Alternative Energien: Blubberblasen in der Fassade

PRAXIS
Alternative Energien
Blubberblasen in der Fassade
Energiegewinnung aus Biomasse ist fast alltäglich. Doch Algen, die in der Fassade heranwachsen und
durch Photosynthese und Solarthermie den Energiebedarf des Gebäudes decken, sind eine Weltpremiere.
Im Hamburger Stadtteil Wilhelmburg steht das erste Gebäude mit einer Bioreaktorfassade.
Von Claudia Bertoldi
D
ie Fassade des Wohnhauses schimmert
grün, in verschiedenen Schattierungen.
Aufsteigende gros­sen Luftblasen erinnern
an ein Aquarium. Das bizarre Bild ist allerdings
alles andere als nur eine optische Spielerei. Im
Inneren der 129 Elemente wird die Basis für ein
komplexes Energiesystem geschaffen, mit dem
sich das Haus von allem bisher Dagewesenen unterscheidet. Es ist weltweit das einzige Haus,
das sich mit Photosynthese energetisch selbst
versorgt. Das Prinzip ist simpel: In den Fassadenelementen werden Algenkulturen gezüchtet, die
regelmässig abgeerntet werden.
Firmenübergreifende Entwicklung
Bilder: Paul Ott
Das Algenhaus «BIQ» ist ein Experiment. Gebaut
wurde es für die Internationale Bauausstellung 2013. An der Entwicklung des regenerativen Energiekonzepts beteiligten sich drei Firmen: Die SSC Strategic Science Consult GmbH,
die Kenntnisse in den Bereichen Verfahrens-
technik und Prozessführung lieferte. Die Arup
Deutschland GmbH, der die Projektkoordination,
die Konzeption und das Engineering oblag.
Die Colt International zeigte sich für das Design
und die System- und Komponentenfertigung verantwortlich.
Mit der Frage, wie Mikroalgen im großen Stil
kultiviert werden können, beschäftigt sich die SSC
Strategic Science Consult schon seit 2008. In
Zusammenarbeit mit verschiedenen Hochschulen und Universitäten aus Norddeutschland wurden bei einem Forschungsprojekt in einer Pilotanlage die Voraussetzungen für die Mikroalgentechnologie im Fassadenbereich geschaffen.
2010 folgte ein staatlich gefördertes Verbundprojekt mit den beiden anderen Projektpartnern.
Ziel war die Entwicklung einer speziellen Mikroalgentechnologie für den Einsatz an Fassaden.
Dafür musste ein Trägersystem, ein Steuerungssystem und ein in die Haustechnik integriertes
Energiemanagementsystem entwickelt werden.
Das Gebäude im Hambuger Stadtviertel Wilhelmsburg verbirgt eine Weltneuheit: In den Fassadenelementen des «BIQ» wachsen Algen, die als Energielieferanten dienen.
30 baublatt
Das Hamburger Projekt startete Jahre zuvor. Im
Sommer 2009 lud das Fachmagazin «arch+ » acht
internationale Architekturbüros zum Wettbewerb
«Smart Material House» für die Internationale Bauausstellung 2013 in Hamburg ein, unter ihnen die
Grazer Künstler- und Architekturgruppe Splitterwerk. Das Atelier konnte zu diesem Zeitraum bereits mehrere Projekte aufweisen, bei denen Naturwissenschaften, Ingenieurwissenschaften und
Design zu architektonischen Konzepten zusammenflossen. Splitterwerk setzte sich mit dem Berliner Studio Arup Deutschland in Verbindung, um
die vorhandenen Kompetenzen für den Entwurf
eines «Smart Material House» zu bündeln. Im März
2010 wurde dieser gemeinsame Entwurf zum Siegerprojekt des Wettbewerbs gekürt. Als ausschlaggebend für den Entschluss wurde von der
Jury die bioadaptive Fassade gewertet.
Belebte, dynamische Fassade
Das von den Grazer Architekten geplante «BIQ»
ist eines von mehreren «Smart-Material-Häusern»
der Internationalen Bauausstellung. Diese intelligenten Materialien verhalten sich im Unterschied
zu herkömmlichen Baustoffen nicht statisch, sondern haben dynamische Funktionen. Der Partner
Colt International übernahm im Team der Produktentwickler die Aufgabe, die Bioreaktoren zu
konstruieren. Dabei werden nicht nur die heranwachsenden Algen, sondern auch die solare
Wärme wird genutzt, um Energie zu gewinnen.
Möglich wird dies durch transparente, geschosshohe Fassadenelemente mit einem Aluminiumrahmen. «Es handelt sich im wahrsten Sinn des
Wortes um eine belebte, dynamische Fassade.
Die Mikroalgen werden nämlich im In­neren der
Bioreaktoren gezüchtet, die mithilfe des Sonnenlichts heranwachsen», erklärt Professor Mark
Blaschitz, Mitbegründer der Architektur- und
Künstlergruppe Splitterwerk.
Die einzelnen Elemente sind 2,6 Meter hoch,
70 Zentimeter breit und rund 2 Zentimeter dick.
In den plattenförmigen Hohlkörpern befindet sich
zwischen den zwei Glasscheiben ein Hohlraum,
in dem die Algenkultur her­anwächst. In den Bioreaktoren sind 24 Liter «Kulturmedium», ein mit
Nähsalzen angereichertes Wasser, enthalten. Dabei wird der Hohlraum nicht komplett gefüllt.
Durch einen Zu- und Ablauf ist das System stänNr. 11, Freitag, 18. März 2016
Das «Algenhaus» verfügt über 200 Quadratmeter
Bioreaktorfassade, mit deren Hilfe die komplette
Energieversorgung des Gebäudes gedeckt wird.
PRAXIS
dig in Zirkulation. Bis zu 32 Paneele können auf
diese Weise miteinander zu einem geschlossenen Wasserkreislauf verbunden und im Technikraum zusammengeschlossen werden.
Optimale Bedingungen schaffen
seite in ihrer Ausrichtung verstellbar. So können
sie nach dem Winkel des einfallenden Lichts ausgerichtet werden.
Algen als multipler Energielieferant
Um die Bioreaktorfassade zu Energielieferanten
zu gestalten, sind weitere technische Komponenten nötig. Mehrere Elemente sind in Reihe geschaltet, um das Algenkulturmedium zirkulieren
zu lassen. Endpunkt dieses Kreislaufs ist die
Haustechnikzentrale. Hier wird die Algenbiomasse
ausgefiltert und der Flüssigkeit Wärme entzogen.
Die sich beim Wachstum der Algen bildende Biomasse wird durch einen Algenabscheider automatisch «geerntet». Dabei werden die Algen aus
dem Kulturmedium gefiltert. Das gesäuberte
Kulturmedium kann wieder in den Kreislauf der
Fassade eingespeist werden. Der ausgefilterte
dickflüssige Algenbrei wird gesammelt und mittels einer Konversionsapparatur zu Methan umgewandelt. Das gewonnene Gas kann ins öffentliche Erdgasnetz eingespeist, zur Betankung von
Erdgas-Autos verwendet oder zur Versorgung von
Blockheizkraftwerken genutzt werden.
Die Mikroalgen vermehren sich in rasantem
Tempo. Unter idealen Bedingungen teilen sie sich
Bild: Paul Ott
Damit die Mikroalgen innerhalb des Reaktors
nicht absinken, wird das Kulturmedium mittels
Druckluft ständig in Bewegung gehalten. Die relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit an den Innenflächen des Bioreaktors verhindert, dass sich
die Mikroalgen grossflächig absetzen oder faulen. Ganz ist dies allerdings nicht zu verhindern.
Ende letzten Jahres musste die Anlage komplett
gereinigt werden, nachdem das System zusammengebrochen war. «Nach zwei Jahren Betrieb
und einer genauen Analyse haben wir erkannt,
dass vor allem einige Bedingungen der Hydrodynamik verbessert werden müssen. Die Algen
benötigen besondere Bedingungen. Vor allem in
den Ecken der Hohlkörper kommt es zu verstärkten Ablagerungen abgestorbener Algen», berichtet Mark Blaschitz. Alle Fassadenelemente wurden deshalb abmontiert und gereinigt. Dies war
relativ unkompliziert zu bewältigen. Denn zwischen der Gebäudehülle und der vorgehängten
Bioreaktorfassade wurde ein Abstand für die Wartung eingeplant, der die Montage erleichtert.
Um das Wachstum der Mikroalgenkulturen zu
fördern, wird kontinuierlich Kohlendioxid in die
Reaktoren gepumpt. Damit sich das Gas gut im
Paneel verteilt, sind im unteren Bereich des Innenraums drei parallel verlaufende, vertikale
Stege angebracht. Durch die so entstandenen
vier voneinander getrennten Kanäle wird das
Kohlendioxid in den Reaktor eingebracht. Deutlich ist zu erkennen, wie das Gas durch die Lamellen aufsteigt. Grosse und kleine Blasen blubbern unaufhörlich durch die Glasscheiben – und
das nicht nur optisch. In unmittelbarer Nähe der
Fassade ist das markante Geräusch gut zu hören, ähnlich wie bei einer Aquariumspumpe oder
in einem U-Boot.
Die Hohlkörper werden durch diesen biologischen Prozess zu einem optischen Spektakel:
Die mit Algen angereicherte Flüssigkeit ist unaufhörlich in Bewegung. Zudem ändert sich die
Farbe der vorgesetzten Gebäudehülle durch das
Wachstum der Algen und den Abbau der Biomasse sowie die Sonneneinstrahlung ständig. Um
das Sonnenlicht optimal nutzen zu können, sind
die Algenbioreaktoren an der Gebäudeaussen-
In den an der Südwest- und Südostfassade angeordneten Elementen werden
Mikroalgen gezüchtet. Gleichzeitig dienen sie zur Beschattung des Gebäudes.
BIQ – Algenhaus
❯❯ Standort: Am Inselpark 17,
Hamburg, Deutschland
❯❯ Bauherr:
– KOS Wulff Immobilien GmbH,
Hamburg; SSC Strategic Science
Consult GmbH, Hamburg
❯❯ Idee und Konzept:
– Splitterwerk, Graz;
– Arup GmbH, Berlin;
– B+G Ingenieure Bollinger und
Grohmann GmbH, Frankfurt;
– Immosolar GmbH, Hamburg
❯❯ Konstruktive Planung:
– Arup GmbH, Berlin;
– Sprenger von der Lippe GmbH,
Hannover / Hamburg;
– Timm & Goullon, Hamburg;
– Otto Wulff Bauunternehmung GmbH,
Hamburg
❯❯ Baukörper: 4 Geschosse,
15 Wohneinheiten
von 50 bis 120 Quadratmetern
❯❯ Gesamtfläche: 1600 Quadratmeter
❯❯ Bioreaktorfassade: 200 Quadratmeter
❯❯ Baubeginn: Dezember 2011
❯❯ Fertigstellung: März 2013
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werden. Die Wasserver- und Entsorgung der Bioreaktoren wird über das städtische Frisch- und
Abwassersystem geregelt. Über die EnergieManagement-Zentrale erfolgt auch die vertikale
und horizontale Ausrichtung der BioreaktorFassade. Damit kann die Produktion von Wärme
und Biomasse optimiert werden. Ebenso kann der
Wärme-, Hitze- und Lichtschutz sowie die Schalldämmung beeinflusst werden.
Bild: Claudia Bertoldi
einmal am Tag und verdoppeln damit ihre Biomasse. Die Einzeller nutzen das Sonnenlicht für
ihr Wachstum. Durch Photosynthese entsteht zusammen mit den zugesetzten Nährsalzen eine
Biomasse, die als Rohstoff für die Erzeugung von
Biogas dient. Die Mikroalgen sind bei der Umwandlung von Lichtenergie in Biomasse wesentlich effizienter als andere Pflanzen. Rund 15
Gramm Trockenmasse pro Quadratmeter Fassadenfläche fallen durchschnittlich am Tag an. Ein
Gramm trockene Biomasse enthält etwa 23 Kilojoule Energie.
Bei Sonneneinstrahlung fungieren die Reaktoren zudem wie solarthermische Absorber. Sie heizen sich am Tag auf. Im Haustechnikraum wird
die Wärme der Trägerflüssigkeit über einen Wärmetauscher abgeleitet. Die gewonnene Wärmeenergie kann anschliessend im oder am Gebäude
mittels eines Erdsole- oder Latentwärme­speichers
genutzt werden oder erzeugt direkt warmes
Wasser.
Die kontinuierliche Kultivierung der Algen ist
automatisiert und mit einem möglichst geringen
Unterhaltungsaufwand verbunden. Die hierfür
benötigte zusätzliche Technik kann als «plug-in»
in standardisierte Haustechniklösungen integriert
Teil der Bauausstellung
Das Haus mit der markanten Fassadengestaltung
ist eines der Projekte, das während der Internationalen Bauausstellung vor drei Jahren realisiert
wurde. Als «Bauausstellung in der Bauausstellung» entstanden im Stadtteil Wilhelmsburg verschiedene Gebäude namhafter internationaler
Architekturbüros, die richtungsweisend für den
Wohnungsbau im 21. Jahrhundert werden sollen.
Sie stechen nicht allein durch ihre Gestaltung und
Formgebung hervor, sondern zeichnen sich durch
zukunftsweisende und hybride Funktionalitäten
aus. Es sind durchwegs originelle Wohntypologien, die alles andere als ein traditionelles
08 /15-Wohnen vorsehen.
Dabei setzt das «BIQ» komplett neue Akzente:
Schon bei der Gestaltung der Fassade wird das
klar. Denn neben den beiden Bioreaktorfassaden
wurden die nach Nordosten und Nordwesten ausgerichteten Gebäudeseiten des kubischen fünfgeschossigen Wohnhauses künstlerisch gestaltet. Die zwei Fassaden strahlen in einem leuchtend gelb-grünen Farbton. Zwischen den kleinen
Fenstern der nordöstlichen Front verläuft eine riesige weisse Sprechblase. «Photosynthese?» steht
da in schwarzer Schrift geschrieben – und stösst
den Betrachter sofort auf das Besondere dieses
Hauses. Prompt folgt auf der Nebenfassade die
Antwort: «Cool!» «Wir wollen mit unseren Objekten auch direkt kommunizieren und das Wesentliche rüberbringen», erklärt «Künstlerarchitekt»
Mark Blaschitz.
Auch die Ornamentik, die für Splitterwerk eine
grosse Bedeutung hat, wird ins Projekt mit einbezogen. Ohne die individuelle künstlerische
Gestaltung wäre die angestrebte Qualität eines
Gebäudes nicht erreichbar. Deshalb sind zwei
Fassaden des Penthauses von Weinreben aus Ornamentputz umrankt. Am Standort in der grünen
Oase – direkt am neu angelegten Kanal und mitten in einer ausgedehnten Parklandschaft – wird
so «Grünes Wohnen» im wahrsten Sinn des
Wortes praktiziert.
Die Unterteilung der Etagen auf den sonnenseitigen Algenbioreaktorfassaden wurde mit sich
abwechselnden rot-weissen Streifen markiert.
Auf den ersten Blick erscheinen sie wie breite
Absperrbänder. Je nach Auslegung könnte es
sich auch um eine Hommage an die Hansestadt
Hamburg handeln, die diese Farben in ihrem
Ein Musterelement der Bioreaktorfassade war in
der Schweizer Baumuster-Centrale zu sehen.
Wappen trägt. Oder es ist eine versteckte Anspielung auf die geistigen Schöpfer dieses aus­
sergewöhnlichen Hauses aus der Alpenrepublik
Österreich mit ebendiesen Farben im Banner.
Betritt man das Gebäude, tauchen die beiden
Farben in dieser Kombination wieder auf. Die
Appartements halten aber noch weitere Überraschungen bereit.
Nutzung nach Bedarf
Nachhaltig wohnen ist das Motto des «BIQ». Doch
wesentlich mehr hat das Haus seinen Bewohnern
zu bieten: Es liefert bereits heute einen Vorgeschmack auf den Wohnstandard der Zukunft. 15
Wohnungen unterschiedlicher Grösse sind auf
den fünf Etagen verteilt. Musterwohnungen wurden erstellt, darunter die «Hamburger Wohnung»
und die «Mailänder Wohnung». Sie sollen Möglichkeiten des Wohnens im 21. Jahrhunderts zeigen. Die einzigartige Wohntypologien entsprechen
zeitgemässen Anforderungen des urbanen Lebens. Individuell schaltbare Räume ermöglichen,
je nach Bedarf die einzelnen Funktionen oder
ganze Bestandteile zu- und wegzuschalten. Einer
zentralen Zone werden Zimmer und Accessoires
hinzugefügt und verschwinden wieder, sobald
sie nicht mehr benötigt werden. Fenster öffnen
sich, ganze Wände verschwinden, Möbel werden
ausgeklappt – dies alles per Knopfdruck.
Das futuristische Energiekonzept des Gebäudes setzt sich in den an die künftige Nutzung ausbaublatt 33 PRAXIS
gerichteten Wohnkonzepten der Sonderwohnungen fort. Das Konzept der «Hamburger Wohnung»
besteht darin, dass kein gewöhnlicher Grundriss
mit Badezimmer, Küche, Wohnraum und Schlafzimmer vorhanden ist. Das Ziel der Architekten
war es, dem Wohnraum keine festgelegten Funktionen zuzuteilen. Der Raum soll sich individuell
den Bedürfnissen des Nutzers anpassen.
Zwei zentrale Zonen bilden den Kern des Wohnungsgrundrisses. Sie enthalten alle notwendigen
Bereiche und Elemente, also ein Bad, eine Küche,
einen Schlafraum oder eine Couch. Die neutrale
Zone ist als Grau-Weiß-Schwarz-Wohnraum gestaltet. Diesem Bereich werden durch Schiebeoder Klapptüren farbige Räume zugeschaltet. Jeder zusätzliche Bereich ist durch eine Wohnfunktion und mit einer speziellen Farbe gekennzeichnet.
So ist die Küche in Gelb gestaltet. Die in dieser
Wohnung vorhandenen Boden- und Deckenspiegel verändern optisch die Grösse der Räume. So
entsteht der Eindruck einer individuellen Nutzung,
die jederzeit veränderbar ist.
Fototapete setzt Akzente
Die Grazer Gruppe um Mark Blaschitz, Edith
Hemmrich und Josef Roschitz versteht sich
nicht als feststehende Arbeitsgruppe. Vielmehr
setzt sich das Büro aus mehreren, wechselnden Forschungs- und Ausführungsteams zusammen. Seit 25 Jahren arbeiten die Architekten und Künstler transdisziplinär an Projekten
zwischen Malerei, Installation, Baukunst und
Neuen Medien. Die Erforschung von experimentellen Oberflächen, von Beschichtungen
und Reliefs aus computergenerierten Mustern
bis hin zu elektronisch gesteuerten, interakti-
ander verbunden. Wie in der «Hamburger Wohnung» sind auch hier zuschaltbare Funktionen
vorhanden. Allerdings besteht ein Grundrisskonzept mit drei sogenannten Mottoräumen. Sie erhalten durch bedruckte Fototapeten ihre individuelle Note. Das Schlafzimmer trägt den Namen
«Frühstück im Freien». Gestaltet wird es durch
eine grüne Tapete. Sie vermittelt einem das Gefühl, auf einer Lichtung im Wald zu sein. Dem
Bilder: Paul Ott
Die «Mailänder Wohnung» existiert im «BIQ» nur
einmal. Es ist die Maisonette-Wohnung. Beide
Wohnungsteile sind über ein Treppenhaus mitein­
Splitterwerk
Der zentrale Raum der
«Mailänder Wohnung»,
verwandelt sich durch das
Verschieben der Wände
und Öffnen der Türen und
Fenster ständig. Einzelne
Möbel können per Knopfdruck ausgeklappt werden.
34 baublatt
ven Projektionen oder selbstleuchtenden Oberflächen führt Splitterwerk zu einer grundsätzlichen Neubewertung von Raum und Material.
Das Büro gestaltete unter anderem Ausstellungen in der Secession Wien, auf der Biennale
Venedig, auf der Biennale Sao Paulo und auf
der Documenta in Kassel. Ursprünglich war
Splitterwerk eine Kommunikationsagentur in
Graz. Heute versteht sich die Arbeitsgruppe
als Marke für Forschung, Lehre und Realisation im Feld von Architektur, Kunst und der
neuen Medien. (cb)
Raum lassen sich einzelne Elemente individuell
zuschalten, unter anderem das Bett, das Bad und
die Fenster. Durch die in jeder Wohnung vorhandene Loggia lässt sich die Bioreaktorfassade
hautnah erleben. Einen zweiten Zugang zur Loggia bietet der Mottoraum «Die unsichtbaren
Städte». In diesem Raum ist auf der Tapete die
Mailänder Skyline abgebildet.
Der dritte Mottoraum trägt den Namen «Blaue
Lagune». Schwarzen Linien lenken hier optisch
von den vorhandenen Raumkanten ab. Zudem
greift die markante rot-weisse Säule die Farben
der Fassadengestaltung wieder auf. Per Knopfdruck können die Funktionen Sitzecke, Essbereich, Arbeitsplatz, Küche und Loggia zugeschaltet werden. Die Wohnfunktionen und einzeln
kombinierbaren Räume haben ihre spezielle
Farbe. Diese Farbtöne können in der Stärke vari­
ieren. Somit entstehen verschiedene Stimmungen. Zudem sind einzelne Funktionen, wie das
Ausklappen des Betts und des Tischs separat zuzuschalten. Durch verändertes Licht oder sich öffnende Fenster und Türen entstehen im Innenraum
immer wieder neue Licht- und Schattenspiele,
die das Ambiente verändern und beeinflussen.
«Am Anfang ist es etwas verwirrend, und oft
landet man im falschen Raum», berichtet Blaschitz. Anstatt im Wohnzimmer zu stehen, lande
man dann beim falschen Schalten auch mal in
der Toilette. Dies bringe immer wieder neue Überraschungseffekte ins Leben.
Eine weitere Kuriosität weist der Raum «Blaue
Lagune» auf: eine Querleiste mit schwarz-gelben
Schrägstreifen über der Tür. Dieses Element, das
wie ein Absperrbrett aussieht, taucht auch in
anderen Räumen des Hauses auf. Was wie mit
Bedacht inszeniert erscheint, ist allerdings durch
einen Fehler des Tischlers entstanden. Er hatte
den Beschlag falsch angesetzt. Dennoch wurde
daran nichts geändert, sondern diese Zufälligkeit
ins künstlerische Gestaltungskonzept mit aufgenommen. ■
Nr. 11, Freitag, 18. März 2016
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Am Montag, 12. und Dienstag, 13. September 2016 finden im CAMPUS SURSEE die Berufsprüfungen
für Strassenbau-Polierinnen und -Polierer in deutscher Sprache statt.
Zur Berufsprüfung zugelassen wird, wer
• eidgenössisches Fähigkeitszeugnis oder einen
mindestens gleichwertigen Ausweis besitzt;
• 4 Jahre Berufspraxis im Verkehrswegbau nach Erwerb
des eidgenössischen Fähigkeitszeugnisses oder eines
mindestens gleichwertigen Ausweises nachweist;
• die erforderlichen Modulabschlüsse gemäss Anhang
zur Prüfungsordnung bzw. entsprechende Gleichwertigkeitsbestätigungen nachweist und
• die Prüfungsgebühr fristgerecht überweist.
Der schriftliche Teil der Prüfung dauert 6 Stunden,
der mündliche Teil 45 Minuten.
Die Prüfungsgebühr von CHF 1200.– zzgl. MwSt. wird
mit dem Zulassungsentscheid in Rechnung gestellt.
Prüfungsordnung und Anmeldeformular gibt es unter
www.infra-suisse.ch/polier
Die Anmeldung ist bis spätestens 13. Mai 2016
(Datum des Poststempels) einzureichen an:
Infra Suisse, Weinbergstrasse 49, Postfach, 8042 Zürich
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