Solar Decathlon Europe 2012

(in: BAUKULTUR 2_2012, S. 18-20)

Als internationaler Wettbewerb wird der "SolarDecathlon Europe" alle zwei Jahre von der spanischen Regierung zusammen mit dem spanischen Bauministerium und der Technischen Universität Madrid ausgelobt. Ziel ist es, ein nachhaltiges Wohnkonzept für zwei Personen zu entwickeln, das sich durch energieeffiziente Technik und die Eigenproduktion von Solarenergie auszeichnet und dadurch den Standard eines Nullenergiehauses erreicht. Zwei deutsche Hochschulteams sind in diesem Jahr für den SolarDecathlon Europe nominiert: die RWTH Aachen mit dem Entwurf Counter Entropy House und die Hochschule Konstanz mit dem Entwurf ECOLAR Home. Insgesamt treten 20 internationale Teams in 10 verschiedenen Disziplinen gegeneinander an. Im September 2012 werden alle 20 Entwürfe in Madrid aufgebaut und von einer unabhängigen Jury bewertet. Beide deutsche Teams werden durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert.

Team RWTH Aachen: Counter Entropy House
(Text: Hendrik Leiwe, Alexandra Schmitz, Christine Wolff)

Entwurfskonzept
Der Entwurf des Counter Entropy House basiert auf der Idee eines ressourcenschonenden, energieoptimierten Lebenszyklus, bei dem sowohl die Herstellung der Bauteile als auch ihr Transport und die spätere Entsorgung ganzheitlich betrachtet werden. Um die Energiebilanz auf ein Minimum zu reduzieren, soll das Thema "Super-Cycling" in verschiedenen Varianten im Gebäude umgesetzt werden. Neben Produkten, die aus recyceltem Material bestehen, wird der Entwurf auch durch direktes oder indirektes "Objekt-Recycling" geprägt. Damit ist die Wiederverwendung bestimmter Gegenstände gemeint, die entweder in ihrer ursprünglichen Funktion eingesetzt werden oder eine Umnutzung erfahren. Diese architektonische Lösung in Kombination mit einer innovativen Gebäudetechnik ermöglicht einen geringen Primärenergiebedarf für die Herstellung und den Betrieb des Hauses.

Team RWTH Aachen: Counter Entropy House

Architektur
Das Counter Entropy House schafft eine Balance zwischen schlichter Formsprache, Funktionalität und Kreativität im Umgang mit dem Thema Recycling. Dabei spielt die Integration der Gebäudetechnik in den architektonischen Entwurf eine wichtige Rolle. Das zentrale Merkmal des Gebäudes ist das quadratische "Klimadach". Mit fast 150m² Grundfläche dient es neben dem Schutz vor Sonne und Regen der solaren Energiegewinnung.
Der Innenraum wird durch 5 Funktionsblöcke gebildet. Neben dem öffentlicheren Teil mit Koch-, Ess- und Wohnbereich gibt es einen privateren Schlaf- und Arbeitsbereich mit Bad. Eine Verschiebung dieser Teile generiert geschützte Innen- und Außenräume und ermöglicht gezielte Ausblicke.
Die Glasfassaden lassen sich vollständig öffnen und in den Funktionsblöcken verstauen, wodurch ein fließender Übergang zwischen Innen- und Außenraum geschaffen wird. Zudem lässt sich der Wohnraum auf diese Weise um den überdachten Außenbereich erweitern.
Die Funktionsblöcke fungieren auch als konstruktive Elemente. Um bei Bedarf einen großen, multifunktionalen Raum zu generieren, können sämtliche freistehende Möbelelemente in ihnen verstaut werden.

Energiekonzept
Das Energiekonzept beruht auf 4 regenerativen Ebenen. Dabei ist zuerst die Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie zu nennen. Hierfür werden Dünnschicht-Photovoltaik-Module eingesetzt, die den Vorteil bieten, dass für ihre Produktion weniger Silicium und damit graue Energie verbraucht wird als für die Herstellung kristalliner Module. Die geringeren Erträge der Dünnschicht-Module können durch die große Dachfläche ausgeglichen werden, sodass eine positive elektrische Energiebilanz gewährleistet ist.

Das Counter Entropy House wird so weit wie möglich mit thermischen, regenerativen Methoden beheizt und gekühlt. Auf eine konventionelle, mechanische Wärmepumpe als primären Teil der Gebäudetechnik wird verzichtet und stattdessen eine weitreichende Nutzung von Solarthermie vorgesehen, um die für die Klimatisierung benötigte Energie bereitzustellen. Auch im Hinblick auf das Leitmotiv „Counter Entropy" ist dieses Vorgehen sinnvoll, da eine möglichst umweltfreundliche Produktionskette angestrebt wird. Hier bietet die Solarthermie deutliche Vorteile gegenüber einer ausschließlichen Nutzung von Photovoltaik. Die für die Beheizung notwendige thermische Energie wird über effiziente Vakuumröhrenkollektoren bereitgestellt. Für die Trinkwarmwasserbereitstellung, die Gebäudeheizung sowie die Anwendung in anderen Hausgeräten soll Wärme auf unterschiedlichen Temperaturniveaus gespeichert werden.

Die für die Kühlleistung des Hauses benötigte Energie wird ebenfalls zu einem großen Teil durch Strahlungsenergie abgeführt. Hierzu wird ein offenes System zur nächtlichen Strahlungskühlung an den PV-Modulen installiert. Durch die Berieselung mit am Tage im Haus erwärmtem Wasser findet ein Strahlungsaustausch mit dem klaren Nachthimmel statt. So kann Wasser auf Temperaturen von ca. 10-12°C gekühlt werden und in einem Kältetank gespeichert werden. Im Counter Entropy House ist dieser zusätzlich mit PCM-Matten (Phase Changing Material) bestückt, um die Speicherkapazität auf engem Bauraum zu erhöhen.

Die behagliche Konditionierung des Raums mit Wärme und Kälte wird durch zwei verschiedene Systeme bewerkstelligt. Zum einen ist eine selbst entwickelte Klimadecke installiert, die über zwei getrennte Fluidkreisläufe Wärme in den Raum bringen und abführen kann. Hierbei werden sowohl der angenehme Effekt der Strahlung als auch der der Konvektion für den Wärmeübergang genutzt. Das zweite System ist ein Klimagerät, mit dem sich neben der Raumtemperatur auch die Feuchte und der CO₂-Gehalt der Raumluft regeln lassen. Die Heizenergie für das Gerät kommt wie bei der Klimadecke von der Solarthermieanlage, eine zusätzliche Kühlleistung kann hier über eine adiabate Verdunstungskühlung der Abluft erreicht werden, wofür Regenwasser verwendet wird. Um Wärmeverluste soweit wie möglich zu vermeiden und die Gesamteffizienz des Systems zu erhöhen, ist in das Klimagerät ein regeneratives Wärmerückgewinnungssystem integriert, mit dem auch ein Umluftbetrieb möglich ist.

Um  die Raumtemperatur auf einem gleichmäßigeren Niveau halten zu können, wird als passive Maßnahme im gesamten Haus PCM verbaut. Die Anordnung der zu öffnenden Fenster ermöglicht eine nächtliche Querlüftung, wodurch sich das über den Tag aufgeladene PCM wieder entladen kann.

Ein Steuerungssystem erlaubt den Bewohnern, ihr Haus via Internet extern und intern zu steuern. Auf diese Weise können Parameter wie Luftfeuchtigkeit, CO₂-Gehalt der Luft oder die Temperatur festgelegt werden und der Komfort wie auch die Sicherheit erhöht werden. Durch die Auswertung des Energieflusses ist es möglich, zu Hause oder unterwegs Daten zu Verbrauch und Einsparpotenzialen abzurufen.

Team Hochschule Konstanz: ECOLAR Home
(Text: Bettina Grosshardt, Linda Wenninger)

Entwurfskonzept
Beim Entwurf des ECOLAR Home standen zwei Grundsätze im Vordergrund: Modularität und Flexibilität. Wie bei einem Baukasten gibt es wenige standardisierte Elemente, aus denen sich beliebig viele Varianten gestalten und nachträglich wieder auseinander nehmen lassen. Basierend auf einem bestimmten Grundraster können unterschiedliche Raumkonfigurationen für verschiedenste Nutzungen entstehen und jederzeit verändert werden. Nach dem Motto: Ändert sich dein Leben, ändert sich dein Haus! Da alle Elemente als Fertigbauteile mit hoher Genauigkeit vorproduziert werden, können Zeit, Geld und Material sehr effizient genutzt werden.

Team Hochschule Konstanz: ECOLAR Home

Architektur
Das ECOLAR Home besteht aus 6 Modulen, von denen 4 als Innenräume und 2 als Freibereiche ausgebildet werden. Die Fassaden zu den Höfen sind verglast und ermöglichen eine optimale Nutzung des Tageslichts. Die Höfe selbst sollen durch einen Sonnenschutz abgeschirmt werden können.
Alle übrigen Außenwände werden opak oder transluzent gestaltet und sind gemeinsam mit dem Dach die Hauptenergielieferanten. Denn die komplette Dachfläche und ein Großteil der Fassade werden solar aktiviert, wobei die Photovoltaik-Module als wasserführende Schicht dienen. Formal wird das Dach als Flachdach ausgebildet. Es löst sich jedoch durch eine Fuge vom eigentlichen Gebäudekörper ab. Das gibt ihm gestalterisch mehr Bedeutung und lässt es filigraner erscheinen.

Innenraum
Das modulare und flexible Konzept wird im Innenraum durch den „Superschrank" fortgesetzt. Dieser besteht aus raumhohen Modulen und enthält alle notwendigen Funktionen für das tägliche Leben. Von den Möbeln über die Nasszelle bis hin zur Technik verschwindet alles in den Wänden. Auch der Schrank ist auf auf einem Raster angelegt, denn jeder Nutzer soll sich seinen Superschrank selbst zusammenstellen oder die einzelnen Module austauschen können. Die Küche ist ebenfalls integriert und fügt sich formal in die geschwungene Form ein. Auf diese Weise entsteht ein flexibler Raum, der sich den Bedürfnissen und Launen der Bewohner immer wieder neu anpasst.
Es wird Wert auf eine komfortable Ausstattung, auf ökologische Materialien und auf Bedienerfreundlichkeit gelegt. Tageslicht und helle Farben steigern das Wohlbefinden. Die künstliche Belichtung ist so konzipiert, dass stets eine behagliche Wohn- oder Arbeitsatmosphäre herrscht. Sorgfältig verarbeitetes Holz ist nicht nur optisch ansprechend, es dient auch der Raumakustik. Der Einsatz von Lehm in der Decke reguliert auf natürliche Weise die Luftfeuchtigkeit.

Außenraum
Jedes Team hat in Madrid nur ein kleines Grundstück für den Aufbau seines Entwurfs zur Verfügung. Trotzdem soll ein Bezug zur Heimat hergestellt und ein „Stück Bodensee" mit nach Madrid genommen werden. Daher wird es typische Merkmale wie Wasser oder klassische Holzstege geben.

Konstruktion
Das Baukasten-Prinzip verlangt eine hohe Passgenauigkeit aller Bauteile und spezielle Lösungen für die Verbindungen. Gleichzeitig stehen die Marktfähigkeit und die Nachhaltigkeit des Entwurfs im Vordergrund. Das ECOLAR Home besteht deshalb aus einer Holzkonstruktion, deren Träger und Stützen als Hohlkastenprofile ausgebildet werden. Mit geringem Materialaufwand kann so eine sehr hohe Tragfähigkeit erreicht werden. Zusätzlich haben die einzelnen Teile ein recht geringes Eigengewicht, was das Handling auf der Baustelle und die Montage erleichtert. Außerdem könnten die Hohlräume der Stützen und Träger gedämmt werden.

Energiekonzept
Das Dach ist das Kraftwerk des Hauses. Die komplette Fläche wird mit Photovoltaik-Modulen belegt, und selbst über den Freibereichen werden semitransparente Solarzellen eingesetzt. Die Fuge zwischen dem Dach und dem Gebäude sorgt dafür, dass die Photovoltaik-Module hinterlüftet werden. Zusätzlich ist die Anlage Wasser hinterführt. Nachts kann die am Tage im Innenraum angesammelte Wärme über dieses System an die Umgebung abgegeben werden. Tagsüber kann durch die Kühlung der Photovoltaik-Anlage die Effizienz der Module gesteigert werden.

Eine weitere wichtige Komponente des passiven Systems ist die Decke. An ihr befinden sich mit PCM (Phase Change Material) angereicherte Lehmplatten. Sie können die Hitze aus der Luft des Innenraums aufnehmen und auf natürliche Weise die Luftfeuchtigkeit regulieren.

Auch das Fassadenelement der Firma LUCIDO ist ein intelligentes Bauteil. Seine Speziallamellen sind in der Lage, die solaren Erträge im Winter zu speichern. Durch diesen Wärmepuffer wird dann die Dämmung unterstützt. In Extremfällen kann dem passiven System ein Klimakompaktgerät zugeschaltet werden, das sowohl die Heizung als auch die Kühlung aktiv unterstützen wird. Die primäre Wärme- und Kälteübertragung im Haus erfolgt über den Fußboden. Über Ein- und Auslässe im Superschrank wird die Luftzufuhr bzw. -abfuhr gewährleistet. Die Lüftung wird zusätzlich thermisch aktiviert und kann das Heiz- und Kühlsystem unterstützen.

Alle technischen Komponenten befinden sich im Superschrank. Für sie wird eine elektrische Steuerung über nur ein Gerät angestrebt. Dadurch soll auch die Kontrolle der Anzeige für Erträge und Verbräuche vereinfacht werden.

Um dem Nachhaltigkeitsgedanken treu zu bleiben, wird das Abwasser durch eine Filteranlage aufbereitet, um dann als Grauwasser für die WC-Spülung wieder verwendet zu werden. Dem Grauwassertank kann auch das Regenwasser zugeführt werden.