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Weltneuheit Aktivhaus® B 10


Entwurf/Ill.: Prof. Werner Sobek

Dieses Haus ist anders als alle bisherigen. Es ist als erstes nach Prof. Sobeks Aktivhaus®-Prinzip entworfen und gebaut: Vorbild einer zukunftsfähigen Gebäudegeneration. Es ist mit sauberen Händen errichtet: bevorzugt mit natürlichen, in jedem Fall vollständig rezyklierbarem Material. Es lebt von regenerativer Energie, die es selbst im Überfluss produziert: Mit 200-prozentiger Deckung des eigenen Verbrauchs versorgt es geschwisterlich energetisch schwächere Nachbargebäude mit. In diesem Fall das LeCorbusier-Haus in der bauhauslegendären Stuttgarter Weißenhofsiedlung.

Definition Aktivhaus® von Prof. Werner Sobek:

Der Begriff „Aktivhaus®” steht für Gebäude, die

1. in der Jahressumme ihren kompletten Energieverbrauch (inklusive Nutzer-strom!) auf nachhaltige Weise ausgleichen; 

2. antizipativ auf relevante Veränderungen des Außenraums oder des Innenraums reagieren; 

3. kontinuierlich alle Energieströme messen und optimieren. 

Ein Aktivhaus® verzichtet bei der Deckung seines Energiebedarfs komplett auf fossile Brennstoffe und auf Nuklearenergie. Es erzeugt seinen Energiebedarf alleine oder im Verbund mit anderen Einheiten („Aktivhaus®-Verbund“). Nur durch den Nachweis seiner energetischen Eigen-schaften im Betrieb wird ein Gebäude zum Aktivhaus®.

Der Aktivhaus®-Standard zeichnet sich dadurch aus, dass er 

– nur einen einzigen Zielerreichungsgrad vorgibt (Deckung des kompletten Energiebedarfs aus nachhaltigen Quellen);

– keine Methoden zur Zielerreichung vorschreibt (Luftdichtigkeit, U-Werte für bestimmte Bauteile et cetera);

– nicht statisch, sondern in konstanter Weiterentwicklung ist.

Aktivhäuser® können zur Entlastung der überregionalen Netze mit anderen Ge-bäuden, Energie-erzeugern, Energiespeichern und Energieverbrauchern (zum Beispiel Elektromobilität) ein selbstorganisierendes und selbstregelndes Netzwerk mit dem Ziel einer möglichst weit-gehenden energe-tischen Autarkie bilden.

Der von Werner Sobek geprägte Begriff Aktivhaus ist markenrechtlich geschützt.

Prof. Werner Sobek Foto: Tillmann Franzen

Architekturkonzept

B 10 ist ein Forschungsprojekt, das in der Stuttgarter Weißenhof­sied­lung steht. Ursprünglich befand sich auf dem Grundstück ein vom Architekten Richard Döcker entworfenes Wohngebäude, das durch Bomben im Zweiten Weltkrieg vollständig zerstört wurde. Nachdem das Grundstück fast 70 Jahre brach gelegen hatte, beschloss die Stadt Stuttgart im Herbst 2012, das Gelände temporär für ein experimentelles Forschungsgebäude zur Verfügung zu stellen. Künftiges Wohnen wird in verdichteten und mehrgeschossigen Strukturen stattfinden. Auf unterschiedlichen Ebenen befindliche Freiräume, Grünflächen und Elemente zur Gewinnung von Energie werden genauso wie die Mobilität, altersgerechtes und flexibles Wohnen integraler Bestandteil der gebauten Umwelt von morgen sein. Noch fehlen Methoden und Technologien, um diese Welt wirklich nachhaltig zu konzipieren und zu bauen. B 10 soll als prototypisches Element dafür wertvolle Erkenntnisse liefern.Basis des architektonischen Entwurfs ist das von Werner Sobek entwickelte Triple-Zero-Konzept: Das Gebäude soll nicht nur höchsten Ansprüchen an Ästhetik und Nutzerkomfort entsprechen, sondern auch mehr Energie erzeugen, als es selbst benötigt (zero energy)keinerlei Emissionen verursachen (zero emissions) und vollständig in den Stoffkreislauf rückführbar sein (zero waste)Um die zwingend erforderliche Urbanisierung der Energiewende zu ermöglichen, greift das eingeschossige Gebäude nicht nur auf passive Maßnahmen (zum Beispiel eine besonders gute Wärmeisolierung) zurück, sondern verwendet diverse aktive Maßnahmen. Dank seiner vorausschauenden, selbst­lernenden Gebäudeautomation ist es das erste voll funktio­nale Aktivhaus® der Welt. Für die Errichtung des Gebäudes waren strenge denkmalpflegerische Auflagen hinsichtlich Kubatur, Erscheinungsform und Gründung zu beachten. Die Fundament­reste des historischen Vorgängergebäudes durften durch die Arbeiten am B 10 nicht beeinträchtigt werden. 

Energetische Überlegungen 

Ziel des Entwurfs war es, trotz der schwierigen Randbedingungen auf dem Grundstück einen Energieüberschuss von circa 200 Prozent zu erreichen. Voraussetzung dafür ist neben passiven Maßnahmen das Prinzip Aktivhaus®: Ein vorausschauendes, selbstlernendes Energiemanagement ermöglicht, den Überschuss der vor Ort regenerativ erzeugten Energie deutlich über das übliche Maß zu erhöhen. Der Baukörper mit seiner sehr gut gedämmten Wandkonstruktion ist nach drei Seiten hin vollständig geschlossen; zur Straße hin, also in Richtung Nord-Westen, ist er hingegen vollflächig verglast. Eine neu entwickelte Vakuum-Isolierverglasung sorgt hier für hohe Transparenz bei sehr guten Wärmedämmeigenschaften. Durch Ausrichtung und Formgebung wird das Gebäude nicht nur seinem Charakter als Anschauungsobjekt gerecht, sondern macht in den Wintermonaten auch höhere passive solare Energiegewinne durch die flachstehende Sonne im Westen möglich. Die Kompaktheit des Gebäudes führt darüber hinaus zu einem guten Verhältnis von Oberfläche zu Volumen bei gleichzeitiger Maximierung der Dachfläche, auf der eine kombinierte Photovoltaik-/Solarthermie-Anlage installiert ist.

Vorfertigung und Modularität 

Die Kubatur basiert neben den genannten energetischen Parametern auch auf einem innovativen Planungs- und Bauprozess. Ziel war, die übliche Trennung der Gewerke und die damit einhergehende Konzentration auf eine nicht serielle Produktion vor Ort zu überwinden. Durch nahezu vollständige Vorfertigung des Gebäudes unter fabriksauberen Bedingungen konnte der Baukörper innerhalb eines Tages in zwei Teilen angeliefert und mit der Verglasung geschlossen werden. Alle Innenausbauten inklusive Küche und Bad waren zu diesem Zeitpunkt bereits installiert. Die industrielle Vorfertigung und die Transportierbarkeit des Baukörperswaren wichtige konzeptionelle Parameter. Um den Grad der Vorfertigung zu erhöhen und gleichzeitig ein Maximum an Flexibilität für spätere Neuplanungen zu wahren, wurden vier Module entwickelt und unabhängig vom restlichen Gebäude vorgefertigt: für die Funktionen „ELT“, „TGA“, „Küche“ und „Nasszelle“. Vorbild für diese Technik-Racks war der Automobilbau, bei dem zur Steigerung der Effizienz einzelne Elemente unabhängig vom eigentlichen Fertigungsprozess vorgefertigt und dann als Ganzes in das Auto-mobil eingefügt werden. Die Kompaktheit der Module sichert, dass der eigentliche Wohnbereich nicht unnötig mit Infrastrukturfunktionen belegt wird. So wird nicht nur wertvoller Wohnraum bei gleicher Kubatur gewonnen – die Gebäudetechnik kann als ein ganzheitliches System geplant werden. Die Länge von Leitungen und Rohren wird minimiert, ihre Lage während der Planung dreidimensional bestimmt und nur in extra dafür vorgesehenen Gebäudeteilen verortet. Der Gedanke an Modularität und leichte Adaption bestimmte auch die Innenraumplanung. Der große, offene Raum lässt sich zu unterschiedlichen Nutzungszwecken durch mobile Trennwände und Glasschiebetüren unterteilen. Diese Modularität des konstruktiven und räumlichen Aufbaus erlaubt es, das Ge-bäudekonzept von B 10 stetig zu erweitern und an unterschiedliche Anforderungen anzupassen. Das System kann an unterschiedlichen Standorten positioniert und unterschiedlichen Nutzeransprüchen, klimatischen, regionalen, kulturellen und baurechtlichen Gegebenheiten angepasst und vervielfältigt werden. Besonders wichtig ist hierbei die Chance, urbane Räume gezielt zu verdichten.

Rückbaubarkeit 

Die modulare Gestaltung kommt sowohl dem Bau- als auch dem Rückbauprozess zugute. An die Stelle eines zerstörenden Abrisses tritt ein zerstörungsfreies Demontieren und Sortieren der unterschiedlichen verbauten Materialien. Dieser schon zu Beginn der Planung berücksichtigte Rückbau ist Teil einer Haltung, die die gebaute Umwelt bewusst als ephemer versteht. Insbesondere im Kontext der baugeschichtlich und kulturell bedeutenden Weißenhofsiedlung, in deren Mitte sich das Gebäude einfügt, spielt dieser Aspekt eine wesentliche Rolle. Das Gebäude versteht sich als Gast, der nur vorübergehend in seiner jetzigen Umgebung ruht. Es ist so konstruiert, dass es am Ende seiner Nutzungszeit problemlos rückgebaut oder versetzt werden kann. Das Haus selbst wurde in einer hoch wärmegedämmten Holztafelbauweise ausgeführt. Die Holzbauteile wurden weder gestrichen noch anderweitig beschichtet, um eine perfekte Rezyklierbarkeit zu gewährleisten. Die Wände sind innen und außen mit Textil bespannt – eine leicht um- beziehungsweise rückbaubare Konstruktion, die sortenrein zerlegt werden kann. Sowohl auf den sonst üblichen Außenputz als auch auf klassische Fundamente und Leitungen im Erdreich wurde verzichtet.

Städtebauliche Einbettung 

Aufgrund seines Charakters als Schaufenster-Projekt und wegen seines Selbstverständnisses als Gast in der Weißenhof-siedlung ist B 10 bewusst zur Straße hin orientiert – in den Nachbarhäusern sind die Wohneinheiten von der Straße abgewandt. B 10 versteht sich zum einen als eigenständige, zeitgemäße Ergänzung seiner Umgebung. Zum anderen fügt es sich durch sein zurückgenommenes Volumen, seine einfache Kubatur und seine reduzierte Farbigkeit in die denkmalgeschützte Weißenhofsiedlung ein. In seiner Technologie, seiner hohen Nutzungsqualität und in seinen Nachhaltigkeitsqualitäten nimmt das Gebäude die Ideen und Ziele der klassischen Moderne auf und führt sie weiter in das 21. Jahrhundert. Eine wichtige Innovation ist hierbei die Steuerung des Gebäudes über eine vorausschauende, selbstlernende Automation und die Kopplung der Energieströme zwischen dem Gebäude, den Elektromobilen und umliegenden Gebäuden (in diesem Falle mit dem Weißenhofmuseum im LeCorbusier-Haus) – ein Smart Grid im Quartier. 

Adaptivität 

Die vorgelagerte Terrasse ist an dem Stahl-trägerrost befestigt, auf dem auch das Haus selbst ruht. In vier Einzelelemente unterteilt lässt sich die Terrasse hydraulisch um 90° nach oben drehen, sodass sie die Glas-fassade vollständig verschließen kann. Nachts oder bei Abwesenheit der Nutzer wird so die Wärmedämmeigenschaft der Hülle zusätzlich verbessert. Die Terrassenelemente haben in geschlossenem („hochgeklapptem“) Zustand wie die anderen Außenwände eine weiße, textile Oberfläche, die nachts hinterleuchtet werden kann. Sind die Fassadenelemente geöffnet, also in horizontaler Stellung, verdoppelt sich nahezu die Nutzfläche im Außenraum. Die Westfassade bildet im heruntergeklappten Zustand eine Terrasse sowie den Zugang zum Gebäude. Der Zugangsbereich ist auch mit dem zum Gebäude gehörenden Elektro-Smart befahrbar. Das Auto kann so in die Wohnung einfahren, und dort bequem Be- und Entladen werden. Da das Fahrzeug auf einem drehbaren Bodenelement parkt, kann es das Gebäude wieder im Vorwärtsgang verlassen. Zum einen wird getestet, inwieweit solche Vereinfachungen beim Ein- und Aussteigen von älteren und/oder behinderten Mitmenschen als hilfreicher Komfort angenommen werden.  Zum anderen wird untersucht, ob das Parken eines Elektrofahrzeugs im temperierten Innenraum seine Reichweite erhöht (da während des Fahrens weniger Strom für das Heizen beziehungsweise Kühlen des Fahrzeugs verwendet werden muss).


Explosionsdarstellung


1

PV-Anlage / Attika


2

Decke / Beleuchtung


3

Elektrotechnikmodul


4

Technische Gebäudeausrüstung


5

Küchenmodul


6

Badmodul


7

Schiebelemente für Module


8

Trennwand Eingang


9

Trennwand Schlafen


10

Drehscheibe


11

Textilfassade / Beleuchtung


12

Flying Space / Wandbehänge


13

Boden / ELT-Versorgung


14

Glasfassade / Sonnenschutz


15

Rotationsklappe / Stahlrahmen

Ill.: Prof. Werner Sobek

Energiekonzept

Heizen

Das Gebäude wird über eine hocheffiziente Wasser-Wasser-Wärmepumpe beheizt, die über eine Hydraulikmatrix auf zwei Wärmequellen zugreifen kann. Erste (und wichtigste) Wärmequelle ist ein 15 Kubikmeter großer Eisspeicher unmittelbar neben dem Gebäude im Erdreich. Aufgrund der minimalen Quellentemperatur von 0 °C ermöglicht der Eisspeicher bei hohen Jahresarbeitszahlen einen sehr effizienten Betrieb der Wärmepumpe. Als zweite Wärmequelle für das Gebäude dienen die auf dem Dach installierten Photovoltaik-Module mit integrierter Solarthermie (PVT). Sobald sie in den Wintermonaten und in der Übergangszeit eine ausreichende solare Einstrahlung erhalten und sich dadurch auf Temperaturen oberhalb der Temperatur des Eisspeichers erwärmen, werden sie automatisch als Wärmequelle angefahren. So kann die Quellentemperatur der Wärmepumpe erhöht werden, was sich wiederum positiv auf die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe auswirkt – und den Primärenergiebedarf für das Beheizen des Gebäudes weiter senkt. Das System kommt mit niedrigen Vorlauftemperaturen aus, was sich positiv auf den Wirkungsgrad der Wärmepumpe auswirkt und den Zeitraum maximiert, in dem das Gebäude über die mit der PVT-Anlage gewonnene Wärme direkt beheizt werden kann.

Kühlen

Die Kühlung des Gebäudes erfolgt – neben der natürlichen Belüftung über die Glasfassade – hauptsächlich über den Eisspeicher. Im Winter wird ihm Wärme entzogen, bis der Speicher komplett durchfriert. Diese Kälteenergie wird im Sommer zum Kühlen des Gebäudes verwendet – der Eisspeicher nimmt als Langzeitspeicher überschüssige Wärme aus dem Gebäude auf, sodass er ab Herbst wieder zum Heizen herangezogen werden kann. Die Kühlung über den Eisspeicher ist passiv, da nur die Antriebsenergie für die Umwälzpumpen benötigt wird. Das Gebäudeautomationssystem erkennt aufgrund der erfassten Daten und der Vorgaben der Nutzer, wann im Gebäude Kühlbedarf besteht. Die Hydraulikmatrix mischt daraufhin eine spezifizierte Vorlauftemperatur für die Flächenkühlsysteme. Die Feuchte der Raumluft wird kontinuierlich gemessen. Das System stellt sicher, dass zu keinem Zeitpunkt der Taupunkt unterschritten wird. 

Nachtauskühlung

Im Sommer kann über die PVT-Module auf dem Dach eine gezielte nächtliche Auskühlung herbeigeführt werden. Sofern das System einen Kühlbedarf im Gebäude registriert und gleichzeitig günstige Außenbedingungen (klarer Nachthimmel, Regen oder niedrige Außentemperaturen mit Wind) herrschen, kann über den Fußboden und die Decke effizient Wärme abgeführt werden. Hierfür zirkuliert ein Wasser-Glykol-Gemisch durch Fußboden und Decke. Es wird anschließend durch die PVT-Module gepumpt, die ihrerseits die aufgenommene Wärme an die Umgebung abgeben.

Mechanische Lüftung

Die mechanische Belüftung des Gebäudes erfolgt über ein Kompaktlüftungsgerät mit Hochleistungswärmetauscher und Sommerbypass. Der Sommerbypass erlaubt eine freie Kühlung über die Lüftungsanlage, wenn die Innenraumtemperaturen höher sind als die Außentemperaturen. Die Steuerung der Lüftungsanlage erfolgt bedarfsabhängig, von den Raumsensoren kontrolliert. Das minimiert den erforderlichen Luft-volumenstrom und führt zu geringeren Wärmeverlusten sowie angenehmen Luftfeuchtewerten im Gebäude. 

Natürliche Lüftung

Eine algorithmusgestützte Steuerung der Glasfassade bewirkt, dass das Gebäude zu einem großen Teil natürlich gelüftet und gekühlt werden kann, ohne dass die Nutzer unangenehme Zugerscheinungen befürchten müssen. Der Algorithmus wertet am Standort die aktuellen Außenbedingungen (Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit) sowie die Raumtemperatur aus und ermittelt daraus die  Fenster-Öffnungsfläche, die – falls vom Nutzer gewünscht – auto-matisiert und sensorgesteuert aktiviert
werden kann.

PVT-Anlage

Die auf dem Gebäude installierten PVT-Module sind eine Kombination aus Photovoltaik und Solarthermie. Hinter den monokristallinen Solarzellen befindet sich ein Rohr-Mäander zur Gewinnung der Solarwärme. So wird die durch das Grundstück vorgegebene stark begrenzte Dachfläche besonders effizient genutzt. Zusätzlich werden Moduloptimierer eingesetzt, die für jedes Modul den jeweils bestmöglichen Betriebspunkt suchen (Maximum-Power-Point-Tracking). Das ist aufgrund der nicht vermeidbaren partiellen Verschattung auf dem Grundstück sehr wichtig für die Effizienz der PVT-Anlage.

Eisspeicher

Der Eisspeicher ist eine große kugelförmige Zisterne, die mit Wasser gefüllt und mit einem Wärmetauscher versehen ist. Durch die hohe Energiedichte können Wärme und Kälte besonders effizient gespeichert werden. Für den Phasenübergang von fest zu flüssig (also von Eis zu Wasser) wird genauso viel Wärmeenergie benötigt wie für die Erwärmung der gleichen Menge Wasser von 0 °C auf 80 °C. Umgekehrt wird diese Wärme-energie beim Phasenübergang von flüssig zu fest wieder freigesetzt. Diese Tatsache lässt sich in Verbindung mit einer Wärmepumpe sehr gut dafür nutzen, das Gebäude effizient zu heizen und zu kühlen.  Da der Eisspeicher beim B 10 nicht nur als Wärmequelle (im Winter), sondern auch als Wärmesenker (im Sommer) eingesetzt wird, ist er gegenüber dem Erdreich durch eine Schicht Glasschotter gedämmt; ein unkontrollierter Wärmeaustritt wird verhindert. Die Dämmung sorgt dafür, dass der nach der Heizperiode durchgefrorene Eisspeicher möglichst lange für die Kühlung des Gebäudes herangezogen werden kann. 

Hydraulikmatrix

Die Hydraulikmatrix ist eine über Misch-motoren gesteuerte Verschaltung von Rohrleitungen innerhalb des Gebäudes mit diversen Controllern und Pumpen. Sie ermöglicht auf einfache und effiziente Weise, für die einzelnen Komponenten die bestmöglichen Vorlauf- und Rücklauftemperaturen zu nutzen. Das System verwendet überall dasselbe Arbeitsfluid und koppelt alle Erzeuger von Wärme oder Kälte direkt mit den Speichern und anderen Abnehmern. Das Gebäude-automationssystem entscheidet auf Basis aller verfügbaren Messdaten und Prognosen, wie die Hydrauliksteuerung am effizientesten einzusetzen ist. Wird zum Beispiel im Sommer von der PVT-Anlage ein Temperaturniveau von 50 °C erzeugt, kann dieses über die Matrix direkt in den Pufferspeicher zur Trinkwassererwärmung eingespeist werden. Wird in der Übergangszeit durch die PVT-Anlage ein niedrigeres Temperaturniveau von zum Beispiel 30 °C erzeugt, kann dieses durch die Hydraulikmatrix direkt in die Flächenheizsysteme geführt werden. Erzeugt die PVT-Anlage im Winter hingegen nur ein Temperaturniveau von 5 °C, kann es direkt als Energiequelle für die Wärmepumpe genutzt werden, um den Heizbedarf des Gebäudes auf diese Weise zu decken. 

Sonnenschutz

Um die sommerliche Überhitzung des Innenraumes zu vermeiden, wurde ein außen liegender Lamellenraffstore verbaut.Wenn die Fassadenklappen geschlossen werden, wird der Eintritt von Solarstrahlung komplett verhindert. Dieser außen liegende Sonnenschutz hat dieselbe Wirkung wie ein Sonnenschutzglas mit gleichem gtotal. Da er im Winter beliebig hochgefahren werden kann, ermöglicht er bei Bedarf deutlich höhere solare Gewinne als ein Sonnenschutzglas.

Wärmedämmung 

Für die Wärmedämmung des Gebäudes wurden in großen Teilen des Wand-, Boden- und Deckenaufbaus Vakuumiso-lier-paneele (VIP) eingesetzt, um trotz der
geringen Wandstärke eine sehr gute Wär--medämmung zu sichern. Im Bereich der Glasfassade wurde ein speziell entwickeltes Vakuumisolierglas verbaut, das eine sehr gute Wärmedämmwirkung bei geringen Verglasungsdicken bietet. Um im Winter die Nachtauskühlung über die Glasfassade zu reduzieren, können die Fassadenklappen geschlossen werden.

Hausbatterie

Erzeugt das Gebäude Strom, der nicht für den Betrieb oder das Beladen der Elektrofahrzeuge benötigt wird, kann er in einer Lithium-Ionen-Mangan-Phosphat-Batterie gespeichert werden. Sie hat eine Speicherkapazität von 11 Kilowattstunden. Das Energiemanagement des Hauses belädt die Batterie nach Überprüfung mehrerer Parameter. So erfolgt eine Ladung nicht nur, wenn das Gebäude weniger Leistung bezieht, als die Solaranlage momentan liefert. Sie erfolgt zum Beispiel auch, wenn in den folgenden Stunden eine Hochstromtarifphase erwartet wird oder wenn der Ladezustand der Batterie (SOC = State of Charge) unter 20 Prozent sinkt. 

Energiebilanz

Vor Inbetriebnahme des Gebäudes wurden der Energieverbrauch und die Energieerzeugung des Gebäudes detailliert berechnet. Die prognostizierte durchschnittliche Jahresstromproduktion der PVT-Anlage auf dem Dach beträgt rund 8.300 Kilowatt-stunden; etwa 200 Prozent des vom Gebäude selbst verbrauchten Stroms. 

Energiemanagement 

Das integrale, prädiktive Energiemanagement für Auto und Gebäude ist eine der zentralen Innovationen von B 10. Das Energiemanagement erfasst die Komfort- und Mobilitätsbedürfnisse der Nutzer sowie die Lastprognosen für einzelne Geräte und berechnet daraus den künftigen Strom- und Wärmebedarf. Externe Einflussgrößen wie Wetter, PV-Ertragsprognose und Strompreisentwicklung fließen in die Berechnung mit ein. Energieverbrauch und -erzeugung können dadurch für einen Tag im Voraus prognostiziert werden. Durch dieses Prinzip lassen sich thermische und elektrische Energieverbräuche optimal steuern – wobei der Komfort der Nutzer immer im Vordergrund steht. Aktive  Eingriffe der Bewohner sind jederzeit möglich – für einen optimalen Gebäudebetrieb aber nicht erforderlich. Das Energiemanagement berücksichtigt sämtliche Energieflüsse im Haus: Neben dem Licht und den diversen Haushaltsgeräten auch Lüftungsgeräte, Heiz- und Kühlsysteme, goQ-Matrix, Frischwasserstation und Ladestation für das Elektroauto. Bei einem Energieüberschuss kann zum Beispiel ein Schnellladen des Autos veranlasst werden, wenn die Energie nicht anderweitig (in der Hausbatterie oder über das Smart Grid in der Nachbarschaft) benötigt wird.

Das Energiemanagement sorgt zum einen für maximale Energieeffizienz; zum anderen stellt es sicher, dass die Klimatisierung des Gebäudes automatisch optimal den Anforderungen der Nutzer angepasst wird. Es sorgt ebenfalls dafür, dass die Elektroautos immer ausreichend Lade-kapazität und Reichweite haben. Dies wird erreicht durch eine Abstimmung des Nutzungsrhythmus von Gebäude und Elek-tromobilität in einer gemeinsamen Zeitplanung. Das Energiemanagement  lädt – angepasst an den erlernten beziehungsweise vorkonfigurierten Tagesrhythmus der Nutzer – das Elektroauto rechtzeitig und ausreichend. Nach dem Verlassen des Gebäudes werden alle Haustechniksysteme in den Energiesparmodus versetzt. Umgekehrt bereitet sich das Gebäude auf die Rückkehr der Nutzer vor. Nähert sich beispielsweise das zum Aktivhaus® gehörende Elektroauto, erkennt das Energiemanagement anhand der Geoposition des Fahrzeugs, wann der richtige Moment zum Aufheizen oder Kühlen ist, damit die Wohnräume bei der Ankunft angenehm klimatisiert sind. Wenn das Auto nur noch wenige Meter vom Gebäude entfernt ist, öffnet sich das Tor, werden die Lichter eingeschaltet und die Jalousie in die Wunschposition bewegt. Bislang gibt es in der Gebäudetechnik noch keine einheitlichen Kommunikationsstandards. Durch neue Systeme wie die Ladestation für Elektroautos und elektrische Pufferspeicher im Gebäude kommen weitere Standards hinzu. Voraussetzung für einen reibungslosen und effizienten Betrieb von Gebäude und Fahrzeug ist aber, dass alle Systeme in ein zentrales Energiemanagement eingebunden werden. Damit es nicht eine Vielzahl von Programmiersprachen und -standards beherrschen muss, arbeitet die alphaEOS AG im Rahmen dieses Forschungsprojekts daran, die unterschiedlichen Sprachen sukzessive auf eine standardisierte Kommunikationsplattform – den von der Bundesregierung geförderten EEBUS – zu übertragen.

Smart Grid 

Im Gegensatz zu anderen Plusenergiehäusern steht beim Aktivhaus® B 10 nicht die reine Überschussmaximierung im Vordergrund. Ziel ist vielmehr eine Entlastung des öffentlichen Netzes durch die vorausschauende, bedarfsorientierte Platzierung von Stromüberschüssen vor Ort sowie eine intelligente Verbrauchssteuerung. Hierzu zählt auch – weltweit erstmals – die partielle Mitversorgung von Nachbargebäuden, die energetisch schwächer sind als B 10. Werner Sobek nennt es das „Prinzip der Schwesterlichkeit“. In diesem Fall wird der Energiebedarf des benachbarten Weißenhofmuseums einbezogen. Das System kann aufgrund der Prognosen von eigenem Bedarf, dem der Nachbarschaft und der Menge des überschüssigen Stroms entscheiden, ob die Energie bevorzugt selbst verbraucht, in der Haus- oder der Autobatterie zwischengespeichert – oder ob sie dem Weißenhofmuseum zur Verfügung gestellt werden soll. Eine Einspeisung ins Netz erfolgt vor allem dann, wenn der regionale Bedarf besonders hoch ist. Voraussetzung sind ein vorausschauendes Energiemanagement und die Anbindung an ein virtuelles Kraftwerk. Das Energiemanagementsystem kennt alle relevanten Größen, die einen Einfluss auf die Erzeugung und den Verbrauch von Energie haben (Wetter, Komfort- und Mobilitätsbedarf der Bewohner). Es plant vorausschauend anhand der Last- und Ertragsprognosen die lokale Nutzung und Speicherung der Energie. Das virtuelle Kraftwerk (ein dezentraler Verbund von Erzeugern und Speichern) übermittelt dem Energiemanagementsystem Informationen darüber, wann es besonders günstig ist, Strom einzuspeisen oder zu beziehen. Diese Information kann für unterschiedliche Zwecke verwendet werden: beispielsweise für eine marktkonforme Einspeisung durch Orientierung an den Handelspreisen der Strombörse – oder für den Ausgleich im Quartier durch eine gemeinsame Bilanzierung mit Nachbargebäuden. Die Koordination der lokalen Energieverbräuche und der lokalen Energieeinspeisung führt zu einem besseren Wissen über die erforderliche und verfügbare Energie. Spitzenlasten können so reduziert werden, der Bedarf an Stromtrassen und Großspeichern folglich ebenfalls.

Monitoring 

Das B 10 wird während des gesamten Forschungszeitraums (Sommer 2014–Sommer 2016) einem fortwährenden Monitoring durch das Institut für Leichtbau, Entwerfen und Konstruieren (ILEK) der Universtität Stuttgart unterzogen. Ziel ist die möglichst vollständige Erfassung sämtlicher Stoff- und Energieströme sowie der Außen- und Innenraumklimata, um das Zusammenspiel aller Gebäudefunktionen in Bezug auf Energieverbrauch, Energieproduktion und Nutzerkomfort zu optimieren. Die Ergebnisse des Monitoring werden der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Im Rahmen der Forschungsarbeit erfolgt darüber hinaus die Vergabe von Bachelor- und Masterarbeiten, um Studierende in die aktuelle Forschung einzubinden. 

 

 

 

Mit dem Altivhaus®-Prinzip lassen sich auch mehrgeschossige Wohngebäude errichten