Adaptives Gebäude

So soll das erste adaptive Hochhaus der Welt entstehen

Auf zwölf Stockwerken mit einer Höhe von insgesamt 36,5 Meter werden am Campus Vaihingen der Universität Stuttgart adaptive Hüllen und Strukturen für die gebaute Umwelt von morgen getestet. Das Sonderforschungsprojekt soll zeigen, wie Gebäude sich an wechselnde Umwelteinflüsse anpassen können. Wohnen wird man in dem Bau allerdings nicht können.

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In Stuttgart entsteht aktuell das erste adaptive Hochhaus der Welt.

Die Grundfläche ist nur fünf mal fünf Meter groß und der Turm insgesamt 36,5 Meter hoch: In Stuttgart wird gerade das erste adaptive Hochhaus der Welt gebaut. Der Prototyp entsteht im Rahmen eines Sonderforschungsprojekts der Universität Stuttgart unter der Obhut von Geschäftsführer Walter Haase und Projektleiterin Stefanie Weidner. Das Projekt ist Teil des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Sonderforschungsbereichs 1244 „Adaptive Hüllen und Strukturen für die gebaute Umwelt von morgen“ an der Universität Stuttgart.

Flexibles Grundgerüst

Die Adaptivität des Gebäudes liegt vor allem in der Tragstruktur sowie der Fassade. „Wir untersuchen, wie sich Gebäude an wechselnde Umweltbedingungen anpassen können. Wenn der Wind weht oder ein Erdbeben auftritt wird besonders die Tragstruktur von Hochhäusern stark in Anspruch genommen, worunter besonders Hochhäuser leiden“, erklärt Stefanie Weidner. Ein Zusammenspiel aus Sensorik und Aktorik ermöglicht es somit, zum Beispiel die durch Windkräfte auftretenden Schwingungen im Turm durch ein intelligentes Regelungskonzept auszugleichen. Sensoren erfassen dabei auftretende Verformungen, während Hydraulikaktoren im Tragwerk dafür sorgen, dass die Schwingungen durch Gegenkräfte gezielt gedämpft werden – so kann deutlich leichter gebaut werden, als dies ohne Adaptivität möglich wäre. „Es handelt sich bei dem Bauwerk um ein Novum, das es als Gebäude so bisher nicht gibt“, meint Haase.

© Gabriele Metzger

So soll das Hochhaus-Grundgerüst später aussehen. 

Im Zuge des Forschungsprojektes wird ein relativ flexibler Stahlbau als Grundgerüst errichtet. Dieses Grundgerüst soll bis Mitte 2019 fertiggestellt werden. Die Fassade des Gebäudes besteht zunächst aus einer einlagigen, rezyklierten Membrane, die nach und nach durch Hüllelemente, die den Licht- und Energieeintrag in das Gebäude, den Luftaustausch sowie den Wärmedurchgang aktiv beeinflussen können, ersetzt wird. Ziel ist die Realisierung eines maximalen Nutzerkomforts bei minimalem Energieaufwand. 

Alles nur Fassade

Nach Fertigstellung des Grundgerüsts beginnen die Forscher gemeinsam mit Partnerunternehmen die einzelnen Stockwerke mit verschiedenen Fassaden zu bestücken. Dabei wird einerseits auf besonders leichte Materialien sowie eine hohe Energieeffizienz geachtet. Ein Teil der Fassade soll mit schaltbaren Verglasungen bestückt werden. In dieser Glasfassade werden Flüssigkristalle eingesetzt, um den Lichtdurchgang zu regulieren. Die Kristalle färben sich bei Bedarf dunkel, sodass die Personen im Innenraum nicht geblendet und zu hohe Temperaturen vermieden werden. Das spart nicht nur Energie, sondern auch Material, da durch diese intelligente Technologie keine externen Verschattungselemente benötigt werden.

Bei den unterschiedlichen Fassaden werden alle möglichen Materialien ausprobiert: Holz-, Glas- und Kunststoffelemente sollen zum Einsatz kommen. Auch eine textile Fassade mit einem Mehrlagensystem ist geplant. Die Fassaden werden dann gemonitort, damit der Einfluss auf das Innenraumklima gemessen werden kann. Dafür werden Faktoren wie CO2 Gehalt, Temperatur und Energieverbrauch beobachtet. „Sowohl die Hülle als auch die Tragstruktur des Gebäudes werden adaptiv sein. Beispielsweise werden Konzepte untersucht für Hüllen mit variabel einstellbarer Licht- und Energietransmission zur Optimierung der Innenraumhelligkeit und zur Blendvermeidung. Angedacht sind aber auch Fassaden mit adaptiven Schalldämmeigenschaften, um auf veränderliche Außenlärmpegel reagieren zu können. Dies soll dazu beitragen den Nutzerkomfort zu erhöhen und den Energieaufwand für die Raumkonditionierung zu reduzieren“, so Walter Haase.

Das Forschungsprojekt soll dem Gebäudebau der Zukunft als Vorlage und Informationsquelle dienen. „Wir erwarten, dass unser adaptives Hochhaus Auswirkungen auf die Zukunft des Bauens hat. Ein zentrales Thema unserer Forschungsarbeiten ist die Einsparung von natürlichen Ressourcen, dies wird in Zukunft noch relevanter werden“, so Weidner.

Auf die Nutzer kommt es an

Eine große Abhängigkeit besteht laut Weidner aber auch von den Nutzern: „Die Nutzer müssen die Adaptivität annehmen. Die Frage ist also wie die Menschen reagieren, wenn sich das Gebäude selbst reguliert?“, erklärt die Projektleiterin. Für manche mag es ungewohnt sein, wenn sich die Fenster plötzlich selbstständig verdunkeln oder die Klimaanlage sich automatisch reguliert. Wie Bewohner das Leben in einem adaptiven Gebäude annehmen und wie eine sinnvolle Nutzereinbindung erfolgen kann, wird das Stuttgarter Forschungsteam ebenfalls untersuchen. Das Projekt kann als Vorzeigeobjekt dienen und potenzielle Nutzer mit dem Thema vertraut machen

Das Forschungsprojekt läuft zunächst bis Ende 2020 und kann dann bis maximal 2028 verlängert werden. Bis dahin kann sich das Gebäude noch unzählige Male verändern. „Um für zukünftige Forschungen ein möglichst breites Spektrum abdecken zu können, ist sowohl die Tragstruktur, als auch die Fassade als Ganzes oder in Teilen austauschbar“, erörtert Stefanie Weidner. Nach Ende des Projekts soll das Gebäude wieder in seine Bestandteile zerteilt und auseinandersortiert werden. Die einzelnen Materialien können dann weiterverwendet und somit Teil eines neuen Gebäudes werden.

© René Mueller Photographie

Beim Spatenstich konnten Besucher das 1:18 Modell des adaptiven Hochhauses begutachten.

Der Spatenstich des Bauprojekts wurde im Oktober gesetzt. Dort hatten Besucher die Möglichkeit das Gebäude bereits mittels Augmented Reality zu betrachten. Außerdem wurde das adaptive Hochhaus anhand eines Modells im Maßstab 1:18 demonstriert. Die Gesamtbaukosten des Projekts belaufen sich auf zwei Millionen Euro, von denen die Universität Stuttgart 1,3 Millionen Euro selbst trägt.