In Stuttgart fand Ende Oktober 2018 der Spatenstich für das erste adaptive Hochhaus der Welt statt. Dabei wurden in die Tragstruktur aktive Elemente integriert, die beispielsweise auf Einflüsse von außen reagieren.
Visualisierung des Demonstratorgebäudes.
Universität Stuttgart/ILEK
14 Institute der Universität gehen seit 2017 im von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Sonderforschungsbereichs 1244 "Adaptive Hüllen und Strukturen für die gebaute Umwelt von morgen" der Frage nach, wie künftig mit weniger Material- und Energieaufwand mehr gebaute Umwelt für mehr Menschen geschaffen werden kann. Als Lösungsansatz wird dabei der Einsatz adaptiver Elemente in tragenden Strukturen, Hüllsystemen und Innenausbauten erforscht.
Solche Elemente würden es ermöglichen, die strukturellen und die bauphysikalischen Eigenschaften von Materialien und Bauteilen gezielt so zu verändern, dass diese sich immer optimal an unterschiedliche Belastungen anpassen, hieß es bei Projektstart. Das führe dann zu mehreren Vorteilen: Tragende Strukturen könnten dadurch mit weniger Material- und Energieeinsatz hergestellt werden und im Bereich der Gebäudehülle würden adaptive Elemente die Energieeffizienz fördern und zu einer deutlich verbesserten Aufenthaltsqualität in den Gebäuden selbst führen. Nicht zuletzt eröffne die Integration von adaptiven Elementen neben den statisch-konstruktiven und den bauphysikalisch relevanten Auswirkungen und Chancen auch einen erweiterten Entwurfs- und Gestaltungsspielraum für die Architektur selbst.
Übergang zum architektonischen Environment
Neu sei außerdem, so die Wissenschaftler, dass ein Gebäude mit adaptiven Qualitäten nicht mehr als ein in sich abgeschlossenes und fertiges Produkt angesehen werden muss. Die Nutzer können bestimmte Eigenschaften des Gebäudes gezielt auf ihre Bedürfnisse anpassen. Dies eröffne den Übergang vom bisher gekannten Gebäude zum architektonischen Environment.
Ein wichtiger Bestandteil des Sonderforschungsbereichs ist der Bau eines zwölfgeschossigen Demonstratorgebäudes auf dem Universitätscampus in Stuttgart-Vaihingen. Am 26. Oktober 2018 fand zu diesem Gebäude der Spatenstich statt. Unter realen Bedingungen werden die Wissenschaftler dann eines Tages im Maßstab von 1:1 untersuchen können, wie sich Gebäude aktiv an wechselnde Umwelteinflüsse anpassen können.
Maximaler Nutzerkomfort bei minimalem Energieaufwand
Das Demonstratorgebäude wird eine Grundfläche von fünf mal fünf Metern haben. Es wird zwölf Geschosse umfassen und etwa 36,50 Meter hoch sein. In einem angrenzenden Treppenturm werden sämtliche vertikalen Versorgungsleitungen sowie die vertikale Erschließung untergebracht. In die Tragstruktur werden aktive Elemente integriert. Das Zusammenspiel von Sensorik und Aktorik soll es dann möglich machen, dass zum Beispiel die durch Windkräfte auftretenden Schwingungen im Turm durch ein intelligentes Regelungskonzept ausgeglichen werden: Sensoren erfassen auftretende Verformungen, während Hydraulikaktoren im Tragwerk dafür sorgen, dass die Schwingungen durch Gegenkräfte gezielt gedämpft werden. So könne deutlich leichter gebaut werden, sind die Forscher überzeugt.
Die Gebäudefassade wird zu Beginn noch aus einer einlagigen, rezyklierten Membrane bestehen. Doch nach und nach wird diese dann durch Hüllelemente, die den Licht- und Energieeintrag in das Gebäude, den Luftaustausch sowie den Wärmedurchgang aktiv beeinflussen können, ersetzt. So soll ein maximaler Nutzerkomfort bei minimalem Energieaufwand realisiert werden. Auch im Kapitel "Funktionsintegration am Beispiel der Systemkonzeption einer Elementfassade" des Springer-Fachbuchs "Methodisches Gestalten und systematisches Entwickeln am Beispiel zukünftiger Fassadenlösungen" geht es um adaptive und mehrlagige Fassaden. Darin heißt es: "Die Systemkonzeption der adaptiven mehrlagigen Fassaden bietet die Möglichkeit, Fassadenlösungen als anpassbares und steuerbares Element für den Stadtraum und für die jeweils dahinter liegenden Innenräume zu verwenden. Anwendungsszenario und Umwelteinflüsse werden so nicht nur in der Planung eruiert, um eine Lösung für den jeweiligen Fall auszulegen. Es erfolgt die Anpassung an unterschiedliche Nutzungsbedingungen im Stadtraum und im Innenraum während des Betriebes."