Energie und Architektur - Entwerfen und Energieeffizientes Bauen
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ENERGIE UND ARCHITEKTUR VON DER ENERGIEQUELLE NATUR ZUM ENERGIEEFFIZIENTEN BAUEN UND WOHNEN IDEEN‐ UND ARBEITSHEFT FÜR DEN UNTERRICHT © NUR FÜR LEHRZWECKE Inhalt Seite 4 Einleitung Seite 5‐ 16 Teil 1: Energiequelle Natur 1. Was ist das? Wie wäre ein Tag ohne Energie/ Strom? Die verschiedenen Energiequellen 2. Wofür braucht man überhaupt Energie in Gebäuden? Beispiele nennen Ratespiel und Rundgang im Gebäude Grafik Haus 3. Mit welchen Soffen kann man Wärmeenergie erzeugen? Fossile Brennstoffe/ regenerative Energien Übung: 1 Stunde Fahrradfahren erzeugt 100 Watt Experiment: Wärme braucht Energie 4. Welche Stoffe sind natürliche Energiequellen und warum? Fakten zum Energiebedarf/ Natürliche Energiequellen Sonne Experiment 1: warmes Wasser Experiment 2: Schokolade schmelzen Experiment 3: Sonnenbilder Wind Experiment 1: Windrad Experiment 2: Luftballonauto bauen Wasser Experiment: Wasserrad Erdwärme, Biomasse 5. Wie kann man Energie sparen und warum überhaupt Energie sparen? Grafik Klimaerwärmung Seite 16‐ 22 Teil 2: Im Haus ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen 1. Wie schafft man das? Bauweise/ Haustechnik 2. Wie bleibt es innen schön warm? Dämmung/ Dichtheit Experiment 1: Dämmstoffe und Dämmwirkung Experiment 2: Glashaus Modellbau: Wärmespeicherhaus 3. Wie können regenerative Energien beim Bauen und Wohnen zum Einsatz kommen? Die Sonne als Energiequelle nutzen Übung: Sonnenheizung 2 Wärmepumpe/ Wärmetauscher Inhalt Seite 23‐ 29 4. Was ist ein Sonnenhaus? Niedrigenergiehaus/ Passivhaus/ Plus‐Energiehaus 5. Was ist der Solar Decathlon? Solar Design Wettbewerb: Solarhäuser aus natürlichen/ nachhaltigen Materialien Solar Foto Wettbewerb: zum Thema „Erneuerbare Energien“ 6. Was ist eigentlich ein Energieausweis und eine Vor‐Ort‐Energieberatung? Sinn und Zweck 7. Was ist eigentlich mit den vielen bereits bestehenden Gebäuden? Infos Spiel: Energiedetektive Seite 30 Überleitung Im Haus und in der Stadt ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen Seite 31‐ 43 Teil 3: In der Stadt ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen 1. Wie können Ressourcen in der Stadt geschont werden? Was bedeutet Nachhaltigkeit? Nachhaltiger Städtebau/ Beispiele Übung 1: Fundstücke Übung 2: Stadtforscher 2. Wie baut man eine energiesparende Wohnsiedlung? Wie geht das?/ Eckdaten 3. Welche Maßnahmen führen zur Energieeinsparung beim Unterhalt einer Wohnsiedlung? Kurzfristig, mittelfristig und langfristig umsetzbare Maßnahmen Übung: Energiesparen zu Hause Sanieren von Gebäuden Nachverdichtung Übung: Nachverdichtung ‐ da geht noch mehr! 4. Wie könnte ein grüner Stadtteil aussehen? Am Bespiel einer Solarsiedlung/ Bereits gebaute Beispiele Planspiel: Stadtteil der Zukunft 5. Solar Village Planspiel „How we want our own Solar Village“ Seite 44 Literatur‐ und Linkliste/ Bildquellen Seite 45 Schneidevorlage Wärmespeicherhaus Seite 46 Impressum 3 Einleitung Durch die Beschäftigung mit dem Thema ENERGIE UND ARCHITEKTUR und somit der Auseinandersetzung mit der Entwicklung von der Energiequelle Natur zum energieeffizienten Bauen und Wohnen, sollen Schüler die Möglichkeit bekommen, ein nachhaltiges Umwelt‐ und Architekturbewusstsein zu entwickeln. Das Konzept ist auf 3 Hauptelementen aufgebaut 1: Energiequelle Natur 2: Im Haus ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen 3: In der Stadt ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen Alle Hauptelemente werden erläutert und teilweise mit Bildern und Grafiken ergänzt. Aber vor allem steht das Erleben des Themas und das praktische Lernen im Vordergrund. Dazu werden viele Experimente und praktische Übungen vorgestellt. Die angestrebten Ziele sind dabei folgende: Das Bewusstsein für das eigene Handeln und die Auswirkungen des Handelnden auf Natur und Umwelt zu stärken. Die Sensibilisierung für Rohstoffe und Gebrauch von nachhaltigen Materialeien in der Architektur. 4 Die ästhetische Einbindung und Verwendung von regenerativen Energien. Teil 1: Energiequelle Natur 1. Was ist das? Wie wäre ein Tag ohne Energie/ Strom? Energie ist ein rätselhafter Stoff, der schwer zu greifen ist. Sie kann aus der Sonne kommen oder aus der Steckdose, aber auch aus dir selbst. Sie entsteht in deinem Kopf, wenn du denkst und wird verbraucht, wenn du dich bewegst. In riesigen Kraftwerken kann man sie produzieren und muss dabei eine Unmenge davon aufwenden. Energie ist immer und überall da und dennoch gibt es nicht genug davon. Begriffsdefinition Aristoteles, „énérgeia“ (dt. Tätigkeit, Wirksamkeit) = die Wirkkraft, durch die Mögliches in Seiendes übergeht. Naturwissenschaftliche Definition „Energie“: = die im System gespeicherte Arbeit oder die Fähigkeit des Systems zur Verrichtung von Arbeit Ein Tag ohne Energie/ Strom Einleitung: Heute ist es kalt und dunkel in der Schule. Für einige Zeit kann kein Strom genutzt werden. Licht, Heizung, und elektrische Geräte bleiben aus. Material: Dinge, die ohne Strom funktionieren, wie Schneebesen (Mixer), Kerze (Lampe), Zahnbürste (elektrische Zahnbürste), Waschbrett(Waschmaschine), Fächer (Ventilator), Anleitung: Anregung zur Schaffung von Alternativen ohne Strom. Kerzen erhellen, ein dicker Pulli und eine Jacke wärmen, Toastbrot kann auf einem Stövchen über Kerzen geröstet werden Ziel: Sensibilisierung für das Thema „Energie“ 5 Teil 1: Energiequelle Natur Die verschiedenen Energiequellen Kernenergie Solarstrahlung vergangene Strahlung Atomenergie Gravitation aktuelle Strahlung Kohle Globalstrahlung Erdöl oberflächennahe Erdgas Erdwärme oberflächenferne Gezeitenenergie Erdwärme Erdwärme Atmosphärenwärme Wind Meereswärme Meeresströmung Wellenbewegung Laufwasser nicht erneuerbar Biomasseproduktion erneuerbar 6 Teil 1: Energiequelle Natur 2. Wofür braucht man überhaupt Energie in Gebäuden? Beispiele nennen/ Ratespiel und Rundgang im Gebäude/ Grafik Haus Viele unserer heutigen Umweltprobleme haben damit zu tun, dass wir Energie brauchen. Strom für Computer und Haushaltsgeräte, Wärme zum Heizen. Diese Energie müssen wir erzeugen. Beispiele nennen Wir verbrauchen jeden Tag eine Menge Energie: Noch vor dem Aufstehen klingelt der Radiowecker, dann schalten wir das Licht ein, wir waschen uns mit warmem Wasser und machen Kakao oder Tee auf dem Herd…Überlegt doch mal für was Ihr tagsüber alles Energie verbraucht Ratespiel und Rundgang im Gebäude Einleitung: Heute seid Ihr Energiedetektive Material: Klebepunkte in verschiedenen Farben Anleitung: Jedes Team sucht Geräte und Gegenstände oder andere Dinge in der Schule, die Energie in Form von Strom, Heizöl oder anderen Brennstoffen verbrauchen und versehen sie mit Klebepunkten. Am Ende treffen sich alle Teams und präsentieren sich gegenseitig ihre Funde. Dabei müssen drei Kategorien von Energiefressern unterschieden werden: 1. Stromfressende Geräte/ 2. Heiz und Erdölverbrauchende Geräte/ 3. Versteckte Energiefresser, wie Plastikgegenstände. Gemeinsam wird überlegt, wodurch Energie eingespart werden kann: ‐ Im Winter nur Stoßlüften ‐ Warme Sachen anziehen statt die Heizung aufzudrehen ‐Gegenstände aus langlebigen Materialien oder Naturmaterialien kaufen Ziel: Sensibilisierung für das Thema Energie Grafik Haus Hier sieht man für was man wie viel Energie zu Hause, einschließlich dem Auto, verbraucht. Eindeutig wird am meisten Energie für das Beheizen von Gebäuden benötigt. 7 Teil 1: Energiequelle Natur 3. Mit welchen Soffen kann man Wärmeenergie erzeugen? Fossile/ regenerative Energien Übung: 1 Stunde Fahrradfahren erzeugt 100 Watt etc… Experiment: Hände wärmen Fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas, sind begrenzt vorhanden und werden zur Energieerzeugung verbrannt. Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe wird das über Millionen von Jahren gespeicherte CO2 in die Atmosphäre freigesetzt. Dies hat Einfluss auf das Klima. Der so genannte Treibhauseffekt führt zu einer zusätzlichen Erwärmung der Erde, was die derzeitige Lebensbedingungen nachhaltig beeinflusst. Außerdem sind die fossilen Brennstoffe dafür auch viel zu schade, da man sie auch z. B. für die Herstellung von Medikamenten benötigt. Deshalb sollte man von den fossilen Brennstoffen möglichst wenig verbrauchen. Regenerative Energien ‐ Erneuerbare Energie aus nachwachsenden Rohstoffen wie Holz, Pflanzen oder Energie aus Sonne, Wasser, Wind und Erdwärme sind immer da. Derzeit ist 1/3 des Co2‐ Ausstoßes durch das Heizen von Gebäuden verursacht. Der Anteil an regenerativen Energien ist im Zeitraum von 1998 bis 2007 von 2,1% auf 9,5% gestiegen. Übung : 1 Stunde Fahrradfahren erzeugt 100 Watt Um eine Glühbirne mit 100 Watt oder 5 Energiesparlampen mit 20 Watt für eine Stunde zum Glühen zu bringen, muss man auf einem Fahrrad 1 Stunde treten. Dann hat man 100 Watt Stunden Arbeit geleistet. 1 kWh sind 1000 Watt Stunden. Um einen Heizlüfter oder Föhn für eine Stunde zu betreiben müsste man entsprechend 17 Stunden Fahrrad fahren. Für 3 Minuten laufenden Föhn ist es dann 3/4 Stunde. Experiment: Wärme braucht Energie Wenn es draußen kalt wird und wir an den Händen frieren, fangen wir automatisch an diese aneinander zu reiben. Dabei werden nicht nur unsere Hände warm sondern wir spüren auch, dass Energie in Form von Muskelkraft dafür notwendig ist. 8 Teil 1: Energiequelle Natur 4. Welche Stoffe sind natürliche Energiequellen und warum? Fakten zum Energiebedarf/ Natürliche Energiequellen Sonne Experiment 1: warmes Wasser Experiment 2: Schokolade schmelzen Experiment 3: Sonnenbilder Wind Experiment 1: Windrad Experiment 2: Luftballonauto bauen Wasser Experiment: Wasserrad Erdwärme, Biomasse Der Energiebedarf der Menschheit steigt Der Primärenergieverbrauch der Welt steigt Jahr für Jahr. 1960 wurden rund 5 Mrd. Tonnen Steinkohleeinheiten verbraucht. 1970 waren es schon fast 8 Mrd. 1997 waren es bereits 14,3 Mrd. Tonnen. Heute leben rund 6 Mrd. Menschen auf der Erde. Jährlich nimmt die Zahl zu. Derzeit sind es fast 80 Mio. 2050 schätzt man werden es mindestens 10 Mrd. Menschen sein. Ein Siebtel (Nordamerika, Europa, Japan mit seiner hochentwickelten Industrie) der Weltbevölkerung verbraucht über die Hälfte der gesamten Energie. Die heutige Energienutzung in Deutschland Sechs Tonnen Steinkohle oder rund 47.000 Kilowattstunden verbrauchte 2008 im Durchschnitt jeder Deutsche. Pro Bürger ein LKW voll Kohle, so genannte PRIMÄRENERGIE. Davon kommen nur 2/3 beim Verbraucher an, so genannte ENDENERGIE. 1/3 sind Verbrauch und Verluste in den Kraftwerken. Bei der Stromerzeugung kommt auf Grund der Verluste der Kraftwerke sogar nur 1/3 der Energie beim Nutzer an. 1/3 Endenergie für Heizen in Privathaushalten 1/3 für die Industrie 1/3 für den Verkehr Natürliche Energiequellen : Wasser, Wind, Biomasse, Sonne und Geothermie 9 Teil 1: Energiequelle Natur Sonne Wir könne die Sonne nutzen indem wir sie in Strom (Photovoltaik) umwandeln oder warmes Wasser (Solartermie) erzeugen. Im großen Maßstab geschieht das in Sonnenkraftwerken, aber auch zu Hause kann man sich ein kleines „Kraftwerk“ z. B. auf das Hausdach oder an die Häuserfassade bauen. SOLARTHERMIE ist die Nutzung der Sonnenenergie zur direkten Erzeugung von Wärme. Der entsprechende Energiewandler wird Sonnenkollektor genannt. Der wichtigste Teil des Sonnenkollektors ist der Absorber. Der Absorbers, schwarz bzw. dunkelblaue Fläche, wandelt Sonnenstrahlung in Wärme um, die für Heizung oder Brauchwassererwärmung genutzt werden kann. Die durch den Absorber erwärmte Trägerflüssigkeit (Wasser+Frostschutz) zirkuliert dafür zwischen dem Kollektor und Speicher hin und her. Flachkollektor Vakuumröhrenkollektor PHOTOVOLTAIK Sonnenstrahlensammler der Sonnenenergie in Strom umwandelt 10 Teil 1: Energiequelle Natur Experiment 1: Warmes Wasser Einleitung: Die Sonne schenkt uns ihre Kraft und Energie, jeden Tag. Sie lässt die Pflanzen wachsen, gibt uns Nahrung, Licht und Wärme... Material: 2 Wasserflaschen, schwarze Farbe und Pinsel, Wasser Ort: im Freien in der Mittagssonne Anleitung: Füllt in zwei Flaschen, von denen Ihr eine schwarz angemalt habt, Wasser. Wartet einige Zeit. Ist das Wasser in der schwarzen oder der anderen Flasche wärmer und warum? Ziel: Schwarz absorbiert mehr Licht / Wärme. Kurzwelliges Licht wird in langwellige Wärmestrahlung umgewandelt. Weiß bzw. durchsichtig reflektiert mehr Licht. Experiment 2: Schokolade schmelzen Einleitung: Sonnenlicht hat, wenn es gebündelt wird, soviel Kraft, dass es Schokolade zum schmelzen bringen oder Löcher in Papier brennen kann. Material: Papier, Lupe, Sonnenbrille, Schokolade Ort: im Freien in der Mittagssonne Anleitung: Suche einen feuerfesten Untergrund wie z. B. Plattenbelag aus Stein. Richte bei Sonnenschein die Sonnenstrahlen mit der Lupe genau auf das Papier bzw. die Schokolade auf dem Papier. Setze dabei besser eine Sonnenbrille auf, denn der gebündelte Sonnenstrahl ist extrem hell! Nach einiger Zeit entsteht ein Loch oder die Schokolade schmilzt. Ziel: Die Kraft der Sonne sichtbar machen. Experiment 3: Sonnenbilder Einleitung: Die Kraft der Sonne zeigt sich auch mit folgendem Experiment… Material: Din A4 Tonpapier, Solares Fotopapier Ort: im Freien in der Mittagssonne Anleitung: Suche verschiedene Materialien und lege sie auf das Papier in die Mittagssonne. Nach mind. 2 Stunden werden die Gegenstände wieder vom Papier heruntergenommen. Die Schatten der Gegenstände sind dann auf dem Papier abgebildet. Ziel: Die Kraft der Sonne sichtbar machen 11 Teil 1: Energiequelle Natur Wind Zwischen 2000 und 2008 hat sich die Stromerzeugung aus Windkraft mehr als verfünffacht und trägt inzwischen mit rund 6,6% zu der Stromerzeugung in Deutschland bei. Bei Ausschöpfung des Potenzials an Land und auf der See kann die Windenergie perspektivisch 30% der Bruttostromerzeugung in Deutschland decken. Früher schon bauten die Menschen Windmühlen, um z. B. ihr Korn zu Mehl zu mahlen oder fuhren mit Windkraft in Segelschiffen übers Meer. Heute werden Windgeneratoren für die Erzeugung von umweltfreundlichem Strom genutzt. Erdwärme GEOTHERMIE Erdwärme ist eine unerschöpfliche Energiequelle, die zu jeder Zeit verfügbar ist. Erdwärmeanlagen eignen sich zur Gebäude‐ und Wassererwärmung. Zudem kann Erdwärme zur Stromproduktion genutzt werden. Die Energie aus dem Erdkern erhitzt auf ihrem Weg nach oben sowohl Gesteins‐und Erdschichten als auch unterirdische Wasserreservoirs. In Mitteleuropa nimmt die Temperatur im Durchschnitt um 3°C pro 100 m Tiefe zu. Im Erdmantel herrschen Temperaturen von 1.300°C. Im Erdkern sind es ca. 6.000°C. Biomasse Dazu zählen pflanzliche und tierische Stoffe, aber auch organische Abfälle. Biomasse ist eine nahezu unerschöpfliche Energiequelle, denn die in den Trägern gespeicherte Sonnenwärme steht als selbsterneuernder Lieferant zur Verfügung. Biomasse hat eine ausgeglichene CO2 Bilanz, da 12 lediglich die Menge Kohlendioxid ausgestoßen wird, die zuvor biochemisch gebunden wurde. Teil 1: Energiequelle Natur Wind Experiment 1: Windrad Einleitung: Wir bauen ein Windrad. Material: Schere, quadratisches Papier, Klebestreifen, Holzstift, Musterklammer Anleitung: Faltet das Quadrat zwei Mal über die Diagonale. Anschließend schneidet ihr zur Mitte hin die Hälfte einer jeden Ecke ein. Locht das Papier an den gleichen Stellen (siehe Foto). Die Musterklammer steckt ihr durch alle 4 Außenecken nacheinander ein und zum Schluss in das mittlere Loch. Legt den Holzstift zwischen die Beutelklammer und biegt sie um. Um das ganze stabiler zu machen, könnt ihr es mit einem Klebestreifen fixieren. Ziel: Windkraft sichtbar machen. Experiment 2: Luftballonauto Einleitung: Dieses Auto wird nur mit Luft angetrieben. Material: 3 Bierdeckel, 2 gerade Trinkhalme, 2 Knick‐Trinkhalme, 2 lange Schaschlikspieße, 4 halbe Korken, 2 halbe Toilettenpapierrollen, 2 Luftballons, Schere, Klebeband Anleitung: Bierdeckel zusammenkleben (siehe Skizze). Gerade Trinkhalme so abschneiden, dass sie jeweils seitlich 1 cm überstehen und mit Klebeband an den Bierdeckeln befestigen (Radaufhängung). Schaschlikspieße durch die Halme schieben (Radachsen). Diese in die halben Korken stecken( Räder). Beide Luftballons aufblasen. In die Öffnung der Ballons wird jeweils das lange Ende eines Knick‐Strohhalms geschoben und mit Klebeband fixiert. Um zu testen, ob die Halme wirklich dicht sind, in die Halme pusten. Damit die Luftballons nicht auf dem Boden schleifen, werden die Strohhalme an den halben Klopapierrollen befestigt (siehe Skizze). Das andere Ende der geknickten Halme wird auf den Bierdeckeln befestigt, so dass es ein wenig übersteht. Ziel: Veranschauliche von Anrieb durch Luft. 13 Teil 1: Energiequelle Natur Wasser Wasserkraft gehört zu den ältesten Energiequellen der Menschen. Die Wassermühle ist die älteste Maschine mit der mechanische Arbeit verrichtet werden kann. Maßgeblich für die Nutzung von Wasserkraft ist die Wassermenge in Verbindung mit der Höhenlage des Wassers. Innerhalb Europas wird diese Form von Energie unterschiedlich intensiv genutzt. In Norwegen werden 90% der elektrischen Energie mit Wasserkraft erzeugt, Österreich 72%, Schweiz 70%, Deutschland 3,5%. Weltweit beläuft sich der Anteil auf 15%. Experiment 1: Wasserrad Einleitung: Wasser ist ein Naturelement mit richtig viel Kraft. Material: Tetrapakmaterial, Schere, Schaschlikspieße oder Knete, Kronkorken und Schaschlikspieße Drinnen: große Schüssel und eine Gießkanne mit Wasser Draußen: Ein Bachlauf Anleitung: Aus Knete wird eine Kugel geformt. Als Schaufeln werden Kronkorken gleichmäßig verteilt in die Walze aus Knete gesteckt. Das Wasserrad wird auf eine Schüssel gelegt und mit der Gießkanne zum Laufen gebracht. Dieses Experiment kann auch an einem Bachlauf ausprobiert werden. Alternativ kann das Wasserrad auch aus Tetrapak gemacht werden. Dazu werden 2 Kreise (d= 8 cm) und 4 rechteckige Stücke (6/10 cm) ausgeschnitten (siehe Skizze). Die Kreise werden im Mittelpunkt mit dem Schaschlikßpieß durchbohrt und 4 Mal ¼ tief eingeschnitten. Auch die 4 rechteckigen Teile werden im Abstand der Kreise ¼ tief eingeschnitten. Alle Teile werden dann zusammengesteckt (siehe Skizze). Ausprobiert wird das Wasserrad wie oben beschrieben. 14 Teil 1: Energiequelle Natur 5. Wie kann man Energie sparen und warum überhaupt Energie sparen? Grafik Klimaerwärmung Warum ist es also wichtig Energie zu sparen? Der Vorrat fossiler Brennstoffe ist begrenzt. Die Menschen müssen ihren Verbrauch an Energie daher drosseln, sonst geht der Vorrat zu Neige. Sonne, Luft und Wasserkraft schufen zusammen die Grundlage für die Entwicklung von Leben auf unserer Erde. Das Zusammenspiel der 4 Elemente Feuer, Erde, Wasser und Luft bildet unser Ökosystem ‐ ein schützenswerter Gesamtorganismus. Wie kann man Energie sparen? ‐ Gebäude in denen die Menschen leben gut einpacken ‐ Benötigte Energie aus nachwachsenden Stoffen erzeugen ‐ Nicht benötigte Geräte abschalten ‐ Licht ausmachen, wenn man nicht im Raum ist ‐ Weniger Auto fahren ‐ Recycling von Material Das sind nur einige Beispiele . 15 Teil 1: Energiequelle Natur + 1,5 bis 5,8 °C 16 Teil 2: Im Haus ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen 1. Wie schafft man das? Bauweise/ Haustechnik Wie baut man ein umweltschonendes Haus? Generell wird ein bestimmter Energiestandard durch bauliche Maßnahmen und die Haustechnik erreicht. Dafür sollten die folgende Grundprinzipien beachten werden: BAUWEISE 1. Die Bauweise des Hauses sollte möglichst kompakt sein. Das heißt, das Verhältnis von Außenfläche des Hauses zu seinem Volumen (A/V) sollte möglichst klein sein. 2. Das Haus sollte sich nach Süden hin öffnen, damit viel Sonne hereinkomme kann. 3. Das Haus muss so gut eingepackt werden, dass es möglichst wenig Wärmeenergie verliert. Bestehende Gebäude müssen entsprechend nachgerüstet (saniert) werden. 4. Das Haus darf keine Fugen haben, durch die kalte Luft durchblasen kann. 5. Die Fenster und Türen des Hauses müssen extrem dicht sein, damit keine Wärme von Innen nach Außen verloren geht. 6. Einbau von Speicherwänden zur Nutzung der tagsüber eingestrahlten Sonnenenergie bei verzögerter Wärmeabgabe nachts. 7. Es sollten möglichst viele ökologische (nachwachsende) Baumaterialien zum Einsatz kommen. 8. Das auf dem Dach anfallende Regenwasser kann zur Spülung der Toiletten und für die Waschmaschine genutzt werden. HAUSTECHNIK Für die Heizung des Hauses sollten regenerative Energien genutzt werden. Je nach Standort und Ausrichtung des Gebäudes können verschiedene Komponenten zum Einsatz kommen: 1. Bei einem Dach, welches sich nach Süden orientiert ist, sollten Solarkollektoren auf das Dach. (Photovoltaik/ Solarthermie). 2. Einsatz von Erdwärmpumpen. 3. Bei einem Gebäude, welches einen sehr hohen energetischen Standard erfüllt (Passivhaus, Plus‐Energiehaus), kann eine Lüftungsanlage mit Erdwärmetauschern eingesetzt werden. 4. Falls vorhanden, Einsatz von Wind oder Wasserkraft. 5. In Passiv‐ oder Effizienzhäusern (Null‐Plusenergiehaus) ersetzen Lüftungssysteme sogar die Heizung. So effizient funktioniert die Technik aber nur, wenn das Haus luftdicht ist. Auch Altbauten können luftdicht saniert werden. 17 Teil 2: Im Haus ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen 2. Wie bleibt es innen schön warm? Dämmung / Dichtheit Experiment 1: Dämmstoffe und Dämmwirkung Experiment 2: Glashaus Modellbau: Wärmespeicherhaus Dämmung: Verschiedene Stoffe können verschieden gut Wärme halten. Dämmung ist wie im Winter gut anziehen. Dämmung funktioniert so, dass viel eingeschlossene Luft sich nicht bewegen kann und somit keine Wärme transportiert wird. Das Haus ist dafür gut eingepackt Wann will man es denn innen warm haben? Wenn es draußen kalt ist! Wann will man es innen kalt haben? Wenn es außen heiß ist! Also für beide Fälle braucht man etwas, das die Kälte bzw. Wärme nicht ins Haus lässt. Arten der Wärmedämmung Innendämmung, Außendämmung und Kerndämmung bei zweischaligem Mauerwerk Material der Wärmedämmung Synthetische Dämmung wie Styropor Vor und Nachteile: sehr gute Dämmfähigkeit Schimmel‐Fäulnisresistent , gute Wasserabweisung. Unverrottbar, Freisetzung giftiger Gase im Brandfall, hoher Energieaufwand bei der Herstellung, nicht UV‐beständig. Mineralische Dämmung wie Glaswolle, Steinwolle Vor‐ und Nachteile: Glaswolle, gute bis sehr gute Wärmedämmung , guter sommerlicher Wärmeschutz, nicht brennbar, sehr guter Schallschutz, Glaswolle aus bis zu 70 % Altglas, Resistent gegen Schimmelbefall, Ungeziefer und Fäulnis. Natürliche Dämmung wie Zellulosefasern, Holzfaserdämmplatten, Kork, Schafwolle Vor und Nachteile: Da aus nachwachsenden Rohstoffen, unproblematisch im Recycling. Befriedigende bis gute Dämmfähigkeit. Derzeit noch relativ teuer. Bei tierischen Materialien Befall durch Ungeziefer möglich. Winddichtheit: Außer einer guten Dämmung ist es wichtig, dass das ganze Gebäude dicht gebaut ist. Mit Folien und Klebebändern wird winddicht gebaut, damit die Wärme nicht durch Fugen oder an Anschlüssen zu Fenster und Türen entweicht. Um zu testen wie dicht ein Gebäude ist, wird ein 18 Test gemacht. Dieser Test heißt “Blower Door Test”. Teil 2: Im Haus ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen Experiment 1: Dämmung und Dämmwirkung Einleitung: Welcher Stoff dämmt wie gut? Material: 3 leere Gläser, 3 Eiswürfel pro Glas, Alufolie, einen Schal Anleitung: In jedes Glas werden 3 Eiswürfel gegeben. Ein Glas bleibt frei stehen, eines wird in Alufolie gewickelt und um ein Glas wird der Schal gelegt, so dass es komplett eingepackt ist. Warte bis die Eiswürfel im offenen Glas geschmolzen sind und sehe nach wie der Stand bei den anderen beiden Gläsern ist. Ergebnis: 1 Glas: ungehindert kann Wärme an die Eiswürfel 2 Alufolie: reflektiert die Sonnenstrahlen 3 Schal: dämmt gut da Luftporen im Stoff sind Ziel: Unser Versuch hat gezeigt, dass man bei Häusern Energie sparen kann. Wenn alle Menschen ihre Häuser isolieren würden, könnte man mit dieser und weiteren Maßnahmen dem Klimawandel erfolgreich entgegenwirken, weil eine gute Dämmung Heizenergie spart und an heißen Tagen zusätzlich Klimaanlagen überflüssig macht. Experiment 2: Glashaus Einleitung: Es schwitzt, wer im Glashaus sitzt! Material: 1 Thermometer, 2 kleine Becher, 1 kleine Schüssel aus Glas, Wasser, Sonnenschein! Anleitung: Fülle zwei Becher gleich hoch mit Wasser und stelle sie in die Sonne. Über den einen Becher stülpst du eine Glasschüssel. Nach einer Stunde nimmst du die Schüssel weg, prüfst mit dem Finger das Wasser in den beiden Bechern und misst mit einem Thermometer. Ergebnis: Das Wasser unter der Glasschüssel ist wärmer. Sonnenlicht geht durch Glas und verwandelt sich in Wärme. Ein Teil der Wärme bleibt unter dem Glas gefangen. Ziel: Du hast ein Glashaus gebaut und die Sonne zum Heizen genutzt. Genauso arbeiten Gewächshäuser und Wintergärten. Sie fangen die Wärme der Sonne ein und sparen Heizenergie 19 Teil 2: Im Haus ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen Modellbau: Wärmespeicherhaus Einleitung: Für dieses Experiment werden zwei so genannte Nur‐Dach‐Häuser aus Pappe gebastelt. Material: Fotokarton, Lineal, Bleistift, Kleber, Schere, Luftpolsterfolie (Verpackungsmaterial) Anleitung: Zeichne 2 Mal, den angegebenen Maßen entsprechend, eine Vorlage auf den Fotokarton auf. Die Nur‐Dach‐Häuser sollten 13 cm lang, 15 cm breit und 16 cm hoch werden. Eines der beiden Häuser kleidet man innen mit einer dünnen Schicht Luftpolster aus. Das andere bleibt unbehandelt. In die Stirnseite schneidet man einen Schlitz, durch den man einen Thermometer stecken kann, um die Temperatur im Gebäude außen ablesen zu können. Die Gebäude erhalten nun eine Warmwasserheizung. Dazu füllt man die gleiche Menge warmes Wasser in zwei Schraubverschlussgläser, stellt diese in die Häuser und steckt das Thermometer in den Schlitz in der Wand. Ergebnis: Nun kann man beobachten wie sich die Wärme in den verschiedenen Gebäuden hält und verändert. Längerer Anstieg der Temperatur im „gedämmten“ Haus. Langsamerer Abstieg der Temperatur im „ gedämmten“ Haus. Ziel: Veranschaulichung der Wirkung von Wärmeisolierung durch eingeschlossene Luftschichten. 20 Teil 2: Im Haus ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen 3. Wie können regenerative Energien beim Bauen und Wohnen zum Einsatz kommen? Die Sonne als Energiequelle nutzen Übung: Sonnenheizung Wärmepumpe/ Wärmetauscher Wie kann ein Haus mit Hilfe der Sonne sogar mehr Energie erzeugen, als es selbst für Heizung, Licht und Elektrogeräte braucht? Übung: Sonnenheizung Einleitung: Sonnenschirme aus Alufolie an den Fingern lassen, mit Hilfe der Sonne, die Finger warm werden. Material: Ein Karton als Vorlage, Zirkel, Lineal, Bleistift , Folienstift, Alufolie, Klebeband Anleitung: Zeichne mit dem Zirkel auf dem Karton eine Vorlage auf. Einen großen Kreis mit ca.12 cm Durchmesser und einen kleinen Kreis mit ca. 3 cm Durchmesser, schneide die Vorlagen so aus, dass ein Ring entsteht. Lege die Vorlage auf die Alufolie und zeichne die Umrisse auf und schneide das Ganze aus. Jetzt wird die Alufolie zu einem Trichter zusammengewickelt und auf die Finger gesteckt. Richte deine Finger der Sonne entgegen. Ergebnis: Die Sonnenstrahlen werden auf der Alufolie reflektiert und dadurch gebündelt und die Finger aufgeheizt. Ziel: Das Prinzip der Bündelung von Sonnenenergie zeigen und die Kraft der Sonne spüren. 21 Teil 2: Im Haus ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen In der Außenluft und in der Erde enthaltene Wärmeenergie durch Sonnenstrahlung eignet sich, über Wärmepumpen und Wärmetauscher, zur Gebäudeheizung sowie zur Trinkwassererwärmung. WÄRMEPUMPE Die Wärme wird meist dem Erdreich oder der Umgebungsluft entzogen und an das Heizungssystem des Hauses abgegeben. Für die Erdwärmepumpe werden Bohrungen ins Erdreich gemacht oder Erdkollektoren horizontal in 1‐2 Meter Tiefe verlegt (Fläche ca. 1‐1,5 fach der Wohnfläche). Für die Luftwärmepumpe kann die Umgebungsluft als Medium genutzt werden. Für den Antrieb der Wärmepumpe ist Fremdenergie (Strom) notwendig. Dieser kann selbst durch Photovoltaik auf dem Dach produziert werden. WÄRMETAUSCHER In Passiv‐ oder Effizienzhäusern ersetzen Lüftungssysteme sogar die Heizung. So effizient funktioniert die Technik aber nur, wenn das Haus luftdicht ist. Auch Altbauten können luftdicht saniert werden. Kalte Frischluft kommt über einen Kanal von draußen. Sie strömt an der warmen Fortluft von innen vorbei und wird dadurch angewärmt. Wenn man zusätzlich die Erdwärme nutzen will, führt man die Zuluft durch einen Kanal im Erdreich zum Wärmetauscher im Haus. Für den Antrieb der Wärmepumpe ist Fremdenergie (Strom) notwendig. Dieser kann selbst durch Photovoltaik auf dem Dach produziert werden. Zuluft +16°C Abluft +21°C Fortluft +8°C Außenluft ‐3°C 22 Teil 2: Im Haus ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen 4. Was ist ein Sonnenhaus? Niedrigenergiehaus/ Passivhaus/ Plus‐Energiehaus Die verschiedenen Energiestandards von Häusern werden durch die verschiedenen Bezeichnungen formuliert. Niedrigenergiehaus, 3‐Liter‐Haus, Passivhaus und Nullenergie‐Haus sind also alles Energiesparhäuser. Nur mit dem Unterschied, dass diese Bezeichnungen Baukonzepte sind, für die ganz klare Grundlagen gelten. Genaue Messwerte für den Energieverbrauch von Heizwärme und Warmwasser und genaue technische Anforderungen für Dämmung und Fenster, Lüftung und Kühlung müssen erfüllt sein, um an das eigene Haus eines der Labels anbringen zu dürfen. Niedrigenergiehaus: Der Heizwärmebedarf von Niedrigenergiehäusern darf höchstens 70 Kilowattstunden betragen, oder umgerechnet sieben Liter Heizöl oder sieben Kubikmeter Erdgas pro Quadratmeter und Jahr Primärenergie verbrauchen. Passivhaus: Unter einem Passivhaus wird in der Regel ein Gebäude mit einer Lüftungsanlage verstanden, welches aufgrund seiner guten Wärmedämmung sowohl im Winter als auch im Sommer keine klassische Heizung oder Kühlung benötigt. Diese Häuser werden „passiv“ genannt, weil der überwiegende Teil des Wärmebedarfs aus „passiven“ Quellen gedeckt wird, wie Sonneneinstrahlung und Abwärme von Personen und technischen Geräten. Es ist auch durch Umbauten und Sanierungen möglich diese Standards zu erreichen. Die sehr geringe Bedarf an Wärme durch die Heizung eines Passivhauses erlaubt eine Beheizung ausschließlich über die Lüftungsanlage. 23 Teil 2: Im Haus ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen Plus‐Energie‐Haus Ein Sonnenhaus, wie das Gebäude für den Solar Decathlon von 2007, ist ein Gebäude welches: 1. Die Sonne als Energiequelle nutzt. Es fängt viel Sonne ein, denn wenn viel Sonne im Haus ist, entsteht Wärme. 2. Die Energie gut im Inneren hält. Durch gute Dämmung, Dichtung und 3‐fach bzw. 4‐fach verglaste Fenster. 3. Sogar mehr Energie als für das Gebäude selbst notwendig, mit Hilfe der Sonne, produziert. Bei dem Gebäude von Solar Decathlon 2007 sind es 20 kWh/qm pro Jahr 4. Bei der Heizung handelt es sich um eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung. Bei dem so genannte Wärmetauscher wird die noch warme Abluft an der kalten Frischluft vorbeigeführt und erwärmt somit die Frischluft. Ansonsten reicht die Abwärme von Kochen Elektrogeräten und den Menschen im Haus. 24 Teil 2: Im Haus - Energieeffizientes Bauen und Wohnen 5. Solar Decathlon Im Rahmen der Solar Decathlon Europe, einem internationaler Hochschulwettbewerb, in dem solarbetriebene und nachhaltige Häuser mit innovativer Gebäudetechnik in zehn Disziplinen miteinander verglichen, getestet und bewertet werden. Dabei wurde 10ACTION entwickelt, einem Veranstaltungsformat, auch für Kinder und Jugendliche. Vorstellbar ist eine interdisziplinäre Einbindung des Wettbewerbs in eine Projektwoche, als auch in den Kunst- und Werkunterricht. Solar Design Wettbewerb Einleitung: Diese Übung kann auch als Wettbewerb im Rahmen der 10ACTION durchgeführt werden. Material: Modellgrundplatte A3 aus Karton, Modellbaumaterial wie Pappe, farbige Tonpapiere, Schnüre… Naturmaterialien wie Stöcke, Blätter,… Kleber (Weißleim), Schere/ Cutter je nach Alter. Anleitung: Die teilnehmenden Schüler sollen auf Gebäudeebene Modelle oder Bausteine aus natürlichen und nachhaltigen Materialien bauen. Die einzureichende Unterlagen können variieren von Modellen, Plänen und Zeichnungen, Collagen bis hin zu Filmen. Ziel: Sensibilisierung für Rohstoffe und den Gebrauch von nachhaltigen Materialien in der Architektur als auch die „ästhetische“ Einbindung und Verwendung von Solarenergie. Heranführung an das Thema „Erneuerbare Energie“ über den kreativen Ansatz. 25 Teil 2: Im Haus - Energieeffizientes Bauen und Wohnen Solar Photo Wettbewerb Einleitung: Diese Übung kann auch als Wettbewerb im Rahmen der 10ACTION durchgeführt werden. Material: Fotoapparat, Fotokarton A2, Stift, Kleber, Collagenmaterial wie Zeitschriften u.a. Anleitung: Die Schüler sollen Fotos, Poster oder Collagen von Dingen machen, welche die natürlichen und erneuerbaren Ressourcen im täglichen Leben aufzeigen. Es können Vorher- Bilder und Nachher- Bilder von bestimmten Orten, die die Veränderung zeigen, ebenso eingereicht werden, wie kleine Bilderserien von max. 5 Abbildungen, die einen Prozess dokumentieren. Ziel: Sensibilisierung für natürliche und erneuerbare Ressourcen und die spielerische Heranführung an das Thema „Erneuerbare Energie“ über den kreativen Ansatz. Langfristig soll sich eine Verhaltensänderung betreffend der Energienutzung und des CO2–Ausstoßes einstellen. 26 Teil 2: Im Haus ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen 5. Was ist eigentlich ein Energieausweis und eine Vor‐Ort‐Energieberatung? Sinn und Zweck Die meisten Autofahrer wissen in etwa, wie viel Benzin ihr Fahrzeug im Durchschnitt verbraucht. Zur energetischen Qualität von Gebäuden existieren allerdings häufig keine objektiven Angaben. Und das, obwohl ein Großteil des Energiebedarfs in Deutschland für das Heizen und die Warmwasseraufbereitung in Haushalten aufgewendet wird. ENERGIEAUSWEIS ‐ Der Energieausweis dokumentiert die energetische Qualität des Gebäudes und die Effektivität der Heizungsanlage. ‐ Der Energieausweis zeigt den Energiebedarf des Gebäudes, die CO2 Emission und beschreibt 2 Modernisierungsempfehlungen. ‐ Der Energieausweis wird von einem Energieberater erstellt. VOR‐ORT‐ENERGIEBERATUNG Der Eigentümer eines Hauses möchte sein Haus sanieren, weil er zu viel Energie verbraucht. Das ist ihm auf die Dauer zu teuer und außerdem ist es nicht allzu gemütlich in seinem Haus weil es hier und da zieht. Er weiß aber noch nicht genau, wodurch sein Energieverbrauch so hoch ist. Deshalb lasst er einen Energieberater kommen der einen Energiecheck macht. Wo sind die Schwachstellen des Gebäudes und in welchem Zustand ist die vorhandenen Heizungsanlage? Der Energieberater untersucht alles ganz genau und macht dem Eigentümer Vorschläge, wie er sein Haus sanieren kann und was eine Sanierung kostet. Außerdem rechnet er aus, was der Eigentümer zukünftig an Energie sparen kann, wenn er das Haus energetisch saniert. 27 Teil 2: Im Haus ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen 7. Was ist eigentlich mit den vielen bereits bestehenden Gebäuden? Infos Spiel: Energiedetektive Gebäude sind sehr langlebig. Zwei Drittel der im Jahr 2040 bewohnten Häuser stehen schon heute. Früher wurde oft nicht energiesparend gebaut, da der Energieverbrauch von Gebäuden kein Thema war. Wie sehr friert ein Haus oder eine Wohnung? ‐ Der persönlicher Energieverbrauch lässt sich ganz einfach an der Rechnung des Energieversorgers ablesen. ‐ Die Wärmeverluste teile sich folgendermaßen auf: Außenwände 20‐25% Dach 15‐20% Fenster 20‐25% Fensterlüftung 10‐20% Boden 5‐10% Heizung 30‐35% ‐ Wo die Schwachstellen eines Hauses sind kann man gut mit thermographische Fotoaufnahme sehen. Rot bedeutet : Achtung hier geht viel Wärme verloren. 28 Teil 2: Im Haus ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen Spiel: Energiedetektive Einleitung: Spiel über einen längeren Zeitraum Material: Papier, Klemmbrett, Stift Anleitung: 2 Energiedetektive pro Klasse werden gewählt. Es werden Energiesparregeln vereinbart, die in der Klasse gut sichtbar aufgehängt werden. Regelmäßige Treffen zur Berichterstattung (aktuelle Verbrauchsentwicklung, Aktionen, Probleme) werden vereinbart. Die Energiesparregeln dabei sind: ‐ während der Heizperiode auf Stoßlüftung achten ‐ in beheizten Räumen keine Fenster und Türen offen stehen lassen ‐ Einstellung der Thermostatventile der Heizung kontrollieren ‐ Beleuchtung nur bei Bedarf einschalten ‐ Schaltmöglichkeiten der Beleuchtung (z. B. Wand‐/ Fensterseite) nutzen ‐ Licht in den Pausen immer ausschalten ‐ Stand‐by‐Funktion bei Elektrogeräten im Klassenraum ausschalten ‐ Schäden melden (z. B. tropfender Wasserhahn) ‐ Energiefragen überlegen wie: Wer ist heute mit dem Fahrrad oder öffentlichen Verkehrsmitteln in die Schule gekommen? ‐ Temperatur beobachten und gezielt regulieren Wenn die durchschnittliche Raumtemperatur um nur 1 °C gesenkt wird, werden rund 6 % Heizenergie – und damit natürlich Kosten und CO2‐Emissionen eingespart. Ziel: Die Energiedetektive übernehmen Verantwortung für das Energiesparen in der Klasse. Energiedetektive sind Ansprechpartner für ihre Klassenkameraden und den Energiebeauftragten des Kollegiums bzw. den Hausmeister. 29 Überleitung Im Haus und in der Stadt ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen Bevor es mit Teil 3 weitergehr, ist zu begreifen, dass bevor die Einsparpotentiale auf Stadtebene angegangen werden, die einzelnen Gebäude und Häuser energieeffizient gebaut bzw. saniert werden müssen, um nachhaltig in einem Verbund zu funktionieren. Hier die 10 Bausteine des energieeffizienten Bauens: 30 Teil 3: In der Stadt ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen 1.Wie können Ressourcen in der Stadt geschont werden? Was bedeutet Nachhaltigkeit? Nachhaltiger Städtebau/ Beispiele Was bedeutet Nachhaltigkeit? Ursprünglich stammt der Begriff „Nachhaltigkeit“ aus der Forstwirtschaft und wurde 1713 von dem sächsischen Oberberghauptmann Hans Carl von Carlowitz geprägt. Nachhaltigkeit bedeutete damals, dass dem Wald nicht mehr Holz entnommen werden durfte als nachwuchs. Das Konzept der Nachhaltigkeit hat bisher kaum Eingang in die lebensweltliche Praxis gefunden. Im Bauwesen soll es bei der Errichtung und Unterhalt von Gebäuden und der Wechselbeziehung Umwelt und den Gebäude spürbar umgesetzt werden. Nachhaltiger Städtebau Ziel: Integration von städtebaulichen und ökologischen/sozialen Inhalten als Bausteine. Durch was kann das erreicht werden? ‐ Bewusstsein der Menschen auf Umweltschutz sensibilisieren. ‐ Neubauten mit unterschiedlichen Haustypen (Solitär/ Reihenhäuser/ Geschosswohnung) sollen sich in gegebene Nachbarschaften einpassen. ‐ Bei Neubauten oder Bestandssanierungen sollen Energiesysteme aus erneuerbare Energien zum Einsatz kommen. ‐Neubauten/ neue Sielungen sollen sensibel in Naturräume eingebettet werden. Naturräume sollen in Siedlungen und Stadtteilen ausreichend berücksichtigt sein. Dies ist vor allem für Kinder und Jugendliche sehr wichtig, damit sie ihr direkte Umfeld frei und gefahrenlos erkunden und entdecken können. ‐ Die Infrastrukturen sollten immer mit Mischnutzungen geplant werden. Daraus ergeben sich kurze Wege. ‐Einbeziehung von ÖPNV, Fuß‐ und Fahrradwegen, Car‐Sharing. ‐Bewohnerfreundliche Lösungen für den Individualverkehr wie Verkehrsberuhigung und autofreien Räumen. ‐Berücksichtigung der bestehenden Altersstruktur (verschiedene Generationen) und der sozialen Herkunft, mit Lösungen für ein lebendiges Zusammensein. Fazit: Nachhaltiger Siedlungsbau erhält Gemeinschaft und Zusammenhalt, schafft Identifikation und eröffnet Chancen für Kommunikation. Ökologisches Bauen heißt nicht Verzicht, sondern schafft attraktive Quartiere von hoher Lebensqualität. 31 Teil 3: In der Stadt ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen Beispiele, wie es zu nachhaltigem Städtebau kommt. Neubauten selbstbewusst einfügen Neubaumaßnahmen sollten die bereits bebauten Flächen möglichst nicht ausweiten. Dies nutzt die vorhandene Infrastruktur besser aus. Sie sollten neue Anforderungen an Klimaneutralität und umfassende Nachhaltigkeit erfüllen. Zukunftsfähiges Bauen bedarf des Muts zu neuen Bildern. Wohngebiete um andere Nutzungen anreichern Gewerbliche Einrichtungen stellen heute im Regelfall keine Beeinträchtigungen mehr dar. Im Gegenteil: Sie verbessern eine standortnahe Versorgung, sie vermehren das wohnungsnahe Arbeitsplatzangebot und sie bereichern das alltägliche Erfahrungsumfeld. Gewerbegebiete um Wohnen ergänzen Monostrukturierte Gewerbe‐ und Industriegebiete können durch die Ansiedlung von Wohnen gewinnen. Wie auch das Wohnen, das nach Erreichen einer kritischen Masse diese Orte zu Stadtteilen mit neuen Qualitäten formen kann. Leer stehende Gebäuden zur Bereicherung der Nutzungsvielfalt neu nutzen Umnutzungen und Zweckentfremdungen leer stehender Gebäude erweitern die Angebotsvielfalt und den sozialen Mix und tragen zur Schaffung neuer Bilder von Stadt und Wohnen bei. Sie eröffnen neue Angebote für die Stadt. 32 Teil 3: In der Stadt ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen Nutzungsdichten im Bestand erhöhen Innerhalb des genutzten Gebäudebestands liegen erhebliche Nutzungsreserven. Es belebt den Stadtteil, wenn „Raumpiloten“ Reserven und Potenziale erkennen; kreative Handlungsstrategien entwickeln und neue Nutzungen ermöglichen. Die erforderliche Infrastruktur ist bereits vorhanden und wird besser genutzt. Baulich nachverdichten Innerhalb bebauter Räume können zusätzliche Bauflächen erschlossen werden, soweit Gebäudeabstände dies zulassen und Stadträume auf eine klare Fassung warten. Die macht die Vorzüge dichten urbanen Lebens spürbar. Aufstocken Die geringe Dichte vieler Stadträume, ermöglicht das nachträgliche Aufstocken von Gebäuden. Hier lässt sich zusätzlicher Lebensraum schaffen, der auch die soziale Durchmischung im Quartier bereichern kann. 33 Teil 3: In der Stadt ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen Stadtoberflächen zur Verbesserung der Reflexion aufhellen Bei ungünstigen Witterungsbedingungen können enge Räume und dunkle Oberflächen als belastend wahrgenommen werden. Helle Oberflächen helfen ab. Sie reduzieren zudem den Kunstlichtbedarf in Stadträumen und Gebäuden sowie den sommerlichen Kühlbedarf. Tageslicht und Verschattung durch Vegetation regeln Stadtvegetation kann einen wesentlichen Beitrag zum sommerlichen Wärmeschutz von Stadträumen und Gebäuden liefern. Gebäudenahes Stadtgrün ist weniger wildwüchsige Natur als Beitrag zur Architektur der Stadt und zum Gebäudeklima. Nachhaltige Stadtbeleuchtung umsetzen Stadträume sind bei Nacht oft von Licht überflutet. Gezielte Vermeidung von Lichtverschmutzung verringert den Energiebedarf für das Stadtlicht und kann die Qualität der nächtlichen Inszenierung von Stadt kann entscheidend verbessern. Solare Ertragspotenziale optimieren Homogene Gebäudehöhen und solar optimierte Dachfiguren reduzieren die gegenseitige Verschattung. Sie schaffen damit nicht nur günstige solare, sondern auch geothermische Ertragspotenziale. 34 Teil 3: In der Stadt ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen Maße der Effizienz im Stadtraum anzeigen Nachhaltigkeit und Energie sind unsichtbar. Informationen über Effizienzmaßnahmen, seien sie baulich, technisch oder verhaltensbezogen, sind am besten auf spielerische Weise vermittelbar. Sie werden damit für die Bürger der Stadt fassbar. Flächige Energiesysteme architektonisch integrieren Solare Systeme bedürfen der gestalterisch sensiblen und zurückhaltenden Integration in die Gebäudehülle. Integration spart zusätzliche Fläche und ermöglicht Synergien, etwa in Verbindung mit der Gebäudehülle oder dem Sonnenschutz. Punktuelle regenerative Energiesysteme inszenieren Wärmenetze, Geothermieanlagen, Biogaserzeugung, Biomassenutzung und viele andere regenerative Energiesysteme bieten auf Grund ihrer technischen Anforderungen wenig Gestaltungsspielraum. Es sollte dennoch gelingen, diese Maßnahmen sichtbar zu machen, sie zu inszenieren, positiv umzuinterpretieren ‐ und damit emotionale Akzeptanz zu verstärken. Neue Energiesysteme stadtbildprägend einsetzen Neue Systemkomponenten einer nachhaltigen Energieversorgung werden das Bild der Stadt verändern. Sie sollten nicht nur als technische Elemente begriffen werden, sondern auch einen Mehrwert für den Stadtraum und ihre Benutzer darstellen, indem sie funktional wie ästhetisch in den urbanen Raum eingebunden sind. 35 Teil 3: In der Stadt ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen Mobilität gestalten, Mobilitätsräume optimieren Mobilität bedeutet nicht zwangsläufig physischen Transport. Mit reduziertem Transportzwang ist eine höhere und qualitativ überlegene Mobilität erreichbar. Mischverkehrsflächen können die Qualität städtischen Lebens deutlich verbessern. Freiflächen erhalten und aufwerten, neue Landschaftsbilder schaffen Hochwertige Parks, quartiersspezifische Freiflächen und Brachflächen sind zu erhalten und weiterzuentwickeln. Die energetische Nutzung von Brachflächen als Energielandschaft kann zu neuen Landschaftsbildern führen und zur Energieversorgung beitragen. Dach‐ und Fassadenbegrünung fördern Die Dach‐ und Fassadenbegrünung sind wichtige Instrumente zur Verbesserung des Stadtklimas, zur Verhinderung städtischer Hitzeinseln und zur Pufferung von Regenwasser. Sie verringern die Gebäudeabstrahlung und den Kühlbedarf von Gebäuden. 36 Teil 3: In der Stadt ‐ energieeffizientes Bauen und Wohnen Übung 1: Fundstücke Einleitung : Diese Übung leitet spielerisch in das energieeffiziente Bauen und Wohnen – in der Stadt ein. Material: Karteikarten, doppelseitiges Klebeband, Stift Anleitung: Jeder Schüler bekommt 3 Karteikarten. Drei Suchbegriffe werden festgelegt: Nachhaltigkeit, Baumaterial, Energie. Die Schüler bekommen den Auftrag, sich ihre Umgebung näher anzusehen und Fundstücke zu den drei Begriffen zu sammeln. Die Fundstücke werden mit doppelseitigem Klebeband auf die Karteikarten geklebt und anschließend auf einer Tafel oder Stellwand gesammelt und vorgestellt. Ziel: Anregung zur aufmerksamen Wahrnehmung in Bezug auf Nachhaltigkeit, Baumaterial und Energie im direkten Umfeld. Übung 2: Stadtforscher Einleitung: Bei dieser Übung wird die stätische Umgebung erkundet. Material : Zeichenblöcke, Stifte, Stadtkarate oder Luftbild Anleitung: Festlegung des Erkundungsgebiets, Vorbereitung von Kartenmaterials. Die Schüler bekommen den Forschungsauftrag, ein Gebiet unter einer bestimmten Fragestellung zu erkunden. Themen können sein Parks, Spielräume, Wohnen, öffentliche Gebäude. Entsprechend der Themen wird ein Fragebogen vorbereitet. Der Ablauf der Erkundung kann variieren. So kann des „Forschungsgebiet“ erst einmal auf einer Karte erkundet werden und die thematischen Orte ausfindig gemacht und markiert werden. In Kleingruppen gehen die Schüler dann los und das Gebiet wird anhand des Fragebogens erkundet. Dabei können viele Methoden angewendet werden. Fotos, Größen messen (Schritte), Zeichnungen. Die Ergebnisse werden in der Schule an der Tafel oder Stellwand gesammelt. Jede Gruppe stellt ihre Ergebnisse den anderen vor. Dabei wird immer anhand eines Stadtplanes besprochen, um welche Stelle es sich genau handelt und welche städtebaulichen Beziehungen dabei vorherrschen. Ziel: Erkundung und Wahrnehmung eines Gebietes, Förderung des Verständnisses 37 räumlicher Zusammenhänge. Teil 3: In der Stadt ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen 2. Wie baut man eine energiesparende Wohnsiedlung? Wie geht das?/ Eckdaten Wie geht das? 1. Die einfachste Möglichkeit ist das zu beheizende Volumen der Gebäude möglichst klein zu halten. Kompaktheit , also ein günstiges Verhältnis von A/V, und die Reduzierung der individuellen Wohnflächen schaffen das gemeinsam. 2. Damit jeder auch alles in seiner Wohnsiedlung machen kann, werden Gemeinschaftseinrichtungen gebaut. Diese können dann alle gemeinsam nutzen, wie zum Beispiel eine Waschküche im Haus. Das spart Platz in den Wohnung. 3. Wenn Gebäude ein kleines Volumen haben, dann haben sie auch eine kleine Grundfläche, was gleichzeitig wenig Bodenversiegelung bedeutet. Die Fläche, die das Gebäude der Natur wegnimmt, sollte es möglichst als „grünes Dach“ (Dachbegrünung) der Natur„ zurückgeben“. 3. Damit unsere Gebäude möglichst viel natürliches Licht und Sonne bekommen, ist darauf zu achten, wie die Ausrichtung der Bebauung ist. Bei vielen Häusern kann es nämlich zu Verschattungen kommen, was bedeutet, dass ein Haus das andere in den Schatten stellt. 4. Verwendung umweltfreundlicher und wiederverwendbarer Baustoffe. 5. Die optimale Ausrichtung der Gebäude ist auch eine Voraussetzungen für aktiven und passiven Sonnenenergienutzung . Wenn die Häuser mit der „offenen“ Seite nach Süden orientiert sind, können diese am meisten Sonnenenergie einfangen. 6. Wenn weitere Heizenergie überhaupt notwendig wird, kommt die natürlich aus nachwachsenden Rohstoffen, Erdwärme….. 7. Kurze Wege innerhalb der Wohnsiedlung zum Bäcker oder der nächsten Straßenbahnhaltestelle machen das Auto überflüssig. 38 Teil 3: In der Stadt ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen 3. Welche Maßnahmen führen zur Energieeinsparung beim Unterhalt einer Wohnsiedlung? Kurzfristig , mittelfristig und langfristig umsetzbare Maßnahmen Übung: Energiesparen zu Hause Sanieren von Gebäuden Nachverdichtung Übung: Nachverdichtung ‐ da geht noch mehr! Kurzfristig umsetzbare Maßnahmen: 1. Beratung der Bewohner zu energieeffizienten Haushaltsgeräten 2. Informationen zur Stromreduzierung 3. Sensibilisierung im Umgang mit Gebäuden ‐ Kontrollierte Lüftung 4. Nachbessern der Dichtungen bei Fenstern und Außentüren 5. Dämmung der obersten Geschossdecke um Wärmeverluste zu reduzieren 6. Dämmung aller „warmen“ Leitungen Mittelfristig umsetzbare Maßnahmen: 1. Regenwassernutzung für Brauchwasser wie Toilettenspülung 2. Ökologisches Konzept mit den Schwerpunkten: Ressourcenschonung wie dem Bau von Zisternen, Photovoltaikanlage, Kompostanlage 3. Eigene dezentrale Energieversorgungen mit Blockheizkraftwerk 4. Heizung „ gefüttert“ mit regenerativen Energieträgern 5. Neue Wohnkonzepte – Wohnen ohne eigenes Auto Langfristig umsetzbare Maßnahmen: 1. Bau von Gemeinschaftseinrichtungen bei Reduzierung der individuellen Wohnfläche 2. Erhöhung der Wohnfläche durch Dachausbau und Balkonanbau 3. Verwendung umweltfreundlicher und wiederverwendbarer Baustoffe Übung: Energiesparen zu Hause Einleitung : Energiespartipps für zu Hause. Material: Arbeitsblatt, Stift Anleitung: Jeder Schüler bekommt ein Arbeitsblatt, auf dem der hier abgebildete Querschnitt eines Haus drauf ist. Es wird überlegt wo im Haus überall Energie gespart werden kann. Jeder Schüler geht dazu gedanklich alle Räume durch und notiert pro Raum mindestens 3 Energiespartipps. 1. Wohnzimmer/ Arbeitszimmer 2. Bad 3. Küche 4. Waschküche 5. Heizung Ziel: Sensibilisierung im Umgang mit Energie/ Strom zu Hause. 39 Teil 3: In der Stadt ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen Sanieren von Gebäuden Bauen im Bestand, in der Stadt. Die bauliche Wiederverwendung von Gebäuden erhält das gewohnte Bild der Stadt und zugleich die in Baustoffen gebundene Energie. Nutzungsbezogen führt sie zu einer besseren Bedarfsdeckung im urbanen Raum und kann zu einer erhöhten Nutzungsdichte führen. Nachverdichtung Das Zauberwort heißt Nachverdichtung: Zwischen bestehenden Gebäuden, auf einem niederen Gebäude obendrauf, in Innenhöfen oder seitlich an Häuser, könnten in Deutschlands Großstädten noch viele neue Wohnungen gebastelt werden. Und zwar auch dort, wo man auf den ersten Blick alles vermuten würde, nur keinen Bauplatz. Übung: Nachverdichtung ‐ da geht noch mehr! Einleitung : Spielerisch/ Gestalterische Übung zum Thema Nachverdichtung in der Stadt. Material: Architekturzeitschriften, Kleber, Scherer, Buntstifte, Collagenmaterial, Fotokarton A3 Anleitung: Jeder Schüler (Einzelpersonen/ Kleingruppen) soll aus Architekturzeitschriften Fotos von Häusern/ Straßenzüge/ Siedlungen ausschneiden und auf ein Fotokarton kleben, so dass eine Gebäudegruppe oder ein Straßenzug zu sehen ist. Nun wird überlegt, wo Orte zur Nachverdichtung zur Verfügung stehen könnten, und wie diese aussehen könnten. Dabei geht es um möglichst individuelle Vorschläge. Ziel: Anregung zur Kreativität, Umsetzung futuristischer Visionen zum Thema Nachverdichtung in einer Collage. 40 Teil 3: In der Stadt ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen 4. Wie könnte ein grüner Stadtteil aussehen? Am Beispiel einer Solarsiedlung/ Bereits gebaute Beispiele Planspiel: Stadtteil der Zukunft Solarsiedlung ist eine Siedlung bei deren Errichtung bzw. Sanierung/ Modernisierung die Nutzung der Solarenergie für die Energieversorgung festgeschrieben wurde. Die Sonnenenergie wird in folgenden Formen genutzt: Solararchitektur für direkte Beheizung und Beleuchtung über Fensterflächen, Dächer und Wände. Solarthermie für indirekte Beheizung. Photovoltaik für die Stromversorgung. Es wird eine energiesparende Bauweise (Dämmung, Lüftungstechnik) und energiesparendes Verkehrskonzept (Car‐Sharing, Anbindung an öffentliche Verkehrsmittel, Elektroautos) vorausgesetzt. Üblich ist weiterhin, dass auch Kombinationen von Solarenergie mit anderen regenerativen Energien wie Geothermie (Wärmepumpenheizung, Luftwärmetauscher) oder Bioenergie (Holzheizung) erfolgt. Bereits gebaute Beispiele sind: ‐ Solardorf Penzberg in Penzberg ‐ Solarsiedlung am Schlierberg in Freiburg ‐ die Solar City Linz, Österreich Planspiel: Stadtteil der Zukunft Einleitung: Dieses Planspiel ist für Jugendliche geeignet. Die Klasse stellt sich der folgenden Frage: Ist es zu schaffen, einen bestehenden Stadtteil in einen grünen Stadtteil umzuwandeln? Material: Stadtplan, Fotoapparat zur Dokumentation, Tonbandgerät für Interviews. Anleitung: Um welchen Stadtteil geht es? Kann hier der Energiebedarf teilweise oder ganz aus erneuerbaren Energien wie Biomasse, Geothermie, Wasserkraft, Solar‐ oder Windenergie gewonnen werden? Was kostet das? Lohnt sich die Investition? Bis wann wäre eine veränderte Energiegewinnung machbar? Alle diese Fragen spielen eine Rolle. Um die Aufgabe lösen zu können, sollen Energie‐ Experten zu Rate gezogen werden, beispielsweise aus dem städtischen Bereich (Stadtwerke, Umweltamt, Energiebeauftragte) aus Unternehmen oder aus Forschungs‐ einrichtungen. Ziel: Darstellung des Prozesses zur Umwandlung in einen grünen Stadtteil, Beteiligung an energetischen Planungsprozessen. 41 Teil 3: In der Stadt ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen 5. Solar Village Planspiels „How we want our own Solar Village“ Im Rahmen der Solar Decathlon Europe, einem internationalen Hochschulwettbewerb, in dem solarbetriebene und nachhaltige Häuser mit innovativer Gebäudetechnik in zehn Disziplinen miteinander verglichen, getestet und bewertet werden. Dabei wurde 10ACTION entwickelt, einem Veranstaltungsformate, auch für Kinder und Jugendliche. Vorstellbar ist eine interdisziplinäre Einbindung des Wettbewerbs in eine Projektwoche, als auch fächerübergreifend. Planspiels „How we want our own Solar Village“ Einleitung: An dem Planspiel ist die gesamte Klasse beteiligt. Es kann auch als Wettbewerb im Rahmen der 10ACTION durchgeführt werden. Wichtig ist, dass im Rahmen des Planspiels die Grundlagen und Prinzipien nachhaltiger Stadtplanung vermittelt werden. Material: Modellgrundplatte A1 oder größer aus stabilem Material, Modellbaumaterial wie Pappe, farbige Tonpapiere, Schnüre, Zahnstocher, Schaschlikspieße, kleinteiliges Recyclingmaterial (Korken, Krohnkorken), Acrylfarben, Kleber (Weißleim), Klebeband, Schere/ Cutter je nach Alter. Anleitung: Das Planspiel ist in mehreren Phasen aufgebaut. Phase 1: Der/die Lehrer/Lehrerin ist Koordinator des Planspieles. Innerhalb der Klassengemeinschaft werden Gruppen gebildet. Jede Gruppe vertritt eine Interessensgemeinschaft in der Stadt, wie Bewohner der Stadt, Verkehrsplaner, Gewerbetreibende, Vertreter der Stadtverwaltung (Interessen der Allgemeinheit). Jede Gruppe bespricht, was sie in einer neu zu planenden Stadt für Interessen hat und was dabei ihre Ziele sind. Jede Gruppe gestaltet dazu ein Plakat und stellt es den anderen vor. 42 Teil 3: In der Stadt ‐ Energieeffizientes Bauen und Wohnen Phase 2: Gemeinsam wird auf der Grundplatte, auf der die neue Stadt entstehen soll, folgendes festgelegt: ‐ Welche Interessensgemeinschaft ist in welchen Bereichen der Stadt vertreten? ‐ Welche Bereiche in der Stadt sind öffentlich? (Straßen/ Plätze/ öffentliche Gebäude/ Flächen und Gebäude für Gewerbe/ öffentliche Parks) ‐ Welche Bereiche sind halböffentlich? (Rückzugsorte, Freiräume zum Spielen) ‐ Welche Bereich sind privat? (Wohnbebauung) Phase 3: Aus Tonpapier werden farbige Fläche als Vertreter der verschiedenen Gruppen, an den vorgeschlagen Ort und in der vorgeschlagenen Größe auf der Grundplatte ausgelegt. Ausmaß, Ort und die Beziehungen der einzelnen Gruppen untereinander werden so deutlich und können modifiziert und korrigiert werden. Dann werden die Flächen festgeklebt. Phase 4: Es wird besprochen, was die verschiedenen Gruppen dazu beitragen können, nachhaltig in der Stadt zu bauen. Welche Grundlagen und Prinzipien nachhaltiger Stadtplanung werden innerhalb ihrer Interessensgemeinschaft umgesetzt? Jede Gruppe gestalte dazu ein weiteres Plakat und stellt es den anderen vor. Phase 5: Nun kommen Baukörper ins Spiel. Dafür wird das Recylingmaterial mit Acrylfarbe weiß angemalt um ein einheitliches Erscheinungsbild der Baukörper zu bekommen. Jede Gruppe kann nun, entsprechend der Regeln für nachhaltiges Bauen, in ihren Bereichen anfangen zu bauen. Die einzelnen Phasen und erarbeiteten Ergebnisse sollen fotografiert und dokumentiert werden. Ziel: Das Planspiel soll das Bewusstsein für das eigene Handeln und die Auswirkungen des Handelnden auf Natur und Umwelt stärken. Vertiefend werden auf Quartiers‐ bzw. Stadtebene die Potenziale erkundet und transformiert. In Stadtmodellen können kreative Ansätze aufgearbeitet und umgesetzt werden. 43 Literatur‐ und Linkliste/ Bildquellen Verwendete Literatur und Internetseiten Wettbewerb Energiesparweltmeister, www.energiesparmeister.de Wissenschaftsjahr Energie, www.zukunft‐der‐energie.de Solarenergie, www.solar‐is‐future.de Erneuerbare Energien, Materialien für Bildung und Information, www.bmu.de Erneuerbare Energien, Innovationen für eine nachhaltige Energiezukunft, www.bmu.de Energiesparen in Gebäuden, Broschüre, www.dena.de Basis Energie, Broschüren, www.bine.info Footprintrechner, www.footprintrechner.at Kinder_Sichten, Städtebau und Architektur für und mit Kindern und Jugendlichen, Bildungsverlag EINS Sonne Wind &Wasserkraft, ökotopia Verlag Wir bauen uns ein Passiv‐Haus, Eigenverlag www.aap.or.at Ein Königreich für die Zukunft, NZH Verlag Natur Gut Ophoven Bildquellen S.4 ClipART Office S.5 Natalie Hajduk; S.6 Datenquelle von l. n. r.: Steffen Luik/pixelio.de , Eduardo Amorim, Markus Wegner/pixelio.de, Cornerstone/pixelio.de; S.7 http://www.energie‐umwelt‐schule.de ; S.8 ClipART Office; S.10 Foto Gabi Schoenemann/pixelio.de, Datenquelle: http://www.ufu.de, Energie Atlas; S.11 Fotos Simone Hess; S.12 oben: Andreas Senftleben/pixelio.de, Foto Simone Hess, unten: GFZ Potsdam, Thomas Siepmann / pixelio.de; S.13 www.bastelratgeber.de; S.14 v. l. n. r.: Anita Fetter / pixelio.de, Own work by softeis Roland Siegele, unten: Simone Hess; S.15 David Stainforth, ClimatePrediction.net; S.16 von oben nach unten: Energieatlas, Geophysical Fluid Dynamics Laboratory Princeton University, Energieatlas; .17 Foto Simone Hess; S.18 www.umweltschutz‐bw.de; S.19 ClipART Office; S.20 Fotos Simone Hess; S.21 Fotos Simone Hess; S.22 u.S23 Bildmaterial TUD; S.24 SD 09, Leon Schmidt; S.25 u.S26 Fotos Simone Hess; S.27 www.dena.de; S.28 Bildquelle TU Darmstadt, unten: Foto Lutz Weidner; S.29 Bildquelle v.o.n.u: Stephanie Hofschlaeger / pixelio.de, Natalie Hajduk;S.30 Bildquelle TU Darmstadt; S. 31 Katrin Weyermann Bötschi / pixelio.de; S.32‐ S.36 Quelle Piktogramme: TU Darmstadt; S.37 ClipART Office; S.39 ClipART Office S.40 Bildquelle TU Darmstadt; unten:dgi architekten S.41 Foto Claire 7373, unten ClipART Office; S.42 Andreas Morlok / pixelio.de; 44 S.43 Foto Simone Hess Impressum Ideen ‐ und Arbeitsheft für den Unterricht ENERGIE UND ARCHITEKTUR von der Energiequelle Natur zum energieeffizienten Bauen und Wohnen Idee, Konzept, Gestaltung Simone Hess, Dipl. Ing. Architektin In Zusammenarbeit mit Fachgebiet Entwerfen und Energieeffizientes Bauen Im Rahmen des EU‐Projekts: 10Action, www.10Action.com Copyright © nur für Lehrzwecke April 2011 45 Schneidevorlage Wärmespeicherhaus Schneidevorlage muss noch auf die tatsächliche Größe gebracht werden! 46 IDEEN‐ UND ARBEITSHEFT FÜR DEN UNTERRICHT SIMONE HESS, DIPL. ING. ARCHITEKTIN IN ZUSAMMENARBEIT MIT
