen geformt ist – was auch eine äußerst präzise Aussage für seine Funktion ist. Das Water Building Resort ist ein nachhaltiger Resort-Komplex mit einem Unterwasser-Aquarium, Restaurant, Hotels, Konferenzräumen, einem Wasser-Museum und ähnlichem mehr. Dazu gewinnt das Bauwerk auch noch Solarenergie und erzeugt trinkbares Wasser.

Die nach Süden ausgerichtete Fassade besteht aus transparentem Photovoltaik-Glas, während das gitterförmige Design eine bessere natürliche Belüftung ermöglicht, was wiederum die benötigte Energie verringert, um die Innenräume kühl zu halten. Der Komplex beinhaltet in der untersten Etage – unterhalb des Wasserspiegels – eine Wasseraufbereitungsanlage, die Meer- und Regenwasser reinigt, und aus der gekühlten Luft soll durch Kondensation ebenfalls Wasser gewonnen werden. Schließlich soll auch noch die oben austretende Abluft einen kleinen Windrotor antreiben. Ich habe das Konzept, das auch schon als Luxushotel vermarktet werden sollte, im Kapitel über Maritime Solarinseln ebenfalls vorgestellt – da es immerhin visuell ‚über den Wassern schwebt’.

Franco Sensi Stadium Design

Franco Sensi Stadium
(Design)

Zum Abschluß der Jahresübersicht sollen noch einige ganz spezielle Bauwerksfamilie erwähnt werden, bei der immer mehr Mitglieder auf Erneuerbare Energien umsteigen – insbesondere die Solarenergie. Was bei Stadien mit ihren teilweise riesigen Dachflächen eigentlich auch naheliegend ist.

Für Rom wird von Gino Zavanella der Entwurf für das Franco Sensi Stadium vorgestellt, das neben der Spielfläche und den Sitzplätzen auch Restaurants, Lounges, Bars sowie ein Museum der römischen Fußballmannschaften enthält. Wichtigstes Element im Rahmen dieser Übersicht ist jedoch der Fakt, daß die gesamte Außenhülle, die an ein prall aufgeblasenes Schlauchboot erinnert, komplett mit energieerzeugenden Photovoltaik-Paneelen verputzt ist. Wann das Stadion gebaut werden soll, ist bislang noch nicht entschieden.

In Tokio wiederum wird das historische Hanshin Koshien Stadion im Rahmen eines Umbaus mit 1.600 Solarpaneelen ausgestattet, die mit erwarteten 193.000 kWh pro Jahr geschätzte 5,3 % des Stromverbrauchs dieses Stadions decken werden. Für die Bewerbung um die Olympischen Sommerspiele 2016 (die später an Rio de Janeiro vergeben werden), legt Tokio noch weitere Pläne vor, bei denen das Hauptstadion nahe des Wassers komplett durch Solarenergie versorgt werden soll.

Das internationale Architekturbüro NBBJ konzipiert ein nachhaltiges Fußballstadion für China. Das Dalian Shide Stadium umfaßt Wände mit grünen Gärten, die die Luft filtern und auch ein ausreichendes Maß an Dämmung bieten. Das Dach des Stadions besteht aus einem flexiblen System aus Kabeln und Gewebe, und auf der Innenseite der Wände sind riesige LED-Displays angebracht, die ihren Strom von Windturbinen und Solarzellen beziehen, die an den Wänden, auf dem Dach und im Umfeld installiert sind.

Die eindeutig schönste Umsetzung eines solaren Stadions erfolgt allerdings in Taiwan. Das für die im Juli 2009 in der taiwanesischen Hafenstadt Kaohsiung stattfindenden 8. World Games errichtete entsprechende Bauwerk gilt außerdem als das erste Öko-Stadion der Welt, das seinen Energiebedarf tatsächlich zu 100 % selbständig deckt.

Das spektakuläre Solarstadion, das wie eine ruhende Schlange wirkt, wurde vom dem japanischen Architekten Toyo Ito entworfen und faßt 40.000 Zuschauer. Auf seinem 14.155 m2 großen Dach trägt es 8.844 Solarpaneele, mit denen 1,1 GWh pro Jahr erzeugt werden – genug, um die 3.300 Lampen des Stadions sowie zwei riesige Bildschirme zu versorgen, und an besonders sonnigen Tagen auch noch Überschußstrom verkaufen zu können.

Za(breg) Stadium 2012 Design

Za(breg) Stadium 2012
(Design)

Unter dem Titel Za(breg) Stadium 2012 stellt das kroatischen Designbüro Njiric Plus Arhitekti Doo aus Zagreb ein nachhaltige Stadion vor, das in einem künstlichen Hügel aus recyceltem Gummi untergebracht ist, dessen gewellte Aluminiumbleche blau eingesprüht sind. Das Team entwickelt dazu eine solarbetriebene künstliche Wolke, die über dem offenen Stadien Schatten spenden soll. Die einfach nur Cloud genannte Ballon-Struktur hat eingenähte Photovoltaik-Zellen, die erneuerbare Energie für das Stadion gewinnen. Bei einem nicht näher benannten internationalen Architektur-Wettbewerb gibt es für den ‚blauen Vulkan’ einen 1. Preis.

Passend dazu ist die Meldung, daß Architekten des MIT an dem Projekt arbeiten, über der Londoner Skyline eine künstliche, digitale Wolke aufzuhängen, die natürlich auch nur The Cloud genannt wird. Der Entwurf schafft es immerhin in die engere Auswahl eines Wettbewerbs zur Gestaltung einer touristischen Attraktion im dortigen Olympiapark.

Auf 120 m hohen Gittertürmen bilden Plastik-Blasen eine Aussichtsplattform für Besucher, wobei jeder einzelne Schritt beim Aufstieg über spiralig gewundene Rampen einen Beitrag zum großen, kollektiven Energieerzeugen darstellt – wenn die betreffende Person den Weg hinunter im Fahrstuhl antritt, der mit einem Bremsenergie-Rückgewinnungssystem ausgestattet ist. Von außen und innen sind über LED-Paneele Bilder und Daten zu sehen, wie Wetter-Informationen, Ergebnisse der Olympischem Wettkämpfe oder Zuschauerzahlen. Deren Stromversorgung erfolg über Solarzellen auf den Blasen und am Boden.

Noch größere Projekte präsentiere ich unter Solarsiedlungen, auch hiervon gibt es in diesem Jahr diverse – und in den verschiedensten Ecken der Welt.

2010


Nachdem wir gesehen haben, wie sehr die Beschäftigung mit der solaren Architektur im vergangenen Jahr zugenommen hat, kann dies auch für 2010 nur ausdrücklich bestätigt werden: Die Menge der Informationen wächst weiterhin kontinuierlich an. Ich habe im Laufe von 365 Tagen (es ist ja kein Schaltjahr) über 250 Datensätze abgespeichert – lange wird es also nicht mehr dauern, bis täglich mindestens eine neue Nachricht aus dem Sektor der Solararchitektur erscheint, und das Aussieben noch rigoroser erfolgen muß.

Aus strukturellen Gründen werde ich die oben umgesetzte Anordnung fortsetzen und wiederum mit Neuigkeiten bei Solardachziegeln usw. beginnen.

Der Chemieriese Dow Chemical wird vom amerikanischen Energieministerium mit rund 18 Mio. $ gefördert, um seine CIGS-Solar-Dachschindeln (s.o.) einem Markttest zu unterziehen. Das Unternehmen arbeitet dazu mit der Firma Global Solar Energy zusammen, Hersteller der Solarzellen, von denen jede der Schindeln fünf Stück enthält. Dow überzieht sie mit Polymerwerkstoffen und einem Spezialglas.

Nicht ganz so viel, nämlich 13,3 Mio. $ in Form einer Steuergutschrift, bekommt die Firma United Solar Ovonic aus Michigan, die auf Dünnfilm-Zellen aus amorphem Silizium setzt, die von Polymerwerkstoffen umgeben sind. Der Array-Wirkungsgrad zwischen 6,5 und 7 % ist nicht sehr hoch, dafür sind die Zellen aber billiger.

Solardachschindeln von Bluenergy

Solardachschindeln
von Bluenergy

In Deutschland erfahre ich durch direkte Korrespondenz von den Solar-Dachziegeln der Bluenergy Germany AG in Wermelskirchen, die sich auch mit einer Solarwind-Turbine beschäftigt, einem mit Zellen laminierten Spiralsavonius (s.d.). Der Initiator Bernd Melchior hatte schon 1981 den Innovationspreis der Deutschen Wirtschaft erhalten – für eine transluzente Wärmedämmung aus geschäumtem Acrylglas, die es leider nicht in die Produktion schafft. Einen weiteren Preis gibt es 1998 für die innovative Fluor-Silikon-Verkapselung von Solarzellen, die auch bei den Bluenergy Solardachziegeln eingesetzt wird. Diese scheint es inzwischen auch in der gleichen Farbe wie Dachziegel zu geben, sodaß man kaum mehr einen Unterschied sehen kann.

Die CertainTeed Corporation aus Valley Forge, Pennsylvania, kommt mit ihrem neuen EnerGen System auf den Markt – einem gemeinsam mit der Energy Conversion Devices Inc. (ECD) aus Auburn Hills, Michigan, entwickeltem PV-Dünnschicht-Solar-Dachsystem, das die in den USA verbreiteten Asphalt-Dachschindeln mit den leichten UNI-SOLAR-Paneeln von ECD kombiniert.

Eine weitere Firma, welche mit Solarzellen auf den Markt kommt, die in Dachziegeln eingebettet sind, ist Tegolasolare aus dem italienischen Dubino. Mit 40 m2 dieser monokristallinen Zellen sollen sich 3 kW erwirtschaften lassen.

Das Unternehmen bietet unter dem Namen TR Hybrid Tile ferner einen patentierten, PV/thermischen Hybrid-Dachziegel an. Bei einer Gesamtstärke von 28 mm besteht dieser aus zwei Kupfer-Absorbern mit einer selektiven Oberfläche, einer 3 mm dicken thermisch isolierenden Unterlage, einem 3,2 mm dicken Solarglas mit hoher Lichtdurchlässigkeit sowie den Photovoltaik-Zellen.

Solar-Schiefer

Solar-Schiefer

In Großbritannien wiederum präsentiert die Solar Slate Ltd. aus Bristol, die auf dem Know-how der PV Systems Ltd. aufbaut, dem am längsten etablierten Photovoltaik-Unternehmen Englands, einen Solar-Schiefer, der sich fast nicht mehr von herkömmlichen Dachschieferplatten unterscheiden läßt. Die vollständig wetterfesten Teile eignen sich daher auch perfekt für den Einsatz an historischen Gebäuden. Im Snowdonia National Park werden auf einer traditionellen, modernisierten Hütte namens Y Stabal 340 Tafeln installiert. Im Foto erkennt man sie oberhalb der Fensterfront an der leicht bläulichen Farbe.

Den ‚Hottest New Material’-Preis der Nordbygg-Baumesse 2010 gewinnt die schwedische Firma SolTech Energy mit ihren Glas-Dachziegeln, welche die thermische Solarenergie nutzen, indem sie über einem schwarzen Hintergrundmaterial installiert werden. Die sich in dem Zwischenraum aufheizende Luft wird anschließend zur Erwärmung des Wassers genutzt, das im Heizsystem des Hauses zirkuliert. Das Soltech Energy System erzeugt bis zu 350 kWh Wärme pro Quadratmeter. Die Entwicklung erfolgte zusammen mit der schwedischen Glasfirma Orrefors, und die industrielle Produktion findet in Portugal statt.

Die im letzten Jahr angekündigte Powerhouse Solar Shingle von Dow Chemical (s.d.) kommt in den USA auf den Markt: mit CIGS-Zellen, die einen Wirkungsgrad von sogar 13 % erreichen. 250 Stück werden für 10.000 $ angeboten: mit ihren 3,5 kW können sie der Durchschnittsbedarf eines Haushalts decken und sich innerhalb von 10 Jahren amortisieren.

In Deutschland stellt die die SOLON SE ein speziell entwickeltes Modul für die Anwendung auf metallenen Leichtbau-Industriedächern vor. Das rahmenlose, mit 72 leistungsstarken monokristallinen Zellen ausgestattete Modul SOLON Black 280/12 wird mit einem Silikonklebstoff direkt auf das Dach geklebt, es wiegt nur rund 8,5 kg/m2. Die Gefahr undichter Stellen durch die Installation eines Halterungssystems entfällt, außerdem sind die Module durch die Verklebung gut vor Diebstahl geschützt. Das Modul mit einer Größe von knapp 2 x 1 m wird mit einer maximalen Leistung von 270 W angeboten, was einem Wirkungsgrad von 14 % entspricht.

Lumeta Solar Inc., die 2008 mit einem Solarschindel-Modul auf den Markt kam (s.d.), bietet inzwischen unter dem Namen Peel and Stick PowerPly Solar großflächige Module an, die ebenfalls keine Montage-Strukturen benötigen. Man muß an der Rückseite nur eine Folie abziehen, und kann die Module dann unmittelbar auf das ebene Dach kleben. Ein optimaler Neigungswinkel ist dadurch allerdings nur selten möglich.

Auch die Cool Roof-Bewegung gewinnt inzwischen an Fahrt, da es sich langsam herumzusprechen scheint, daß weiße Dächer die Sommerhitze mildern können – eine Erkenntnis, die zumindest im Mittelmeerraum schon einigen Tausend Jahre alt ist.

Forscher vom National Center for Atmospheric Research und der University of Kansas in Lawrence berechnen die Wirkung des Effekts auf das urbane und globale Klima. Das Modell geht davon aus, daß es gelingt, den Reflektionswert – oder die Albedo – von 0,32 auf 0,9 erhöhen – womit 90 % des einfallenden Sonnenlichts reflektiert werden würde. In diesem Fall könnte die städtische, sommerliche Durchschnittstemperatur um 0,4°C bis 1,1°C gesenkt werden. Global gesehen hat das Ganze aber keinen nennenswerten Effekt.

Geweißtes Flachdach

Geweißtes Flachdach

Punktuell, das heißt für das Haus mit weiß gestrichenem Dach selbst, kann dagegen bei den Kühlkosten mit Einsparungen von bis zu 20 % gerechnet werden.

Bis Mitte des Jahres hat das DOE schon mehr als 185.000 m2 weiße Dachflächen installiert, was einer jährlichen Einsparung von rund 0,5 Mio. $ entsprechen soll. Auf die gesamte USA hochgerechnet würden sich sogar 735 Mio. $ pro Jahr einsparen lassen, wenn 85 % aller mit Klimaanlagen ausgestatteten Gebäude weiße Dächer bekämen. In New York werden bis Oktober 105 Dächer mit einer Dachfläche von insgesamt 304.800 m2 angestrichen – was angesichts einer Gesamtmenge von über 120 Mio. m2 immerhin schon etwas mehr als nur ein (weißer) Tropfen auf den heißen Dachsteinen ist. Praktischer Nebeneffekt: Neben den verringerten Betriebskosten wird dadurch auch die Lebensdauer der Kühlegeräte verlängert.

Eine andere Methode, Dächer effektiv zu isolieren, wird von Wissenschaftlern der Firma United Environment & Energy LLC in Horsehead, New York, entwickelt. Als Rohstoff nutzen sie altes Bratfett, und die Farbe des Dachanstrichs läßt sich beliebig wählen. Wenn das Produkt in drei Jahren ausgereift ist, soll es möglich sein, den Bio-Polymer so zu kontrollieren, daß er den Witterungsbedingungen entsprechend zwischen einem Reflexions- und einem Absorptions-Modus wechseln kann.

Im Bereich der Solar-Fenster geht die Entwicklung sogar noch offensiver voran.

Sage Electrochromics Inc., ein US-Hersteller abdunkelbarer Fenster, der im Vorjahr bereits 20 Mio. $ Investitionsmittel einwerben konnte, erhält Anfang des Jahres eine Steuergutschrift von 31 Mio. $ - und nur wenige Monate später eine zusätzliche Bürgschaft in Höhe von 72 Mio. $ durch das DOE, um eine neue Produktionsanlage für die Großserienfertigung hochzuziehen. Die elektrochromatischen SageGlas-Fenster können im ‚geschlossenen’ Zustand bis zu 98 % des einstrahlenden Lichts und der Wärme reflektieren.

Einen gewaltigen Schub bekommt Sage auch durch den Glaskonzern Saint-Gobain, der 80 Mio. $ in das Unternehmen investiert. Im Rahmen eines gemeinsamen Joint-Venture wird Saint-Gobain sein Know-how an Sage übermitteln, und die beiden Unternehmen werden die F&E- sowie die Produktionsaufgaben teilen. Die Fenster wird Sage in einem neuen 135 Mio. $ Werk produzieren, das in Faribault, Minnesota, bereits im Bau ist – wobei sich die Partner den Output der Fabrik teilen werden.

Doch auch der Sage-Konkurrent Soladigm aus dem kalifornischen Milpitas, der mit seinen elektrochromatischen Fenstern im vergangenen Jahr bereits Investitionsmittel in Höhe von rund 35 Mio. $ erhalten hat (s.d., andere Quellen: 24 Mio. $), schafft Mitte 2010 einen weiteren Schritt vorwärts. Das von Paul Nguyen ursprünglich in Santa Rosa unter dem Namen Echromics gegründete Unternehmen erhält vom Staat Mississippi ein 40 Mio. $ Darlehen sowie einen 4 Mio. $ Kredit, um in Olive Branch eine neue Fabrik für seine energieeffizienten Dynamic Glass Fenster zu errichten, deren Gesamtkosten auf etwa 130 Mio. $ geschätzt werden.

Inzwischen sind auch einige wenige technische Details bekannt geworden. Der von Soladigm genutzte Wirkstoff Wolframoxid wird auf die Innenseite der äußeren Glasscheibe im Doppelglas-Fenstern aufgebracht, wobei auf dem Halbleiter-Markt entwickelte Techniken genutzt werden, um das Material aufzubringen. Eine zweite Technologielinie, die das Unternehmen verfolgt, beruht auf Vorarbeiten des Berkeley Lab und nutzt Magnesium als elektrochromatisches Material, das mit Wasserstoff reagiert, um lichtreflektierendes Magnesiumhydrid zu bilden.

Soladigm ist im November dieses Jahres auch einer der 12 Gewinner der GE ecomagination Challenge: Powering the Grid. Der Elektrokonzern hat zur Unterstützung dieser Firmen insgesamt 55 Mio. $ bereitgestellt. Außerdem wirbt Soladigm in einer dritten Finanzierungsrunde zusätzliche 30 Mio. $ ein, womit der für 2011 geplante Marktgang gesichert wäre. Bei der Lebensdauer der Produkte wird von 30 – 50 Jahren ausgegangen.

Auch das National Renewable Energy Laboratory (NREL) arbeitet an elektromatischen Fenstern, die den Energieverbrauch zur Kühlung und Beleuchtung von Gebäuden um rund 50 % senken sollen. Die zwei nur 1 Mikron dicken Schichten werden mit derselben Technologie hergestellt, wie Solarzellen.

Die Firma RavenBrick LLC aus Denver, Colorado, präsentiert mit dem RavenWindow ein Fenster, das sich je nach Temperatur automatisch verdunkelt oder aufgehellt, ohne daß dafür ein Energieeinsatz erforderlich wäre. Wenn es draußen heiß ist, wird weniger Wärme hindurchgelassen, doch sobald es draußen kalt wird, wird es immer transparenter, sodaß mehr Wärme von der Sonne hineinstrahlt. Die patentierte thermochrome Filter-Technologie soll bei nahezu jeder Form von Fensteröffnung angewendet werden können.

Kernelement ist eine Schicht aus einem organischen, ungiftigen und thermoreflektiven Polymer, die sich zwischen der inneren und der äußeren Glasschicht befindet. Wenn die Temperatur des Materials eine bestimmte Schwelle überschreitet, wird es reflektiv und läßt mindestens 90 % der eingestrahlten Sonnenenergie abprallen. RavenBrick wird die Ehre zuteil, die Fenster als erstes auf der Führungsetage des National Renewable Energy Lab in Golden zu installieren, zwei weitere Installationen sollen folgen.

Eine weitere Variante, die ich bei meinen Recherchen fand, geht auf das Jahr 1993 zurück. Der Erfinder Ed VerVane stellte schon damals sein Winsulator Fenster für heiße Regionen vor, eine zusätzliche Acryl-Scheibe, die von magnetischen Streifen in der Fensteröffnung gehalten wird. Im Laufe der Jahre werden verschiedene Büros und Hotels mit dem Produkt der Firma Sarasota ausgestattet sowie diverse erfolgreiche Tests durchgeführt, doch einen richtigen Durchbruch schafft das System nicht.

c))motion Prinzip

c))motion (Prinzip)

Erfolgreicher könnte eine Entwicklung namens c))motion werden, die aus einem photosensitiven Material besteht, das sich im Sonnenlicht zusammenrollt. Das Kunststoff-Laminat aus Mylar und Polyethylen, dessen erste Umsetzungen bereits auf dem Markt sind, wirkt wie ein Bimetallstreifen, der sich biegt wenn er erhitzt wird. Die innovative Folie ist 2,5 mm dick, kostengünstig und ähnelt dem Material von Chiptüten, sie kann als automatisches Rollo in einem Doppelscheiben-Fenster verwendet werden, oder um Dachböden passiv zu belüften. Grundlage ist das US-Patent Nr. 6.966.812 aus dem Jahr 2005, und das Unternehmen, das die Entwicklung vorantreibt, heißt TalusFurniture.

Eine weitere interessante Alternative bilden ferner die transparenten Wandverkleidungen und Dachsysteme der Firma Kalwall Corp. aus Manchester, New Hampshire, die es Architekten seit 1955 (!) ermöglichen, Wärmedämmwerte zu erreichen, die äquivalent zu einer festen Wand sind (bis 0,3 W/m2K). Das Tageslicht wird ohne Schatten, Spiegelungen oder Hotspots in das Gebäude gelassen, ohne die Notwendigkeit externer Sonnenschutzsysteme oder interner Jalousien und Vorhänge. Hier abgebildet ist der Pavillon der Vereinigten Staaten auf der Weltausstellung 1958 in Brüssel.

Grundlage der transparenten Elemente ist der Einsatz von Aerogel (von Samuel Stephens Kistler im Jahr 1931 erfunden), einem hochporösen Festkörper, dessen Volumen bis zu 99,98 % aus Poren besteht und der eine außerordentlich geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Die Kalwall + Lumira Aerogel Module werden in den USA seit vielen Jahren in großem Umfang eingesetzt, hierzulande scheinen sie so gut wie unbekannt zu sein.

Über stromproduzierende Solarfenster – inzwischen auch Photovoltaic Glass Units (PVGUs) genannt – gibt es in diesem Jahr folgendes zu berichten:

Auch die 2006 gegründete israelische Firma Pythagoras Solar will sich auf diesem Sektor betätigen und stellt Mitte 2010 eine neue, patentierte Variante vor, die noch im Laufe des Jahres auf dem Markt gebracht werden soll. Die hocheffiziente und halbtransparente PV-Technologie nutzt kristalline Siliziumzellen und soll bis zu vier Mal mehr Strom erzeugen können als gewöhnliche Dünnschicht-Module. Dabei sitzen die Zellen in waagrechten Reihen zwischen zwei Glasscheiben, und bekommen ihr Licht durch ein ebenfalls dort installiertes optisches System zugeleitet. Gleichzeitig wird die Strahlungswärme der Sonne so effektiv blockiert, daß keine Notwendigkeit für Jalousien oder ähnliches besteht.

Smart Energy Glass

Smart Energy Glass

Mit stromproduzierenden Fenstern aus Smart Energy Glass (SEG) will auch die holländische Firma Peer + B.V. aus Eindhoven auf den Markt kommen, ein erstes Pilotprojekt wird bereits evaluiert. Diese Fenster können zwischen drei Zuständen wechseln: dunkel, hell und geschlossen (v. l. n. r.).

Ein Preisgeld in Höhe von gut 150.000 $ bei der Disruptive Solutions Competition des britischen Technology Strategy Board soll die Firma Oxford Photovoltaics Ltd. (OPV) dabei unterstützen, ihre neueste Erfindung zu vermarkten. Das als Ausgründung der Oxford University um Henry Snaith entstandene Unternehmen hat eine Siebdruck-Technik entwickelt, mit welcher Farbstoff-Solarzellen direkt auf Fenster aufgedruckt werden können. Nun muß noch eine Lebensdauer von mindestens 20 Jahren erreicht werden – bei einem Wirkungsgrad von 8 %. In Zusammenarbeit mit anderen Herstellern soll der Prototyping-Prozeß auf wenige Monate reduziert werden. Mitte 2011 erhält OPV 650.000 £ Investitionsmittel, um die Entwicklungsarbeiten fortführen zu können.

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.

Ein weiteres Unternehmen, das in diesem Jahr mit der Entwicklung eines stromproduzierendes Fensters beginnt, ist die norwegische Firma EnSol AS, die das Patent für eine bahnbrechende, neue Dünnschicht-Solarzellen-Technologie hält, welche bis 2016 Marktreife erlangen soll. Nun wird der Universität von Leicester eine Kooperationsvereinbarung getroffen, um daraus ein spezielles Solarzellenmaterial zu entwickeln, das als transparenter dünner Film aufgestrichen werden kann - z. B. auf Gebäudefenster.

Das von Ensol entwickelte Material basiert auf Nanopartikeln, die in Leicester in kleinen Mengen für Prototypen synthetisiert werden können. Die Metall-Nanopartikel mit einem Durchmesser von ca. 10 nm werden dann in einer transparenten Composite-Matrix eingebettet. Ziel des Forschungs- und Entwicklungsprojekts ist es, mit dieser PV-Technologie einen Zellwirkungsgrad von 20 % oder mehr zu erreichen. Über Solarzellen-Spray findet sich mehr im Kapitelteil Solarzellentypen (s.d.).

Wissenschaftler des Brookhaven National Laboratory und des Los Alamos National Laboratory entwickeln eine neue Art von sich selbst organisierendem transparenten Dünnschicht-Polymermaterial, das Strom erzeugt, wenn es auf der Oberfläche von Fenstern aufgebracht wird. Es besteht aus einem halbleitenden Polymer, der mit Kohlenstoff-Fullerenen kombiniert ist – käfigartigen Molekülstrukturen aus 60 Kohlenstoffatomen in der Form eines Fußballs.

Wird dieses Material auf eine Oberfläche aufgebracht, dann organisiert es sich selbst und bildet sechseckige Zellen von Mikrometergröße, die sich über Flächen von mehreren Millimetern ausbreiten. Aufgrund seiner Entwicklung ist das Material an den Kanten dicht gepackt, wo das Licht zur Stromproduktion absorbiert und weitergeleitet wird, während die Mitte der Materialstruktur relativ transparent ist. Der nächste Entwicklungsschritt wird die Optimierung groß angelegter Strukturierungen des Polymer-Materials sein, um Solarstrom-Fenster herstellen zu können.

Solar Shutter

Solar Shutter

Da inzwischen aber auch aus China erste Solarfenster gemeldet werden (Chin Hua solar glass), sollten sich die zukünftigen Mitbewerber anderer Länder besser etwas beeilen.

Zum Abschluß des Themas Fenster möchte ich noch auf die interessanten, wenn auch nicht ganz optimalen PV-Fensterläden der US-Firma Plug’n Save hinweisen. Das PV Solar Shutter Modell für Glastüren hat die Maße 60 x 200 cm, einen Bambusrahmen, produziert 120 W und kostet 1.480 $.

Wesentlich sinnvoller erscheinen mir da schon die Solaren Fensterläden der Berliner Architektin Astrid Schneider. Die mit Solarzellen der Sunways AG, Konstanz, bzw. Solarmodulen der Solarnova GmbH, Wedel, ausgestatteten Fensterläden wurden erstmals im September 2003 zur Eröffnung des Solarzentrums Mecklenburg-Vorpommern in Wietow installiert. Das Produkt wird in zwei Varianten ausgestellt, als ein dem historischen Vorbild angepaßter denkmalbezogener solarer Fensterladen mit grünem Rückseitenglas und opaken, grauen Solarzellen, sowie als ein moderner Fensterladen mit transparenten Zellen für eine Fenstertür.

Eine spezielle Metallkonstruktion mit zwei Hebelarmen ermöglicht eine halbkreisförmige parallele Klappbewegung, sodaß der Fensterladen mit der solar-aktiven Seite im geöffneten wie im geschlossenen Zustand immer nach außen und damit zur Sonne ausgerichtet ist. Leider hat sich das Produkt auf dem Markt bislang nicht behaupten können.

Als nächstes sind die Solarfassaden dran.

Dynamic Solar Façade

Dynamic Solar Façade
(CASE)

Anfang 2010 präsentiert das Center for Architectural Science and Ecology (CASE) in New York seine neu entwickelte Integrated Concentrating (IC) Dynamic Solar Façade, mittels derer das Sonnenlicht von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang maximal erfaßt werden soll. Ich habe es bereits im Kapitel über Sonnennachführungssysteme gezeigt (s.d.).

Das System besteht aus der Kombination einer miniaturisierten Konzentrator-Solarzelle, einem Tracking-System und einem Glas in Pyramidenform. Förderer des Projekts sind das DOE, die NYSERDA und NYSTAR. Die einzelne Konzentrator-Zelle verwendet eine Linse, um das einfallende Licht auf die Solarzelle zu konzentrieren. Alle zusammen sind auf einem Draht-Tracking-System aufgespannt, das es ihnen erlaubt sich mit der Sonne zu bewegen. Die Glaspyramide wiederum steigert die Menge des verfügbaren Lichts und dient zusätzlich dazu, thermische Energie einzufangen. Die Rezeptoren von CASE lassen sich sowohl an bestehenden Gebäudefassaden anbringen, als auch in neue Designs integrieren.

Nachdem die Firma HeliOptix LLC die Lizenz zur Vermarktung des Systems erworben hat, wird im März ein 240 x 240 cm großes Testmodul mit 64 Konzentratoren in der Fassade des neu eröffneten Syracuse Center of Excellence in Environmental & Energy Systems (SyracuseCoE) installiert. Das verglaste Fassadensystem liefert gleichzeitig elektrischen Strom, thermische Energie, verbesserte Tageslichtnutzung und reduzierte Sonneneinstrahlung.

Erst jetzt bekannt wird mir die bereits 2002 gegründeten GlassX AG mit Sitz in Zürich, da ihr Produkt in diesem Jahr auch die USA erreicht. In Europa ist es seit 2005 im Handel. Unternehmenschef Dietrich Schwarz hat in der Schweiz schon Mitte der 1990er Jahre erste Energiesparhäuser mit von ihm entwickelten Glasfassadensystemen gebaut. In Kooperation mit der ETH Zürich, dem deutschen Fraunhofer Institut in Freiburg i. Br. und der EPF Lausanne wird langjährig intensive Grundlagenforschung und Produktentwicklung betrieben. Ergebnis dieser z.T. staatlich geförderten Forschungsprojekte sind inzwischen weltweit patentierte Produkte im Bereich intelligenter Glasfassaden.

GLASSXcrystal Phasenwechsel

GLASSXcrystal
Phasenwechsel

Das Solarglas GLASSXcrystal beispielsweise speichert, wärmt und kühlt, indem eine Schicht von Salzkristallen die Wärme der einstrahlenden Sonne speichert, und diese bei Bedarf an den Innenraum abgibt. Ein zusätzlich implementiertes Prismenglas läßt die Sonnenstrahlung nur bei flachem Einstrahlungswinkel passieren (also im Winter). Die hoch stehende Sommersonne mit Einfallswinkeln über 40° wird dagegen nach außen reflektiert, um den Raum vor Überhitzung zu schützen. Der 3-fach-Isolierglasaufbau sorgt für eine hohe Wärmedämmung mit einem U-Wert von unter 0,5 W/m2K.

Zentrales Element der GLASSXcrystal-Fassaden ist jedoch das Wärmespeichermodul, das die solare Energie aufnimmt, speichert und zeitverzögert als Strahlungswärme wieder abgeben kann. Als Speichermedium wird ein Phasenübergangs-Material (PCM, Phase Change Material) in Form eines Salzhydrates verwendet, das in Polycarbonat-Behältern hermetisch eingeschweißt ist. Die Wärmespeicherung erfolgt durch Aufschmelzen des PCM, beim Kristallisieren wird die gespeicherte Wärme wieder abgegeben. Im flüssigen Zustand läßt das PCM mehr als 40 % des sichtbaren Lichts passieren, im festen Zustand noch etwa 25 %. Die Fassadenelemente gelten zwar als relativ teuer, sind jedoch erfolgreich schon in diversen Referenzprojekten im Einsatz und haben auch schon einige Auszeichnungen gewonnen, darunter den Schweizer Solarpreis 2007 und den Watt d’Or im Jahr 2009.

Eine ähnliche Technologie verfolgt das Unternehmen RavenBrick LLC mit seinen ‚intelligenten’ Wandelementen namens RavenSkin, bei denen ein PCM-Nanomaterial als Speicher, eine Absorberfläche zur Umwandlung von Licht in Wärme sowie ein thermoreflektiver Filter einsetzt wird, um zu starke Sonneneinstrahlung zu blockieren.

National Gypsum, ein Unternehmen aus Charlotte, North Carolina, will in den USA bald mit ThermalCORE-Gipskartonplatten auf den Markt kommen, die Hitze absorbierende PCM-Mikrokapseln enthalten, um ein Gebäude passiv zu kühlen. Einwickelt wird die Technologie von der deutschen BASF und dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in München, als Ergebnis der öffentlich geförderten Forschungsprojekte ‚Innovative PCM-Technologie’ und ‚Mikroverkapselte Latentwärmespeicher’.

In warmen Regionen soll das Material genügend Hitze absorbieren, um bis zu 20 % des Stroms für Klimaanlagen zu sparen. In Gebieten, wo es in der Nacht kühler wird, könnten Klimaanlagen sogar vollständig überflüssig werden. Als PCM wird ein spezielles Paraffinwachs eingesetzt, das bei Raumtemperatur schmilzt.

In Deutschland stellt die Knauf Gips KG unter dem Label Smartboard bereits PCM-Gipskartonplatten mit rund 30 % Massenanteil PCM bei einer Schichtdicke von 15 mm her, die mit den Schmelzbereichen 23°C und 26°C angeboten werden und eine Speicherkapazität von etwa 90 Wh/m2 besitzen. Ein ähnlich wirkender Gipsputz wird von der Maxit Deutschland GmbH ebenfalls schon angeboten, während  die Firma DuPont eine Energain Platte entwickelt und an der Universität Lyon testet, in der Paraffin in eine Kunststoffmatrix integriert ist.

Solarfassade von Smith + Gill Architecture

Solarfassade von
Smith + Gill Architecture

Eine klassische Solarfassade plant das Büro Adrian Smith + Gordon Gill Architecture für den neuen Hauptsitz der Federation of Korean Industries in Seoul. Das über 240 m hohe Gebäude, das bis 2013 fertig sein soll, besticht durch seine simple, aber dennoch wirkungsvolle Integration von PV-Paneelen. Durch die zieharmonikaartige Anordnung haben die Paneele einen verbesserten Anstellwinkel, während die Glasscheiben durch ihre umgekehrte Neigung Sonnenlicht nach unten reflektieren. Es wird damit gerechnet, daß das Hochhaus einen etwa siebenfachen Stromüberschuß erwirtschaften kann.

Im Rahmen der Erneuerung des Stadtteils Poblenou in Barcelona errichtet das Architekturbüro Cloud9 von Enric Ruiz Geli ein Stahlskelettbau für das Media-TIC Gebäude, dem ersten des 22@Barcelona genannten Großprojekts. Interessant ist die pneumatische, intelligente Fassade, welche die Sonneneinstrahlung und Temperatur der Struktur regelt. Die aufblasbaren ETFE-Elemente (Ethylen-Tetrafluorethylen) steigern bei Bedarf die Isolierung und erleichtern das Ziel der Energie-Autonomie. Die Steuerung erfolgt über einen solarbetriebenen automatischen digitalen Lichtsensor.

Die südwestliche Seite – hier links im Bild – bringt lange ETFE-Taschen zum Einsatz, die entlang des Gebäudes senkrecht angeordnet sind und mit Stickstoff aufgeblasen werden, wobei der entstehende Nebel-Effekt die Sonneneinstrahlung stark reduziert. Das Gründach des Gebäudes sammelt Regenwasser, das wiederverwertet wird; und außerdem werden darauf Photovoltaik-Module installiert.

An der University of California in Berkeley arbeiten Luke Lee und Maria-Paz Gutierrez an der Entwicklung eines fortschrittlichen ‚Haut’ für Gebäude, welche durch die physikalischen Eigenschaften der verwendeten Materialien die Temperatur und Feuchtigkeit zu regulieren vermag und dadurch den Bedarf an Elektrizität drastisch reduziert. Die auf der Mikro- und Nanoebene strukturierte Dünnschicht-Membran soll wie unserer Haut arbeiten, ohne den Einsatz von Strom oder mechanischer Elemente. Das Projekt mit dem Namen Self-Activated Building Envelope Regulation (SABER) würde regeln, wie viel Licht und Wärme in das Gebäude dringen, und wie viel Feuchtigkeit durch eine Membran entweicht.

Inspiriert von den Facettenaugen der Insekten setzt sich das SABER-System aus abwechselnden Reihen lichtempfindlicher Zellen zusammen, die aus Mikro-Linsen bzw. Taschen mit einem lichtempfindlichen Hydrogel bestehen, welche durch Licht von außen oder Feuchtigkeit von innen aktiviert werden. Das Gel schrumpft im Licht zusammen und öffnet dadurch winzige Röhrchen, durch welche wiederum mehr Luft und Licht in das Gebäude gelangen, während die Regelung der Luftfeuchtigkeit durch ein Polymer erfolgt, das mit erhöhter Feuchtigkeit expandiert und ebenfalls Öffnungen erweitert, um den Luftstrom zu erhöhen. Außerdem ein Übermaß an Feuchtigkeit in der Luft von einer Schicht Trockenmittel auf der Innenseite aufgenommen. Die vorgestellte Prototyplinse reagiert bereits auf Veränderungen der Atmosphäre in dem Gebäude durch das Auslösen mikroskopischer Öffnungen in der Membran.

Auch neue Designs werden in diesem Jahr publiziert. Ilyas Mehmet Ekizoglu von der Stuttgarter Kunstakademie läßt sich beispielsweise von einem Wüstenkäfer aus der Namibwüste inspirieren und entwickelt das Design einer ‚Bio-Fassade’ aus stabförmigen Lamellen, an deren Spitze Solarzellen eingebaut sind und deren elastischer Körper eine rauhe Oberfläche besitzt, an der sich Luftfeuchtigkeit niederschlägt. Neben der Stromproduktion leiten die Lamellen das gesammelte Wasser ins Gebäude, um es im Sommer zu kühlen. Die einzelnen Lamellen sind so beweglich wie menschliche Muskeln, folgen im Verlauf des Tages der Sonne und spenden außerdem noch Schatten.

Solar Grid Design Grafik

Solar Grid Design (Grafik)

Ein leider nicht näher zuordenbares Fassaden-PV Design namens Solar Grid ist ein vermutlich aus Österreich stammender Beitrag zum diesjährigen James Dyson Award. Zwei verschieden geformte, mit Solarfolie beschichtete ‚Blätter’ werden in ein Netzwerk aus Basaltfasern mit integriertem Stromkabelsystem geklickt, das eine individuelle Flächen- und Fassadengestaltung erlaubt. Das Netz sammelt die von den Solarblättern abgegebene Energie und leitet sie weiter, um ins Stromnetz eingespeist zu werden. In Kombination mit Leuchtelementen kann das Solar Grid auch als selbstversorgendes Werbebanner oder Fassadenbeleuchtung genutzt werden.

Technisch weniger anspruchsvoll, im Gesamteindruck aber wesentlich nutzvoller, ist der Solarfassaden-Entwurf piksol des schweizerischen Designbüros Drzach and Suchy aus Basel – bei dem einzelne Solarzellen als ‚Pixel’ genutzt werden (daher auch der Name), um aus ihnen und ihrem Schattenwurf großflächige Grafiken oder Mosaiken entstehen zu lassen, die sich während des Sonnenlaufes auch langsam und ständig verändern. Bislang gibt es allerdings nur kleine Prototypen des Systems.

Bereits umgesetzt wird eine flächige, gepixelte Fassade, die auf Solarenergie reagiert, am Schweizer Pavillon der EXPO 2010 in Shanghai. Die interaktive und intelligente Fassade, ein Vorhang aus Aluminiumgeflecht, unter welchem die Besuchenden durchlaufen um den Pavillons zu betreten, zeigt in einer spielerischen Umsetzung wieviel Energie uns überall ungenutzt umgibt.

Die 10.000 tellergroßen Fassadenelemente, die an dem Geflecht angebracht sind, sind je mit einer Solarzelle als Energieerzeuger, zwei Doppelschichtkondensatoren als Speicher, einer Leuchtdiode als Verbraucher sowie Sensoren, die auf Licht und auf benachbarte Zellen reagieren, bestückt. Die gewonnene Energie wird in Form weißer Lichtblitze sichtbar gemacht, welche durch Umwelteinflüsse wie Sonne, Wind oder Fotoblitzlichter der Besuchenden ausgelöst werden. Besonders innovativ: Die Bauelemente und Leiterbahnen bilden zusammen eine formale Karte der Schweiz und werden nach Ende der Ausstellungsdauer als Erinnerungsstücke verkauft.

Zelle der Swiss-EXPO-Fassade

Einzelzelle der
Swiss-EXPO-Fassade

Überhaupt scheint dem Thema Fassade auf der diesjährigen EXPO große Aufmerksamkeit geschenkt zu werden, denn auch andere Pavillons konzentrieren sich betont darauf. Monaco beispielsweise umhüllt seinen Ausstellungsbau mit LEDs, die durch Solarzellen mit Strom versorgt wellenförmig aufleuchten. Inspiriert durch die Gewässer des Mittelmeers, soll der Pavillon wie ein Fels wirken, der von dem tanzenden Licht eines Meeres umgeben ist.

Der Pavillon Japans – in einem gräßlichen Rosa gehalten – ist eine Leichbaustruktur aus Metallrohren, die komplett mit einer Membrane umhüllt ist, in welcher Streifen aus Solarzellen mit einer Gesamtkapazität von 30 kW integriert sind.

Die spektakulärste Fassade ist wohl die des Britischen Pavillons, der wie ein mutierter Seeigel aussieht. Das 20 m hohe Konstrukt mit dem Namen Seed Cathedral ist von Heatherwick Studio in Zusammenarbeit mit der Millennium Seed Bank konzipiert worden. Die Fassade ist mit 60.000 Acryl-Stäben von je 7,5 m Länge gespickt, deren Spitzen mit Samen aus der ganzen Welt gefüllt sind. Die Stäbe dienen als Lichtleiter, die während des Tages Licht in die Struktur hinein ziehen, während nachts die Lichter aus dem Inneren ein sanftes Leuchten durch die Stäbe nach außen schicken.

Nach den Fassaden sollen nun die Designs zweier kleinerer Solarhäuser präsentiert werden, die in diesem Jahr erstmals veröffentlicht worden sind.

EC*-Cocoon Grafik

EC*-Cocoon (Grafik)

Besonders nett finde ich den Entwurf des Designers Cyril-Emmanuel Issanchou aus Paris, der teilweise auf geodätischen Elementen beruht. Sein vorfabriziertes EC*-Cocoon Modul besteht aus Holz, enthält Sonnenkollektoren für warmes Wasser und Heizung, Fensterelemente sowie einen Luft-Wärmetauscher auf dem Dach. Andere Bereiche sind mit einer PV-Membran überzogen.

Etwas konventioneller, aber dennoch mit Schwung, ist das Lamboo Solar Studio der auf Bambus-Bau spezialisierten Firma Lamboo in Springfield, Illinois. Der energiesparende, weitestgehend aus Bambus bestehende Entwurf besitzt ein S-förmiges Dach mit integrierten Photovoltaikmodulen, welches dabei helfen soll, das Haus im Sommer kühl und im Winter warm zu halten.

Und um die Sache nicht zu langweilig werden zu lassen, hier noch das Design einer hypermodernen ... Hühnerfarm. Das israelische Landwirtschaftsministerium hatte einen entsprechenden Architektur-Wettbewerb lanciert. Den ersten Platz belegt ein Team aus den Architekten Itai Peleg und Joseph Burshtein, dem Landschaftsarchitekten Nathan Gulman und der Baufirma Agrotop Ltd. mit einem umweltverträglichen Konzept aus vorfabrizierten Elementen.

Hühnerfarm Grafik

Hühnerfarm (Grafik)

Der bislang noch nicht umgesetzte 60 m lange Entwurf soll mittels PV-Solardach und mehreren kleinen Windladern energieautark operieren können, außerdem soll der Abfall zu Biotreibstoff verarbeitet werden. Fraglich ist allerdings, ob dies am Leben der Hühner in den Legebatterien etwas ändert...

Nun aber zu den in diesem Jahr umgesetzten Projekten, die aus der stets zunehmenden Zahl neuer Solarhäuser besonders hervorragen.

Sogar Frankreich bekommt nun sein erstes Passivhaus, das äußerlich zwar weitestgehend eine konventionelle Architekturlinie verfolgt, neben einem großen PV-Solardach jedoch noch weitere interessante Technologien beinhaltet. Das von der Architekturfirma Karawitz in Bessancourt errichtete Gebäude übernimmt eine Fülle von Design-Details des traditionellen ländlichen Bauernhauses, ergänzt um eine einzigartige Rundum-Abschirmung aus Bambusjalousien, die das Haus vor zu intensiver Sonneneinstrahlung schützen.

Die Fenster und vorgefertigten Wände sind so gut isoliert, daß als primäre Wärmequellen die Bewohner und die Sonne sind ausreichen, wobei ein Ventilationssystem mit Wärmerückgewinnung für frische Luft sorgt. Innen sind die Wände und Decken mit Holz verkleidet.

Crossway House

Crossway House

Ebenso gilt das Solarhaus des Architekten Richard Hawke, das auf dem Land in der Nähe von Staplehurst, Kent, errichtet wird, als das erste zertifizierte Passivhaus Großbritanniens. Seine individuelle Form erhält das Crossway House durch einen teilweise begrünten großen Bogen, der das Haus überspannt. Diese parabolische Struktur aus gemauerten Ziegeln führt dazu, daß das Dach keine zusätzliche Stützen benötigt, und sich dadurch der Materialbedarf signifikant reduziert. Die Form erinnert an den aus Lehmziegeln gebauten Empfangssaal von König Kosroes II. in Ktesiphon (Taq-i Kesra-Palast), unweit von Baghdad, einem im Scheitel 34 m hohen Tonnengewölbe, das trotz mehrerer Erdbeben auch nach 1.400 Jahren noch zur Hälfte intakt ist.

Eine Kombination aus solar-elektrischen und Warmwasser-Arrays versorgt das Haus mit erneuerbaren Energien, die passiven Heizungsstrategien werden von einem Biomasse-Heizkessel ergänzt, und es werden Phase Change Materials (PCM) eingesetzt, um im Winter die Wärme effektiv zu speichern und im Sommer die Hitze zu regulieren.

Als erstes ‚Zero-Carbon’ Passivhaus Großbritanniens gilt dagegen das ebenfalls in diesem Jahr errichtete Larch House von Bere Architects.

Im Juni 2010 findet in Madrid dDer erste Solar Decathlon Europe (SDE) statt.

Das Regelwerk ist auf den ursprünglichen, amerikanischen Wettbewerbsregeln aufgebaut. Neu hinzu kommen die Bewertungspunkte für Innovation und Nachhaltigkeit des Konzeptes.

Anfang des Jahres werden die teilnehmenden Universitätsteams aus drei Kontinenten ausgewählt, wobei das israelische Team durch die spanische Regierung - berechtigtermaßen - ausgeschlossen wird, da die Ariel University in den noch immer militärisch besetzten Gebieten Palästinas liegt...

Am 7. Juni fällt der Startschuß, und die Teams aus Brasilien, China, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Mexiko, Spanien und den USA haben 10 Tage Zeit, ihre Solarhäuser auf einem 30.000 m2 großen Gelände im Zentrum von Madrid, zwischen dem Königspalast und dem Fluß Manzanares, zu errichten.

Während der dortigen Ausstellung besuchen über 190.000 Menschen die Wettbewerbsstätte.

Als Gewinner werden in diesem Jahr ermittelt:

  • 1. Platz: Virginia Polytechnic Institute & State University, Blacksburg
  • 2. Platz: Hochschule für angewandte Wissenschaften Rosenheim
  • 3. Platz: HFT Stuttgart

Das Lumenhaus der Virginia Tech, mit seinen verschiebbaren Solarfassaden, ist dasselbe Bauwerk, mit dem die Uni schon im Vorjahr in den USA teilgenommen hatte (ohne jedoch zu gewinnen).

Bambu House

Bambu House

Mir persönlich gefällt der chinesische Beitrag besonders gut, auch wenn er es nicht unter die ersten drei geschafft ist.

Das Bambu House der Tongji Universität Shanghai hat zwei elegant geneigte Dächer, und ist fast komplett aus Bambus gebaut. Es kombiniert die traditionelle chinesische Architektur mit modernster Technologie. Die beeindruckende Solaranlage liefert rund 9 kW Strom.

Die Zusammenfassung eines persönlichen Gesprächs mit Mark Fandrich, einem Teammitglied der HfT Stuttgart (unter der Projektleitung von Prof. Dr.-Ing. Jan Cremers), den ich 2014 im Rahmen der Recherche kennenlernte (und der sich als Leser des Buchs der Synergie entpuppte!), gibt die Atmosphäre beim ersten Dacathlon auf europäischen Boden gut wieder:

“...obwohl wir – im Team, und zusätzlich zum Studium – die einzelnen geforderten Themen und die Konstruktion des gesamten Hauses in kürzester Zeit erarbeiten und verwirklichen mußten, war der Solar Decathlon eine sehr spannende Zeit. Dabei hatten wir Stuttgarter den Vorteil der Modulbauweise, bei der die einzelnen Module jeweils auf einem Lkw transportiert, und vor Ort nur auf ein vorbereitetes Fundament gesetzt werden mußten.

Die Szenerie am Fluß, mit dem Königspalast im Hintergrund, hatte schon etwas ganz besonderes, und das Wetter war typisch Spanisch - sehr heiß und trocken.

Die Baukonzepte der verschiedenen Teams waren sehr unterschiedlich, aber Konkurrenzdenken gab es eigentlich nur bei den einzelnen (meist knapp ausfallenden) Preisverleihungen der zehn Disziplinen. Ansonsten war die Atmosphäre unter den Teams sehr angenehm, fast schon freundschaftlich. Jeder war stolz auf sein Projekt, und manche Freundschaften bestehen noch heute. Förderlich dabei, aber auch anspruchsvoll, war eine der Aufgaben, daß sich die Teams in den Häusern mit den vorhandenen Gerätschaften (Vollausstattung Küche, Bad, etc.) gegenseitig bekochen mußten, wobei die Gäste gemischt aus verschiedenen Teams ausgewählt wurden.

Eine Herausforderung während der publikumsoffenen Wettbewerbsphase von mehreren Wochen, der sich fast alle aus dem Team stellen durften, war es, Führungen durchs Haus zu leiten – mit bis zu 3.000 Personen pro Stunde!

Alles in allem eine sehr schöne Erfahrung, die mich in jeglicher Hinsicht weitergebracht hat. Ich bin froh, ein kleiner Teil dessen gewesen zu sein.”

In diesem Jahr wird übrigens auch zum ersten Mal der Nachwuchspreis Bauhaus Solar Award verliehen. Der mit 8.000 € dotierte erste Preis geht an das Projekt Power-Plant von Pascal Maas aus Münster. Bei dem energieautarken Hotelprojekt geht es um die Verbindung innovativer Technologien mit Mikroalgenkulturen, die sich in der Fassade befinden und dort durch die Bindung von Kohlendioxid Sauerstoff und Biodiesel erzeugen. Mit diesem soll dann ein Blockheizkraftwerk angetrieben werden.

Der nächste Solar Decathlon Europe 2012 findet wieder in Madrid statt, ich werde zu gegebener Zeit darüber berichten.


Über zwei interessante neue Solarhäuser gibt es aus Übersee zu berichten. Das Iseami House wird von der Firma Robles Arquitectos aus San José in einer abgelegenen Region der Osa-Halbinsel von Costa Rica errichtet. Das nachhaltige und autonome Haus wird durch Solarenergie und Wasserkraft betrieben und enthält mehrere energiesparende Systeme, um die Last der Energie-Generatoren zu reduzieren. Das Gebäude steht einen Meter über der Oberfläche, um den Einfluß von Feuchtigkeit zu minimieren.

Zu den genutzten umweltfreundlichen Technologien zählen zwei kleine Wasserkraft-Turbinen, die 800 kWh liefern, während weitere 10.800 kWh Strom von einem Solardach-Array kommen, das so konzipiert ist, daß es die Stromerzeugung durch Neigung und Ausrichtung maximiert.

In Kamuela, am Rand von Waimea auf Hawaii, entsteht in diesem Jahr das neue Energie-Laboratorium der Hawaii Preparatory Academy, das von der Bostoner Architekturfirma Flansburgh Architects entworfen worden ist. Das Energy Lab produziert mehr Energie, als es selbst verbraucht, und soll Studenten in den Bereichen der Erneuerbaren Energien und der Nachhaltigkeit unterrichten. Gekostet hat der Bau 650.000 $.

Das lebendige und schöne Labor sitzt auf einem Hügel mit Aussicht auf den nahen Vulkan Mauna Kea und wird von Sonnenkollektoren auf dem Dach sowie ein paar kleinen Windkraftanlagen in der Nähe der Schule versorgt. Es gibt drei verschiedene Arten von Photovoltaik-Paneelen mit insgesamt 27 kW Leistung, darunter auch welche mit zweiseitigen Solarzellen, die in der der Lage, aus beiden Seiten des Panels Solarstrom zu gewinnen und eine Effizienz von 22 % aufweisen.

Energy Lab auf Hawaii

Energy Lab auf Hawaii

Um den Energiebedarf zu reduzieren, werden passive Solartechniken wie Tageslicht und natürliche Belüftung genutzt. Die großen schrägen Dächer sammeln das Regenwasser, es gibt eine Abwasseraufbereitungsanlage, und die Kühlung erfolgt über ein experimentelles Kühlsystem, bei dem in der Nacht Wasser durch die Dachplatten läuft, dabei abkühlt und für den Gebrauch während des Tages gespeichert wird. Für den Eigenbedarf werden daher nur etwa 8 % der erzeugten Energie benötigt, während der Rest in das Öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Weitere Projekte sind der Terrassen-Anbau von Zuckerrohr und Jatropha zur Gewinnung von Biodiesel. Das Energy Lab ist im Netz gut dokumentiert, und es lohnt sich, auch die Bilder der Innenausstattung anzusehen.

In Berlin wird 2010 ein Entwurf des von Werner Sobek geleiteten Instituts Leichtbau Entwerfen Konstruieren (ILEK) der Universität Stuttgart realisiert, das den vom Bundesbauministerium ausgelobten Wettbewerb ‚Plusenergiehaus mit Elektromobilität’ gewonnen hat. Aufgabe war es, ein Haus zu entwerfen, das nicht nur sich selbst, sondern auch ein Elektro-Auto mit Strom versorgen kann.

Im Gegensatz zu den vorangegangenen Designs wirkt der ILEK-Entwurf genauso kantig wie seine Beschreibung im Originalton (Auszug): „Ein gläserner Versorgungskern fungiert als energetisches und architektonisches Bindeglied zwischen den mobilen und immobilen Lebensbereichen der Bewohner. Während sich zur Gartenseite ein kompaktes Gebäudevolumen anschließt, dient zur Straßenseite hin eine offene, ungedämmte Rahmenkonstruktion der Öffentlichkeit als großes ‚Showcase’, welches Informationen vermittelt und zum Interagieren einlädt. Der Schwerpunkt der Innovation liegt hierbei in der Schnittstelle der Energieströme und Speicherkapazitäten zwischen dem Plusenergiehaus und der Mobilität der Zukunft. (...) Durch die optimale räumliche Ausrichtung und der Optimierung der solaren Gewinne Richtung Süd-Ost bei gleichzeitiger Minimierung der Verluste Richtung Nord sowie der weitreichenden architektonischen Integration von Photovoltaik und Solarthermie wird mehr Energie produziert als zur Versorgung des Gebäudes und der Fahrzeuge notwendig ist. Diese zusätzliche Energie wird in das öffentliche Netz eingespeist und trägt zur Erhöhung des regenerativ erzeugten Anteils am Gesamtstrommix bei.“

Der zweigeschossige Bau ist in zwei Teile gestaffelt: einen vorderen, öffentlichen, der als Unterstellplatz für die Elektromobile und als öffentliches Schaufenster für die verwendete Gebäudetechnik dienen soll, und einen hinteren, privaten Teil, der bewohnt werden soll. Eine Glasfuge zwischen beiden Baukörpern enthält den sogenannten Energiekern mit seinen versorgungstechnischen Einheiten. Die Eröffnung des Forschungs- und Anschauungsobjekts ist für Mitte 2011 geplant.

Wesentlich größer – und auch schon abgeschlossen – ist das Projekt einer solarbetriebenen Berufsschule in Wolfhagen, wo ehemalige Armeebaracken in ein modernes und energieeffizientes Gebäude umgewandelt worden sind. Das Dach wird durch 5.000 m2 Dünnschicht-Solarmodule ersetzt, die aufgrund einer Stärke von nur 1 Mikrometer halbtransparent sind und erlauben, daß viel Licht in das Gebäude gelangt, bei gleichzeitiger Reduzierung von Blendung und Hitze. Das 220 ​​kW-Array besteht aus 7.160 Paneelen und gilt als eines der größten seiner Art in Europa. Die Fenster an den Seitenwänden öffnen sich automatisch, um durch natürliche Belüftung für frische Luft zu sorgen.

NREL-Forschungsgebäude

NREL-Forschungsgebäude

Als größtes Null-Energie-Haus der USA gilt das 2010 in Colorado neu errichtete Forschungsgebäude des National Renewable Energy Laboratory (NREL) des DOE. Im Vergleich zu ähnlichen Bauwerken ist der Energiebedarf um 50 % reduziert, wobei das großflächige PV-Solardach, das alle Gebäudeteile bedeckt zusammen mit den Solarfassaden an der Südseite den Eigenverbrauch komplett decken kann. Kühlung und Beheizung erfolgen durch Erdsonden. Hier werden in Zukunft 800 Personen arbeiten.

In Australien sichert sich die Griffith University eine Finanzierung in Höhe von 21 Mio. $ durch den Education Investment Fund der Landesregierung, um mit dem Bau eines neuen Forschungsinstituts zu beginnen. Die 4.000 m2 große Anlage mit sechs Etagen wird 200 Studenten beherbergen und 100 Büros beinhalten.

Der Entwurf der australischen Firma Cox Architects wird das erste Null-Emissions-Gebäude in Downunder, das seinen Strombedarf komplett selber deckt. Es soll dem Rest des Landes als Paradebeispiel für die Null-Energie-Bauweise dienen.

Energetische Grundlage des in Nathan, inmitten des Toohey Forest Naturschutz-Parks, zu errichtende Sir Samuel Griffith Building bildet eine Solar/Wasserstoff-Technologie. In die Fassade des Gebäudes sind transparente Solarzellen integriert, die den Strom für das größte Solar/Wasserstoff-Energie-Demonstrationsprojekt des Landes zu generieren.

Wenden wir uns nun den Hochhäusern zu, wo sich die Kreativität auch in diesem Jahr wieder wild austoben durfte...

Aqua Tower

Aqua Tower

Einige Projekte werden aber auch tatsächlich realisiert, wie beispielsweise der Aqua Tower der US-Architekten von Studio Gang, der seit neuestem in Chicago steht. Das Hochhaus nutzt die Sonnenergie zwar nur passiv, doch endlich hat ein so großes Gebäude auch einmal Balkone und kleine Terrassen, die den Bewohner eine individuelle Nutzung von Tageslicht und natürlicher Belüftung erlauben. Den wesentlichsten Effekt bildet jedoch die Beschattung der jeweils darunter liegenden Wohnung vor der hoch stehenden Sommersonne.

Im Oktober 2010 wird auch der Pearl River Tower fertiggestellt, der zu diesem Zeitpunkt als das grünste Hochhaus der Welt gilt. Mit 310 m Höhe und 71 Stockwerken produziert das Gebäude seine benötigte Energie komplett selbst.

Ich habe das Projekt ausführlich unter Windenergie und Architektur präsentiert (s.d.), da die Energieerzeugung primär durch vier aerodynamisch geformte Öffnungen erfolgt, in denen Windturbinen angebracht sind. Als ergänzende Energiequellen gibt es jedoch auch in der Glasfassade eingebrachte PV-Paneele und Sonnenkollektoren.

Ein weiteres solares Hochhaus ist der repräsentative Tour Mozart (auch: Sequana Tower) im Süden von Paris, in dessen Dach die Firma Scheuten Solar 805 maßgefertigte Glas-Glas-Solarmodule integriert, deren Stützstruktur aus einem raffinierten Spinnennetzsystem besteht (Scheuten hat übrigens schon die Module für das Dach des Berliner Hauptbahnhofs angefertigt, s.d.).

Die BIPV-Module, die eine Fläche von 360 m2 bedecken, haben eine installierte Nennleistung von ungefähr 30 kW und bieten durch ihre Transparenz eine offene Arbeitsumgebung für die Büroräume der Bouygues Telecom, einem der größten Telekommunikationsprovider in Frankreich.

Bei den Hochhausdesigns dieses Jahres – es sind viele Dutzende – fällt mir die Auswahl nicht leicht, doch alle aufzuführen ist auch nicht sinnvoll, da sich die wesentlichen Elemente immer wiederholen. Andererseits scheinen sich wesentlich mehr Architekten – und auch Medien – mit den ins Auge fallenden Großbauten zu beschäftigen, als dies auf dem ‚normalen’ Bausektor der Fall ist. Und einige Designs sind so mutig und kühn, daß ich sie keinesfalls unterschlagen will – auch wenn ich die Beschreibungen auf ein Mindestmaß reduzieren werde. Immerhin ist das alles inzwischen im Netz leicht recherchierbar, wozu die nachfolgende Präsentation auch anregen soll. Viele der Entwürfe stammen auch 2010 aus dem eVolo Skyscraper Architektur-Wettbewerb.

OFIS-Konzept Grafik

OFIS-Konzept (Grafik)

Beginnen möchte ich mit dem Konzept eines erdbebensicheren Bauwerks von OFIS Architecture, das in Armenien errichtet werden soll. Das solarbetriebene und extrem energieeffiziente Ensemble besteht aus zwei zylindrischen Türmen, die von einer gemeinsamen, durchbrochenen Zeltstruktur umschlossen sind. Im Innern befinden sich Wohnungen, Geschäfte, ein Business Center, Restaurants und andere Einrichtungen.

Die begrünte Außenfassade bietet im Sommer einen Sonnenschutz, während ein in einer Betonplatte eingebettetes Rohrsystem für Kühlung im Sommer und Heizung im Winter sorgt. Zur ganzjährigen Stromerzeugung werden in das Atrium-Dach Solarzellen eingebettet. Durch ein System aus Betonkernen und Säulen aus Verbundwerkstoffen soll die Struktur Beben widerstehen können. Das Projekt ist ein Beitrag für den Mercedes Benz Hotelturm-Wettbewerb für Eriwan.

Ein weiteres Konzept für Eriwan stammt von dem Architekten Vahan Misakyan, der für sein Hochhausgebilde eine mechanische ‚intelligente’ Haut vorsieht, die den Lichteinfall und die Belüftung reguliert, Regenwasser sammelt sowie Sonnen- und Windenergie nutzt. Leider werden dazu keine näheren technischen Details genannt. Das Hochhaus selbst besteht aus einer Ansammlung von ‚strukturellen Geodäten’, wobei die drei Türme im oberen und unteren Bereich mittels bewohnbarer Brücken miteinander verbunden sind.

Sehr gespannt bin ich, ob der Entwurf Suspended City von Coolie Calihan und Charles Johnson umgesetzt wird, den diese für das dichtbebaute städtische Ufer von Rio de Janeiro vorschlagen. Das geschwungene Hochhaus soll bis zu den Olympischen Spielen 2016 fertig sein und seine gesamte benötige Energie aus erneuerbaren Quellen beziehen.

Suspended City Grafik

Suspended City (Grafik)

Die quasi über dem Wasser schwebende Struktur soll die urbane Architektur verfeinern und in Einklang mit Natur und Umwelt bringen. Die Basis wird aus zwei auf dem Meeresboden verankerten Pylonen gebildet, die alle mechanischen und Transportsysteme sowie Biomasse-Generatoren enthalten. Diese Generatoren nutzen auch die Vorteile von Hydrokultur, Wasser-Recycling, Kompostierung, Fischzucht und anderer landwirtschaftlicher Wissenschaften – und bilden damit eine nachhaltige Nahrungsquelle für die Einwohner der Stadt. Auch hier sind leider keine weiteren technischen Details zur geplanten Energieversorgung bekannt.

Etwas befremdlich wirkt der Entwurf des rumänischen Dorin Stefan Birou Arhitectura (DSBA) aus Bucharest, das damit die Taiwan Tower International Competition gewinnt. Der Taiwan Tower soll die Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft des Landes darstellen. Das Projekt ist von Pflanzenblättern, der Form der Insel Taiwan, dem Geldbaum sowie anderen taiwanesischen Symbolen inspiriert.

Der 390 m hohe ultra-futuristische Solar-Wolkenkratzer ist so konzipiert, daß er als Aussichtsplattform, Büroturm, Museum und Stadtpark dienen kann. Die Fassade ist mit Photovoltaik-Paneelen verkleidet, es gibt Vertikalachsen-Windkraftanlagen sowie eine ganze Reihe weiterer nachhaltiger Strategien. Augenfälligste Elemente sind die außen angebrachten acht energiesparenden Aufzüge, die als Aussichtsplattformen dienen. Sie funktionieren wie Luftschiffe und sind elektromagnetisch an senkrechte Führungsschienen angekoppelt.

Die mit Helium befüllten schwebenden Observatorien sollen aus leichten Materialien wie PTFE hergestellt werden, und können jeweils 50 bis 80 Menschen bis an die Spitze des Turmes tragen, um einen atemberaubenden Blick über die Stadt zu genießen. Die unteren 85 m des Turms bieten Platz für ein Museum und Büros, während der obere Teil die Windkraftanlagen und die PV-Fassade beherbergt. Geothermische Wärmepumpen reduzieren die benötigte Energie zum Heizen und Kühlen, die kleine Gebäudegrundfläche fördert die Querlüftung und der Turm erzeugt einen Kamineffekt. Nachdem DSBA den Wettbewerb gewonnen hat, haben sie die Chance, den Entwurf weiter auszuarbeiten, dessen Bau bereits 2012 beginnen könnte.

Wie schon gewohnt, lassen sich auch 2010 wieder massenweise Konzepte finden, die speziell für die Golfregion entwickelt werden, obwohl die tatsächliche Baubereitschaft auch dort inzwischen ein wenig zurückgegangen ist.

Marina + Beach Towers Grafik

Marina + Beach Towers
(Grafik)

Zu den in besonders Auge fallenden Designs gehört das Marina + Beach Towers Projekt des Architekturbüros Oppenheim, das irgendwo in den Vereinigten Arabischen Emiraten errichtet warden soll. Das für eine gemischte Nutzung konzipierte Bauwerk wird entworfen, um die Menge der Wohneinheiten am Strand zu maximieren und räumliche Distanzen eines Dorfes zu bieten.

Die Fassade reagiert auf jede Veränderung des Lichts und bietet Schutz vor der intensiven Sonne. Gleichzeitig ermöglicht die Architektur die Schaffung eines botanischen Wunderlands, das von natürlichem Licht durchdrungen wird. Die Konstruktion erlaubt es, die Innentemperatur ohne zu viel Energie zu regulieren bzw. zu kühlen. Solar- und Windenergie-Arrays sorgen für die Erzeugung eines Teils der benötigten Energie.

Von Foster + Partners stammt der Entwurf für das Zayed National Museum in Abu Dhabi. Das Gebäude soll das zukünftige Zentrum für die Präsentation der Geschichte und Kultur des Landes werde. Das energiesparende Museum wird aus fünf flügelförmigen Solar-Türmen bestehen, die auch als thermische Kamine wirken und Luft durch das Museum strömen lassen, ohne daß dafür Strom benötigt wird. Die neu hineinströmende Frischluft wird zuvor durch unterirdische Boden-Kühlrohre geführt.

Adrian Smith + Gordon Gill stellen das Konzept eines Hochhausensembles namens Park Gate vor. Das Bauwerk ist für eine gemischte Nutzung konzipiert und besteht aus sechs paarweise angeordneten geschwungenen Türmen, die von einem leichten, gewölbten Baldachin überspannt werden, der den beschatteten Raum um 10° - 15°C herunterkühlen soll.

Park Gate Grafik

Park Gate (Grafik)

Die Oberseite des Sonnenschirms ist mit PV-Paneelen bestückt, während die darunterliegende Trägerstruktur hängende Gärten beinhaltet. Als Kühlsenke dienen reflektierende Salzwasser-Pools am Boden. Inspiriert von den alten und modernen Souks des Nahen Ostens, soll das Park Gate im Herzen von Dubai als Platz zum Ausruhen dienen, um Kontakte zu knüpfen und Geschäfte zu machen.

Aedas, eines der weltweit größten Architekturbüros, designt gemeinsam mit Arup die Zwillingstürme des neuen Hauptquartiers des Abu Dhabi Investment Council (ADIC), das der Presse zufolge ein Vermögen in Höhe von 625 Mrd. $ verwaltet. Die beiden 25-stöckigen Wolkenkratzer in der Nähe der Al Qurum Beach im östlichen Bezirk von Abu Dhabi werden Büros für 2.000 Mitarbeiter beinhalten und sind durch einem See und einem Palmenhain voreinander getrennt.

Die Außenhaut, eine honigwabenförmigen Fassade, welche die Kühlung unterstützt, ist von islamischen Ornamenten  abgeleitet. Sie wirkt wie ein dynamische ‚Mashrabiyah’ und öffnet und schließt sich in Übereinstimmung mit dem Lauf der Sonne. Schätzungen zufolge kann der Schirm die Kühllasten um 25 % zu reduzieren. Jeder Turm hat an der Spitze einen Raum für Empfänge, und neben Dachgärten gibt es gier auch integrierte Photovoltaik-Anlagen, die etwa 5 % des gebäudeeigenen Bedarfs decken können. Gemäß den Planungen sollen die Türme 2012 fertig werden.

Blooming In The Wind Grafik

Blooming In The Wind
(Grafik)

Auch das Projekt Blooming In The Wind des Architekturbüros Mekene Architecture, das für den Za’abeel-Park in Dubai entworfen wird, besitzt eine dynamische Fassade, deren Funktion allerdings über die reine Beschattung hinausgeht, den der Turm wird durch diese zu einem riesigen Katalysator zum Auffangen von Wasser aus Tau. Die Außenhaut besteht aus Hunderten von Segeln aus einem speziellen Stoff mit sehr hohem Infrarot-Emissionsgrad.

Tagsüber sind diese Segel zusammengefaltet und bilden einen Kamin, der eine nach oben gerichtete Luftströmung schafft. Zum Sonnenuntergang entfalten sie die Segel dann wie Blütenblätter und sammeln die ganze Nacht über den Tau. Das geerntete Wasser wird in einen Tank an der Basis des Turms geleitet. Es wird erwartet, daß das Tau-Sammelsystem genügend Wasser erwirtschaftet, um den Bedarf des gesamten Gebäudes zu decken. Darüber hinaus ist jedes Segel mit einem piezoelektrischen Generator versehen, sodaß seine Schwingungen im Wind Strom erzeugen.

Die Basis des 170 m hohen Öko-Turms aus einem leichten Aluminium-Rahmen ist leicht abgesenkt, und eine große Kuppel bietet Erholungsraum, Picknickplätze, eine Bibliothek und einen Konferenzbereich. An der Spitze befinden sich eine Aussichtsfläche und ein Café.

Das größte Design stammt aber in diesem Jahr aus China. Neben dem großen, bogenförmigen Solargebäude in Dezhou, das ich in der Jahresübersicht 2009 vorgestellt habe (s.o.), soll nun in unmittelbarer Nähe ein weiteres Bauwerk errichtet werden, das zum Zentrum der sauberen Energietechnologien des Landes, wenn nicht der Welt werden soll. Das Solar Valley Projekt der Himin Solar Energy Group hat ein Volumen von 740 Mio. $ und wird nach seiner Umsetzung als „The Biggest Solar Energy Production Base in the Whole World“ über 100 Unternehmen beherbergen.

Die solare Architektur erstreckt sich auch immer mehr auf andere Bereiche. Nicht nur bei Sportarenen wird zunehmend auf energierelevante Aspekte geachtet, sondern sogar bei Terminals, Flughäfen und ähnlichem. Auch hierfür möchte ich einige Beispiele aufzeigen.

Da sich die Nationen schon jetzt um den Austragungsort der FIFA Fußball-WM 2022 bewerben, legt beispielsweise das Emirat Katar seine Pläne für 5 Solar-Stadien vor, mit denen es die FIFA Juroren überzeugen möchte. Alle Fußball-Stadien sollen mit den neuesten Technologien ausgerüstet werden und ausschließlich über erneuerbare Energien betrieben werden. Das Konzept stammt von dem deutschen Architekturbüro Albert Speer & Partner GmbH‎.

Eagles-Stadion Grafi

Eagles-Stadion (Grafik)

In den USA wiederum schließen die berühmten Footballer Philadelphia Eagles mit der Firma SolarBlue aus Orlando, Florida, einen 30 Mio. $ Vertrag, der den Eagles im Laufe der nächsten 20 Jahre schätzungsweise 60 Mio. $ an Energiekosten einsparen soll. Hierfür wird SolarBlue auf dem oberen Rand des Stadions 80 spiralförmige Windkraftanlagen von 6 m Höhe installieren, die Stadion-Fassade mit 2.500 PV-Solarmodulen ausstatten und zusätzlich ein 7,6 MW Brennstoff-Kraftwerk errichten. SolarBlue übernimmt ferner die Installation einer modernen Überwachungs- und Steuerungstechnologie sowie den Betrieb und die Wartung der Energiesysteme des Stadions für die nächsten 20 Jahre.

Bereits im Bau befindet sich in Spreitenbach, im Schweizer Kanton Aargau, die Umweltarena, deren Spatenstich am 20. April 2010 erfolgt. Initiant und Hauptinvestor dieses Projekts ist Walter Schmid, der bereits vor 20 Jahren die Kompogas AG gegründet hat und als einer der wichtigsten Pioniere für erneuerbare Energien und die sogenannten Minergie-Häuser in der Schweiz gilt.

Das 100 m lange, 60 m breite und bis zu 20 m hohe Kompetenzzentrum für Ökologie in der Nähe von Zürich hat ein Investitionsvolumen von 40 Mio. CHF und soll mit gut 11.000 m2 Nutzfläche im Sommer 2012 als Plattform für Nachhaltigkeit und Umwelttechnologie eröffnet werden. Auf drei Etagen wird die Umwelt Arena Hersteller energieeffizienter Produkte sowie Dienstleister wie Organisationen des Bundes und der Kantone, Fachverbände, Energieunternehmen, Hochschulen und andere unter einem Dach versammeln. Präsentiert werden Produkte und Systeme wie Solarzellen, Sonnenkollektoren, Windkraftanlagen und Wärmepumpen, aber auch entsprechende Heizsysteme, Steuerungen, Bau- und Isolierstoffe, Autos, umweltgerecht produzierte Textilien/Kleider, energieeffiziente Küchen- und Elektrogeräte, Bioprodukte und vieles mehr.

Statt mit einer herkömmlichen Kältemaschine wird die Umwelt Arena im Sommer mit Hilfe der Sonnenwärme gekühlt und im Winter beheizt. Hierfür wird in den Betondecken ein Leitungssystem von rund 60 km Länge verlegt (TABS-System), während unter der Fundamentplatte des unteren Parkdecks rund 9 km Erdregisterleitungen der Firma Uponor verlegt werden, in denen ein Wasser/Frostschutz-Gemisch zirkuliert. Im Sommer versorgt dieses Gemisch das Leitungsnetz mit Hilfe eines Wärmetauschers mit kühlem Wasser, während es im Winter die im Erdreich vorhandene Wärme nutzt und das System mit Heizwasser versorgt. Zusätzlich wird im Sommer überschüssige Wärme in einem Erdspeicher eingelagert und kann so im nächsten Winter für die Heizung genutzt werden.

Queen Alia Terminal Grafik

Queen Alia Terminal
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Für den schnellen, kurzfristigen Kälte-/Wärmeaustausch wird zusätzlich eine mit Solarwärme betriebene Absorptions-Kältemaschine mit zwei je 70.000 Liter großen Speicherbehältern eingesetzt. An sonnigen Tagen wird das heiße Wasser der Solarkollektoren in den Wärmespeicher geleitet, aus dem der Absorptionskühler die notwendige Wärme bezieht, um Kühlwasser zu produzieren, das dann dem Kaltwasserspeicher zugeführt wird. Die dazu benötigte elektrische Energie wird mit Solarzellen erzeugt.

Der Queen Alia International Airport, 35 km südlich von Amman in Jordanien, und benannt nach der bei einem Hubschrauberabsturz getöteten Königin Alia, der dritten Frau Königs Husseins von Jordanien, wird im Mai 1983 eröffnet. Nun soll ein neuer Terminal entstehen, die die Passagierkapazität von 4,5 Mio. auf über 10 Mio. Passagiere pro Jahr erweitern kann und bereits im Frühjahr 2012 fertiggestellt werden soll. Das sich seit 2005 im Bau befindliche Projekt kostet 600 Mio. $.

Die Planungen von Foster + Partners sehen ein großes Vordach vor, dessen organische Form von Palmen inspiriert ist und als Wärmespeicher zum Heizen und Kühlen des Gebäudes dient. Außerdem sammelt es Regenwasser und Tau. Neben diversen Techniken zur Energieeinsparung sind auf dem Terminaldach große Photovoltaik-Arrays vorgesehen, um die Stromversorgung zu ergänzen.

Ebenso soll auch das Passagier-Terminal für Kreuzfahrtschiffe in Kaohsiung, der größten Hafenstadt in Taiwan, mit einer signifikanten Anzahl von Solarpaneelen versehen werden. Der nachhaltige Entwurf stammt von Sun & Associates und umfaßt ein Konferenzzentrum, Büros, Kais und einen Stadtpark. Die Fassade des Gebäudes ist optimiert, um viel Tageslicht hineinzulassen. Der obere Part der Dachstruktur, welche die Form von drei in Wellen auslaufenden Bändern hat, ist mit Photovoltaik-Paneelen eingehüllt.

Grenzübergang Hongkong Grafik

Grenzübergang Hongkong
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Die Designer Steven Ma, Wendy Fok und Dominik Strzelec stellen ihrerseits den Entwurf für den neuen Grenzübergang von Hongkong nach Zhuhai vor, in direkter Nachbarschaft zum Flughafen, der als ein Symbol der Beziehung zwischen Himmel und Erde bilden soll.

Bei dem visuell einzigartigen Konzept des HK/Macao/Zhuhai Terminal ist der Einsatz drei verschiedener nachhaltiger Technologien geplant: Wasserkraft, Solarenergie sowie piezoelektrische Elemente. Letztere sollen, im Asphalt- und Landschaftsbau der gesamten Anlage eingebettet, die Energie der Schallschwingungen und Vibrationen der zahlreichen passierenden Fahrzeuge auffangen und in Strom verwandeln. Über derartige Systeme berichte ich ausführlich im Kapitel Micro Energy Harvesting.

Auch das 1.080 m lange Projekt einer Paik Nam June Media-Brücke in Seoul, Korea, wird PV-Solarpaneele für die Energiegewinnung verwenden und Flußwasser zur Temperaturregulierung nutzen. Die Brücke mit mehreren Ebenen wird Museen, Büchereien und Shoppingcenter beinhalten, in der Horizontalen verfügt jede Brückenetage über Gärten, und die seitlichen Rampen führen ebenfalls zu Gärten bzw. zu Schiffsanlegern.

Die Brücke, ein Konzept der Seouler Architekturfirma Planning Korea, wird den Standort des Dangi-li Kraftwerks im Norden, das gegenwärtig in einen öffentlichen kulturellen Raum umgewidmet wird, mit dem Gebäude der Nationalversammlung im Süden verbinden und eine eigene Mini-Stadt bilden.

Vorschläge für die Verkleidung ganzer Autobahnabschnitte mit PV-Dachstrukturen gibt es auch schon diverse. Besonders interessant finde ich das Konzept des schwedischen Architekten Måns Tham aus Stockholm, dessen Design allerdings für den Santa Monica Freeway gedacht ist. Durch ihre Solarhaut wirkt die Struktur aus der Ferne wie eine lange, schuppig Schlange, die sich in der Mitte von Los Angeles durch eine von Stuck und Palmen dominierte Umgebung windet.

Solarserpent Grafik

Solarserpent (Grafik)

Die 960.000 m2 große Solarserpent Anlage, die sich mit einer Breite von 40 m über eine Länge von 24 km erstreckt, würde aus 600.000 Einzelpaneelen von jeweils 1,6 m2 Größe bestehen und bei einer Spitzenleistung von 115 MW pro Jahr rund 150 GWh saubere Energie für die lokale Bevölkerung produzieren. Unter den Giganten sollen Ladestationen für Elektro-Autos entstehen. Ein sinniger Nebeneffekt: Die Lärmemissionen der Autobahn werden ebenso reduziert, wie die Schäden durch zu starke Sonneneinstrahlung.

Ein noch mehr beeindruckendes Bauwerk, von dem ich allerdings befürchte, daß es nie gebaut werden wird, ist der 105 m hohe Solar City Tower für die Olympischen Spiele 2016 in Rio de Janeiro. Das mit Photovoltaik-Panelen ausgestattete Konzeptbauwerk von RAFAA Architecture & Design aus Zürich soll auf einer Insel vor Rio de Janeiro entstehen und tagsüber mittels Solarenergie Meerwasser in große Speichertanks an der Spitze hinaufpumpen. Das wieder herabfallende Wasser wird dann Turbinen antreiben, die Energie für die Nacht liefern. Der Solarturm soll das Olympische Dorf mit Strom versorgen und den Überschuß ins Stromnetz der Stadt einspeisen.

Ein Lift führt auf den Gipfel des Turmes zu einem gläserner Sky Walk, von wo aus man eine Rundumsicht auf das Meer und Rio de Janeiro genießen kann. In Zukunft soll das Bauwerk nach und nach mit einem Amphitheater, einem Auditorium, einer Cafeteria und diversen Geschäften umgeben werden, außerdem soll man sich auch am Bungee-Seil in die Tiefe stürzen können.

Zu besonderen Anlässen wird das Wasser über die Kanten des Gebäudes geleitet, wodurch es einen gigantischen Wasserfall bildet – laut RAFAA ein Symbol für die Kräfte der Natur. Informationen über die Größe der Solarsystems und der Pumpspeicheranlage sind noch nicht verfügbar.

Zum Abschluß noch einige Hinweise auf weitere technische Umsetzungen und neue Baumaterialien:

Die Firmen Onyx Solar und Butech arbeiten an einer neue Linie von trittfesten Photovoltaik-Bodenfliesen ​​aus Keramik und Glas.

Der grobkörnige Öko-Beton der Firma Ecocreto aus Austin, Texas, läßt im Gegensatz zur herkömmlichen Variante das Durchsickern des Regens ins Grundwasser zu.

Neuerdings werden auch ökologische Varianten von Stahl angeboten, die sich durch den Verzicht auf Säure bei der Herstellung auszeichnen, z.B. von der Arrowhead Steel Co. aus Burr Ridge, Illinois.

In Asheville, North Carolina, baut die Firma Push Designs in das erste Ökohaus aus Hemcrete, einem nachhaltigen Material, das aus Hanf, Wasser und Kalk hergestellt wird. Das atmungsaktive Material reinigt die Luft und hilft das Haus zu isolieren.

Zunehmend Interesse gewinnt auch die Nutzung der Innenwände als Latentwärmespeicher. Dabei werden in die Wand kleine Kunststoffkügelchen integriert, welche ein Speichermedium wie beispielsweise Paraffin enthalten, das bei zu hohen Temperaturen beim Schmelzen die Wärme aufnimmt und den Raum dadurch kühlt. Diese Wärme wird beim späteren Erstarren wieder an die Umgebung abgegeben und übernimmt damit eine Art Pufferwirkung. Die Technologie kann ohne jegliche elektronische Steuerung zu einem Ausgleich des Raumklimas um zwei bis drei Grad beitragen. Da das Wachs durch Verkapselung geschützt ist, bleibt seine maximale Wärmespeicherkapazität dauerhaft erhalten. Die Schalttemperatur ist beim Herstellungsprozeß einstellbar: In unseren Breiten ist für einen sommerlichen Wärmeschutz eine Temperatur von 26°C optimal, ist es etwas kühler erwünscht, steht auch Material mit einer Schalttemperatur von 23°C zur Verfügung.


Weiter mit den Solarhäusern und solaren Bauelementen 2011... (in Arbeit)


Bis dahin: Eine besondere Form der solaren Architektur bilden die Solarsiedlungen, die als nächstes vorgestellt werden. Anschließend folgen die Beschreibungen von Heliostaten (als Tageslicht-Systeme) sowie verschiedener weiterer solarer Nutzungsformen.


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