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März 2020 Ich bin dabei, die Integration erneuerbarer Energien in die neue Architektur konzeptuell etwas zu definieren. Beispiele dazu sind in Arbeit.
Ich war als Anhänger des Ehrlichen und Direkten nie ein Freund der Fasnacht - ein Gebäude zu verkleiden ist für mich demnach auch unsinnig.
Bei Solarzellen ist es auch fragwürdig, ein Haus komplett zu ummanteln. Aus diffusem Licht lässt sich kaum Energie gewinnen.
(Beispiel: Haus "Solaris" in Zürich, HF Architekten). Die derzeitigen Pilotprojekte mit PV Fassaden sind zwar begrüssenswert, um Erfahrungen zu sammeln, um die Bevölkerung zu sensibilisieren, das Bewusstsein zu fördern. Aber von der funktionalen Ästhetik her können die Resultate nur ungenügend sein. Schon nur wegen dem Effekt der 'aufgeklebten' Platten, welche einem Gebäude einen Lego-Look geben, im besten Fall (meist nicht) alle Fugen schön im Raster.
Im herkömmlichen Blau erreichen Solarzellen die besten Wirkungsgrade, deshalb ist auch eine alternative Farbgebung fragwürdig.
Der Energiefluss und die Lebensdauer sind dazu am höchsten, wenn die Zellen nicht zu sehr erhitzen - was auch gegen eine Anwendung in der Fassade integriert spricht..
Wie sollen also Solarpanele zur Anwendung kommen?
Bei Altbauten mit Giebeldach sollten die Panele nicht einfach im neuen Raster über die Ziegel darübergelegt werden - sondern sie sollten integriert werden ins Dach, was die Ziegel wiederum überflüssig macht.
Für mich sind allerdings Gibeldächer in den meisten Fällen recht unschön anzusehen - das hat mit der Funktionalität zu tun, denn die Räume unter dem Dach sind stickig, dunkel und unförmig. Deshalb würde ich in manchen Fällen empfehlen, ein schräges Dach abzutragen und durch ein weiteres Stockwerk mit Flach- oder Pultdach zu ersetzen. Ein Pultdach wäre, nach Süden ausgerichtet, ein Idealer Träger von Solarzellen. Es könnte sichtbar einen Abstand zum Hauskörper aufweisen und somit optimal hinterlüftet sein.
Oder man könnte die Wärme, die unter dem Dach sowieso am meisten gestaut wird - aber eine Kühlflüssigkeit unter den Solarzellen und Wärmepumpe im Keller zusätzlich als (Heiz-) Energiequelle nutzen.
Ein Dach, welches mit Abstand über dem Haus liegt, könnte man ausserdem dynamisch der Sonne folgen lassen. Zumindest energetisch könnte sich dies lohnen. Voraugesetzt, ein solches Dachsystem wäre keine Einzelanfertigung mehr.
Ausserhalb des Dachbereiches eignen sich alle Teile an einem Haus, die beweglich oder fix, dem Sonnenschutz dienen, hervorragend zur Stromgewinnung.
Mit dem resultierenden Niedervoltstrom können sie auch bewegt werden. Dies gilt für Fensterläden in aller Form und Grösse. Als Schiebeläden könnten sie sogar über die Hauskante herausragen, um (auf der Rückseite) noch mehr Sonne einzufangen. Ebenso sind Lamellen und Jalousien wunderbar geeignet, denn durch einfache Steuerung könnten diese der Sonne auch folgen. (Diese Idee hatte ich schon im 3. Semester für das HofHaus Projekt). Solarpanele können auch semitransparent sein, sie eignen sich deshalb auch bestens für Pergolas und Loggien.
Bei grösseren Bauten kann man sich auch herumlaufende Podeste (Auskragungen der Zwischendecken) vorstellen, die verschiedene Funktionen haben können:
Sonnenschutz, Putzsteg für grosse Glasflächen (sowie die Kollektoren in Läden), Witterungsschutz für die Fassade, Balkon, Laubengang. Alles mit Solarzellen bestückt, wasserdicht und wo nötig begehbar.
Die teilweise Verschattung der Panele ist heutzutage dank intelligenter Steuerung jeder Zelle kein Problem mehr.
Auch ist es vorstellbar, ein grosses Panel auf einem Gerüst oder Kragarm auf, am oder neben dem Haus, hydraulisch gesteuert der Sonne folgen zu lassen. In Basel wurde so etwas mitten in einem Wohngebiet kürzlich erfolgreich umgesetzt. (von Moos/ Sauter, siehe Baumeister Juli 18)
Desweiteren eignen sich auch begehbare Flachdächer zur Fotovoltaik. E-Bodenplatten für die Aussenanwendung wurden an der Swissbau 2018 gezeigt. Ebenso ein Gartentisch, der sich schon viele 100x verkauft hat und der sich in der Schweiz legal direkt an den Hausstrom anschliessen lässt.
Mit wasserdicht eingeschweissten Solarzellen liesse sich auch ein (Dach-) Swimmingpool auskleiden. Da wäre nicht einmal das 'fiese' Blau so fehl am Platz ;)
Natürlich könnte man auch semitransparente Gläser verwenden. Allerdings nimmt der Wirkungsgrad mit der Lichtdurchlässigkeit stark ab, weil nur noch die unsichtbaren UV- und IR Lichtwellen Energie zutragen.
Als Abdeckung der Zellen bieten sich auch matte oder gerillte Gläser an, oder solche mit einer prismatischen Oberfläche. Wegen der geringeren Reflexion hat das neben der ausgleichenden Optik auch positiven Einfluss auf die Stromproduktion.
Eine Pergola mit locker angeordneten Solarzellen ist denkbar, als Massnahme für Halbschatten, die ebenfalls den Ausdruck der Architektur wenig beeinflusst.
Nachhaltigkeit heisst einerseits Beständigkeit. Die Tragende Struktur darf durchaus aus Stahl oder Beton (rezyklierbare, naturnahe Materialien, einmal erstellt belasten sie die Umwelt nicht) bestehen. Für die nichtragenden Elemente, Wände, Zwischendecken, Treppen ist allerdings Holz das ideale Baumaterial. Es bindet CO2, dämmt und bleibt in trockener Umgebung sehr lange bestehen. Das Raumklima wird positiv beeinflusst.
Bei obigem Beispiel, dem sogenannten 'Stapelhaus' sind einige Anwendungen zur Fassadengestaltung mittels Photovoltaik aufgezeigt. Läden, Lamellen und abgeschlossene Flöchen. Im neuen SIA Heft No.6/20 Tec21 werden erstmals realisierte Bauten mit Solarpanels gezeigt, die nicht einfach aufgesetzt wirken, sondern integriert in die Brüstungsbänder der Fassade. S.30, Hochhäuser Sanierungen in Bern und Effretikon.
Möglich machen das u.a. die flexiblen Solarmodule der Firma Megasol, welche an der diesjährigen swissbau sehr überzeugend präsentierte.
In einem weiteren Modell möchte ich auch noch Möglichkeiten auf Dächern aufzeigen - denn auch dort kann Solar mit dem Entwurf und dem Konzept eines Gebäudes entscheidend zusammenspielen - anstatt nur mit Gewichten befestigt auf ein Dach gestellt werden.
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 Januar 2020 - Mobilie, Schlitten - Ein neuer Haus-Speicher
Schon heute wird schon fast genug Erneuerbare Energie erzeugt, um alle gegenwärtigen elektrischen Anlagen sowie den ganzen PW-Verkehr mit Strom zu betreiben. Der Schlüssel zu 100% Erneuerbare inkl. aller thermischen Heizungsanlagen mittels Wärmepumpen liegt in der Speicherung von Energie. Dazu gibt es neben Lithium Akkus im MegaWatt Bereich wie sie z.Bsp. Tesla auch für grosse Kraftwerke anbietet eine ganze Reihe anderer Möglichkeiten. Kürzlich wurde in den Medien das Projekt "Energy Vault" des Tessiner Ingeniers Andrea Pedretti vorgestellt.
Es handelt sich um ein sog. Hubspeicherkraftwerk und arbeitet mit tonnenschweren Betonklötzen, die bei Energiezufuhr über Kräne in die Höhe geschichtet werden - und bei der späteren Entnahme wieder heruntergelassen.
Diese Maschinerie soll einen Wirkungsgrad bis zu 90% ermöglichen, ist aber nicht gerade schön anzusehen (va. wenn es dann Hunderte oder mehr werden) und hat wohl in seiner Komplexität auch Nachteile. Dennoch ein sehr spannender neuer Ansatz, der mich zu meiner Idee zur Nutzung der Lagespeicherung inspiriert hat.
Es ist eine Terrassensiedlung / ein Hotel auf einer Art grossem Schlitten am Hang, um die 20'000 Tonnen schwer. Mit der Vorlage vom Rechenbeispiel in Wikipedia komme ich für diese Konstruktion, die wesentlich länger halten sollte und auch nach der Nutzung als Speicher immer noch Sinn macht, auf eine Speicherkapazität von 40MWh. Das entspricht 4000 Tesla Powerwalls (10kWh), bei weit mehr Ladezyklen.
Die Technik zum Halten und Umsetzen der grossen Kräfte könnte eine Kombination sein aus Halteseilen, welche wie vereinfacht dargestellt über eine Übersetzung laufen - und der Anbringung von Zahnrädern unterhalb und seitlich des Schlittens, verbunden mit Elektromotoren. Diese können wie beim E-Auto Strom sowohl aufnehmen (Stromeinspeisung, Hochfahren der Last) wie auch wieder abgeben (als Generator; Rekuperation) beim Absenken der Anlage. Der Schlitten gleitet vielmehr, als dass er auf Rädern fährt. Damit die ganze Last nicht dauerhaft in den Motoren hängt, muss er auch mechanisch arretierbar sein. In solch arretierter Position wird man den Bau beginnen, welcher in seiner Ausführung abgesehen von den Technikzonen im Boden (Wartung von Zahrädern und Motoren) nicht anders ist als ein Gebäude auf einem festen Fundament. Zufahrt in die Parkgarage frontseitig. Seitliche Eingänge wechseln ihre Position, aber nur mit der Geschwindigkeit von max. ca. 1m/Std.
Die Architektur in diesem Modell stammt vom kommenden virtuellen Bau, welcher neue Möglichkeiten zur Anwendung der Photovoltaik in einzelnen Beispielen zeigen soll. (vgl. oben)
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Projektvorschlag zu Umbau und Aufstockung eines EFH im Zürcher Oberland 1996. Diplomwahlfacharbeit bei Prof. Gerhard Schmitt
3D Konzepte für den Flughafen Zürich: