Natürliche Kühlung von Gebäuden
Aus traditionellen Bauweisen lernen
Viele traditionelle Bauweisen haben sich über Jahrhunderte bewährt. Besonders in tropischen Gebieten stößt man auf Konstruktionsarten, die vor starker Hitze, Luftfeuchtigkeit und Regenfällen schützen. Bei ihnen wird vor allem mit physikalischen Phänomenen, vorhandenen Ressourcen und architektonischen Gestaltungsmitteln gearbeitet.
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Mit dem Blick auf die Auswirkungen des Klimawandels ist besonders die Kühlung von Gebäuden eine der dringendsten architektonischen Herausforderungen. Laut der Internationalen Energieagentur (IEA) sind Klimaanlagen und elektrische Ventilatoren für fast 20 Prozent des weltweiten Stromverbrauchs in Gebäuden verantwortlich. Tendenziell soll die Zahl der Klimaanlagen in den nächsten 20 bis 30 Jahren um das Dreifache steigen – die immer häufiger vorkommenden Hitzewellen könnten diese Entwicklung weiter verschärfen. Somit gilt es, aus traditionellen, passiven Kühllösungen zu lernen und die Techniken an heutige Baustandards sowie die jeweiligen Regionen anzupassen.
Drei traditionelle Kühlmethoden
Windtürme
Bei Windtürmen handelt es sich um
Turmkonstruktionen, die an der Spitze mit Öffnungen versehen sind,
um lokale Winde einzufangen und sie durch verschiedene Kanäle in
das Innere des Gebäudes zu leiten. Der Wind an der Turmspitze sorgt
für einen Druckunterschied zwischen dem Inneren und dem Äußeren des
Turms, wodurch ein Saugeffekt entsteht und der Wind rapide in das
Gebäude gezogen wird. Unterirdische Kanäle sorgen durch Konvektion
und Verdunstung für eine zusätzliche Kühlung der zirkulierenden
Luft. Die Höhe des Turms, seine Geometrie sowie die Anzahl seiner
Öffnungen und Rotorblätter haben Auswirkung auf die Geschwindigkeit
des Luftstroms und somit auf seine Effizienz. Heute findet man gut
erhaltene Windtürme im Irak, Iran und der Region des Persischen
Golfs – nach Wandmalereien aus dem Jahr 1300 v.Chr. könnte ihr
Ursprung möglicherweise in Ägypten liegen.
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Mashrabiyya und Mashrafiyya
Die ornamentalen Fassadengitter sind traditionelle nordafrikanische
Architekturelemente. Sie sind meist vor Fenstern, Türen, Balkone
oder anderen Gebäudeöffnungen angebracht und häufig aus Holz oder
massiven Baustoffen, wie Lehm gefertigt. Während sich Mashrabiyya
und Mashrafiyya von außen nur selten unterscheiden lassen, ist es
die Innenansicht, die den Unterschied erkennbar macht. Der Begriff
Mashrabiyya kommt aus dem Arabischen und trägt das Wort Mashrub
(arab. Getränk) mit sich: Ablagen für Tongefäße ermöglichen die
Kühlung von Trinkwasser. Die Verdunstung der in den Tongefäßen
enthaltenen Flüssigkeit sorgt zudem für eine natürliche
Klimatisierung des Raums. Die Mashrafiyya hingegen konzentriert
sich lediglich auf die Kühlung der Innenräume durch ihre Öffnungen.
Beide dienen der Beschattung und Belüftung von Gebäuden und sind
überwiegend in trockenen und sonnigen Gegenden zu finden.
Zusätzlich bieten sie einen hohen Grad an Privatsphäre. Die
dekorativen Elemente werden vorwiegend ab dem zweiten Geschoss
eingesetzt und lassen durch ihre schmalen Öffnungen nur wenig
Sonnenlicht in das Gebäude.
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Jaali
Das Konzept des perforierten Blocks stammt aus dem indischen Raum
und dient, ähnlich wie die Mashrafiyya der natürlichen Belüftung
über die Fassade des Gebäudes. Das Jaali findet sich heute in Form
des Filtermauerwerks auch im europäischen Raum wieder. Das Spiel
zwischen Massivität und Leere ist ein kulturelles Symbol indischer
Architektur, das in vielen historischen Gebäuden, etwa dem Taj
Mahal, erkennbar ist. Eine Besonderheit des Jaali ist das komplexe
Licht- und Schattenspiel, das zum einen genügend natürliche
Belichtung erlaubt und zum anderen schattige Plätze im
Gebäudeinneren entstehen lässt. Die Luftzirkulation wird auch hier
durch die schmalen Fassadenöffnungen, die sich von außen nach innen
verjüngen, begünstigt. Wenn der Wind über die
Gebäudehülle zieht, entsteht ein Druckunterschied, wodurch der
Windsog ermöglicht wird. Der Kühleffekt beruht auf dem
Venturi-Effekt, welcher besagt, dass ein Unterdruck und somit ein
partielles Vakuum entsteht, wenn Luft mit höherer Geschwindigkeit
durch eine kleine Öffnung zieht. Die komprimierte Luft wird kühler,
wenn sie freigesetzt wird.
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Aus bestehenden Traditionen lernen
Da insbesondere der außenliegende Sonnenschutz den thermischen Komfort im Innenraum beeinflusst, sind Einflüsse traditioneller Bauelementen in Verbindung mit aktuellen technischen Lösungen vor allem im Fassadendesign sichtbar. So ließ sich Jean Nouvel beim Bau des Institutes du Monde Arabe in Paris von den Mashrabiyyas inspirieren und kombinierte diese mit der reaktiven Mechanik einer Kamerablende, um so den Einfall von Sonnenlicht zu steuern. In zahlreichen Projekten wird dieses Fassadenkonzept immer wieder angewandt. Die Einführung parametrischer Entwurfstechniken führte zusätzlich zu zahlreichen Ausführungen der ornamentalen Fassade. Aufgrund niedriger Temperaturen dienen die Fassadenkonzepte häufig lediglich als Sonnenschutz und ergänzen die thermische Hülle. In einfacheren Gebäudehülle kann das Kühlkonzept im kleineren Maßstab umgesetzt werden, etwa als Nachlüftungsmodul in einer Elementfassade – so lässt sich die natürliche Kühlung auf die jeweiligen klimatischen Bedingungen des Standorts anpassen.
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Neben dem bloßen Fassadendesign können auch die Materialwahl und der Einsatz natürlicher Elemente eine bedeutende Rolle für die Klimaresilienz von Gebäuden spielen. Die Materialbeschaffenheit, sowie die richtige Luftfeuchtigkeit beeinflussen die Behaglichkeit.
