Solares Plus-Energie-Musterhaus in Washington D.C./USA

Fassade aus PV-Modulen

Gallerie

Alle zwei Jahre lobt das amerikanische Energieministerium den internationalen Hochschulwettbewerb Solar Decathlon mit dem Ziel aus, die Potenziale des solaren und energieeffizienten Bauens sowie der solaren Energieerzeugung einer breiten Öffentlichkeit aufzuzeigen. Anhand eines Musterhauses können neue Wege in der Architektur, Gebäudetechnik und Produktentwicklung ausprobiert, angewendet und entwickelt werden. Das deutsche Team der Technischen Universität Darmstadt ging nach seiner ersten Teilnahme am Wettbewerb 2007 gleich als Sieger daraus hervor und konnte den Titel 2009 erfolgreich verteidigen. Unter Leitung von Professor Manfred Hegger entwickelten die Studenten das surPLUShome, ein energieautarkes Wohngebäude mit einer Fläche von rund 75 m².

Der Wettbewerb 2009 trug den Untertitel „Prototyp Wohnen 2015”. Die Aufgabe für die 20 Teams der vorqualifizierten Universitäten bestand darin, ein allein mit Sonnenenergie betriebenes Wohnhaus für einen Zwei-Personen-Haushalt zu planen und zu bauen. Dazu gehören sämtliche Funktionen wie Waschen, Kochen und Warmwasserbereitstellung, Betrieb der Haushaltsgeräte und Unterhaltungselektronik. Gleichzeitig waren für die Lufttemperatur und die Luftfeuchtigkeit präzise definierte Werte einzuhalten. Errichtet wurde das Gebäude in Washington D.C. zwischen Capitol und Monument. Neben dem deutschen Team traten 15 Mannschaften aus den USA, zwei aus Kanada sowie jeweils eines aus Puerto Rico und Spanien an. Der zweite Platz ging an das Team der Universität Illinois at Urbana-Champaign, den dritten Platz erreichte das Team California.

Das zweigeschossige Gewinnergebäude überzeugte die Jury mit einem fein abgestimmten Verhältnis von Energieeinsparung, Energieeffizienz und solarer Energiegewinnung. Die Gebäudehülle in Passivhausqualität sorgt für geringe Energieverluste und hohe Behaglichkeit. Ein speziell entwickeltes System aus in Dach und Fassade integrierten Photovoltaikelementen stellt die nötige Energie bereit. Es besteht aus einzelnen Schindeln, die dem Haus einen ganz besonderen Ausdruck verleihen. Trotz des voll ausgestatteten Haushaltes mit allen Annehmlichkeiten erreicht das Gebäude eine positive Energiebilanz. Mit einem im Verhältnis zum Bedarf 2,4 fachen Energieertrag (in Washington, in Darmstadt wäre er 2,0 fach) ist das Haus wegweisend für die weitere Entwicklung von Plusenergiehäusern.

Die Fenster in der Außenhülle des Gebäudes besitzen Passivhausqualität (U-Werte < 0,8 W/m²K); zwischen den Glasebenen ist ein Sonnenschutz integriert. Im Inneren sind die statisch tragenden Elemente aus Hochpolymer-Kunststoff (PMMA) hergestellt, so z. B. das Treppengeländer mit einer Materialstärke von 2,5 cm. Für die Innenausstattung kamen verschiedene Sorten Plexiglas zum Einsatz: Als Verkleidung und Deckschicht dient weiß satiniertes Plexiglas in einer Stärke von 6 und 3 mm, farbloses Plexiglas in einer Stärke von 8 dient der Lichtstreuung.

Solares Bauen

Strom für die Technik des Hauses und den Haushalt liefern die Photovoltaik-Module. Auf dem Dach wurde ein System aus monokristallinen Solarzellen als Aufdachmontage liegend mit 2° Gefälle in Nord- und Südrichtung installiert, das über einen Wirkungsgrad von über 18% verfügt. An der Fassade wurden schwarz glänzende PV-Module (2 x 3 mm mit Zwischenschicht) im Schindelprinzip montiert, die speziell für den Solar Decathlon gefertigt wurden. Dabei handelt es sich um Dünnschichtsolarzellen auf rahmenlosen Glaspaneelen, sogenannte CIS-Solarzellen. Weil sie extrem dünn, leicht und semitransparent sind, eignen sie sich insbesondere für die Fassadenintegration. Zudem haben sie im Vergleich zu Dünnschicht-Siliziumzellen einen höheren Energieertrag. Statt Silizium werden verschiedene Halbleiter in die Zellen eingesetzt, dabei steht CIS für Kupfer (Cu), Indium (In) und Selen (SE). Für das Gebäude wurden die Module in einer Sonderabmessung von 1.200 x 300 mm hergestellt.

Leistungsdaten des Hauses:

  • Regeldetail Wand: U-Wert 0,077 W/m²K (Decke und Boden in etwa gleich)
  • Heizwärmebedarf: 14,9kWh/m²a (Passivhausstandard)
  • Jahresprimärenergiekennwert ohne PV: 54, 8 kWh/m²a
  • Jahresprimärenergiekennwert mit PV: ca. -250kWh/m²a
  • Jahresbilanz in Deutschland: 100% Energiebedarf; 200% Stromerzeugung
  • Jahresbilanz USA, Washington DC: 100% Energiebedarf, 240% Stromerzeugung

Bautafel

Architekten: TU Darmstadt, Fachgebiet Entwerfen und Energieeffizientes Bauen (Prof. M. Hegger)
Projektbeteiligte: Tragwerk Jochen Stahl, Weiterstadt (Tragwerksplanung); TU Darmstadt, Institut für Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen, J. Schneider (Sicherheitstechnische Stellungnahme zur PV-Fassade); weitere Projektbeteiligte Firmen im Anhang als Pdf-Datei
Bauherr: TU Darmstadt, Fachgebiet Entwerfen und Energieeffizientes Bauen
Fertigstellung: 2009
Zukünftiger Standort: Im Jahr 2010 in der Kulturhauptstadt Essen und in Madrid, Austragungsort des ersten Solar Decathlon Europe
Bildnachweis: Stefano Paltera, Washington D.C./USA; TU Darmstadt

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