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INTERNATIONALE BAUAUSSTELLUNG HAMBURGSmart Material HouseSoft HouseJuni 2013

ImpressumHerausgeber:IBA Hamburg GmbHAm Zollhafen 1220539 HamburgTEL. 49(0)40.226 227-0FAX 49(0)40.226 Juni 2013Projektkoordination:Hubert LakenbrinkKonzeption und Gestaltung:IBA Hamburg GmbHJens-Phillip PetersenTexte und Redaktion:IBA Hamburg GmbHChristian Roedel, Jens-Phillip PetersenCorporate Design:feldmann schultchen design studioswww.fsdesign.de2

Inhalt4AEINFÜHRUNG46A.1A.2SMART MATERIAL HOUSESPROJEKTSKIZZE SOFT HOUSE8BPROJEKTDETAILS SOFT HOUSE8B.1ARCHITEKTONISCHES KONZEPT20151720B.2B.3B.4B.5SMART MATERIAL KONZEPTHAUSTECHNISCHES HNIS3

AEinführungA. 1Smart Material HousesSmart Materials sind Materialien, Materialsysteme und aus ihnen herstellbare Produkte, die sichim Unterschied zu herkömmlichen Baustoffennicht statisch, sondern dynamisch verhalten. Dasheißt, aufgrund ihrer Beschaffenheit können dieMaterialien auf veränderte Umweltbedingungenreagieren und sich diesen anpassen. Diese besonderen Eigenschaften resultieren aus physikali-genten Zusammenspiel mit Smart Technologieskann dieser Prozess auf die Ebene der vernetztenGebäudetechnik ausgeweitet werden und denEnergie- und Materialhaushalt eines Gebäudesüberwachen und optimieren.schen oder chemischen Einflüssen, zum Beispielunterschiedlich hohen Temperaturen oder derSonneneinstrahlung, die auf den Baustoff trifft.Materials als aktive Materialien gegensätzlicheEigenschaften und Funktionen zu verschiedenenZeitpunkten annehmen. Material- und Technologieinnovationen waren in der Architekturgeschichte immer verknüpft mit einem grundsätzlichen Wandel dessen, was Architektur sein könnteund sein sollte. Heute lässt sich beobachten, dassNachhaltigkeit die Legitimation vieler Entwurfsentscheidungen darstellt.Dabei steht vor allen Dingen die Gebäudehülleim Vordergrund: Durch den Einsatz der SmartMaterials in der Fassade können Energie- undMaterialströme verbessert und möglichst kleingehalten werden, da ein Großteil dieser StoffeEnergie mittel- oder unmittelbar aus der Umgebung bezieht.Smart Materials sind unter anderem in der Naturzu finden. So können beispielsweise in Glas-elementen von Fassaden Mikroalgen gezüchtet werden, die durch Photosynthese und Solarthermie,also die Umwandlung von Sonnen- in Wärmeenergie, Biomasse und Wärme produzieren. DieFassade wird zum Bestandteil der Haustechnik.Die Smart Material Houses sind eine neue Formvon Häusern, bei denen anpassungsfähigeBaukonstruktionen sowie intelligente Technologien und Baustoffe kombiniert werden. Als einerder Themenbereiche der „Bauausstellung in derBauausstellung“ sind sie ein architektonischesPilotprojekt: Sie zeigen anhand von vier exemplarischen Gebäudetypen, wie sich sowohl neuetechnologische Ansätze in eine zukunftsweisendeArchitektursprache übersetzen lassen als auchtraditionelle Techniken neu interpretiert werdenkönnen.Ausgangspunkt für die IBA zum Thema SmartMaterial Houses waren die folgenden Thesen:Smart Materials sind aktive Materialien mittransformativem Charakter. Sie reagieren aufsich verändernde Umwelteinflüsse. Im intelli-4Hierfür müssen bekannte Kategorisierungen vonMaterialien neu überdacht werden, da Smart Smart Materials und Smart Technologiesermöglichen es, durch adaptive FunktionenEnergie- und Materialströme nachhaltig zusteuern.Mit der Adaptivität von Smart Materialsgewinnen im Besonderen zeitliche Abläufeeine wesentliche Bedeutung.Ein performatives Verständnis von Materialien und Technologien ermöglicht und forderteinen neuen Umgang mit dem architektonischen Entwurfsprozess.Es zeichnet sich ein Paradigmenwechsel hinzu dezentralen Infrastruktursystemen ab. MitDezentralisierung meint man die Integration vonstädtischen Aufgaben in die Gebäudetechnik.Wasserkreisläufe, Stromerzeugung, die Nutzungvon Abwärme, Miniaturpumpen und KraftWärme-Kopplung werden lokal im Gebäude oderin seiner unmittelbaren Umgebung eingesetztund abgewickelt. Ein Großteil der im Gebäudeverbrauchten Energie soll zukünftig aus lokalvorhandener Anergie gewonnen werden, um denAnteil hochwertiger Exergie zu senken.

Die Infrastrukturen der Stadt müssen in diesemZusammenhang neu überdacht und organisiertwerden. Durch die Integration von städtischen Aufgaben in die Gebäudetechnik wird das Hauszum Akteur in einem (kommunikativen, d.h.rückgekoppelten) Netzwerk. Entsprechendübernimmt es zusätzliche Funktionen, zumBeispiel als „Kraftwerk“, als „Energiespeicher“ oder als „kommunikativer Ort“ imstädtischen Kontext.Die Gebäudehülle ist das zentrale Elementdes Energieaustauschs zwischen Innen undAußen. Sie kontrolliert hinein- und hinausfließende Energieströme und Stoffkreisläufe. Mithilfe von Smart Materials und SmartTechnologies können Gebäudehüllen aktivEnergie- und Stoffströme regeln.Seit der Moderne wurde die Haustechnikgebündelt, zentralisiert und damit oftunsichtbar. Mit der Verbreitung von SmartMaterials kann die Materialoberfläche selbstzum Trägermedium von Energie und Information werden.Die neuen Technologien ermöglichen es,Gebäudetechnik zu multiplizieren und aufverschiedene Oberflächen zu verteilen.Materialien werden zu dynamischen Infrastrukturen, die variable, teils gegensätzlicheEffekte hervorbringen können.Der Faktor Zeit wird mit der Verbreiterungpolyfunktionaler Oberflächen integralerBestandteil des Entwurfs und bedingt gleichzeitig die Möglichkeit hybrider Raum- undGebäudenutzungen.Einhergehend mit dem Bedeutungsgewinnvon zeitlichen Abläufen kann man einenWandel vom „offenen Grundriss“ zum „rekonfigurierbaren Grundriss“ ausmachen.Rekonfigurierbare Grundrisse generierensich aus der Veränderbarkeit des Raumesund der Transformierbarkeit der Materialiensowie der Adaptationsfähigkeit der Technologien und nicht mehr allein durch ihre(statische) Offenheit für unterschiedliche Nutzungen.Es tritt eine „Ästhetik der Phänomene“in den Vordergrund, die vor allem dasVerhalten von Materialien thematisiert.Entscheidend ist nicht, wie das Material sichdarstellt, sondern wann es in Erscheinungtritt.In dieser Broschüre werden das architektonischeund haustechnische Konzept des Smart MaterialHouse Soft House detailliert dargestellt. Desweiteren wird der Planungsprozess dezidiert aufgezeigt, da es vom Entwurf bis zur Ausführung desProjekts zu zahlreichen Veränderungen gekommen ist. Diese Veränderungen sind technisch,finanziell oder funktional begründet – sodassursprüngliche Zielvorgaben teilweise angepasstwerden mussten.Gerade bei Modellprojekten kommt es immerwieder zu Planänderungen – auch das ist, nebeninnovativen Endprodukten, ein Stück weit Zieleiner Bauausstellung: Bauweisen und Verfahrensprozesse erproben. Erst nach der Betrachtungdes Planungsprozesses ist es möglich zu bewerten, ob ein Modellbauvorhaben als beispielhaftfür den Umgang mit Smart Materials im 21. Jahrhundert gelten kann. Diese Broschüre soll nebentechnischen Details für Fachleute im Besondereneine Tendenz zur objektiven Bewertung der Frageermöglichen, ob es sich bei dem ModellprojektSoft House wirklich um ein solches handelt undob bzw. inwieweit die Ziele, die vor Planungsbeginn gesetzt wurden, überhaupt erreicht wurden.Nach dieser kurzen Einleitung wird das SmartMaterial House Soft House steckbriefartig vorgestellt und anschließend detailliert erläutert. Dabeiwird mit dem architektonischen sowie haustechnischen Konzept begonnen, bevor der Planungsprozess beschrieben wird und die Bewertung desModellprojekts erfolgt. Der Fokus der Darstellungfür das Soft House liegt im Besonderen auf demEnergiekonzept, dem flexiblen Dach sowie demHolzbau.5

A. 2 Projektskizze Soft HouseBESONDERHEITEN Die dynamische und textile Membranfassade verknüpft regenerative Energiegewinnung mitArchitekturEine nachhaltige VollholzbauweiseSmart Curtains ermöglichen flexible RaumnutzungDie direkte Nutzung der erzeugten Energie für das GebäudeJede der vier familienfreundlichen Reihenhauswohneinheiten hat einen eigenen Garten.Die im Passivhausstandard ausgeführte undinnen naturbelassene Holzkonstruktion schafftlichtdurchflutete und über alle Ebenen miteinander verbundene dreigeschossige Wohnhäuser.Architektonisch prägend ist die Textilmembranauf der Südseite des Hauses.Abb. 1: Ansicht Südfassade, Mai 2013Die dynamische Fassade reagiert flexibel,ähnlich dem Prinzip der Sonnenblume, die demSonnenlicht folgt. So können die BewohnerLichteinfall und Aussicht regulieren. Im Sommerspendet die Fassade Schatten, im Winter minimiert sie Energieverluste und lässt das Licht indie Räume einfallen.Abb. 2: Südwestansicht, Juni 20136

PROJEKTPARTNERArchitekturInvestor KENNEDY & VIOLICHARCHITECTURE, Boston 360grad architektenGmbH, HamburgPATRIZIA Immobilien AG,AugsburgTechnischeGebäudeausrüstung Büro Happold, BerlinTextilfassade und Dachkonstruktion Textil Bau GmbH, HamburgTragwerksplanung/Brandschutz Knippers Helbig GmbH,StuttgartPartner BaustoffeWeitere Projektpartner Global Solar Energy, Inc,Tucson Wacker Ingenieure, Birkenfeld (Materialtests) Svensson Markspelle,Kinna G2 Landschaft, Hamburg Phillips Color Kinetics,BurlingtonMiele & Cie. KG, Gütersloh(Haushaltsgeräte) Barbizon LightingCompany, LondonBauart KonstruktionsGmbH & Co. KG, eBruttogeschossfläche Rund 2,4 Mio. Euro1.050 m2800 m2Größe der NutzungseinheitenEnergiestandardEnergieversorgung 4 Häuser zu je 155 m2,drei GeschosseBauzeit Februar 2012 – März 2013PassivhausIntegrierte mobilePhotovoltaik-Elemente inDach- und Fassadenmembran, Wärmepumpen inKombination mit Geothermie7

BProjektdetails Soft HouseB.1Architektonisches KonzeptDas Soft House ist als Reihenhauszeile mit vierReihenhäusern konzipiert. Dabei verteilen sichdie 160 Quadratmeter Wohnfläche je Wohneinheit auf drei Etagen. Insgesamt ergibt sichhieraus eine BGF von etwa 800 Quadratmetern.Die Reihenhäuser haben eine Achsbreite von5,90 Metern. Das Erdgeschoss nimmt mehrFläche als die zurückspringenden Obergeschos-te Teil besteht aus einem kunststoffkaschiertemGlasfasergewebe. Während sich der obere Teilder Konstruktion durch Anpassung der Neigungdem Jahresgang der Sonne anpasst, reagierendie drehbaren Lamellen vor der Fassade aufden Tagesgang der Sonne. So wird immer dieoptimale Ausrichtung zur Sonne gewährleistetund maximale Effizienz für die Energiegewinnungse ein, da Stellplätze mit in das Erdgeschossintegriert sind. Die Architektur wird mit der aufregenerativer Energieversorgung basierendenerreicht. Auf beide Teile der Konstruktion sindBahnen mit Dünnschichtphotovoltaik appliziert,die der Bewegung der Dachkonstruktion folgen.Abb. 3: Grundriss ErdgeschossAbb. 4: Grundriss 1. OGHaustechnik so eng verknüpft, dass eine Formgefunden wurde, die Maßstäbe für die Verbindung von Architektur, Energieversorgung undHaustechnik setzt.Die architektonische Besonderheit ist die bewegliche Dachkonstruktion, die sich über Teile desDaches und der Südfassade legt: Architektur undEnergiegewinnung finden hier in einem gesamtheitlichen gestalterischen Konzept statt. DieKonstruktion bestimmt das Bild des Hauses, diefür die optimale Energiegewinnung erforderlicheBeweglichkeit verändert laufend das Erscheinungsbild der Fassade. Energieproduktion bleibtnicht anonym, sondern wird maximal erfahrbar.Das Membrandach besteht aus zwei Teilen:Tragkonstruktion und Photovoltaikbahnen. DieTragkonstruktion ist wiederum durch zwei unterschiedliche Materialitäten bestimmt: Der auf demDach befindliche Teil ist aus glasfaserverstärktemKunststoff (GFK), der vor der Fassade angebrach-8Das Soft House ist ein Passivhaus in Vollholzbauweise. Beide konzeptionellen Elemente spiegelnsich im architektonischen Ausdruck des Hauseswieder. Im Süden sind die für Passivhäuserungewöhnlich großen Glasflächen prägend, alleübrigen Fenster werden zur Minimierung vonWärmeverlusten möglichst klein gehalten. DieFassaden sind eine Mischkonstruktion aus gedämmter Putzfassade der Erdgeschosse und fürdie oberen Geschosse eine Lammellenkonstruktion aus Lärchenholz mit einer dahinterliegendenAbb. 5: Grundriss 2. OG

Abb. 6: Innenansicht 3. OGgrünen Dichtungsbahn, die auf die Dämmebeneals weiche Konstruktion aufgebracht ist.durch die sich ständig verändernde Textilmembrankonstruktion.Im Gestalt- und Materialkonzept zeigt sich einGrundthema des Büros Kennedy Violich: DieSuche nach weichen Ausdrucksformen in derArchitektur. Das spiegelt sich auch im Innerendes Projektes in Form von Vorhängen wieder, diean geschwungenen Schienen durch die Räu-Die dreigeschossigen Wohneinheiten könnenbis zu vier Schlafräume enthalten und bieten soauch größeren Familien ausreichend Platz zumWohnen und Arbeiten. An der Südseite ist einzweigeschossiger Luftraum angeordnet, der Lichtin die Mitte des tieferliegenden Erdgeschossesführt. Andererseits sind die Grundrisse so gestaltet, dass bei Bedarf das Erdgeschoss zu einerEinliegerwohnung umgestaltet werden kann. DasHaus kann so auch generationsübergreifendenVeränderungen und Anforderungen jeweils daspassende Wohnkonzept bieten.me geführt werden und mit denen die Räumeindividuell verändert werden können. In gewisserWeise handelt es sich bei diesem Konzept umeine Rückkehr zu traditionellen, vormodernenIdeen. Einst wurden Textilien an den Mauern oderStoff rund ums Bett befestigt, um die Wärme zuhalten. So können über die Vorhänge im Raumunterschiedliche Temperaturzonen und Raumsituationen geschaffen werden, gleichzeitig dienensie aber auch vor zu starker Sonneneinstrahlung.Die Vorhänge erfüllen weiterhin haustechnischeFunktionen: Der von der Photovoltaik erzeugteStrom wird über LED-Leuchtkörper, die in dasmehrlagige Material eingearbeitet sind, direktzur Beleuchtung der Räume genutzt (sieheKapitel B.2, S. 10). Die gesuchte Weichheit deräußeren Erscheinungsform zeigt sich von außenAbb. 7: Nord-Süd Schnitt durch das Modell9

B.2Smart Material KonzeptBei den Smart Materials im Soft House geht esinsbesondere – daher auch der Name – um dieflexiblen, hochtechnisierten Materialien: Membranen, glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK),Dünnschicht-Photovoltaik, die Smart Curtains,die sich, zusammengebunden über ein komplexesGebäudemanagementsystem (BMS), dem ThemaEnergiegewinnung und Energienutzung widmen.Andererseits geht es um traditionelle, einfacheaber dennoch leistungsstarke Materialien, alsoeher einen Low-Tech-Ansatz: Die kompletteErrichtung des Gebäudes in Holzbauweise, imwesentlichen in Vollholzbauweise, in Form vonBrettstapelelementen.VollholzbauDer Baustoff Holz bindet CO2 und verbrauchtin der Produktion deutlich weniger Energie alskonventionelle Baustoffe und ist zudem einerneuerbarer Baustoff. BSH / Fichte hat einenegative 1.2027 kg CO2-Äquivalente im Vergleichzu Stahlbeton von 1.20 kg CO2-Äquivalente.Gleichzeitig ist ein späterer Rückbau möglich, daein Großteil der Abfälle recycelt oder thermischverwertet werden kann. Verbunden mit demPassivhausthema und der Nutzung regenerativerEnergien bildet der Holzbau die dritte Säule desNachhaltigkeitskonzeptes des Hauses: GeringerCO2-Verbrauch der Primärkonstruktion, Recyclingfähigkeit, Reduktion des Materialeinsatzes.Das Projekt wurde vollständig aus Brettstapelelementen hergestellt. Die nichtunterkellertenGebäude sind oberhalb einer Fundamentplattevollständig als Holzbauten ausgeführt. DieWände bestehen im Wesentlichen aus gedübeltenBrettstapelelementen, die auf traditionellen Holzbauweisen beruhen und im Grunde von jedemHolzbaubetrieb umgesetzt werden könnten. DieHerstellung der Elemente ist einfach und kannim Gegensatz zur Brettsperrholzbauweise auchvollständig leimfrei und mit handwerklichen Techniken errichtet werden.Für die Geschossdecken sind Brettstapelelementezum Einsatz gekommen, die an wenigen Stellen10Abb. 8:Brettstapelbauweisemit deckengleich integrierten Stahlprofilen verstärkt sind. Zur Aussteifung wurden die Brettstapelelemente für die Decken oberseitig und jenefür die Wände außenseitig mit einer Beplankungaus OSB ergänzt. Zur Queraussteifung der Reihenhauseinheiten sind vereinzelt Brettsperrholzelemente in das Baugefüge integriert worden. In den Aufenthaltsräumen sind die Wandoberflächen in Brettstapelbauweise, sowie großeBereiche der Geschossdeckenuntersichten unbekleidet belassen. Zur raumakustischen Optimierung haben die Bretter für die Deckenelementeeinen Falz erhalten, sodass die Deckenelementeauch als Akustikprofile funktionieren.Trotz Einordnung der Reihenhäuser in die Gebäudeklasse 2 durch die Bauaufsicht wurde die Bekleidung der Innenwände im Bereich der Treppemit nichtbrennbaren Materialien als Kompensationsmaßnahme dafür vereinbart, die Treppe überdie drei Geschosse ohne eigenen Treppenraumanzulegen. Die Brettstapelkonstruktion ist an sichmit F 30-B bewertet. An den Gebäudeabschlusswänden wurden zum ausgedämmten Zwischenraum hin Gipsfaserplatten angeordnet, mit demErgebnis, dass die Wände gegenüber von außen

einwirkendem Brand als feuerbeständig klassifiziert sind. Im Bereich der Gebäudeabschlusswände sind in den Aufbau der Fassadenkonstruktionals Maßnahme des konstruktiven Brandschutzesvertikal angeordnete Bleche integriert, die denWeiterbrand der Fassadenverkleidung von Einheitzu Einheit verhindern.Verglichen mit konventionellen Holzrahmenkonstruktionen hat die Fertigung mit Brettstapelelementen den Vorteil, dass ein Großteil der Elemente vorgefertigt ist und höhere Lasten abtragenkann, als dieses im Holzrahmenbau möglich ist,was die Konstruktionszeit und damit auch dieKosten erheblich reduziert. Das Grundgerüst desSoft House wurde in nur etwa zwei Wochen errichtet. Damit steht auch der Übertragbarkeit desKonzepts auf anderen Grundstücken nichts imWeg. Ein weiterer positiver Effekt der Brettstapelelementbauweise ist ein verbesserter Schall- undBrandschutz sowie eine höhere Resistenz gegenFeuchtigkeit, was zusammen das Raumklimasowie den Komfort für die Bewohner erhöht. DieDämmfähigkeit vom Holzrahmenbau ist zwarbesser - die Massivholzkonstruktionen sind thermisch hingegen deutlich stabiler, das heißt, siekühlen langsamer aus, halten deutlich länger dieWärme wegen der größeren Masse und haben sobessere raumklimatische Eigenschaften.Teil der Innovation ist die Integration der Installationsebenen in dem Element selbst oder in Konstruktionsebene, sodass das Holz als Oberflächezum Tragen kommen kann (siehe Abbildung 6).Abb. 9: Dynamisches MembrandachAbb. 10: Dachmembran mit PV-ElementenDies ist nicht nur beispielhaft in der Reduktionvon Material und Energie im Ausbau, sondern ermöglicht auch eine umweltverträgliche Instandhaltung durch Abschleifen und Neuversiegelungder Oberfläche. Die Brettstapelbauweise kann imSoft House als Bemessungskonzept für aussteifende Wände von mehrgeschossigen Bauten gelten, da insbesondere alle bauphysikalischen undSchallschutzanforderungen erstmals im Detailberücksichtigt wurden. Auch eine Integration derHaustechnik in die Konstruktion bei gleichzeitigerHerstellung eines hohen Wohnkomforts ist bisherdie Ausnahme im mehrgeschossigen Holzbau.Dynamisches MembrandachDas Flachdach des Hauses übernimmt alleFunktionen des Wetter- und Wärmeschutzes,gleichzeitig ist es die Installationsebene für dasMembrandach. Das Membrandach besteht auszwei bautechnischen Komponeten: Auf demHaus sitzen Bahnen aus glasfaserverstärktemKunststoff (GFK). Diese GFK-Boards sind dasflexible Trägermaterial für die Dünnschichtphotovoltaik, die dem Jahresgang der Sonne nachgeführt werden. Dies erfolgt durch Biegung derGFK-Boards. Gleichzeitig kragen die Boards überden Dachrand aus und dienen als Feder für dietextilen Membranstreifen (Twister) vor der Fassade. Getragen wird die gesamte Konstruktion voneinem Stahlgerüst, das auf dem Flachdach unddem Grundstück verankert ist und die enormenWindkräfte aufnimmt. Im geschwungenen Trägerder Konstruktion sind zudem die Motoren und dieHydraulikleitungen für die Twister verborgen.Flexible Dünnschicht-Photovoltaikmodule in Form11

von 6m langen Bahnen werden auf die 50 Zentimeter breiten Membranstreifen, die insgesamtetwa fünf Tonnen Last halten können, appliziert.Bei den Dünnschicht-Photovoltaik-Folien handeltes sich um das Produkt PowerFLEX BIPV 300W von der Firma Global Solar Energy, Inc.,die ihren Hauptsitz in den USA hat. Die Modulehaben lediglich eine Dicke von drei Millimetern.Die PV-Module werden mechanisch gehalten:Am oberen Ende werden sie geklemmt und imweiteren Verlauf durch angeschweißte Laschengesteckt und gleitend gelagert. Eine feste Verbindung mit den Boards und den Twistern war aufgrund des Verrautungseffektes bei der Drehungder Twister nicht möglich, da die PV-Module keineVerrauttung (eine gleichzeitige Verformung desMaterials in zwei Richtungen) vertragen.Durch Biegen und Verdrehen dieser Streifen wirdder Öffnungsgrad der Hülle gesteuert und diePhotovoltaikmodule der Sonne nachgeführt. Aufdiese Weise werden die Funktionen der Verschattung und der Energieerzeugung miteinanderkombiniert. Gleichzeitig wird die Tageslichtnutzung bzw. der sommerliche Wärmeschutz durchdie diffus-transparente Qualität des Gewebes unddie drehbaren Streifen mit hohem Reflektionsgrad optimiert. Die Kombination von Verschat-tungs-, Energieerzeugungs- und Tageslichtsystemist der Kern der Innovation.Der auf dem Dach sitzende Teil des Membrandaches kann durch die Möglichkeit den Neigungswinkel zu verändern optimal auf den überdas Jahr wechselnden Sonnenstand angepasstwerden. Das System verfügt über einen hydraulischen Antrieb, der acht Bänder pro Wohnung gemeinsam antreibt. Auf eine Einzel-Steuerung derBänder wurde aus Gründen der dann exponentiellsteigenden Wartungskosten verzichtet. Die fürdie Hydraulik notwendigen Leitungen sind allein einem geschwungenen Stahlrohr am unterenEnde des Membrandachs verdeckt geführt. DieWohnungsnutzer können mit den Segeln ihresHauses jeweils separat die Automatik, die dieSegel auf die Sonne ausrichtet, übersteuern undso jederzeit Ein- und Ausblick auch individuellgestalten.Für die Konstruktion aus glasfaserverstärktemKunststoff (GFK) und der Membran aus kunststoffbeschichtetem Glasfasergewebe (PTFE)musste eine Zustimmung im Einzelfall beantragtwerden. Es wurden zwar keine neuen Baustoffe entwickelt, aber als Baustoffe zugelasseneMaterialien in einen neuen Kontext, nämlich alsDach- und Sonnenschutzkonstruktion, als Bauteilgestellt. Insbesondere die Membran wurde zahlreichen Materialtests unterzogen (siehe KapitelB.4, S. 17).Flexible Dünnschicht-Photovoltaikzellengewinnen immer größere Bedeutung in allenEinsatzgebieten und beginnen die traditionellenAbb. 11: Funktion der Dachmembran12Abb. 12: Windkanaltests

Silikonzellen zu ersetzen. Flexible Photovoltaikzellen zeichnen sich durch einfachere und inZukunft kostengünstige Produktionsmethodenaus, eine über 50-prozentige Reduktion desCO2-Äquivalenten und die Rückgewinnung dereingebundenen Energie in ca. einem Viertel derZeit im Vergleich zu herkömmlichen Silikon-Photovoltaik-Modulen.Die Konstruktion des Membrantragwerkesbesteht aus einer Stahlkonstruktion mit minimierten Profilabmessungen. Die GFK-Boards sindauf eine Stahlkonstruktion montiert, die überHydraulikantriebe verändert (aufgewölbt) werdenkann. Die GFK-Boards ragen über die Dachkantehinaus und dienen als Befestigung für die PTFEMembranen. Die Membranen sind an den GFKBoards starr befestigt, das GFK übernimmt durchseine Flexibilität die erforderliche Vorspannungfür die Membranen (wirkt wie eine starre Feder).Zweiter Befestigungspunkt der PTFE-Membranenist der geschwungene Stahlträger vor der Fassade, in den auch die Hydraulik und die Motorenintegriert sind. Die PTFE-Membranen selber sinddurch Drahtseile und Querverstrebungen ausschlanken Stahlstäben ausgesteift und gegen diestarken Windkräfte verstärkt.Zur Bemessung der Konstruktion mussten spezielle Windkanaltests gemacht werden. Bei demTest wurde auch die Befestigung für die Bahnender Dünnschicht-PV-Module getestet. Diesewerden lose gleitend aufgelegt und nur punktuellauf den GFK-Boards befestigt. Auf den Membranen werden die PV-Module durch Stahlspangengehalten. Pro Membranstreifen wurden Leistungen von 300 Watt installiert. Das Material derPTFE-Membranen zeichnet sich aufgrund seineroptischen Qualität, Lichtdurchlässigkeit von 35Prozent sowie Flexibilität, günstigen Brandschutzeigenschaften (B 1, S 1– d 0 (EN 13 50)),hoher Festigkeit und der hohen Lebensdauer vonmehr als 30 Jahren aus. Insgesamt ist die biegbare und verformbare Konstruktion an Vorbilderaus der Natur angelehnt.Niedrigvoltsystem / Smart CurtainsDas Niedrig-Volt-System soll in zweifacher Weisedie Umwandlungsverluste vermeiden: Bei derErzeugung des Stroms durch Photovoltaik imNiedrigvoltbereich und bei der Nutzung durchAbb. 13: Aufbau der Smart Curtains13

gente Hausautomationssystem (BMS – BuildingManagement System) dient zur Vernetzung undSteuerung der vorgenannten Exzellenzmaßnahmen, im besonderen der Energieernte über diedynamische textile Hülle, der Zwischenspeicherung des PV-Stroms in einem Batteriesystem, derdirekten Eigennutzung des Niedrigvoltstroms, derWärmeversorgung des Hauses über die WärAbb. 14: Smart Curtain mit LEDsmoderne Niedrigvolt-Beleuchtungssysteme. Eserhöht dadurch die Effektivität des photovoltaischen Systems um ca. 19 Prozent. Gleichzeitigsteigt die Zahl der Niedrigvoltgeräte (etwa 30Prozent per Haushalt 2010) an, worauf mit einemeigenen Stromnetz reagiert wird. Strom, dertagsüber über Dach und Fassade erzeugt wird,wird in einer Batterie zwischengespeichert undabends für die Raumbeleuchtung wieder genutzt.Die Smart Curtains sind Teil dieses Systems undTeil der Innovation des Architektur-, Strom- undKlimakonzepts des SoftHouse. Sie ermöglichendie angepasste wandelbare Nutzung der gleichen Grundfläche mit minimalem Energie- undMaterialeinsatz. Für die Smart Curtains wurdeeine Beleuchtungskomponente über LEDs undeinen Niedrigvoltanschluss entwickelt. Die LEDs– genau 50 Stück - in den Smart Curtains sindseparat ansteuerbar und sind in der Lage auf dienatürlichen Windverhältnisse zu reagieren.Gleichzeitig dienen die Vorhänge als weiche,raumprägende Elemente. Dadurch wird denNutzern ermöglicht die Räume je nach Bedarf zuvergrößern oder zu trennen.Durch die beispielhafte Entwicklung der Leitungsführung werden Systemelemente mit derInnenarchitektur des Hauses verknüpft. Eingestalterisches und im Soft House raumdefinierendes Element – der Vorhang – erhält mit derNiedrigvoltstromversorgung eine haustechnischeFunktion.Building Management System (BMS)Das pro Gebäudeeinheit und zur Regelung derhaustechnischen Anlagen eingesetzte intelli-14mepumpe bzw. der additiven Kühlung über dieGeothermie im Sommer. Das BMS unterstützt dieErreichung der maximalen Synergien durch dieVernetzung der energetisch relevanten Komponenten des Hauses bis hin zum Nutzerverhalten.Durch die Visualisierungs- und Mobilfunkkomponente des Systems kann der Nutzer immerden besten Weg für Energiegewinnung undEnergienutzung bestimmen und beeinflussen.Das System macht Haustechnik so für den Nutzertransparent und trägt durch die Interaktivitätdazu bei über das eigene Verhalten ein anderesBewusstsein für Energiegewinnung und –verbrauch zu entwickeln.Ein weiterer Teil der Innovation ist die Vorbereitung auf die ab 2011 vorgeschriebenen lastabhängigen Stromtarife (SmartMetering) durchdas BMVBS mit einem aktiven und passivenLastmanagement. Die Automatisierungsstationen werden so gewählt, dass die aussichtsreichenBussysteme zum Ansteuern/Aufschalten vonHaushaltsgeräten integriert sind. Bei aktiviertemLastmanagement ist das System in der Lage,Geräte der Haustechnik (Pumpen, Lüftungsgerät,Beleuchtung etc.) und über ein Bussystem die zugehörigen Haushaltsgeräte in ihrer Leistungsaufnahme zeitbegrenzt und priorisiert zu steuern,sodass ein Maximalwert nicht überschritten wird.Entsprechende Geräte der Firma Miele, die diesermöglichen, wurden miteingebaut.Dabei ist der Entwurf des Gesamtsystems integraler Bestandteil der haustechnischen Steuerung,für das ein Visualisierungskonzept mit stationären und mobilen Oberflächen entwickelt wurde,um ein innovatives Lastenmanagement sowieNutzerpartizipation zu ermöglichen.

B.3Haustechnisches KonzeptDas Soft House ist ein Passivhaus nach PHPP.Die Versorgung mit Warmwasser erfolgt übereine Wärmepumpe, die Versorgung mit Heizwärme über Geothermie in Form von 80 MeterTiefbohrungen gekoppelt über eine Wärmepumpe. Im Sommer wird das System als zusätzlicheKühlung des Gebäudes genutzt. Man hat sich fürErdsonden als Wärmespeicherung entschieden,da drei Viertel des Wärmebedarfs ganzjährig aufdie Warmwassererhitzung und nur ein Viertel imJahresgang saisonal auf Raumwärme entfallen.Zum Betrieb der Wärmetauscher wird keinezusätzliche Primärenergie notwendig, da diePumpen über die Erträge der Photovoltaik versorgt werden. Diese werden über Wärmetauscheran das System der Fußbodenheizung sowie andie Anlagen zur kontrollierten Wohnungslüftunggekoppelt und ermöglicht einen kostenlosen,CO2–neutralen, leichten Kühlbetrieb im Sommer.wieder heruntertransformiert werden um für dasSystem aktiviert zu werden.Im Soft House sind vier sogenannte PhotovoltaikHybridsysteme der Firma Bauer Elektroanlagen GmbH Halle installiert. Für jede Wohnungübernimmt das System folgende Funktionen:Eine Leistungsoptimierung der je acht verbautenPhotovoltaikmodule durch MPPT-Tracking, dieSpeicherung und Bereitstellung des erzeugtenSolarstroms zu allen Tageszeiten, die Bereitstellung von maximal einem Kilowatt Gleichstrom fürdie Gleichstromverbraucher, die Bereitstellungvon maximal drei Kilowatt Wechselstrom für dieWechselstromverbraucher. Dazu erfolgt eine tarifoptimierte Einspeisung des Solarstroms in dasVerteilernetz und im Bedarfsfall eine Umwandlung von Wechselstrom aus dem Verteilnetz zurVersorgung der Gleichstromverbraucher, solltedie Batterie einmal komplett entladen sein.Der über die Photovoltaik erzeugte Strom mitNiedervoltspannung wird durch das Niedervoltnetz des Hauses direkt dem Haushaltsstromzugute kommen. Das elektrische System verfügtüber eine Pufferung durch Batterien, die esermöglichen den Strom möglichst direkt nutzen

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