Energie- und Zukunftsspeicher, Heidelberg, Germany

Energie- und Zukunftsspeicher

Der „Energie- und Zukunftsspeicher“ speichert Wärme aus Kraft-Wärme-Kopplung für das Fernwärmenetz: Wenn viel Strom gebraucht wird, wird die gleichzeitig erzeugte Wärme gespeichert – wie in einer Thermoskanne. Wenn die Verbraucher heizen müssen, wird sie wieder abgegeben. Das ersetzt Öl und Gas bei Kältespitzen durch erneuerbare Energien. Der Zylinder hat einen Durchmesser von ca. 25 m bei ca. 40 m Höhe. Der Speicher erhält eine moderne Fassadenkonstruktion. Auf den Speicher kommt eine gastronomische Einrichtung, was zur Gesamthöhe von etwa 55 Metern führt, mit Aufzügen und umlaufender Treppe. Die Nutzung der Ebenen wird auf maximal 200 Personen begrenzt. Das Highlight des öffentlich zugänglichen Bistros und des Veranstaltungsraumes ist die Rundum-Aussicht über das Rhein- und in das Neckartal. Es stellt sich also die Frage: „Welche Art Fassade vereint die Anforderungen nach Wärmeschutz im Sommer, guter Tagesbelichtung und ungehinderter Aussicht?“

Transsolar muss also Folgendes schaffen: Freie Sicht nach außen, überall genügend Tageslicht und angenehmes Klima innen; dabei immer mit Rücksicht auf Ressourcen, Nutzer, Kosten und offen für neue, andere, auch ungewöhnliche Lösungen. Simulationen an Computermodellen verknüpft mit standortbezogenen Wetterdaten sind hierfür die Werkzeuge.
Die 4.4m hohe, rundum verglaste Fassade des Obergeschosses ist ideal für freie Aussicht. Das Problem ist jedoch die mögliche Sonneneinstrahlung. Eine Sonnenschutzverglasung, die die Wärmeeinträge allein abfängt, erzeugt eine starke Verfärbung des Lichts. Ein verfahrbarer Sonnenschutz reduziert zwar effektiv die solaren Gewinne, behindert aber den Rundumblick (Analogie Gletscherbrille). Ein feststehender horizontaler Sonnenschutz kann die Fassade verschatten und erlaubt den Ausblick (Analogie Sombrero). Welcher feststehende Sonnenschutz wird den Anforderungen an Tageslicht, Verschattung und Aussicht gerecht?

„Solarrose“ als Entwurfswerkzeug: Als Datum für die Auslegung des Sonnenschutzes wurde der 15. August gewählt, da der Sonnenstand abnimmt, jedoch die Außentemperatur gerne noch hoch ist. Das heißt, an einem sonnigen Tag könnte es schnell zu warm werden. Der Grenzwert der max. pro Tag einfallenden solaren Einträge wurde auf 1.5 kWh/m² festgelegt. Das stellt sicher, dass der sommerliche Wärmeschutz nach DIN 4108 erfüllt wird und es auch bei Vollbelegung noch möglich ist, nur mit Strahlungskühlung den gewünschten thermischen Komfort zu erreichen. Eine Solarrose (abgeleitet von einer Windrose) zeigt in Abbildung 2 das Ergebnis der Simulation. Je nach Orientierung kann der notwendige Quotient zwischen Tiefe des Überhanges d zu Höhe der Glasfassade h abgelesen werden, der notwendig ist, um im Tagesmittel den Zielwert der solaren Einträge zu erreichen.
Daraus kann die Tiefe des „Dachüberstandes“ bestimmt werden. Bei der Glasfassade mit 4.4m Höhe würde eine volle Abschattung mit d/h=1 eine Auskragung von 4.4m erfordern– was zum einen zu konstruktiven Problemen, zum anderen zur Einschränkung von Tageslicht in der Raumtiefe führt. Übersetzt in die Analogie des Sombreros: Ein solcher wäre zu groß. Die Lösung des Problems ist eine Kombination: Waagerechter fester Sonnenschutz, darüber „Rollos“, die nach Bedarf Licht einfallen lassen. Mit diesem Hybrid endet die Analogie zum klassischen Sombrero, denn die nun nicht ganz so große „Hutkrempe“ wird abgesenkt und darüber mit „Rollos“ ergänzt.

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Solare Einstrahlung [kWh/m²/Tag]
23.08.

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