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Nullenergie im Wüstenklima

Ganz Großbritannien ärgert sich über die Entscheidung der FIFA, die Fußball-WM 2022 in Katar austragen zu lassen und nicht im Vereinigten Königreich. Ganz Großbritannien? Eine kleine Gruppe von Ingenieuren aus dem Büro Arup dürfte über die Entscheidung nicht unglücklich sein. Denn ihr Büro entwickelt das Energiekonzept für die 12 neuen Fußballstadien, die in dem Wüstenstaat gebaut werden sollen.

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Eine Fußball-WM im Wüstensommer von Katar zu veranstalten – wie soll das funktionieren, ohne gesundheitliche Probleme bei Spielern und Fans zu riskieren und ohne Gigawattstunden an Energie sinnlos zu „verbraten“? Das fragten sich nicht wenige Menschen, nachdem Katar Anfang Dezember den Zuschlag für den FIFA World Cup 2022 erhalten hatte. Bei Arup hat man indessen relativ genaue Vorstellungen hiervon – zumindest was die Stadien selbst angeht.

Bereits kurz nach der diesjährigen Fußball-WM in Südafrika stellte das Ingenieurbüro in Katar ein CO2-neutrales „Musterstadion“ mit 500 Sitzplätzen fertig und demonstrierte den Offiziellen der FIFA damit, wie sich ohne den Einsatz fossiler Energien ein angenehmes Spielklima auch im Sommer herstellen ließe. Nähere Details zu diesem Versuchsbau, der einen verkleinerten Prototyp für die künftigen WM-Stadien darstellt, wurden jetzt bekannt.

Die wichtigsten Elemente des neuen Stadions sind ein bewegliches Membrandach, eine massive, speicherfähige Betonkonstruktion und eine gigantische Solarfarm neben dem Stadion, die sowohl Strom als auch Wärme für die solare Kühlung bereitstellt. Auch der Faktor Zeit spielt eine Rolle im Konzept: Die Spiele werden wohl ausnahmslos abends stattfinden und die Stadien während der 24 Stunden zuvor komplett verschlossen und „vorgekühlt“ werden.

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Das bewegliche Membrandach dient zugleich (in geschlossenem Zustand) als Klimahülle sowie (geschlossen und offen) als Schattenspender und Windschutz. Tagsüber, wenn die Außentemperaturen am heißesten sind, bleibt das Dach geschlossen, damit nicht zu viel Wärme in das Stadion eindringt. Gleichzeitig kühlt eine Klimaanlage den Stadioninnenraum auf eine erträgliche „Betriebstemperatur“. Zur abendlichen Spielzeit wird die Überdachung geöffnet und dient dann als Sonnensegel und Windschutz.

Der Solarpark versorgt das Stadion mit der erforderlichen Betriebsenergie. Er umfasst Photovoltaik-Module sowie thermische Parabolkollektoren, die Sonnenwärme gewinnen und für die Kühlung des Stadions zur Verfügung stellen. Allerdings ist die Stromversorgung der Stadien nicht autark: Außerhalb der Spielzeiten speisen die PV-Module Strom ins nationale Netz ein. Während der Spiele, wenn der Strombedarf am höchsten ist, bezieht das Stadion im Austausch hierfür Elektrizität aus dem Netz wie alle anderen Gebäude auch.

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Die Kältespeicher funktionieren ähnlich wie andere Phasenwechselmaterialien (PCM), wie man sie zum Beispiel aus Gipskartonplatten kennt. Sie sind mit einem Wachs gefüllt, dessen Schmelzpunkt bei 7 Grad Celsius liegt. Unter Kältezufuhr erstarrt das Wachs, zunächst ohne seine Temperatur zu verändern. Ebenso kann es die Kälte später wieder an die Klimaanlage abgeben, wenn sie im Stadioninneren gebraucht wird. Der Vorteil der Latentspeicherung liegt darin, dass sich darin wesentlich mehr Kühlenergie pro Volumeneinheit speichern lässt als bei herkömmlichen Wasserspeichern.

Im Kühlbetrieb wird kalte Luft aus Öffnungen unterhalb der Tribünensitze in das Stadion eingeblasen. Die kühle Luft sinkt anschließend sukzessive Richtung Spielfeld hinab und kühlt dadurch gezielt jene Bereiche im Stadion, in denen sich später Menschen aufhalten. Um die Kältespeicherung im Gebäude zu unterstützen, wählte Arup für die Tribünen und Außenwände des Stadions eine massive Betonkonstruktion.

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Laut Arup entsprechen die Innentemperaturen, die sich mit diesem Konzept erreichen lassen, sowohl den medizinischen Richtlinien der FIFA als auch den amerikanischen ASHRAE-Komfortstandards. Bei einem „Probelauf“ vor FIFA-Offiziellen betrug die Temperatur im Stadion zur abendlichen Besuchszeit 23 Grad Celsius, nachdem die Außentemperatur tagsüber noch bei 44 Grad gelegen hatte.

Eine der größten Herausforderungen für die Weiterentwicklung des Konzepts wird darin liegen, den Stadioninnenraum ganztägig vor heißen Winden zu schützen, die den durch die Klimaanlage erzeugten „Kaltluftsee“ aus dem Stadion „blasen“ könnten. Hinsichtlich der Skalierbarkeit des Energiekonzepts auf größere, 40.000 bis 50.000 Zuschauer fassende Arenen sehen die Arup-Ingenieure dagegen wenig Probleme.

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Allerdings konzentriert sich ihr Energiekonzept eben nur auf die Stadien selbst - und dort allein auf die Betriebsphase. Wie sinnvoll es ist, zu einer Fußball-WM zwölf Stadien mit unsicherer Nachnutzung völlig neu zu errichten, statt – wie in Deutschland 2006 – auf bestehende Infrastrukturen zurückgreifen zu können, wird sicher bis 2022 weiterhin heiß diskutiert werden.

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