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Future Building Trends - Integrative Energiegewinnung

FUCON-Trendcluster "Integrative Energiegewinnung": Gebäudeintegrierte Photovoltaik, Windenergie am Gebäude (makro), Kinetische Windfassade (mikro), Urbane Exergienutzung, Stadt als Kraftwerk

In Zeiten des Klimawandels, der Verknappung der Rohstoffe und des damit einhergehenden Preisanstiegs für fossile Brennstoffe sehnen sich viele Länder nach Energieunabhängigkeit und einem verminderten Energieverbrauch. Gebäude sollen nicht nur weniger Energie verbrauchen, sondern selbst Energie erzeugen. Im besten Fall mehr, als sie selbst benötigen. Die Studie "Future Building Trends" des Fraunhofer IAO gibt im Rahmen des Forschungsprojekts "Future Building Construction FUCON - Bauen im Jahr 2020" eine Übersicht über aktuelle Entwicklungen, Schwerpunkte und Trends zur integrativen Energiegewinnung im Bauwesen.

Spätestens nach Fukushima wurde vielen Menschen bewusst, welchen Schaden Atomenergie bei einem Unfall anrichten kann. In Deutschland wurde sogar der Ausstieg aus der Atomenergie neu beschlossen. Doch woher soll die Energie, die täglich verbraucht wird, kommen? Kohle- und Gaskraftwerke sind nur eine Alternative auf Zeit; sie machen weiterhin von Import abhängig und tragen zur Klimaerwärmung bei. Energieerzeugung muss heute und in Zukunft auch dezentral stattfinden, und zwar am besten dort, wo sie gebraucht wird, heißt es in der FUCON-Studie.

1. Gebäudeintegrierte Photovoltaik

In den Anfangszeiten der Solaren Nutzung wurden viele Bestandsgebäude durch aufgeständerte Solarpaneele nachgerüstet, diese getrennte Installation wurde auch lange Zeit an Neubauten praktiziert. Lediglich ein geringer Prozentteil der Baubranche beschäftigte sich mit der integrierten Installation von PV-Paneelen oder Sonnenkollektoren. Die Integration von Solaranlagen in die Gebäudehülle und Form bietet im Vergleich zur meist nachträglich angebrachten und aufgeständerten Variante einen ästhetisch anspruchsvolleren Umgang und zudem auch Kosten- und Materialeinsparungen.

Seither ist es das Ziel der Architektur, Sonnenkollektoren und Photovoltaikzellen bestmöglich in das Design von Gebäuden zu integrieren. In einigen Fällen werden ganze Fassaden durch die Photovoltaikmodule gestaltet und mit Paneelen eingedeckt, wie beispielsweise bei der Hauptverwaltung der Volksbank Karlsruhe von Herrmann+Bosch Architekten, oder die Module werden als prägendes Stilelement eingesetzt, wie bei dem Projekt Logement Sociaux à Paris 18eme von Philippon-Kalt Architects.

2. Windenergie am Gebäude (makro)

Auch Windenergie kann sich am richtigen Standort und den entsprechenden Gebäudeformen und -größen als sinnvoller Energielieferant erweisen. Hierfür ist jedoch ein hoher Aufwand an Simulationen und Planung von Nöten, um den gewünschten Ertrag zu erzielen. Wichtige Aspekte, wie die Hauptwindrichtung und die immensen Kräfte an den Rotorblättern bei großen Windrotoren, müssen zusätzlich beachtet werden. Schwingungs- und Vibrationstöne können die Behaglichkeit in den betroffenen Gebäudeteilen einschränken. Diese Art der Energiegewinnung ist sinnvoll bei freistehenden, exponierten, großen Solitären in windigen Regionen, wie dem Bahrain World Trade Center von WS Atkins PLC oder dem Hochhaus Strata SE1 in London von BFLS.

3. Kinetische Windfassade (mikro)

Ein weiterer Ansatz, Windenergie nutzbar zu machen, besteht darin, möglichst viele kleine Elemente zur Erzeugung der Energie zu verwenden und diese über die gesamte Fläche der Fassade oder Fassadenteile zu verteilen. Diese kleineren Elemente funktionieren auch bei geringeren Windstärken als große Windräder. Selbst Windkräfte, die durch Sogwirkung entstehen, beispielsweise durch vorbeifahrende Autos oder Züge, könnten von diesen kleinteiligen Strukturen in Energie umgewandelt werden. Eine entsprechende Technologie befindet sich momentan noch im Forschungszustand (Nano Vent-Skin - NOS) und tritt bereits als Anregungen bei Wettbewerben hervor (Piraeus Tower - HWKN Architects). Auch als Kunstinstallationen wurde die Nutzung von Sogenergie bereits umgesetzt (Brisbane Domestic Terminal Car Park - Ned Kahn). Allerdings ist die Nutzung solcher Strukturen noch umstritten, da neben hohen Verlusten auch ein hoher Wartungsaufwand der kleinteiligen Strukturen einzurechnen ist.

4. Urbane Exergienutzung

Im urbanen Räumen gibt es weiterhin häufig die Möglichkeit, bestehende Energiequellen und Exergieströme, meist Wärmeenergie, zu nutzen. Unter Exergie versteht man Energie, die sich in einer bestimmten Umgebung in jede beliebige Energieform umwandeln lässt. Diese kann in einigen Regionen als Erdwärme bzw. Geothermie genutzt werden, wie beispielsweise bei dem Projekt Zollverein School von Sanaa. Voraussichtlich wird jedoch zusätzlich die Verwendung bisher ungenutzter Abwärme von Maschinen, Geräten und Menschen als Wärmequelle in Zukunft an Bedeutung gewinnen. So wird zum Beispiel im Projekt Kungsbrohuset von Strategisk Arkitektur, einem Bürogebäude in Stockholm, ein wasserbasierter Wärmespeicher mit der Abwärme einer Bahnhofshalle gespeist. In Paris ist ein ähnliches Projekt in Planung. Ein altes Wohngebäude soll mit der Abwärme einer darunterliegenden Metrostation versorgt werden.

5. Stadt als Kraftwerk

Diese Entwicklung kann auch auf einen größeren Kontext übertragen werden: die energieautarke Stadt als Kraftwerk. Über integrative Energiegewinnung stellt die Stadt autark in einem Netzwerk die benötigte Energie selbst bereit. Dies geschieht über die Kopplung verschiedener Energiequellen, wie Sonnen- und Windenergie, Abwärme oder Energie aus Biogasanlagen. Viele derzeitige Visionen zielen dabei auf eine übergeordnete Primärenergie ab, wie beispielsweise Masdar City von Foster+Partner, die sich hauptsächlich durch Sonnenenergie (Photovoltaik, Solarkollektoren) versorgen wird. Ebenso die Visionen Stack City von Behrang Behin (MasterThesis) oder Stuttgart 22 von LAVA, bei denen die Stadt oder ein Teil der Stadt als Aufwindkraftwerk fungiert.

Weitere Informationen finden Sie hier

Bildrechte: 
1: Hauptverwaltung Volksbank Karlsruhe, Hermann + Bosch Architekten
2: Bahrain World Trade Center, WS Atkins PLC
3: Brisbane Terminal Car Park, Ned Kahn, Fotograf: Urban Art Projects
4: Kungsbrohuset, Strategisk Arkitektur
5: Masdar City, Foster + Partners

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