Im Wettkampf um das beste Plusenergiehaus
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Projektinfo 17/2012 Energieforschung konkret Im Wettkampf um das beste Plusenergiehaus Deutsche Teams punkten beim Solar Decathlon Europe 2012 mit Architektur, Konstruktion und Vermarktungschancen Für den Wettbewerb entwickelten und bauten 18 interdiszi­ plinäre Studententeams aus aller Welt Wohnhäuser, die solar mindestens so viel Energie erzeugen, wie sie verbrauchen. Unterstützt wurden sie von ihrer Hochschule, Forschern und Firmen. Aus Deutschland beteiligten sich Studierende der HTWG Konstanz und der RWTH Aachen, gefördert mit Mitteln des Bundes für die Energieforschung. Während der Entwurf aus Konstanz eine modulare Bauweise perfektioniert, dreht sich bei den Aachenern alles um das Thema Wiederverwertung. Nach zehn Disziplinen erreichten die beiden Häuser Platz 4 und 5. Dieses Forschungsprojekt wird gefördert vom: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) Den ersten Platz des Solar Decathlon 2012 gewann das Team Rhône Alpes aus Frankreich mit dem Konzept eines „Nanotowers“. Die entwickelte Wohneinheit lässt sich in vielen Geschossen übereinander anordnen, zuoberst ein gemeinschaftlich nutzbares Dachgeschoss. Für den Wettbewerb waren exemplarisch die letzten beiden Geschosse eines solchen Nanotowers aufgebaut. Platz zwei mit nur 11 Punkten Abstand erreichte das Andalucía Team, das die Idee des spanischen Patios neu interpretierte, gefolgt vom Team Rome aus Italien. Während der vergangenen zwei Jahre hatten alle teilnehmenden Mannschaften ein nachhaltiges Wohnhaus für zwei Personen entwickelt, das seinen Energiebedarf in der Jahresbilanz rein solar decken kann. Im September wurden die Prototypen auf dem Wettbewerbsgelände in Madrid aufgebaut und für zwei Wochen der Öffentlichkeit präsentiert. Gleichzeitig startete der eigentliche Zehnkampf. Beurteilt wurden nicht allein die Energieeffizienz und die Architektur, sondern auch Kriterien wie Wohnkomfort, Nachhaltigkeit oder Alltagstauglichkeit. Da es außerdem Ziel des Wettbewerbs ist, ein breites Publikum für das Thema energieeffizientes Bauen zu sensibilisieren, wurden auch die Konzepte der Studenten zur Öffentlichkeitsarbeit bewertet. 2 BINE-Projektinfo 17/2012 Das Haus aus dem Baukasten Jeder Bauherr soll sich sein Plusenergiehaus aus Modulen individuell zusammenstellen und auch später noch verändern können – diese Idee steckt hinter dem „Ecolar Home“ der HTWG Konstanz. In den Wertungen „Technische Umsetzung und Konstruktion“ und „Marktpotenzial“ brachte das den Studenten den ersten Preis. Auf einem festen Grundraster lassen sich unterschiedliche, auch mehrgeschossige Gebäude entwickeln, indem man Stützen und Träger sowie die Dach- und Fassadenflächen einfach aus einem Bauteil-Katalog zusammenstellt. Im Innenraum setzt sich das modulare Konzept fort: Eine Schrankwand aus raumhohen Elementen lässt von den Möbeln, über Bad und Küche bis hin zur Technik alles hinter einer einheitlichen Front verschwinden. Die einzelnen Schrankmodule kann man individuell zusammenstellen und später auch austauschen. Träger und Stützen sind als Hohlkastenprofile ausgebildet und erreichen bei geringem Materialaufwand und Gewicht eine hohe Tragfähigkeit. Eingesetzt in der Gebäudehülle lassen sich die Hohlräume einfach dämmen. Die standardisierten Holzbauteile können passgenau in Serie vorproduziert werden. Um das Baukasten-Prinzip auch technisch zu realisieren, wurden spezielle Verbindungsteile entwickelt, die einerseits stabil halten, aber andererseits auch einfach wieder zu lösen sind. Das für den Wettbewerb ausgeführte Ecolar Home besteht aus sechs Modulen – vier als Innenräume, zwei als überdachte Freibereiche. Nur zu den Freibereichen hin sind die Fassaden verglast. Transluzente Elemente bringen zusätzlich Licht in den Raum. Die geschlossene Fassade bildet ein spezielles Sandwich-Element aus einer gedämmten Holzständerkonstruktion mit einem vorgeschalteten Holzabsorber. Eine lamellenförmige Fräsung auf der Vorderseite des Absorbers bewirkt, dass die im Sommer hochstehende Sonne nur die Spitzen erwärmt, die Wärme also nur schwer in den Innenraum gelangt. Im Winter reicht die Sonne bis in den hintersten Bereich der Holzelemente und bremst so den Wärmedurchgang von innen nach außen. Dünnschicht-PV-Module verschatten die Konstruktion und erzeugen Strom. Die Dachfläche ist durchgehend mit PV-Modulen belegt, über den Freibereichen in Form halbdurchlässiger multikristalliner Solarzellen. Unter den opaken Modulen sind wasserdurchströmte Absorberplatten montiert, die tagsüber die überschüssige Wärme unter den PV-Zellen abführen und damit den Trinkwasser-Pufferspeicher heizen. In Sommernächten lassen sie sich umgekehrt zur Strahlungskühlung nutzen. Im Innenraum können mit Phasenwechselmaterial (Phase Change Material – PCM) angereicherte, wasserdurchströmte Lehmbauplatten an der Decke die Hitze aus der Luft abführen und auf natürliche Weise die Luftfeuchtigkeit regulieren. Lässt sich das Gebäude nicht mehr allein über solare Wärme und Strahlungskühlung konditionieren, wird eine Wärmepumpe dazu geschaltet. Sie nutzt als Wärmequelle das solare Hybriddach oder einen Pufferspeicher. Um die Effizienz der Gebäude­ technik zu überwachen und voll auszuschöpfen, ist das Haus umfangreich mit Sensoren ausgestattet und die Systeme sind über eine Gebäudeautomatisierung vernetzt. Eine Nachnutzung für das Wettbewerbsgebäude steht bereits fest: Es soll auf dem Konstanzer Campus als Forschungs- und Lehrgebäude dienen. Abb. 1 Im Innenraum tritt die modulare Bauweise des Ecolar Home in den Hintergrund. Quelle: sdeurope Abb. 2 Grundrisse der beiden deutschen Wettbewerbsbauten. Links das Ecolar Home, rechts das Counter Entropy House. Quelle: HTWG Konstanz /RWTH Aachen Wiederverwertung groß geschrieben Ausrangierte CDs, gebrauchte LKW-Planen und die Holzträger des alten Aachener Fußballstadions – die Studenten der RWTH waren kreativ bei der Materialwahl. Denn sie hatten sich mit ihrem „Counter Entropy Konzept“ zum Ziel gesetzt, den gesamten Lebenszyklus des Gebäudes möglichst ressourcenschonend zu gestalten. Das sogenannte “Super-Cycling“ ist in verschiedenen Varianten umgesetzt: ausgemusterte Produkte sind entweder in ihrer Originalnutzung, als Grundlage für Neues oder in Form von Recyclingmaterial verwendet. Bei der Planung wurde gleichzeitig Wert darauf gelegt, möglichst alle Materialien nach der Demontage des Hauses sortenrein trennen und wiederverwerten zu können. Zentrales Merkmal des Gebäudes ist das weit auskragende Flachdach. Fast 150 Quadratmeter schützen nicht nur vor Sonne und Regen, sondern bieten auch reichlich Platz, Solarenergie zu nutzen. Ein umlaufender Vorhang am Dachrand dient als zusätzlicher Sonnenschutz und bietet Privatsphäre. Bemerkenswert ist die Fassadenverkleidung: Dafür schmolzen die Studenten CDs zu Paneelen zusammen und befestigten sie auf einer mit LKW-Plane bespannten Unterkonstruktion. Den Innenraum definieren fünf gleich große Schrankelemente. Ihre Rückseiten bilden gleichzeitig die geschlossenen Fassadenbereiche. In diese BINE-Projektinfo 17/2012 3 Drei Fragen an Jurymitglied Karsten Voss Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss nahm 2010 mit dem Team Wuppertal am Solar Decathlon Europe teil, 2012 war er Mitglied der Jury für Energieeffizienz. Lässt sich in den 14 Tagen des Wettbewerbs eine repräsentative Energiebilanz ermitteln? Abb. 3 Bei den frei stehenden Möbeln zeigen die Aachener Studenten das recycelte Material offen. Hinter dem Außensitzplatz erkennt man die Fassade aus CD-Paneelen. Quelle: sdeurope Nachhaltigkeit Architektur 100 % Technische Umsetzung und Konstruktion 80 % 60 % Innovation 40 % Energieeffizienz 20 % 0% Elektrische Energiebilanz Vorfertigung und Marktpotenzial Kommunikation Komfort und Raumklima Funktionsfähigkeit Team Rhône Alpes (1. Platz) Team Rome (3. Platz) Counter Entropy Team (5. Platz) Andalucía Team (2. Platz) Team Ecolar (4. Platz) Mittelwert aller Teilnehmer Abb. 4 Die ersten fünf Preisträger im Vergleich über alle Wertungen. Quelle: P. Engelmann Elemente ist alles integriert: die tragende Konstruktion und die Gebäudetechnik, die Möbel, die Küche sowie die Sitznische des Wohnzimmers. Sogar die großflächigen Glaselemente der Fassade lassen sich komplett hineinschieben. Für den Innenausbau der Schränke fertigten die Studenten aus gebrauchten Holzplatten unterschiedlich große Boxen. Ein einheitliArchitecture ches Frontmaterial hält dieses bunte Sammelsurium aber im Hintergrund. 100 % Das Team konnte mit seinem Entwurf den zweitenEngineering Preis in der Sustainability & Kategorie % Wertung – denConstruction „Architektur“ sowie – außerhalb80der ersten Preis in „Innenarchitektur“ erzielen. 60 % Auch bei der Gebäudetechnik wurde eine möglichst umweltfreundliche Produktionskette angestrebt: so wählte 40 % man bewusst weniger ertragreiche Innovation Energy Dünnschicht-PV-Zellen statt herkömmlicher kristalliner Zellen. Die geringeEfficiency 20 % ren Erträge der Module fallen durch die große solar nutzbare Dachfläche 0 % das Haus ohnehin so weit wie möglich weniger ins Gewicht. Temperiert wird mit solarthermischen, regenerativen Methoden. Strom wird dabei nur für Ventilatoren und Electrical Industrialization & Pumpen benötigt. Energy Market Viability Vakuumröhrenkollektoren speisen einen Schichtenspeicher, der das Haus mit Warmwasser und im Winter mit Heizwärme versorgt. ImBalance Sommer nimmt eine eigens entwickelte Klimadecke Wärme aus dem Raum auf. Dazu wird eine PCM-Dispersion durch die integrierten Leitungen gepumpt, gesammelt Comfort Conditions Communication & Social Awareness House Functioning VOSS: In der Jury für die Energieeffizienz haben wir die vorgelegten Konzepte in ihrer Gesamtperformance beurteilt, sowohl am Standort des Wettbewerbs als auch für die geplante Nachnutzung. Damit konnten die Teams maximal 100 Punkte erreichen. Während der zwei Wettbewerbswochen in Madrid ließen sich mit den Messergebnissen zur Energieperformance separat noch einmal bis zu 120 Punkte sammeln. Das reale Wetter wirkt sich sowohl auf die Raumklimabewertung als auch auf die Energieperformance aus und ist je nach gewähltem Energie- und Regelungskonzept von Vor- oder Nachteil. Da ist also schon etwas Glück dabei. Sind die Beiträge zum Solar Decathlon tatsächlich ein Blick in das Wohnen der Zukunft? Sust VOSS: Ich sehe in den Wettbewerbsbeiträgen in erster Linie experimentelle Gebäude, keine Vorbilder. Die kleinen Neu-Innovatio bauten sind vor allen Dingen der Machbarkeit und der besseren Vergleichbarkeit in einem fairen Wettbewerb geschuldet. Die entwickelten Innovationen können sich aber ganz allgemein auf das Baugeschehen auswirken – auch auf das Industrialization Bauen im Bestand. Market Viability Inzwischen findet jedes Jahr mindestens ein internationaler Solar Decathlon statt. Wie bleibt der Wettbewerb interessant? VOSS: Eine Zukunft sehe ich vor allen Dingen dann, wenn es gelingt, die Nachnutzungsphase der Wettbewerbsbeiträge zu stärken. Unser Haus von 2010 wird in Wuppertal seit über einem Jahr von einem Zwei-Personen-Haushalt bewohnt und detailliert wissenschaftlich evaluiert. Es hat eine ausgeglichene Energiebilanz erreicht, seine Funktionalität bewiesen, aber auch weitere Forschungsarbeiten angeregt. und nachts mit Hilfe von Strahlungskühlung wieder regeneriert. Gegenüber einem passiven PCM-System bietet die Dispersion den Vorteil, dass das System damit regelbar wird. Unterstützend kann ein Sorptionsklimagerät eingesetzt werden. Es kühlt mittels adiabater Verdunstungskühlung. Die Solarthermie-Anlage liefert die nötige Energie zur Regeneration der für die sorptive Entfeuchtung verwendeten Sole. Die gesamte Gebäudetechnik lässt sich über eine spezielle Smartphone-App überwachen. Alternativ kann man sogar die wichtigsten Funktionen des Hauses über Gesten steuern: Ein Kompakt-Beamer, der in der Lampe über dem Esstisch eingebaut ist, projiziert dafür eine Bedienoberfläche auf die Tischplatte. Ihr Gebrauch ähnelt dem einer Touchscreen-Oberfläche. Die Gesten des Nutzers empfängt eine bei Spielkonsolen gebräuchliche 3-D-Kamera (Kinect). In einigen Monaten wird das Counter Entropy House im Forschungszentrum Jülich bei Aachen aufgebaut und soll dann auch Besuchern offen stehen. Commu Social A BINE Projektinfo 01/2010 BINE-Projektinfo 17/2012 Fortsetzung folgt Der Solar Decathlon bietet den beteiligten Studenten und Lehrstühlen die einmalige Chance, fachübergreifend ein konkretes Projekt von der ersten Skizze bis hin zur Inbetriebnahme zu begleiten. Der Wettbewerb schafft es außerdem, neben den Experten auch die breite Öffentlichkeit für ein wichtiges Thema zu interessieren: Über 220.000 Besucher kamen im September zu dem Ausstellungsgelände in Madrid, um zu sehen, wie nachhaltiges Wohnen in Zukunft aussehen könnte. Und die Bandbreite an Konzepten für innovative Plusenergie-Wohnhäuser war groß. Dass die vier ersten Plätze in vier verschiedene Länder gehen, beweist, dass die Themen Energieeffizienz und Nachhaltigkeit schon vielerorts gut im Studiencurriculum verankert sind. Der Zehnkampf geht weiter. 2013 stehen gleich zwei Ausgaben des Solar Decathlon an: das ursprüngliche Format, das alle zwei Jahre in den USA ausgetragen wird, und – mit einigen Monaten Abstand – zum ersten Mal ein Solar Decathlon China. Im Jahr darauf wird der Solar Decathlon Europe in Versailles stattfinden. Die drei Wettbewerbsserien sind unabhängig voneinander organisiert. Grundlagen und Ziele stimmen überein, die konkreten Anforderungen unterscheiden sich in Details. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, das alle bisherigen deutschen Solar-Decathlon-Teilnehmer gefördert hat, unterstützt aktuelle Bestrebungen, ein deutlich weiterentwickeltes, europäisches Wettbewerbsprofil zu etablieren und in den Kontext einer „European Energy Avantgarde“ zu stellen. Europa benötigt Antworten auf dringende Themen wie urbane Dichte und Modernisierung der Bausubstanz. Diese bestimmen in erster Linie die Bauaufgaben der Zukunft. Schon das Siegerteam 2012 aus Frankreich geht mit seiner Idee über die Wettbewerbsanforderungen des Solar Decathlon hinaus: das von ihm entworfene Gebäude lässt sich, als Hochhaus etagenweise gestapelt, auf einen städtischen Kontext übertragen. Solch ein neuer, internationaler Hochschulwettbewerb könnte einen wichtigen und öffentlichkeitswirksamen Beitrag leisten, die ambitionierten Energie- und Klimaziele in Europa mit innovativen Konzepten und Technologien zu erreichen. Zukunftsfähige Konzepte für die konkreten Problemstellungen des jeweiligen Austragungsortes quer durch Europa, z. B. bei der Nachverdichtung oder der Gebäudesanierung, sollen dabei im Fokus stehen. Über die Ausgestaltung des Wettbewerbs wird noch in Expertenkreisen diskutiert. 2016 könnte der erste Wettbewerb im Kontext der „European Energy Avantgarde“ in Deutschland ausgetragen werden. Projektbeteiligte >> Team Ecolar: HTWG Konstanz, University of Applied Sciences, Prof. Dr.-Ing. Thomas Stark, Projektorganisation Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) 11019 Berlin Projektträger Jülich Forschungszentrum Jülich GmbH Markus Kratz 52425 Jülich Förderkennzeichen 0327429G,F Impressum ISSN 0937 - 8367 Herausgeber FIZ Karlsruhe GmbH · Leibniz-Institut für Informationsinfrastruktur Hermann-von-Helmholtz-Platz 1 76344 Eggenstein-Leopoldshafen Autor Dorothee Gintars Titelbild ECOLAR HTWG Konstanz Urheberrecht Eine Verwendung von Text und Abbildungen aus dieser Publikation ist nur mit Zustimmung der BINE-Redaktion gestattet. Sprechen Sie uns an. Kontakt · Info [email protected] >> Counter Entropy Team: RWTH Aachen, Lehrstuhl CAAD, Prof. Peter Russell, [email protected] Fragen zu diesem Projekt­info? Wir helfen Ihnen weiter: Links und Literatur BINE Informationsdienst Energieforschung für die Praxis Ein Service von FIZ Karlsruhe >> www.ecolar.de | www.solar.arch.rwth-aachen.de | www.sdeurope.org (Europe 2010 / 2012) www.energy-avantgarde.eu | www.enob.info | www.solardecathlon.gov (USA 2013) www.sdchina.org (China 2013) | www.solardecathlon2014.fr (Europe 2014) >> Leitte, S.; Strobl, C. (Red.): SolarArchitektur4. Die deutschen Beiträge zum Solar Decathlon Europe 2010. München: Red. DETAIL Verl., 2011. 176 S., 1. Aufl., ISBN 978-3-920034-48-5, 35,90 Euro, Detail Green Books >> Voss, K.; Musall, E. (Hrsg.): Nullenergiegebäude. Klimaneutrales Wohnen und Arbeiten im internationalen Vergleich. München: Red. DETAIL Verl., 2011. 184 S., 1. Aufl., ISBN 978-3-920034-50-8, 49,90 Euro, Detail Green Books Mehr vom BINE Informationsdienst >> Dieses Projektinfo gibt es auch online und in englischer Sprache unter www.bine.info im Bereich Publikationen/Projektinfos. In der Rubrik „Service“ finden Sie ergänzende Informationen wie weitere Projektadressen und Links. >> BINE Informationsdienst berichtet aus Projekten der Energieforschung in seinen Broschürenreihen und dem Newsletter. Diese erhalten Sie im kostenlosen Abonnement unter www.bine.info/abo 0228 92379-44 Kaiserstraße 185-197 53113 Bonn Tel. 0228 92379-0 Fax 0228 92379-29 [email protected] www.bine.info Konzept und Gestaltung: iserundschmidt GmbH, Bonn – Berlin · Layout: KERSTIN CONRADI Mediengestaltung, Berlin 4
