Als Energiequellen stehen uns nach der »fossilen Episode« wie in der vorfossilen Zeit nur die vitalen Energiequellen zur Verfügung – das Energiegefälle, das in der Gegenwart an uns vorbeiströmt und das wir einfangen und festhalten müssen. Anders aber als in der vorfossilen Zeit, als vorwiegend Holz verheizt wurde, hat uns die fossile Episode mit ihrer Fülle an Erfindungen und technischen Entwicklungen in die Lage versetzt, auf vielfältige Weise aus vitaler Energie Nutzen zu ziehen. Immerhin liefert die Sonne den jährlichen Weltenergieverbrauch der Menschheit in einer halben Stunde. Richard Buckminster Fuller hat 1969 in seinem Essay »Bedienungsanleitung für das Raumschiff Erde«2 folgendes Bild gezeichnet: Gott habe den Menschen zwar keine Betriebsanleitung für ihren blauen Planeten mitgegeben, aber die fossilen Energieträger als Anlasserkraft, damit sie den Hauptmotor für ihr Raumschiff entwickeln und zünden sollten. Leider fahren sie das Raumschiff auch heute noch mit der begrenzten Anlasserenergie, ohne an den Hauptmotor zu denken. Vitale Energiequellen sind in der Regel abfallfrei. Wenn in der postfossilen Gesellschaft Energieversorgung als wesentlicher Faktor der Veränderung von Boden, Wasser und Luft, also unseres Lebensraums, keine Verschmutzung mehr verursacht, ist der Schritt zur materiellen Kreislaufwirtschaft als technologische Herausforderung konsequent. Müll ist Mangel an Phantasie1. Soweit der zweite Hauptsatz der Thermodynamik es gestattet, wird die Materie der menschlichen Kultur in möglichst geordneter, energiereicher Form erhalten und mit weiterem Energieeinsatz zu höheren Qualitäten veredelt. Kreislaufwirtschaft kann durch hohe Bergungskosten für Rohstoffe und drastische Gebühren für Deponierung in Boden, Wasser und Luft zu wirtschaftlicher Blüte kommen – diese beginnt gerade. Aus den Köpfen sollte der Wahn verschwinden, wir seien die Herren der Welt.
Vitale Energie: Solares Bauen
Vitale Energie umgibt uns. Wir erhalten sie von der Erde, vom Mond, eigentlich aber von der Sonne. Anders als fossile Energieträger, die fremd und damit ohne persönliche Beziehung aus dem Verborgenen der Erde kamen, ist die Gewinnung vitaler Energie für uns sichtbar. Ausnahme ist der ständige Wärmestrom, der aus dem Erdinneren ins Universum fließt und den wir mit der Technologie »Geothermie« für uns nutzen. Sichtbare Energiegewinnung erzeugt dagegen ein völlig anderes Verhältnis der Menschen zu ihrer Energieversorgung: Man sieht die Arbeit der Bereitstellung, der Strom kommt nicht nur anonym aus der Steckdose. Für uns Architekten ist die Gewinnung von Energie aus solarer Einstrahlung am Bauwerk die wichtigste technische wie gestalterische Herausforderung für die Zukunft.
Neues Architekturelement: Energiefläche Wird das Bauwerk zum Kraftwerk, sind seine Außenflächen möglichst günstig zum Gang der Sonne auszurichten. Steile Sommersonne, flache Wintersonne, niedrige Morgen- und Abendsonne oder diffuse Einstrahlung durch Wolkendunst – alles muss bedacht werden. Stellrichtung und -winkel hängen von Nutzungsabsicht, lokalem Klima und geografischer Lage ab. Auf jeden Rathausturm gehört eine Wetterstation, um dem Planer die lokalen Daten zur Verfügung zu stellen3. Die geometrisch optimale Ausrichtung ist mit städtebaulichen und gestalterischen Aspekten der Architektur abzuwägen. Schließlich sind Raumkunst, Baukunst und Städtebau primäre Kriterien unseres Wohlbefindens. Zu den geschlossenen und durchsichtigen Flächen, Öffnungen und Ein- oder Ausgängen kommt die Energiefläche als neues Element in den Gestaltungskanon der Außenhaut von Gebäuden. Diese muss mit entsprechender Sorgfalt, künstlerischem Anspruch und technischer Sicherheit entworfen werden. Die Gestaltung von Energiefläche ist Architektenaufgabe!
Klassiker: Solarthermie
Solarthermische Kollektoren waren für mich der Start aller Überlegungen zum ökologischen Bauen4 und schließlich zur postfossilen Architektur5. Sie nutzen den Treibhauseffekt des Glases (undurchlässig für Ultrarotstrahlung) und den schwarzen Körper als Maßstab optimalen Absorptionsvermögens (Kirchhoffscher Satz)6. Sie können solare Wärme einfangen und per Flüssigkeit oder Luft abtransportieren. Solarthermische Kollektoren sollten in die Gewerke der Fassadenbauer wie der Dachdecker, kombiniert mit Heizung und Sanitär, integriert werden. Die bescheiden »passiv« genannte Solarthermie wurde schon von Sokrates propagiert. Sommerliche Verschattung und Winterbesonnung, solare Thermik zur Lüftung, sogar den Verdunstungseffekt latenter Wärme zur Kühlung kennen wir aus tradiertem Bauen in heißen Zonen oder aus Termitenbauten. Moderne »intelligente« Fassaden allerdings haben manche rote und blaue Pfeile eingezeichnet, die die Physik revolutionieren würden. Inwieweit Doppelfassaden zum Wohlbefinden der dahinter beschäftigten Menschen beitragen, sei dahin gestellt. Es geht sicher einfacher. Die Technik der Solarthermie ist inzwischen weitgehend entwickelt. Ihr Einsatz an der Außenhaut von Gebäuden ist Architektenaufgabe, beginnend im Vorentwurf und in Abstimmung mit allen anderen Elementen der Fassaden und Dächer. Konzentrierende Solarthermie für hohe Temperaturen in sonnenreichen Zonen der Erde sind wegen der notwendigen Nachführung selten an Gebäuden zu finden.
Evolutionssprung: Photovoltaik
Mit Erfindung der Photovoltaik zur Gewinnung elektrischen Stroms ist die Primatenart »Mensch« als Konsument in der natürlichen Nahrungskette plötzlich zum Primärproduzenten von Energie geworden. Das war bislang allein den Lebewesen vorbehalten, die die Photosynthese beherrschen und damit Sonnenenergie materiell binden können. Ökohistorisch betrachtet ist damit ein gewaltiger Evolutionssprung erreicht. Diese wichtige Erfindung aus der »fossilen Episode« bildet die Grundlage der Energiesicherung in der postfossilen Gesellschaft – auch, wenn es heute noch nicht so erscheint. Die Menschen sind nicht allein auf die pflanzliche Vorproduktion von energiereicher Biomasse angewiesen, die wir schon zum Erhalt unserer Körperstruktur brauchen. Ohne fossile Energieträger (auch aus Biomasse entstanden) ist die Gewinnung von elektrischer Energie, der höchsten uns bekannten Energie, zum Erhalt menschlichen Lebens auf hoher kultureller Stufe von existenzieller Bedeutung. Photovoltaik ist einfach zu installieren, es sind nur Kabel zu verlegen. Sie ist wie Solarthermie von Fassadenbauern und Dachdeckern einzubauen, kombiniert mit Elektrikern. Jeder Sonnenschutz ist potenzielle Energiegewinnungsfläche.
Solartechnologie: Bausysteme und Architektur
Zwei prinzipielle Wege zur solaren Gestaltung werden vorgeschlagen: Das komplette Bausystem zur Fassaden- und Dachgestaltung in völlig freier Nutzungszuordnung gibt ein Gestaltungsraster vor, innerhalb dessen sich der gestaltende Architekt frei bewegen kann. Es gibt Bausysteme, bei denen Solarthermie, Photovoltaik, Dachflächen- oder Fassadenfenster, Festverglasung, transparente Dämmung oder geschlossene Wandflächen unterschiedlicher Oberfläche miteinander kombiniert werden können, ja sogar austauschbar sind, wenn neue Nutzungen das erfordern. Das ganzheitliche Konzept gibt Ausführungs- und Gewährleistungssicherheit für den Architekten. Er sollte allerdings frühzeitig in seiner Planung mit dem System arbeiten. Konsequente Weiterentwicklungen wären komplette tragende Dach- und Fassadensysteme, in denen die aufwändige Systemstruktur zum Tragelement erweitert wird, das gleich auf die Primärstruktur des Bauwerks gebaut werden kann. Die Solarindustrie bietet viele »Systeme« an, die Bauherr, Heizungs- und Sanitärhandwerker oder Elektriker auf fertige Dächer setzen können. Versehen mit Rahmen, Einfassungen, Dämmung und Wetterschutz geraten sie allerdings oftmals in eine gesteigerte Kategorie der Ungestalt. Das andere Prinzip, die wesentlichen Halbzeuge solaren Energiegewinns als gestaltbare Elemente in die bewährte Baukonstruktion einzubauen, befindet sich noch in der Entwicklung. Die Bauteile sind kaum einzeln zu bekommen, und wenn, dann sind sie unmäßig teuer. Dabei ergäbe sich eine klare Aufteilung der Gewerke: Solarthermie vom Heizungs- und Sanitärgewerk, Photovoltaik vom Elektriker. Gerade im Häuslebau, wo etwa dank der Förderung des 100 000-Dächer-Programms und der EnEV massenweise »Gänsehautarchitektur« entsteht, wäre der Einbau von Halbzeug ideal, wenn es die Abmessungen klassischer Sparrenabstände bekäme. Im Luftraum der Sparren unter einer Wintergartenverglasung auf der Dämmung des Bauteils lägen Absorberflächen, PV-Gläser würden wie Wintergartenverglasung als Außenhaut auf Dach und Fassade gebaut und in das Bauwerk gestalterisch integriert. Hier hat der Architekt völlige Gestaltungsfreiheit, allein gebunden durch die konstruktiven Rhythmen des Hauses. Schon im Vorentwurf beginnt die Überlegung, das Bauwerk als Kraftwerk zu sehen. In der Ausführungsplanung werden die solaren Halbzeuge wie jedes Bauteil der technischen Gebäudeausstattung gehandhabt.
Neues Architekturelement: Speicher
Einfangen und Abtransportieren von Energie für den Augenblicksgewinn genügt allenfalls in Zonen gleichbleibender Temperaturen. Anderswo bedarf es der Speicherung. Aus Tradition bauen wir Kartoffelkeller, Weinkeller und andere Speicher für langfristige Vorratshaltung oder temporäre Nutzung. Kohlenkeller als Energiespeicher sind out, Ölkeller werden es bald sein. Holzstapel am Haus demonstrieren ökologische Pyromanie, selten Energiebewusstsein. Das Architekturelement »Wärmespeicher« kommt in kleinen Puffern für die Warmwasserbereitung vor, nicht für die notwendige Winterwärme. Hier tut sich ein neues Architekturelement auf: der Langzeitspeicher. Ein gut gedämmter Raum für die Speicherung von Wärme wird in Zukunft klassischer Bestandteil der Gebäudearchitektur sein. Sommerwärme bis ins Frühjahr zu speichern, das ist die Aufgabe. Die Größe richtet sich dabei nach den erreichbaren Temperaturen der Solaranlage und dem Speichermedium. Eine Wärmepumpe kann das Speichervolumen durch gute Ausnutzung von Temperaturgefällen mindern. Auch Gemeinschaftsanlagen mit kleinem »Nahwärmenetz« sind möglich, insbesondere bei der Nachrüstung im Bestand. So wurden für ein Dorf »Wärmescheunen« mit Nahwärmenetzen geplant7. Langzeitspeicher gelten jedoch noch als unwirtschaftlich. In der postfossilen Zeit werden sie selbstverständlicher Bestandteil von Bauwerken sein. Die Speicherung von elektrischem Strom ist einfacher und komplizierter zugleich. Solarstrom wird heute einfach ins Netz gespeist und entzieht sich unserem Blick, als Quelle dient die Steckdose. So will es die Förderung. In Gegenden ohne Stromversorgung lädt der gewonnene Strom im Inselbetrieb Batterien auf, die kompliziert, wenig effizient und wartungsintensiv sind. Eleganter sind dagegen Wasserstofftechnologie und Brennstoffzelle. Solarstrom wird elektrolytisch in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Die Wasserstoffspeicherung ist jedoch kompliziert und erst in der Entwicklung. Hochdruck, Verflüssigen bei tiefer Kälte, Binden an Feststoffe werden untersucht. Brennstoffzellen schließlich wandeln Wasserstoff und Sauerstoff wieder in elektrischen Strom um. Dabei geben sie Wärme ab. Vielleicht gibt es bald kein Stromnetz mehr, nur noch Gasleitungen mit Wasserstoff und Sauerstoff. Strom wird erst vor Ort gemacht, die Wärme vor Ort genutzt, dann vielleicht ohne Langzeit-Wärmespeicher. Gleichstrom niederer Spannung (40 V) im Haus ist sicher. Wasserstoff aus eigener Produktion wird im Haus komprimiert und auf dem Dach gelagert, erzeugt mittels Brennstoffzelle Strom und Wärme, wird als Brenngas zum Kochen und Backen genutzt und versorgt sogar das eigene Wasserstoffmobil mit Energie. Ein gemeinsames Netz puffert die Gase und hilft bei Ausfall. Energieversorgungsunternehmen managen die dezentral entstehenden Energieströme für die Gemeinschaft.
Stoffstromdesign postfossiler Architektur
Die postfossile Gesellschaft wandelt sich von der Dienstleistungs- zur Logistikgesellschaft. Stoff- und Energieströme sind wesentliche Lebensfaktoren. Auch in der Architektur sind Überlegungen zur Wahl der Baustoffe, der Bauweisen und des Lebenszyklus von Gebäuden anzustellen. Erstaunlich viele Aspekte traditionellen Bauens erwachen dabei.
Motto: Von der Wiege bis zur Wiege
Mit Abbau und Deponierung ist es nicht mehr getan. Bauwerke der postfossilen Architektur müssen langlebig, anpassungsfähig und zuletzt nutzbringend abzubauen und weiter zu verwenden sein. Es ist Aufgabe vorsorgender Planung, diese Dynamik einzubauen. Die Bauherrschaft ist in der Regel allein am momentanen Nutzen interessiert, obwohl – so die Erfahrung – Banken besser kreditieren, wenn wandlungsfähige Objekte beliehen werden, da der Markt breiter ist. Beispielhaft war das Fachwerkhaus. Das intelligente Bausystem aus Eiche war langlebig, wurde verändert und schließlich abgebaut, um anderswo neu errichtet zu werden. Allenfalls die Holznägel wurden erneuert. Die Lehmausfachung wurde beerdigt: Erde zu Erde. Anderswo wurde sie ersetzt – das Haus war neu, das Tragwerk alt: ein vorbildliches Prinzip für neues Bauen.
Baustoff: Ströme und Logistik
Baustoffangebote sind grenzenlos. Baumärkte sind grenzenlos gleich. Bewirkt hat das die Mobilität der fossilen Episode. Die Einsicht in die Erkenntnis, regional typische Baustoffe zu nutzen, einst logistisch notwendig, ist nicht zu erwarten. Gestaltsatzungen haben Holzdekorfolien statt Holz zur Folge. Regionales Bauen ist in der postfossilen Gesellschaft erst zu erwarten, wenn die Mobilität eingeschränkt wird und regionale Stoffe preiswert sind. Woraus auch immer ist ein Kanon von Materialien und Bauweisen festzusetzen, dessen Lebensweg von der Herstellung bis zum Halbzeug oder Element bekannt ist und dessen Leben nicht mit dem Abbau des Objekts endet. Bei intimer Kenntnis der Materie, mit der wir bauen, können sich bestehende Vorurteile gegen bestimmte Stoffe relativieren. Aluminium beispielsweise hat wegen seines hohen Energiebedarfs bei »Ökos« einen schlechten Ruf. Rechnet man aber den Energiebedarf zur Herstellung je m2 Fassade, ist Aluminium erheblich günstiger als eine Ziegel-Vormauerschale9. Hinzu kommen eine gute Demontage, abfallfreie Wiederverwendung und energiesparende Aufbereitung. Es gibt keinen Grund, Aluminium als Baustoff zu verteufeln, gar zu verbieten, wie es manche Bebauungspläne tun. Der zukunftweisende architektonische Bauplan enthält schon, wie in der Automobiltechnik gerade begonnen, die Demontage als notwendige Option.
Klassiker: Industrielles Bauen
Heute kann die Industrie mit ihren CNC-Werken alles und in jedem Maß fertigen, was das Gestalterherz wünscht. Bausysteme werden, wie die alten Fachwerkhäuser, durch ihre Verbindungen und ihre Prinzipien definiert. Montage- und Demontagetechnik, Transportlogistik und Bauteilgewichte sind Kriterien für industrielles Bauen. Rasterprinzipien und nicht starre Maße charakterisieren sie. Der Entwurf von Bausystemen ist Architektenaufgabe. Im Team mit Fertigungstechnikern, Logistikern, Haustechnikern und Bauingenieuren müssen sie Gebäudesysteme technisch und künstlerisch gestalten. Die Spielmöglichkeit mit guten Systemen entspricht der Qualität jener alten Fachwerkbauten, und die Bauwerke können – je nach Nutzung und Entwurf – ähnliche Qualitäten erlangen. Entdecken wir das industrielle Bauen neu und vollständig – die Autoindustrie macht es uns vor. Klassiker: Bionik
Frei Otto hat Minimalflächen, wie sie in der Natur vorkommen, wunderbar ins Bauwesen übersetzt. Bionik nennen Techniker Forschung und Entwicklung nach Naturbeobachtung; als Vorbilder dienen beispielsweise das Lotosblatt oder das Eisbärenfell. Buckminster Fullers Bauten sind ohne Naturbeobachtung nicht denkbar. »Growth and Form« von d´Arcy Thompson aus dem Jahre 1917 ist die Bibel der Bioniker8. Über die Objekt-Bionik hinaus ist die System-Bionik der Ökosysteme – ein neues Forschungsgebiet: die Econik – für die Entwicklung des postfossilen Lebens der Menschen erforderlich: Wie schafft das Lebendige, dass es über Milliarden Jahre unter wechselnden Bedingungen existiert? Bionik ist ein im Bauwesen kaum beachtetes Forschungsgebiet, das naturwissenschaftlich wie biologisch-ökologisch interessierte Architekten beschäftigen sollte und sicher Forschungsförderung verdient. Adaption als biologisches Prinzip braucht bei gleicher Leistung wenig Energie und ist stabiler als aufwändige und Energie zehrende Emanzipation von den Gegebenheiten der Natur, was wir so stolz von unseren Bauten behaupten. Bauen wir adaptiv!
Aufruf an die Köpfe!
Peter Sloterdijk glaubt weder an Bescheidenheit der Menschen noch an freiwilligen Verzicht, sogar, wenn die Existenz auf dem Spiel steht. Trotzdem sind gerade Architekten und Ingenieure aufgerufen, nahe stehende Veränderungen vorausschauend zu bedenken und schon jetzt die Bauwerke der postfossilen Gesellschaft zu planen. Wir tragen gesellschaftliche Verantwortung. Wir Architekten und Ingenieure müssen visionär unseren Beitrag dazu vorbereiten. Wir dürfen nicht noch einmal den Zug verpassen, wie es bei der Industrialisierung des Bauens geschah. Der Energie-Gau kommt sicher. Wir müssen die Architektur für die postfossile Gesellschaft entwerfen und sollten Kunst und Technik neu verschmelzen: Bauwerk = Kraftwerk.
