Das Kraftwerk
Siegerbeitrag des
Solar Decathlon 2009, Washington

Zum zweiten Mal hat ein Team der TU Darmstadt den internationalen, interdisziplinären Uni-Wettbewerb für energieeffiziente Bauexperimente gewonnen. Das surPLUShome der deutschen Studenten punktete vor allem in der Kategorie Solargewinn.

 Die vorgegebene Grundfläche von 75 m² wurde von den Studenten als Ein-Raum-Konzept mit fließenden Übergängen entworfen. Um eine differenzierte Ausbildung von Zonen mit verschiedenen Charakteren und unterschiedlichen Graden von Privatheit zu erreichen, ist der Boden im Schlafbereich leicht abgesenkt. Darüber befindet sich eine offene Galerie als zusätzlicher Rückzugsraum. Die Zonierung schafft unterschiedliche thermische Zustände im Raum. Gezielt gesetzte Fensteröffnungen, die auf ihre Wirkung im Sommer- und im Winterfall hin untersucht wurden, unterstützen dieses Konzept. Ein Multifunktionsmöbel in der Raummitte vereint dienende Funktionen wie Küche, Bad, Treppe und Stauraum ebenso wie die Technik für Wärme- und Kälteversorgung, Warm­wassererzeugung und Stromversorgung und ist mit seiner leuchtenden Oberfläche zentraler Bestandteil des Lichtkonzepts. Die Gebäudetechnik besetzt so im Gebäude nur etwa 0,7 m² der verfügbaren Nutzfläche. So bleibt der restliche Raum frei und ist variabel einzusetzen.

Die Fassade regelt Lichtbedarf, Wärmebedarf, Kühlbedarf sowie Sicht- und Blendschutz. Zwei Sonnenschutzsysteme liefern dabei unterschiedliche Arten der Verschattung. Das Lamellen-System bietet mit integrierten Photovoltaik-Elementen zur Energieerzeugung gleich­zeitig Sonnenschutz (fc-Faktor bis zu 0,02) und Lichtlenkung, denn dank rückseitiger Verspiegelung ist eine dauerhafte Fensterwirkung auch in geschlossenem Zustand gewährleistet. Das im Scheibenzwischenraum integrierte Jalousie-System ist nicht solar aktiv (fc-Faktor bis zu 0,08).

Die Gebäudetechnik ist komplett auf die Nutzung von Erneuerbaren Energien ausgerichtet. Sie funktioniert – passivhaustypisch –mit einer reinen Energieübergabe über die Luft und spart so technische Bauteile wie beispielsweise Heizkörper. Um den Heiz- und Kühlbedarf gering zu halten, wurde das Gebäude durch phase change materials (PCM) thermisch optimiert. Dazu wurde für die Innenwandflächen Gipskarton mit Paraffinzuschlag verwendet und eine eigens für das Gebäude entwickelte Kühldecke auf Salz-Hydratbasis eingebaut. Die Materialien haben unterschiedliche Schmelzpunkte und stabilisieren die Raumtemperatur. Das Gebäude, das etwa 40 t wiegt, hat so im Wohntemperaturbereich ein Betonäquivalent von etwa 100 t. Für die dann noch notwendige Wärme- und Kälteerzeugung wird eine

reversible Wärmepumpe im Luft-Luftbetrieb eingesetzt. Das zentrale Kombigerät bietet geregelte Lüftung, Wärmerückgewinnung, Wär­me- und Kältebereitstellung, Luftentfeuchtung im Kühlfall sowie die Warmwasserbereitung. Das Gerät bezieht seine Zuluft über die Fassade und kann mit Luft aus dem Fassadenzwischenraum oder von Außen arbeiten. Durch diese Zuluftvarianten lässt sich die Effizienz der Wärmepumpe weiter steigern.

Die Gebäudehülle, Dach und Fassade, sind komplett der Maxime Solarer Energiegewinn untergeordnet. Es wurden zwei verschiedene Zelltypen eingesetzt. Auf dem Dach wurden hocheffiziente, monokristalline Silizium-Zellen mit einem Modul-Wirkungsgrad von 18 % verwendet, in die Fassade wurden Dünnschicht CIS-Module mit einem Wirkungsgrad von 11 % integriert. Diese Fassadenmodule ermöglichen durch die Dünnschichttechnologie die Nutzung selbst diffuser Strahlung, was ihren Einsatz auf der Nordseite des Gebäudes für den Wettbewerb sinnvoll machte und dem Gebäude zu seiner homogenen All-Round-Fassade verhalf.

Beteiligte

Architekt:
Team Germany, TU Darmstadt, Fachbereich Architektur,
Fachgebiet Entwerfen und Energieeffizientes Bauen, Prof. Manfred Hegger
Studentisches Team:
Scholeh Abedini, Hannes Beck, Kai Erlenkämper, Franziska Hartmann, Tabea Huth, Marco Fleckenstein, Annika Gaigl, Maximilian Kolbe, Sascha Klump, Sardika Meyer, Maria Obenaus, Alexandru Oprea, Ramzia Rahmani, Claudia Ritter, Frauke Rottschy, Andreas Schmautz, Andreas Schreiber, Simone Siegrist, Angela Specht, Sina Titze, Patrick Tauchert, Christian Wagner, Jasmin Winter, Henning Zimmer
Betreuungsteam:
Hans Drexler, Caroline Fafflok, Johanna Henrich, Arnaud Hoffmann, Georg König, Lutz Steiner, Jörg Wollenweber, Martin Zeumer
Bauherren:
Technische Universität Darmstadt
Hauptsponsoren:
Forschungsinitiative Zukunft Bau des BMVBS; Hochtief AG
Energieplaner/Fachingenieure:
Elektrotechnik: Team Germany, TU Darmstadt,
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnologie,
Fachgebiet Regenerative Energien, Prof. Thomas Hartkopf
Haustechnik:
Team Germany, TU Darmstadt in Zusammenarbeit mit Fachgebiet Entwerfen und Gebäudetechnologie, Prof. Klaus Daniels
Bauphysik/Statik:
Team Germany, TU Darmstadt in Zusammenarbeit mit Fachgebiet Statik der Hochbaukonstruktionen, Dipl.-Ing. Jochen Stahl und Fachgebiet Tragwerksentwicklung und Bauphysik, Prof. Dr.-Ing. Karsten Tichelmann

Energiekonzept

Gebäudehülle:
U-Wert Außenwand = 0,077 W/(m²K),
U-Wert Bodenplatte = 0,075 W/(m²K), U-Wert Dach = 0,075 W/(m²K), Uw-Wert Verglasung < 0,8 W/(m²K),

Haustechnik

Passiv:
Dichte Gebäudehülle – Vakuumisolations-Paneele, Dreifach-Verglasung, Phase Change Materials (PCM) in den Gipskartonplatten und in den Hohlräumen der Deckenkonstruktion zur Erhöhung der thermischen Speichermassen, Fenstergrößen gemäß solarer Einstrahlung
Aktiv:
Mechanische Lüftung mit Wärmerückgewinnung; Klimatisierung über reversible Wärmepumpe (Heizung/Kühlung), die der umgebenden Luft Energie entzieht; ~1,5kW Kälte; 2kW Wärme; hocheffiziente, außenliegende Verschattungssysteme (Fc-Wert von minimal 0,08 und 0,02), Energiegewinnung Fassade (CIS Module mit 11 % Effizienz), Energiegewinnung Dach (monokristalline Photovoltaikmodule mit 18% Effizienz) 40,81 kWh/d, Werte aus der Wettbewerbszeit in Washington (Oktober): Süd 12,97 kWh/d; West 4,27 kWh/d; Nord 2,53 kWh/d; Ost 3,75 kWh/d
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