Das sind die Sieger des Solar Decathlon Europe

Über 115.000 internationale Besucherinnen und Besucher haben an zwölf Veranstaltungstagen den Campus in Wuppertal besucht, um sich die Wettbewerbsergebnisse des Solar Decathlon Europe 2021/2022 anzusehen. Ursprünglich waren 18 Hochschulteams aus Europa und Asien gegeneinander angetreten, jedoch standen am Ende nur 16 Demonstratoren auf dem Ausstellungsgelände. Wegen massiv gestiegener Transportkosten konnten die beiden Teams SAB und UR-BAAN aus Thailand ihre Prototypen leider nicht in Wuppertal aufbauen – diese verblieben an den Hochschulen in Bangkok und fielen somit aus der Wertung.

Was der Vielfalt an Ideen der Studierenden keinen Abbruch tat. Sie zeigen, wo die größten Potenziale der urbanen Energiewende liegen: nämlich bei der Sanierung und dem Weiterbau des Gebäudebestands (Abb. 1). Erstmals in der Geschichte der weltweiten Solar Decathlon-Wettbewerbe wurde in Wuppertal der Fokus auf nachhaltiges Bauen und Leben in der Stadt gelegt – und damit beschritt der Wettbewerb ganz neue Wege.

Das Motto: „Design – build – operate“

Die Integration der Solaranlagen in die Gebäudetechnik und Architektur zeigte sich auf einem besonders hohen Niveau. Viele Teams setzten auf Anlagen, die solare Wärme- und Stromerzeugung in einem einzigen Bauteil verbinden (PVT) oder sie zeigten innovative Lösungsvarianten hinsichtlich Technologie, Abmessungen, Formen und Farben. Dabei gerieten im Geschosswohnungsbau auch PV-Systeme an Fassaden in den Fokus, da die Flächen auf den Dächern vielfach nicht ausreichten.

Die Teams waren sich darin einig, dass der Schlüssel zum Verzicht auf Gas und Öl in der massiven Energieeinsparung und der Solarenergienutzung am Gebäude selbst liegt. Nahezu alle Gebäude erreichten für die Dauer der Wettbewerbszeit eine positive Energiebilanz, erzeugten also meist deutlich mehr Strom als sie benötigten. „In Verbindung mit Batteriespeichern und Automationstechnik nutzten die Teams im Schnitt die Hälfte des erzeugten Solarstroms im Haus selbst. Das ist deutlich mehr als heute üblich“, erklärt der fachliche Leiter des Wettbewerbs, Professor Karsten Voss von der Bergischen Universität Wuppertal.

Im Wettbewerb wurde erstmalig auch geprüft, wie flexibel die Gebäude in Verbrauch und Einspeisung auf die Anforderungen des Stromnetzes reagieren. Mit speziellen Testverfahren mussten die Teams trotz sommerlicher Temperaturen vor Ort unter Beweis stellen, dass ihre Gebäude im Winter mit wenig Wärme beheizt werden können.

Ein weiteres wichtiges Thema beim diesjährigen Solar Decathlon war eine Baukonstruktion, die recyclinggerechtes Bauen fördert und damit die Kreislaufwirtschaft im Bauwesen verbessert. Die Wiederverwendung von Materialien oder ganzen Bauteilen und die Verwendung von Recyclingmaterialien waren mit einer eigenen Ästhetik ablesbar. Und: Mit kompakten Grundrissen zeigten die Häuser auf, wie das Wohnen auf weniger privater Fläche attraktiv sein kann und wie Gemeinschaftsflächen das Raumprogramm zu ergänzen vermögen.

Wer nicht vor Ort in Wuppertal war, kann für alle Gebäude die Wettbewerbsergebnisse sowie umfangreiche Fachinformationen auf der Veranstaltungs-Webseite https://sdeurope.uni-wuppertal.de/de/ nachlesen und dort sogar einen interaktiven 3-D-Rundgang erleben. Auf der Homepage kann man sich zudem einen informativen Ausstellungskatalog kostenlos herunterladen (Abb. 2). Ab Herbst 2022 können zudem acht Häuser als Teil des Nachfolgeprojekts Living Lab NRW in Wuppertal besichtigt werden. Nachfolgend ein kurzer Abriss der Projektkonzepte der drei Erstplatzierten, wobei der Dritte Platz wegen Punktgleichheit an zwei Teams vergeben wurde.

Die glücklichen Sieger: RoofKIT aus Karlsruhe

Das Team RoofKIT vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) (Abb. 3) entwickelte am Beispiel des Café ADA in Wuppertal eine städtebauliche Blaupause auf bisher ungenutzten Flächenressourcen der Städte: den Dachflächen. Das Ziel war es, die Stadt als soziale Fabrik, urbanes Rohstofflager und nachhaltigen Energieproduzenten zu verstehen. Die zentralen Gestaltungsgrundsätze des Projekts basieren auf den vier Säulen der Nachhaltigkeit: Ökologie, Ökonomie, Soziales und Ästhetik. Oder anders ausgedrückt: sozial ausgleichend, energetisch erneuerbar und zirkulär nachhaltig.

Um hundert Prozent erneuerbare Energien für das Gebäude zu nutzen, werden Energiekreisläufe geschlossen, indem man Gebäuderückstände wie organische Abfälle und Abwässer zur Energie- und Wärmeerzeugung nutzt oder anzapft. Ein Solarbaum im Hinterhof steht als Symbol dafür, wo immer möglich, vorhandene Flächen zur Solarstromerzeugung heranzuziehen. 

Diese Art des Kreislaufdenkens findet sich auch bei der Konstruktion des Demonstrationsobjekts selbst: Alle Verbindungen sind lösbar, getreu dem Motto: Schrauben statt kleben. RoofKIT verzichtet nicht nur auf Klebstoffe und Silikone, sondern auch auf Imprägnierungen oder Farben, Schäume oder Nassabdichtungen. Außerdem kamen für die Konstruktion nur Monomaterialien infrage, das heißt, es sind keine Verbundstoffe oder Materialmischungen zu sehen (Abb. 4).

Viele Bauteile und Materialien wurden überdies aus der „städtischen Mine“ entnommen und im zweiten, dritten oder gar vierten Kreislauf verwendet: Holz aus alten Scheunen im Schwarzwald, die Eingangstür aus einem Gebäude aus dem 19. Jahrhundert (Abb. 5), Fenster aus einem abgerissenen Gebäude in Basel, Bad- und Küchenarmaturen aus rückgebauten Messeständen.

In dem Demonstrator sind aber auch Materialien verbaut, die rekonfiguriert wurden, d. h. das Material wurde recycelt, während die Form des ehemaligen Produkts verändert wurde: Das Dach von RoofKIT besteht vollständig aus recyceltem Kupfermaterial, die Küchen- und Badezimmerabdeckungen sind aus alten Joghurtbechern hergestellt, die Toilette und die Dusche wurden mit Glaskeramik aus zerbrochenem Glas verkleidet. Als Spiegel dient statt Metall-Glas-Verbindungen hochglanzpolierter Stahl, der Eingangsbereich ist mit Steinen aus wiedergewonnenem Bauschutt gepflastert.

Die Trockenbauwände sind mit Lehmbauplatten beplankt und anschließend mit Lehm verputzt worden, was eine optimale Feuchteregulierung ermöglicht. Luftgetrocknete Lehmsteine sorgen für thermische Masse innerhalb des Holzleichtbaus. Als Dämmmaterial dient getrocknetes und unbehandeltes Seegras, auch das Konstruktionsholz ist leimfrei und ohne Zusätze. Der komplette Demonstrator sitzt auf einer Gerüstkonstruktion, um die aufstockende Konzeptstrategie zu demonstrieren.

Der gesamte Energiebedarf (inklusive Geräte und E-Mobilität) der hoch effizienten Aufstockung wird mit Solaranlagen auf dem Dach gedeckt. Dass diese Energieautarkie funktioniert, haben vormalige Solar Decathlon-Projekte mehrfach nachgewiesen. In Wuppertal musste jedoch der Gesamtenergiebedarf sowohl für die neue Wohneinheit als auch für das bestehende Gebäude gedeckt werden. Zumal das Verhältnis zwischen der verfügbaren Fläche für Solarpaneele mit dem höchsten Ertrag – auf dem Dach – und der Nettogeschossfläche – die den Energiebedarf bestimmt – mit der Anzahl der Stockwerke abnimmt.

Demzufolge benötigt auch das bestehende Gebäude eine erhebliche energetische Aufrüstung, die dem kreislauffähigen Ansatz folgt: Die Solaranlage aus dachintegrierten PVT-Kollektoren (Abb. 6) liefert gleichzeitig Strom und Wärme, wobei Letztere die Effizienz der Wärmepumpe verbessert, die ein Fuß­bodenheizungssystem und einen Warmwasserspeicher speist. Die Oberfläche der PV-Module ist mit einer speziellen Beschichtung eingefärbt, damit sie nahezu verlustfrei optisch mit der Kupferbedachung verschmilzt.

Das passive Kühlkonzept aus effektiver Beschattung, thermischer Masse und Nachtlüftung gewährleistet in den Sommermonaten ein angenehmes Raumklima. Ein intelligentes Energiemanagement maximiert nicht nur den solaren Eigenverbrauch, sondern optimiert auch den Komfort, indem es die Lamellenstores an der Süd- und Westfassade steuert und die Oberlichter im Dach zur natürlichen Belüftung aktiviert.

Das System bezieht die Bewohner in den Entscheidungsprozess ein, da sie über eine installierte Schnittstelle Informationen erhalten, wann sie die Fassadenfenster öffnen sollen, um die Wirksamkeit der Nachtlüftung zu verbessern. Diesem Aspekt der Suffizienz durch Verzicht auf aufwendige Technikkomponenten werden auch die dezentralen, in die Fassade eingebauten Pendellüfter ohne Luftkanäle gerecht sowie Lichtschalter ohne Kabel. Das gesamte Beleuchtungskonzept folgt der gleichen Idee: Im RoofKIT finden sich keinerlei unnötigen Leuchten zugunsten flexibler, von Hand getragener, kabelloser Elemente, um nur die gerade gewünschten Bereiche zu beleuchten.

Zweiter Platz: VIRTUe aus Eindhoven (NL)

Das holländische Team VIRTUe (Abb. 7) setzt mit dem Gebäudekonzept „ripple“ auf drei Schichten: fest, flexibel und frei. Der schichtweise Aufbau mit Holz als primärem Baumaterial sowie biobasierten und recycelten Materialien machen das Gebäude demontierbar und damit fast vollständig kreislauffähig.

Die feste Schicht besteht aus dem tragenden Kern und den Stützen, die aus hochwertigem Holz gefertigt sind und dem Gebäude eine fast ähnliche Lebensdauer wie Beton und Stahl verleihen, ohne die damit verbundenen CO₂-Emissionen. Die flexible Schicht, also beispielsweise Fassaden, Bad- und Küchenmodule, sind leicht zu demontieren, sodass das Gebäude seine Funktion ändern oder das recycelte Holz in der Fassade ersetzen werden kann, ohne die feste Schicht zu berühren. Zusammen mit den frei platzierten Möbeln ist das Gebäude leicht zu warten und an zukünftige Anforderungen anzupassen.

Die Fassade beherbergt im sogenannten Solargürtel auch einen Teil der Solarpaneele (Abb. 8). Die kombinierten und gleichfarbigen PV- und PVT-Paneele passen zu dem recycelten Holz und sollen aufzeigen, dass Solarpaneele harmonisch in die Architektur eines Gebäudes integriert werden können.

Begrünte Gemeinschaftsdächer (Abb. 9) sollen die in belebten Städten fehlenden Gartenflächen zurückgewinnen, um die biologische Vielfalt und das soziale Miteinander zu fördern. Das Design von „ripple“ geht weg vom gewöhnlichen Baublock, indem es Flure durch Gemeinschaftsräume ersetzt und die gemeinsame Nutzung von Geräten, Werkzeugen und Aktivitäten fördert.

Die modulare Einheit beherbergt zwei kleine Wohnungen und einen Gemeinschaftsraum, in dem sich die Bewohner eine Waschmaschine, einen Geschirrspüler, einen Kühlschrank und einen Ofen teilen. So können die Nachbarn interagieren und zusammenarbeiten oder Freunde einladen. Der Raum in den Wohnungen wird also sehr effizient genutzt, um ein flächenminimiertes Wohnen zu fördern.

Der Gemeinschaftsraum führt mit dem interaktiven Display EQUI auch eine neue Dimension des intelligenten Wohnens ein. Es hilft den Bewohnern, Einblicke in ihre Stromerzeugung und ihren Stromverbrauch zu gewinnen. Da sich immer mehr Haushalte auf Solarenergie verlassen, entsteht eine zunehmende Lücke zwischen den Produktionsspitzen tagsüber und den Verbrauchsspitzen abends. Die Hausbatterien können mithilfe von EQUI einen Teil dieser Diskrepanz ausgleichen: Mittels Sonnenprognosen macht die Steuerung Vorschläge, zu welchem Tageszeitpunkt sich beispielsweise ein Geschirrspüler einschalten soll, um möglichst viel solaren Eigenstrom zu nutzen und den Weg zu einem völlig autarken Gebäude zu ebnen.

Dritter Platz: SUM aus Delft (NL)

In den Niederlanden gibt es 847.000 Mietwohnungen, die damit elf Prozent des gesamten Wohnungsbestandes des Landes ausmachen. Durch die Auseinandersetzung mit dieser weitverbreiteten Gebäudetypologie schafft das Team SUM (Symbiotic Urban Movement, in Deutsch: Symbiotische Stadtbewegung) (Abb. 10) ein System, das in den gesamten Niederlanden und in anderen Ländern Europas umgesetzt werden kann. Das Projekt ist auf den Stadtteil Bouwlust in Den Haag zugeschnitten. Die dortigen Wohnungen haben das Ende ihrer Lebensdauer erreicht; sie entsprechen nicht mehr den aktuellen Bedürfnissen der Bewohnerinnen und Bewohner. Zudem weisen die Gebäude eine schlechte Energiebilanz auf. 

Das Sanierungskonzept von SUM zielt darauf ab, die Energieeffizienz des Gebäudes zu verbessern und die Grund­risse an eine modernere Lebensweise anzupassen. Dazu werden die vorhandenen Fenster ausgetauscht, die Gebäudehülle gedämmt und das bestehende Gebäude in Leichtbauweise um zwei Geschosse aufgestockt, wobei verschiedene Wohnungstypen kombiniert werden können. 

Der Prototyp auf dem Solar Decathlon Campus in Wuppertal umfasst zwei Decks, die die tatsächlichen örtlichen Gegebenheiten einer typischen Mietwohnung in Den Haag simulieren und die für alle Besucher des Solar Decathlon Europe vollständig zugänglich waren.

Um der Identität des Gebäudes treu zu bleiben, behielt das Team wichtige Merkmale wie die Fensteröffnungen und die warme Ausstrahlung der Backsteinfassade bei (Abb. 11). Die Studierenden montieren eine biobasierte, gedämmte und leichte modulare Sekundärfassade auf effiziente und nachhaltige Weise auf die Oberfläche des bestehenden Gebäudes. Für die Sekundärfassade verwendeten sie einen neuen, hoch wärmedämmenden Verbundwerkstoff aus re- und upgecycelten Abfallmaterialien.

Die Aufstockungsmodule sind mit PV-Fassade und Dachmodulen die Energieerzeuger des Gebäudes. Die quadratisch geformten gebäudeintegrierten PV-Paneele können in einer breiten Farbpalette hergestellt werden, was die Chance bietet, eine passende Fassadenästhetik in jedem städtischen Nachkriegskontext zu schaffen. Die Holzfassade der Aufstockung ist mit einer biobasierten Dämmung aus Papierzellstoff versehen, die den Passivhausstandard erfüllt.

Punktgleicher dritter Platz: AuRA aus Grenoble (FR)

Das Team AuRA (Abb. 12) setzt sich primär aus Studierenden der Nationalen Architekturschule von Grenoble (ENSAG) und Mitgliedern der Technikplattform Grands Ateliers Innovation Architecture (GAIA) zusammen. Gemeinsam mit den beiden Institutionen hat das Team bereits an vorherigen Solar Decathlon Europe-Wettbewerben teilgenommen. 2010 und 2012 belegte AuRA in Madrid den ersten und den vierten Platz im Gesamtranking.

Das Sanierungsobjekt des französischen Teams befindet sich auf dem Col de l’Arzelier in der Gemeinde Château Bernard, etwa 35 Kilometer von Grenoble entfernt. Dieser 1154 Meter hohe Mittelgebirgspass erlebt seit der Schließung der Skilifte im Jahr 2018 einen wirtschaftlichen Niedergang. Das Team AuRA hat es sich zum Ziel gesetzt, dieses Gebiet neu zu beleben und somit Anreize für die Ansiedlung neuer Einwohnerinnen und Einwohner zu schaffen.

Zu diesem Zweck entwickelt das Team ein Konzept zur Sanierung eines ehemaligen Hotels aus den 1970er Jahren, das dem Gebäude durch das Miteinander von Wohnungen, Gemeinschaftsräumen und Aktivitätsangeboten neues Leben einhaucht. Hinsichtlich der verwendeten Baustoffe setzt das Team ausschließlich auf lokale oder biobasierte Stoffe sowie wiederverwendbare Materialien (Abb. 13). Das Holz stammt aus Sägewerken in der Region, die Fasern aus landwirtschaftlichen Abfällen (Strohdämmung) und die Roherde (Lehm) wurde vor Ort gesammelt. Der Baustoff Lehm steigert die Behaglichkeit und fördert die hygrometrische Regulierung im Innenraum.

Das Projekt basiert auf der Auffassung des Teams, dass in Frankreich ein territoriales Gleichgewicht zwischen den großen Metropolen und den weniger dicht besiedelten Gebieten hergestellt werden muss. Deshalb geht es Team AuRA nicht um die Verdichtung der Stadt, sondern um das Konzept des „Distributed Urbanism“ (in Deutsch: Verteilter Städtebau).

Im Vordergrund steht die Frage: Was ist heutzutage bei der Entwicklung von Stadtgebieten der nachhaltigste Weg? Als Antwort darauf verweist das Team dabei auf drei Ebenen: räumlich, lokal und architektonisch. Letzterer Aspekt beruht auf Schlichtheit, Energieeffizienz und der Nutzung erneuerbarer Energien. Hierbei bezieht sich das Team auf das negaWatt-Szenario, das durch Maßnahmen zugunsten von Suffizienz, Effizienz und erneuerbaren Energien einen Weg zur CO₂-Neutralität aufzeigt.