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Stadt der Zukunft. Neue Technologien und Materialien für zukünftige Gebäude

Facharbeit (Schule) 2016 11 Seiten

Geowissenschaften / Geographie - Bevölkerungsgeographie, Stadt- u. Raumplanung

Leseprobe

„ An den Terminen Samstag, den 20.01.2036,

Samstag, den 20.04.2036 und

Samstag, den 15.06.2036

findet an der Humboldt-Universität für geografieinteressierte Schüler der Sekundarstufe 2 eine dreiteilige Vortragsreihe zum Thema „Städte in der Vergangenheit und der Gegenwart – ein Vergleich“ von jeweils 9-15 Uhr statt.

Fragen zum Ablauf und zur Organisation beantwortet

Prof. Rufus Lohne

Leiter der Veranstaltungen “

Herzlich Willkommen zum zweiten Teil der Vortragsreihe über Städte früher und heute, mein Name ist Professor Rufus Lohne.

Ich freue mich immer, geografieinteressierte Schüler zu sehen, weil ich hoffe, dass irgendeiner von euch mal meinen Platz einnehmen und weiterforschen wird. Denn die Geografie ist unglaublich vielseitig und spannend. Nun, heute geht es nicht um Zukunftsforschung, sondern darum, wie es früher war. Sicher habt Sie den Spruch schon mal gehört: Wer in die Zukunft blicken will, muss die Vergangenheit verstehen. Und genau das versuchen wir heute. Es geht heute um Gebäude in der Stadt. Nicht nur um Wohnhäuser, sondern auch um Wolkenkratzer, Schulen, Hotels und so weiter. Sozusagen um alle Arten von Gebäuden, denn heutzutage sind alle Häuser mit der neuesten Technik ausgestattet. Das war früher anders: Vereinzelt waren Solarpanele auf den Dächern oder effektive Heizanlagen eingebaut worden. Dieses große Energiesparpotential haben Forscher und Ingenieure bis heute genutzt und so intelligente Städte geschaffen, die auf erneuerbare Energien setzen und den Strom-, Wasser- und Wärmeverbrauch minimieren. Und wie wichtig das ist, zeigt der Anteil an Menschen, die in Städten leben. Denn aktuell leben 61% aller Menschen der Welt in Städten. Und diese Zahl wird weiter wachsen, und das ist der springende Punkt des heutigen Themas: Die Menschen wollen sich wohlfühlen, sie wollen gesund sein und ein schönes Zuhause haben. Dafür ist nicht nur Sonne, Gemüse und die Wandfarbe wichtig, sondern vielmehr ästhetische Häuser und ein gesundes Raumklima.

Um also nun zum Thema zu kommen: in der Bauforschung geht es um Energieeffizienz, Sicherheit und sich wohlfühlende Menschen. Und hier erfahren Sie heute, was alles in solch einem Haus stecken muss, um diese Ziele zu erreichen, wie das früher war und warum sich vieles verändert hat. Zuerst beschäftigen wir uns damit, wie Häuser gebaut werden, anschließend mit dem Äußeren von Häusern, also dem Grundgerüst und den Wänden. Danach geht es um das Innere von Häusern, also dem Raumklima und schließlich interessiert uns noch die Frage, wie all diese komplizierten Prozesse in einem Haus gesteuert werden.

Um ein Haus zu bauen, sind mindestens ein Architekt, ein Bauingenieur und ein Haustechniker vonnöten. Die Verantwortlichen müssen viel zusammenarbeiten, wenn es um die Planung und die Umsetzung geht, denn ein Hausbau ist sehr komplex. Um das zu vereinfachen, gibt es das einheitliche Datenaustauschformat OWT, mit dem alle Verant-wortlichen arbeiten. Das war nicht immer so. Vor 20 Jahren waren die Formate, mit denen die einzelnen Verantwortlichen arbeiteten, selten einheitlich, und so kam es zu Informationsverlusten und Verzögerungen.

Das allerdings ist nicht die einzige Art von Software, die den Bau von Gebäuden erheblich erleichtert. BIM (Bauwerksinformationsmodell) ist die aktuellste Software, mit ihr kann man nicht nur das entsprechende Bauwerk dreidimensional mit allen Details abbilden lassen und jede Änderung sofort für alle sichtbar machen, sondern sogar ganze Lebenszyklen von Gebäuden und den Energiehaushalt simulieren. Mit BIM lässt sich auch der aktuelle Zustand eines Bauwerks erfassen, was wiederum Repara-turen vereinfacht. Es können die Auswirkungen veränderter Umweltbedingungen bereits im Voraus erfasst werden, um so Gebäude zu bauen, die so gut wie allem gewachsen sind. Da alle Anlagen wie zum Beispiel Heizung, Lüftung, Dämmung und Fenster im BIM vorhanden sind, kann so sogar vorher das Raumklima zu allen Jahreszeiten und Tageszeiten berechnet werden.

Wie Sie sehen, ist eine Software unerlässlich und es kommt die Frage auf, wie Häuser vor 20 Jahren gebaut wurden. Ohne eine Simulation konnte damals nur auf Erfahrung gebaut werden und Gebäude waren deutlich ineffektiver als heute hinsichtlich Ressourcenverbrauch und dem Wohlfühlerlebnis. Es ist verblüffend, wie viel sich das Bauen doch weiterentwickeln kann, selbst wenn es keine neuen Baumaterialien gäbe. Aber natürlich sind in den letzten 20 Jahren etliche neue Technologien auf den Markt gekommen.

Was sich also im Praktischen verändert hat, und damit weg von der Theorie, ist zum Beispiel eine ganz banale Hauswand. In ihrer Oberfläche hat sich seit dem Durchbruch der Nanotechnologie 2019 ziemlich viel verändert. Auf ihr ist nun eine dünne Titan-dioxidschicht aus Nanopartikeln aufgetragen. Diese wirkt im Endeffekt schmutz-abbauend. Das geschieht durch Photokatalyse. Der erste Wortteil ist sozusagen ent-scheidend für den Prozess, Photo heißt Licht. Wenn also Licht, oder genauer gesagt ultraviolettes Licht, das die Sonne aussendet, auf die Titandioxidschicht trifft, passiert folgendes: Titandioxid ist ein Halbleiter, und wenn Photonen, also Lichtteilchen, auf Elektronen treffen, werden oft Elektronen aus der Verbindung mit ihrem Atom heraus-gelöst, und es entstehen Löcher. Die Atome mit nun zu wenigen Elektronen heißen jetzt Radikale und zersetzen auf der Oberfläche organische Substanzen, das sind meistens Schmutzpartikel. Aber nicht nur Schmutz, sondern auch andere Schadstoffe wie das Formaldehyd, werden zersetzt. Bei diesem Zersetzungsprozess entstehen Kohlenstoff-dioxid und Wasser.

Das allerdings war auch schon 2019 möglich und Standard. Die Forschung ist bis jetzt natürlich nicht stehengeblieben, und hat die Titandioxidschicht weiterentwickelt, sodass nun nicht mehr nur ultraviolettes Licht der Sonne die Photokatalyse auslöst, sondern inzwischen auch jedwede Farbe des Lichts. Das bedeutet, dass die Schicht überall aufgetragen werden kann, wo zumindestens manchmal Licht hinscheint. Das kann also auch innerhalb von Räumen sein. Um das zu ermöglichen, waren allerdings noch andere Fortschritte notwendig, denn vor 20 Jahren konnte die Titandioxidschicht noch nicht auf Holz oder Laminat aufgebracht werden, da sie dann das Holz oder Laminat selbst zersetzen würde. Die Isolierschicht ( z.B. Silikat ), die dann zwischen dem Untergrund und der Titandioxidschicht aufgebracht sein musste, war teuer und ist heutzutage glücklicherweise nicht mehr nötig, da die Titandioxidschicht dementsprechend in ihrer Zusammensetzung verändert wurde. So sind heute auf eigentlich allen Materialien, selbst auf Textilien, schmutzabbauende Schichten aufgetragen, und längst nicht mehr nur auf Hauswänden.

Ein weiteres Einsatzgebiet der schmutzabbauenden Schicht sind Photovoltaik-Module. Die Schicht ist unsichtbar und schränkt so die Effektivität einer solchen Anlage nicht ein, sie fördert sie sogar, denn ohne die Schmutzpartikel können deutlich mehr Licht-teilchen auf das Modul treffen, und so wird die Effektivität um mehr als 4% erhöht. Außerdem wird die regelmäßige Säuberung der Module überflüssig.

Auch für den Brandschutz gibt es seit 2015 Beschichtungen, die allerdings erst ab 2023 nach ausreichenden Tests zum Standard für Neubauten wurden. Diese Brandschutz-beschichtungen sind intumeszierend, also aufquellend. Bei normalen Temperaturen sind sie nicht sicht- oder spürbar, bei Hitze oder Feuer quellen sie allerdings auf, und bilden eine poröse Keramikschicht aus. Diese schützt das Grundmaterial für mehrere Minuten vor bis zu 2000°C. Hier sehen Sie ein Vorher-Nachher-Bild einer solchen Brandschutz-beschichtung. Durch diese Beschichtung, die heutzutage auf den meisten Baumaterialien aufgetragen ist, werden emissionsreiche Flammschutzmittel vermieden, außerdem dient die Beschichtung zusätzlich zur Rauchunterdrückung.

Ein weiteres Anwendungsgebiet neben dem Bau ist der Brandschutz von Elektrokabeln.

Der nächste neue Baustoff ist gar nicht so neu, wie er scheint. Die Idee, Membrane als Baustoff zu verwenden, ist schon über 20 Jahre alt, allerdings war die Forschung mit Membranen sehr durchwachsen. Immer wieder ergaben sich neue Probleme, und so werden selbst heute Membrane noch nicht überall verwendet, falls sie überhaupt irgendwann zum Trendbaustoff werden. Membrane sind dünne, flächige Materialien, die meist als Folie, oft aber auch als Kissen verwendet werden. Der wohl bekannteste Membranbaustoff ist ETFE (Ethylen-Tetrafluorethylen). Dieser Baustoff hat einige Vorteile, auf die ich später zurückkommen werde. Zuerst werde ich jedoch auf berühmte Bauwerke eingehen, in denen ETFE verwendet wurde. Schon vor 20 Jahren in der Allianz-Arena in München war das der Fall. Hier sehen Sie ein Bild von der Fußball-Arena. Ihre Außenhülle besteht aus 2760 Folienkissen aus ETFE. Diese sind 0,2 Millimeter dick. Die Besonderheit an der Arena ist, dass sie beleuchtet wird. Bei Heimspielen des FC Bayerns leuchtet sie rot, bei Spielen des TSV Münchens blau und bei Länderspielen weiß. Ein weiteres Bauwerk, in dem die ETFE-Folie Verwendung gefunden hat ist der Water Cube, also das nationale Schwimmzentrum in Peking. Er wurde für die Olympischen Spiele 2008 erbaut, und seine Decke besteht aus einer Art Waben, zwischen denen ETFE-Folie gespannt ist. So können auf die Decke Videos projiziert werden. Außerdem wird die Sonneneinstrahlung, in Wärmeenergie umgewandelt, als Hallen- und Beckenheizung verwendet.

Zurück in die Gegenwart. Es ist, wie Sie sicher wissen, ein neues höchstes Gebäude der Welt in der finalen Stufe der Planung. Es wird über 1000 Meter hoch sein und auch in Dubai stehen, genauso wie der Burj Khalifa, das momentan noch höchste Gebäude der Welt. Der neue Burj wird zu einem sehr großen Teil aus ETFE bestehen, denn alle Vorteile dieses Baustoffs sind wichtig für einen hohen Turm. ETFE ist sehr leicht, kostengünstig und nachhaltig, sowohl in der Produktion als auch im Bau. ETFE ist zu 100% transparent, sonnenlichtdurchlässig und robust. Es ist tatsächlich etwas paradox, dass so dünne Folien übereinandergestapelt als Baustoff verwendet werden können, und zusätzlich sehr robust, reißfest und elastisch sind. Die Idee von vor 20 Jahren, ETFE- Flächen zu beleuchten, wird auch heute noch aufgegriffen, denn der neue Turm wird hochkomplexe Beleuchtungsanlagen beinhalten. Außerdem ist heutzutage das Bedrucken sehr leicht möglich.

ETFE muss als Baustoff natürlich auch witterungsbeständig sein, und das ist trotz, oder gerade wegen, seiner Elastizität und Weichheit selbst bei Hagel möglich. Zusätzlich zu den Grundvoraussetzungen hat ETFE alle Eigenschaften, die eine Hauswand einschließ-lich zusätzlicher Beschichtungen hat. Sie ist selbstreinigend ohne Titandioxid-schicht, wärmedämmend ohne eine Dämmschicht, und nicht brennbar ohne eine Brandschutz-beschichtung, denn die Folie schmilzt nur und brennt nicht. Außerdem ist ETFE repara-turfreundlich. Der große Nachteil am Baustoff ETFE ist jedoch, dass in geschlossenen Membranbauten die Räume im Sommer überhitzen und im Winter zu kalt sind. Es wurde allerdings seit 20 Jahren kein anderer Baustoff gefunden, den man mit ETFE kombi-nieren könnte, der diesen negativen Effekt minimiert. Trotz einer infrarot-reflektierenden Beschichtung, die den Effekt deutlich verringert, beeinflusst er noch immer das Raum-klima stark, sodass Kühl- und Heiz-anlagen deutlich mehr beansprucht werden müssen. Deshalb ist der Bau des neuen höchsten Gebäudes der Welt so umstritten und eigentlich zeigt die Architektur schon, dass der Bau von Wohnhäusern mit ETFE ineffektiv ist. Heutzutage gibt es zwar deutlich mehr Membranbauten als vor 20 Jahren, aber das sind alles Lagerhäuser oder ähnliches, Gebäude, in denen sich keine Menschen aufhalten müssen, denn das Klima ist dort manchmal etwas unangenehm.

Einen Vorteil hat ETFE-Folie allerdings noch, und dieser hängt mit dem nächsten Themengebiet des Baus zusammen: der Sicherheit. Membrane könnten auf Bau-materialien aufgetragen werden, dann bilden sie eine Art zweite Hülle, die vor einer Druckwelle schützen kann. Aber auf diese Art werden Membrane nicht verwendet, da sie ja eine Isolierschicht bilden würden, die für ein schlechtes Raumklima sorgt. Stattdessen gibt es, um Gebäude sicherer zu gestalten, einen anderen Baustoff. Schließlich ist es wichtig, dass Gebäude bei einem Erdbeben, einem terroristischen Anschlag oder einer sonstigen Druckwelle oder teilweisen Zerstörung nicht vollständig zusammenstürzen. Ideal geeignet, um das zu vermeiden, ist Polymerbeton.

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Details

Seiten
11
Jahr
2016
ISBN (eBook)
9783668564558
ISBN (Buch)
9783668564565
Dateigröße
580 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v377849
Note
14 Punkte
Schlagworte
Stadt Planung Zukunft Baustoffe Stadt der Zukunft Technologie Gebäude

Autor

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