Solararchitektur made in Germany – deutsches Team gewinnt „Solar Decathlon“

Zum dritten Mal wurde im Oktober 2007 vom U.S. Ministerium für Energie Initiates file downloadder Wettbewerb „Solar Decathlon“ (solarer Zehnkampf) ausgelobt. Aufgabe war es, ein rein durch Sonnenenergie betriebenes Haus mit etwa 70m2 Grundfläche zu planen und konkret zu bauen. Zwanzig in einem Vorentscheid ausgewählte Hochschulen aus aller Welt stellten im Rahmen der Bauausstellung auf der National Mall in Washington D.C. ihre Entwürfe vor. Darunter zum ersten Mal auch eine deutsche Hochschule, die TU Darmstadt, die mit ihrem Beitrag den internationalen Wettbewerb „Solar Decathlon“ um das attraktivste und energieeffizienteste Haus gewann.



Das Solar-Haus – Made in Germany

Das Zwiebelprinzip

Das architektonische Konzept
Grundlegend galt es bei der Konzeption des Gebäudes Ästhetik und Wohnkomfort mit Energieeffizienz zu vereinen. Der Kern des Hauses wird wie beim Zwiebelprinzip von verschiedenen Zonen umhüllt, die je nach Jahreszeit unterschiedlich temperiert werden können. Während in der Außenhaut des Hauses verschiebbare Holzlamellen Schatten und Lichtschutz gewährleisten, dient eine hoch dämmende, transparente und transluzente Fassadenschicht als thermische Hülle. Der offene Wohnraum nimmt die Funktionsräume und die vertikale Haustechnik auf. Die Schichtung ermöglicht durch ein intelligentes Klapp- und Schiebesystem das Öffnen, Schließen, Erweitern und Verkleinern des Wohnraums je nach Tages- und Jahreszeit.

Schnitt

Das Energiekonzept
Das optimale Zusammenspiel verschiedener passiver und aktiver Elemente vermeidet einen hohen Energieverlust über die Gebäudehülle und ermöglicht eine sinnvolle und effiziente Energieerzeugung. Die einzelnen Subsysteme werden so miteinander kombiniert, dass sie ein optimiertes und innovatives Gesamtsystem ergeben, welches Bauteile und Technik integriert und Synergien nutzt.

Grundriss

Die passiven Systeme werden gebildet aus:

  • Aufteilung des Grundrisses in funktionale Zonen.
  • Kompakter Baukörper zur Optimierung der Hüllfläche.
  • Sehr gute Wärmedämmung von Wand (Vakuumisolation, U-Wert < 0,1W/ m2K) und Fenster ( 3- bzw. 4-fach-Verglasung, U-Wert = 0,5 bzw. 0,3 W/m2K).
  • Große Fensterflächen im Süden für passive solare Gewinne in Kombination mit energetisch aktivem Verschattungssystem.
  • PCM (Phase Changing Material als thermische Speichermasse im Leichtbau.
  • Querlüftung in der Nacht zur Auskühlung der thermischen Speichermasse.
  • Passives Nachkühlsystem über Photovoltaik-Module


Die aktiven Systeme bestehen aus:

  • Energiegewinnung durch Photovoltaik.
  • Warmwasserbereitung mit solarthermischen Kollektoren.
  • Kühlen und Heizen mit einer reversiblen Wärmepumpe.
  • Lüftung mit Wärmerückgewinnung.

Photovoltaik und Solarthermie
Die Energie gewinnenden Systeme Photovoltaik und Solarthermie werden in die Gebäudehülle integriert. Während über der Veranda monokristalline, perforierte Zellen als Photovoltaikelemente gleichzeitig als Sonnenschutz dienen, besteht das opake Flachdach aus monokristallinen Sunpower SPR 215 Modulen, die bei 19% Wirkungsgrad 8,6 kWp Leistung aufweisen. Sie bieten neben dem Schutz vor Sonne und Regen ein spannendes Licht- und Schattenspiel. Die Sonnenkollektoren sind mit einer speziellen, hochtransmissiven Schicht iplus HT beschichtet, die die Reflexion mindert und die solare Energietransmission um 5 Prozent erhöht. Das gestalterisch prägendste Element, die Holzlamellenfassade, ist nicht nur mit amorphen Siliziummodulen versehen, die insgesamt ca. 2kWp Leistung bringen, sondern ermöglicht sowohl eine Verschattung des Innenraums als auch die Schaffung von Privatsphäre. Die Erwärmung des Trinkwassers und die Beheizung der Räume werden durch die direkte Umwandlung der Sonnenstrahlung in Wärme mittels Sonnenkollektoren gewährleistet. Diese sind passend zwischen den Photovoltaikmodule auf dem Dach montiert. Sämtliche Technologien, die sowohl der Speicherung gewonnener Energie als auch deren Verarbeiten dienen, sind im Boden untergebracht.

Die Hülle des Hauses ist komplett mit Holzlamellenläden ummantelt. Sie ist nicht nur Sonnen- und Sichtschutz, sondern unterstützt die Energieversorgung des Hauses durch Photovoltaikzellen, die an den Lamellen der Süd-, Ost-, und Westfassade angebracht sind. Um den Energieertrag bei Sonnenschein zu verbessern, stellen sich die Lamellen automatisch dem optimalen Sonnenstand nach. Auf diese Weise entsteht am Haus zusätzlich zum Dach eine große Photovoltaikfläche, die immer den optimalen Winkel zur Sonne hat.
Das Schiebe-Falt System Variofold von Hawa, ermöglicht das Öffnen der Läden im Norden und Süden. Ein spezielles Türband aus der Reihe Tectus der Simonswerke ermöglicht nicht nur ein elegantes, sondern auch technisch einwandfreies Falten der Läden


Energiesparende Gebäudetechnik
Um den Energieverlust nach Außen möglichst gering zu halten, wurde eine kompakte hoch gedämmte Gebäudehülle gewählt. Dabei ist die opake Hülle mit  Vacupor®-Vakuum-Isolations-Paneelen ummantelt. Eine zusätzliche thermische Speichermasse bilden die PCM Gipskartonplatten, die mit Wachskügelchen versetzt sind und so die Wärme speichern, die sie in den Abendstunden wieder abgeben. Im Winter unterstützt die große Verglasung Im Süden das Aufwärmen des Innenraums durch Sonnenenergie. Um allerdings eine Überhitzung im Sommer zu vermeiden, sind die Fenster einerseits durch das Auskragen des Dachs im Süden sowie durch die Lamellenfassade, die sich je nach Bedarf öffnen und schließen lässt, verschattet. Der Restwärmebedarf wird durch die Lüftungsanlage gedeckt. Eine reversible Wärmepumpe, deren Strom die Photovoltaik-Anlage auf dem Dach und in der Fassade liefert, heizt sowohl die Zuluft als auch das Brauchwasser.


Die Konstruktion

Die Konstruktion des Solarhauses ist ein klassischer Holzrahmenbau. Als nachwachsender Rohstoff war das Material Holz nicht nur konzeptionell geeignet, sondern wurde wegen seines bei der Herstellung und Verarbeitung geringen Energieverbrauchs gewählt. Für sichtbares Vollholz wurde Eiche verwendet.

Das statische System
Da das Haus nach Amerika transportiert werden musste, ist das Haus modular aufgebaut. Grundsätzlich besteht das Haus aus drei Modulen, die jeweils aus Decke, Boden, Stützen und Wänden bestehen und für sich ausgesteift sind. Doch erst im gesamten Verbund können sie Lasten, wie Wind und Schnee abtragen. Die Kräfte werden über Holzständerwände im Osten, im Westen sowie im Kern und über die Stützen, die sich an den Modulstößen befinden abgetragen. Die Stützen bestehen aus zwei sehr schlanken Holzquerschnitten, die miteinander verbolzt werden. Dazwischen liegen zwei dünne Stahllaschen, an denen während des Transports und der Montage das komplette Modul hängt. Während die einzelnen Teile auf Transportmaße zugeschnitten sind, gewährleisten kraftschlüssige Verbindungen einen raschen Auf- und Abbau des Hauses an verschiedenen Orten.


Die Plattformstrategie
Der deutsche Automobil-Konzern Volkswagen entwickelte in den neunziger Jahren die Plattformstrategie. Diese Strategie basiert auf der Idee eine vorfabrizierte Plattform für verschiedene Automodelle zu erstellen. Diese Überlegungen wurden auf das Haus projiziert. Die Plattform bietet zum einen Platz für die Gebäudetechnik sowie Raum für flexibles Wohnen und Schlafen.

Die Plattform ist ein „doppelter Boden, der den Abschluss zum Erdboden bildet und nach oben hin mit Fertigparkett belegt ist.     Innerhalb des Bodenaufbaus befinden sich als Auflage des Fußbodens Holzständerwände, die aus Vollholz und Living Boards aufgebaut sind. Sie leiten die Lasten vom Fußboden über Stahlfüße in den Boden. Unter anderem sich in diesem Aufbau Kabelkanäle für Elektro- und Wasserleitungen, Lüftungsrohre sowie ein Wassertank für das Kühlsystem untergebracht. Beplankt ist die Plattform zur Aussteifung oberhalb und unterhalb mit Baufuniersperrholzplatten. So gibt sie dem Haus die nötige Steifigkeit und kann die angreifenden Torsionskräfte aufnehmen.

Neben der Technik beinhaltet die Plattform ein flexibles Wohn- und Schlafsystem die so genannte „Schlaf- und Wohnkuhle“. Aufklappbare Bodenelemente ermöglichen neben der Unterbringung von technischen Komponenten die Integrierung einer Sitzecke, eines Schlafbereichs oder eines Stauraums.

LCN-Bussystem

Elektroinstallation
Vier verschiedene Bussysteme regeln die elektronische Versorgung des Hauses. Einerseits steuert das LCN-Bussystem die Leuchten, Taster und Steckdosen. Durch die Bedienung von Taster an verschiedenen Stellen im Haus können unterschiedlichste Lichtszenen erzeugt werden. Zudem ermöglicht das LCN-system die e-Akte, d.h. die automatische Protokollierung der Abläufe, die Energieauswertung und -bilanzierung. Andererseits liefern die drei weiteren Bus- Systeme EIB, Mod-Bus und M-Bus die Luftfeuchtigkeits-, Temperatur-, Co2- und Strommesswerte. Diese vier verschiedenen Bus-Systeme sind in der Leittechniksoftware B-con vernetzt, so dass auf dem Toch-Panal-PC ein kompletter Überblick über alle gebäudetechnisch relevanten Komponenten verschafft werden kann.

Multimedia
Ein Maximum an Komfort liefert das Multimedia- und Entertainment- System. Die Einbindung der Stereo-Endstufe erfolgt durch das LCN-Bussystem. Die Verstärker haben einen Tasteneingang und können so unabhängig über ein LCN-Relais angesteuert werden. Möglich macht dies die LCN- Funktion „Flackerkomando“,  bei dem eine Auswertung einzelner Impulse erfolgt. Die Bedienung erfolgt über die LCN-RT Fernbedienung. Während der LCN- Flachbildschirm mit der Wand bündig abschließt, sind die Lautsprecher und Subwoofer nicht sichtbar in Wand, Decke und Boden integriert. Zusätzlich ist der Fernseher mit dem Touch-Panel-PC verbunden, so dass auch Präsentationen vom PC am Fernseher abgespielt werden können. Eine Spielkonsole sorgt für ein weiteres Unterhaltungsprogramm.


Der Innenraum

Bettkuhle


Ein weiterer Aspekt des architektonischen Konzepts des Hauses ist der fließende Raum. Um dies zu erreichen, wurden die Möbel in Form von Kuhlen in den doppelten Boden integriert. Im Osten des Hauses befindet sich die Bettkuhle, im Westen die Wohnkuhle. Regale, Schubladen und einen Bettkasten bieten darin zusätzlichen Stauraum für Bücher, persönliche Gegenstände, Bettwäsche und sogar für den Esstisch und Stühle. Mit wenigen Handgriffen kann man die Kuhlen schnell und einfach mit Hilfe von Holzwabenplatten abdecken.


Bilder von links nach rechts: Küche, Bad, Korridor, Sitzkuhle

In den drei Teildisziplinen Architektur, Beleuchtungskonzept und Technik überzeugte das Solar-Haus der TU Darmstadt die Jury auf der ganzen Linie und wurde von ihr hinsichtlich Ästhetik und Funktionalität als „eine Klasse für sich“ bezeichnet. Bis Ende Juni kann das Siegerhaus bei Bosch in Stuttgart besichtigt werden. Anschließend wird es wieder in Darmstadt aufgebaut, um dort für weitere Forschungsprojekte zur Verfügung zu stehen.


Der Wettbewerb „ Solar Decathlon“

Der Solar Decathlon (solarer Zehnkampf) ist ein architektonischer sowie energietechnischer Wettkampf, der vom US-Ministerium für Energie ausgelobt wird. Bei der auf der National Mall stattfindenden Endausscheidung präsentieren dabei die teilnehmenden Universitäten ihre rein durch Sonnenenergie betriebenen Wohnhäuser. Der Wettbewerb soll Beispiele für zukünftiges energiesparendes Wohnen liefern und dieses Thema einer breiten Öffentlichkeit zugänglich machen. Dabei werden die Beiträge in 10 Disziplinen bewertet. Teilnahmeberechtigt sind zwanzig, in einem Vorentscheid ausgewählte Hochschulen aus aller Welt.  Sieger des dritten Wettbewerbs wurde am 19. Oktober 2007 die Technische Universität Darmstadt gefolgt von der University of Maryland und der Santa Clara University.

Opens external link in new windowwww.solardecathlon.de
Opens external link in new windowwww.solardecathlon.org

Nach oben