Mein Haus, mein Kraftwerk, meine Tankstelle - IKZ

Das Forschungsprojekt – nach seinem Standort im Bruckmannweg 10 in der Stuttgarter Weißenhofsiedlung kurz „B10“ genannt – ist das erste
Aktivhaus der Welt.
Bild: Werner Sobek Group
Mein Haus, mein Kraftwerk,
meine Tankstelle
Energieeffizienz und zukunftsfähiges Bauen – brisante Themen mit steigender Bedeutung
Intelligente Gebäude kommunizieren mit Elektroautos und Pedelecs, erzeugen und verteilen soviel Energie, dass diese nicht nur für
den Eigenbedarf reicht, sondern auch noch ins öffentliche Energienetz eingespeist werden kann. Und sie versorgen energetisch
Häuser in der unmittelbaren Umgebung gleich mit. Dazu verfügen sie über Smart Home-Technologie, die kontinuierlich selbst dazulernt. Klingt nach R2-D2 und Science-Fiction? Mitnichten: Willkommen in der Gegenwart.
Vorausschauend und selbstlernend agiert
das gesamte Energiemanagement im weltweit ersten Aktivhaus. Standort Weißenhofsiedlung in Stuttgart, genauer: im
Bruckmannweg 1 0. B1 0 lautet daher kurz
und bündig der Name des Hauses. Zusammen mit Partnern errichtete der Architekt
und Ingenieur Prof. Werner Sobek das Objekt in nur acht Monaten. Von der ersten
Idee bis zur vollständigen Fertigstellung.
Im Bereich des nachhaltigen Bauens gilt
der Visionär als einer der wichtigsten Ar-
12
chitekten der Gegenwart. Das B1 0 ist ein
auf drei Jahre angelegtes Forschungsprojekt. Zunächst stand es Besuchern offen,
seit Herbst vergangenen Jahres wird es für
ein Jahr als Büro genutzt und getestet. Danach soll das Aktivhaus für ein weiteres
Jahr bewohnt werden. So lassen sich zusätzliche Erfahrungen mit der selbstlernenden
Gebäudesteuerungstechnik
sammeln.
INTELLIGENTES WOHNEN SIEHT SO AUS
Bequem und komfortabel, so sieht das intelligente Wohnen dann für die Menschen
im B1 0 aus. Die Waschmaschine beginnt
zu laufen, wenn der Strom günstig ist. Die
Raumtemperatur passt sich den Wetterbedingungen an. Es ist genug Strom und
Wärme vorhanden, dass damit nicht nur
zusätzlich die zum Haus gehörigen beiden
Elektroautos und zwei E-Bikes geladen
werden können, sondern auch das benachbarte Weißenhofmuseum Energie erhält.
IKZ-ENERGY 1/2016
EN ERG I EEFFI ZI EN Z
Smart Building
„Neue Häuser sollen alte mitversorgen
können“, sagt Sobeck. „Wir nennen dies
das Prinzip der Schwesterlichkeit“. Denn
das Weißenhofmuseum ist eines von zwei
Le-Corbusier-Bauten und steht unter Denkmalschutz. Eine energetische Sanierung
wäre also eine teure Angelegenheit. Übertragen auf andere Anwendungsfälle bedeutet das Prinzip etwa, dass der Besitzer
eines denkmalgeschützten Hauses nicht
selbst eine teure energetische Investition
in Erneuerbare Energien vornimmt, sondern sich stattdessen anteilig beispielsweise an der PV-Anlage auf dem Flachdach
des nahegelegenen Supermarktes beteiligt.
„Wir brauchen solche Lösungen innerhalb
der Nachbarschaft“, betont Sobek. Würde
dies gelingen, seien HGÜ-Leitungen zum
Transport von Offshore-Windstrom nur
noch für die Versorgung der Industrie notwendig.
Das Energiekonzept von B1 0 sieht nämlich
eine 200-prozentige Deckung des eigenen
Energiebedarfs vor. Voraussetzung dafür
ist eine hohe thermische Qualität der Gebäudehülle und eine sehr effiziente und
ressourcenschonende Bereitstellung von
Wärme und Kälte. Daraus ergibt sich ein
sehr geringer Primärenergieverbrauch für
den thermischen Komfort im Innenraum.
Das Gebäude wird mittels einer Wärmepumpe beheizt, die auf einen Eisspeicher
und eine PVT-Anlage als Wärmequelle zurückgreift. Diese Lösung ermöglicht hohe
Arbeitszahlen und somit auch eine effiziente Wärmeversorgung des Gebäudes.
Die Kühlung des Gebäudes erfolgt über
einen Eisspeicher – hierfür wird im Sommer das Eis verwendet, das während der
Heizperiode im Winter entsteht. An zusätzlicher Energie für die Kühlung muss
nur noch der Strom für die Umwälzpumpe
eingebracht werden; dieser Strom wird
über die Photovoltaik-Anlage direkt vor Ort
erzeugt. Fußboden- und Deckenflächen
können thermisch aktiviert werden, um
(mit niedrigen Vorlauftemperaturen) eine
angenehme Innenraumtemperatur zu erzeugen. Ein neuartiges Anlagenkonzept
mit integrierter Hydraulikmatrix eröffnet
vielversprechende Möglichkeiten im Quellen- und Senken-Management des Gebäudes.
Ein Smart-Home-System bezieht etwa Wetterdaten und das Nutzerverhalten mit ein,
kommuniziert nicht nur mit sämtlichen
Geräten wie Licht, Herd usw., sondern
auch mit der GO-Q-Matrix, die für die gesamte Wärmeverteilung verantwortlich ist.
So wird ständig entschieden, wohin die so-
1/2016 IKZ-ENERGY
Das Herzstück des Aktivhauses – intelligente Steuerung und Überwachung von AlphaEOS. Dank
eines ausgeklügelten vorausschauenden Energiekonzepts und eines selbstlernenden, prädiktiven Energiemanagements erzeugt B10 das Doppelte seines Energiebedarfs selbst. Mit dem gewonnenen Überschuss werden im Rahmen eines Smart Grid zwei Elektroautos und das unter
Denkmalschutz stehende Haus des Architekten Le Corbusierin unmittelbarerNähe versorgt.
Bild: Werner Sobek Group
larthermisch oder photovoltaisch erzeugte
Energie fließen soll. Neben dem Eisspeicher und einem thermischen Speicher verfügt das Gebäude auch über einen
Lithium-Ionen-Speicher von Knubix.
HERBERGE EINER FÜLLE VON IDEEN
Das B1 0 zeigt Innovationen, die sich womöglich beim künftigen Bauen durchsetzten könnten. Basis für das 85 m2 große
Aktivhaus bilden die Flying Spaces, die sogenannten Fertigbauteile aus unbehandeltem Holz von SchwörerHaus. Die
Fertigbauteile sind mit einem Glasfasergewebe überzogen. Alles vollständig recycelbar. Im Werk wurden die einfachen
kubusförmigen Baukörper größtenteils
vorgefertigt und vor Ort in zwei Tagen aufgebaut. Auch im Inneren des Hauses befinden sich kompakte Module für
Haustechnik, Küche und Nasszelle. Wohnund Arbeitsbereiche können die Hausnutzer variabel gestalten. Bewegliche Trennwände machen das möglich.
Auch die Dämmung ist einzigartig. Die
Planer setzten auf eine Vakuumverglasung, die doppelt so gut dämmt, wie eine
hochwertige Dreifachverglasung. Um
Energie zu sparen, lässt sich außerdem die
offene, verglaste Straßenseite bei Bedarf
komplett schließen. Dazu wird die Terrasse
vor dem Haus hochgeklappt. Das Haus
wird dann zu einer gut gedämmten Box.
Dies bringt auch ein Plus an Sicherheit vor
Einbruch, wenn die Bewohner beispielsweise auf Reisen sind. Einziger Nachteil
für die Nutzer: Die drei Terrassenelemente
müssen vor dem Hochklappen jeweils leer
geräumt werden.
Daneben gibt es einige weitere innovative
Ideen. Zum Beispiel die separate Dusche.
Sie verfügt über einen Wandspiegel, hinter
dem sich ein Heizpapier befindet. Öffnet
jemand die Tür des kleinen Bades, geht
nicht nur das Licht an. Auch das Heizpapier wird erwärmt und sorgt durch Strahlungswärme für komfortables Duschen.
HERZSTÜCK: VORAUSSCHAUENDE SMART
HOME-ANWENDUNGEN
So richtig aktiv oder intelligent wird das
Aktivhaus aber erst durch die sinnvolle
Vernetzung. Die alphaEOS AG aus Stuttgart hat das Aktivhaus mit einer selbstlernenden Smart Home-Lösung ausgestattet,
die alle technischen Systeme – inklusive
Elektromobilität – vernetzt. So erfüllt das
System die Komfort- und Mobilitätsbedürf-
13
EN ERG I EEFFI ZI EN Z
Smart Building
Kraftwerk des Projektpartners Next Kraftwerke weiß das alphaEOS-System, wann es
günstig ist, Strom einzuspeisen oder zu
beziehen. „Mit diesen Informationen können wir beispielsweise den erzeugten
Stromüberschuss marktkonform – durch
Orientierung an den Handelspreisen der
Strombörse – einspeisen“, sagt Busse. „Es
ist aber auch möglich, durch eine gemeinsame Bilanzierung mit Nachbargebäuden
einen lokalen Ausgleich im Quartier herzustellen.“ Das zukunftsweisende Energiemanagement macht das Haus zu einem
aktiven Element im Energiesystem der Zukunft, dem Smart Grid. So können mit gezielt eingespeisten Stromüberschüssen die
Lastspitzen schwächerer Gebäude in der
Nachbarschaft ausgeglichen werden.
Über eine speziell für das Projekt entwickelte Smartphone-App werden alle technischen Komponenten des Gebäudes,
inklusive der Elektromobilität, in das
Smart Home-System eingebunden und angesteuert. Die Bewohner oder Nutzer des
Aktivhauses können alle Funktionen von
überall mit dem Smartphone bedienen. Die
App vereinfacht Bedienung und Interaktion mit dem Gebäude und den Elektroautos. Sie verfügt neben einer klassischen
auch erstmals über eine dynamische und
kontextabhängige Bedienoberfläche. Diese
passt sich dynamisch an die Tages- und
Jahreszeit sowie die Gewohnheiten der
Nutzer an. Wenn es draußen dunkel wird,
rücken die Bedienelemente zur Lichtsteuerung in den Vordergrund. Oder die Optionen zum Lademanagement immer dann,
wenn die Elektrofahrzeuge geladen werden müssen.
Das Smart Home-System ist eine Weiterentwicklung der schon seit über zwei Jahren am Markt befindlichen intelligenten
Heizungssteuerung des innovativen Stuttgarter Unternehmens. Der Grundgedanke:
Jeder kann die Energiewende im eigenen
Haushalt verantwortungsvoll, unkompliDie Installation von B10 vor Ort erfolgte in nur zwei Tagen.
Bild: Werner Sobek Group
ziert und ohne Komforteinbußen beginnisse der Bewohner vorausschauend. Im Haussteuerung macht den Alltag in Zu- nen.
Hintergrund lenkt das Energiemanage- kunft komfortabler“, so Jonathan Busse,
ment alle Energieströme, angepasst an den Vorstand von alphaEOS „Wenn ich über- ERST PASSIVHAUS, DANN AKTIVHAUS?
Tagesrhythmus und die persönlichen Be- stürzt aufbrechen muss, sorgt das System Dass Energieeinsparung möglich ist, bedürfnisse der Nutzer. Möglichst viel des automatisch dafür, dass alle Türen und weisen Passivhäuser seit mehr als 20 Jaherzeugten Stroms wird direkt verbraucht, Fenster geschlossen sind, der Herd ausge- ren in der Praxis. Sie gelten als
aber auch die Einspeisung von Strom ins schaltet ist und wäh-rend meiner Abwe- wirtschaftlich, hygienisch und komfortaöffentliche Netz optimiert und Ladevorgän- senheit möglichst wenig Energie bel. Das Prinzip ist simpel. Dank der exge vorausschauend geplant.
verbraucht wird. Nähere ich mich mit mei- trem guten Wärmedämmung der Hülle
Informationen zur Geoposition der Fahr- nem Fahrzeug dem Aktivhaus, öffnet sich wird meist auf eine klassische Warmwaszeuge, zu Ladezustand und Effizienzwer- das Tor, und Lichtstimmung und Raum- serheizung verzichtet. Stattdessen werden
ten erhöhen die Planungssicherheit. „Eine temperatur sind bereits wie gewünscht.“
Abwärme der Bewohner und technischer
enge Vernetzung von Elektromobilität und Durch die Anbindung an das virtuelle Geräte sowie die Wärme der einfallenden
14
IKZ-ENERGY 1/2016
EN ERG I EEFFI ZI EN Z
Smart Building
Sonnenstrahlen einfach im Haus behalten.
Für frische Luft sorgt eine Lüftung mit
Wärmerückgewinnung. Das entscheidende
Kriterium ist aber der Jahresenergieverbrauch für Wärme. Liegt dieser bei 1 5
kWh, ist das Haus ein Passivhaus.
Doch so richtig etabliert hat sich das Passivhaus-Prinzip weder im Schiffbau noch
im Gebäudestand. Die Kritik, sagen Fachleute, stecke bereits in der Bezeichnung.
Alle Bemühungen seien darauf ausgerichtet, dass sich Energieverbrauch und Energieerzeugung eines Gebäudes die Waage
halten. Darauf könne und sollte man sich
nicht ausruhen. In der Praxis ist der Energieverbrauch zudem oft höher, als die dogmatische 1 5-kWh-Grenze. Für Architekten,
Ingenieure und Planer also häufig ein Albtraum. Das Passivhaus zeigt aber, was
möglich ist.
Das Energieplushaus und das Aktivhaus
sind weiter in der Entwicklung. Bei ihnen
liegt der Jahresenergieverbrauch zwar oftmals höher. Doch Energie wird klimafreundlich produziert: durch Photovoltaik,
Solarthermie und Wärmepumpe. So viel,
dass es sogar möglich ist, überschüssige
Energie ins Stromnetz zu speisen und für
Elektromobilität wie für weitere Häuser im
nachbarschaftlichen Verbund zu nutzen.
Vor allem Bürogebäude könnten von der
Idee Aktivhaus profitieren, denn ihr größtes Problem sei der immense Stromverbrauch, so Prof. Dr. M. Norbert Fisch, vom
Institut für Gebäude und Solartechnik an
der Technischen Universität Braunschweig. Da mache es Sinn, auf Photovoltaik zu setzen.
Doch Aktivhaus soll kein Label werden,
mit dem man sich schmücken kann. Der
Grundgedanke sei nicht, dass etwas zertifiziert und standardisiert wird. „Aktiv verstehen wir nicht im Gegensatz zu passiv“,
sagt Dr. Frank Heinlein, Director Business
Communications der Sobek Group. Vielmehr gehe es um die richtige, um die aktive Verteilung der Energie, und zwar
grüner Energie. „Was wir brauchen, ist eine Diskussion um die Bilanzierung“. Entscheidend sei das Energiemanagement,
wohin die Energie wann fließe bzw. abgegeben werde. Entscheidend sei die Vernetzung aller Parameter miteinander:
Energieproduktion, Verbraucher, Speicher,
Mobilität, Gebäudeverbund und öffentliches Netz. So könnten letztendlich öffentliche Netze entlastet und Energiebezug aus
nicht regenerativen Quellen gesenkt werden. Das Haus der Zukunft wird also zum
wichtigen Bindeglied für eine emissions-
1/2016 IKZ-ENERGY
Mit der App alles im Blick...
...die Immobiliennutzer können Einfluss
nehmen. Müssen sie aber nicht. Alles
funktioniert von selbst optimal. Die Bilder
zeigen den Startscreen...
...und die Wochenübersicht (hier die Ansicht
der Verfügbarkeit in Stunden).
Bilder: AlphaEOS/Werner Sobek Group
freie (da aus regenerativen Quellen gespeiste) Elektromobilität sowie für eine
erhöhte Netzstabilität. Das bedarfsoptimierte Management von Verbrauch und
Speicherung von Energie ist deshalb ebenso wie die Vernetzung des Energiemanagements
von
Gebäude
und
Elektrofahrzeugen ein Kernpunkt des Forschungsprojekts.
INTERDISZIPLINÄRE ZUSAMMENARBEIT
UND AUSSICHT
Schon im frühen Entwurfsstadium eines
Gebäudes werden die Weichen zum ener-
15
EN ERG I EEFFI ZI EN Z
Smart Building
So könnte das Wohnen in Zukunft aussehen. B10 ist erst der Prototyp.
gie- und flächensparenden, ökologischen
und ökonomischen Bauen gestellt. Das
Bauen der Zukunft erfordert eine Zusammenarbeit vieler Disziplinen schon zu Beginn der Planung. Auch bei B1 0 hat die
integrale Planungsarbeit eines interdisziplinären Teams aus Architekten, Ingenieuren und Elektronikspezialisten die vielen
Innovationen ermöglicht. Und das Start-up
alphaEOS besteht ebenfalls aus einem
Team von Informatikern, Bauphysikern,
Energiefachleuten und Architekten.
Das Aktivhaus B1 0 wird während des gesamten Forschungszeitraums (noch bis
Herbst/Sommer 201 6) einem fortwährenden Monitoring unterzogen. Ziel dieses
Monitorings ist die möglichst vollständige
Erfassung sämtlicher Stoff- und Energieströme sowie der Außen- und Innenraumklimata. Dies soll es ermöglichen, das
Zusammenspiel aller Gebäudefunktionen
bezüglich Energieverbrauch, Energieproduktion und Nutzerkomfort zu optimieren.
Die erfassten Daten werden am Institut für
16
Leichtbau Entwerfen und Konstruieren
(ILEK) der Universität Stuttgart wissenschaftlich ausgewertet.
Das Monitoring dient dazu, den Nutzerkomfort zu maximieren und den Gebäudebetrieb bezüglich Energieverbrauch und
Betriebskosten für die Konditionierung zu
optimieren. Besonders wichtig ist hierbei
die Ausarbeitung von Vorschlägen zur Verbesserung der Gebäuderegelung. Die Auswirkungen und die Effizienz der im ersten
Messjahr erarbeiteten Optimierungsvorschläge können – dank des kontinuierlichen Monitorings – am Ende des zweiten
Messjahres direkt überprüft und bewertet
werden.
B1 0 ist ein Prototyp, der zeigen soll, wie
sich das Prinzip Aktivhaus auf den verdichteten Wohnungsbau in Großstädten
übertragen lässt. Eingeschossig soll es
nicht bleiben. Vorstellbar wären ebenso
Mehrfamilienhäuser. Neben der Auswertung und Optimierung bei B1 0 geht es
derzeit vor allem auch um eine Serienferti-
gung und Weiterentwicklung der vorgebauten Fertigteile aus Holz. Sie sind
vergleichsweise günstig zu haben. Teuer
ist die Technik. B1 0 kostet etwa 3.000 Euro pro m2 , hat man bei Sobek errechnet.
Allerdings sei hier aus Forschungszwecken die Technik auch etwas überdimensioniert, sagt Dr. Heinlein. Nach Abschluss
des Forschungsprojektes soll das Gebäude
zurückgebaut und andernorts neu errichtet werden.
Viele Energieplushäuser werden mithilfe
von lokalen Handwerksbetrieben umgesetzt. Sie sind eine wichtige Voraussetzung für die Verbreitung von
zukunftsweisenden Technologien in der
Praxis und unterstreichen damit ihre Bedeutung. Und Handwerksbetriebe zeigen
damit selbst, dass sie zukunftsfähig sind.
Die Zukunft hat also schon jetzt begonnen.
Autorin: Angela Kanders
IKZ-ENERGY 1/2016