Nachhaltige Stadtarchitektur

"Nachhaltigkeit durch Architektur“

Bei neu zu errichtenden Gebäuden bilden die Wahl des Baugrundstücks und die Anordnung der Baukörper die Grundlage für nahezu alle passiven Maßnahmen zur Reduktion des Primärenergiebedarfs beim Betrieb der Gebäude. Darüber hinaus werden die Voraussetzungen für die Nutzung regenerativer Energien wie Solarthermie, Photovoltaik und Erdwärme sowie für die Konzeption von Nahwärmeversorgungssystemen geschaffen.

Der Standort von Gebäuden ist geprägt durch den städtebaulichen Kontext und das Kleinklima der direkten Umgebung. Er hat Einfluss auf das Innenraumklima und damit auf den Energieverbrauch in Gebäuden.

Die städtebauliche Einbindung und die Gebäudekonzeption eines neu zu errichtenden Gebäudes müssen dementsprechend auf die lokalen Gegebenheiten abgestimmt werden.

Mikroklima

Mikroklima

Übersicht

Mikroklima

Jedes Stück Land besitzt gewisse Merkmale, die eine Existenzbasis für unterschiedliche Leben bieten. Die auf eine bestimmte Gegend einwirkenden Kräfte bestimmen das Entstehen von Lebewesen, seien es Pflanzen, Tiere usw. In welchen Formen Lebewesen sich entwickeln, gedeihen oder untergehen können, je nach ihrer Fähigkeit passen sie sich an. Der Mensch ist erfinderischer und passt sich sogar besser an. Körper, Haare, Nahrung, Kultur, usw. ermöglichen der menschlichen Rasse an vielen Orten zu überleben. Sie stimmen ihre Bedürfnisse auf die Umgebung ab. Je besser die Gewohnheiten auf die Naturgewalten eingestellt sind, desto geringer sind die Belastungen durch den täglichen Existenzbedarf. Je einfacher die Verfahren zum Überleben sind, desto besser harmonisieren sie mit der Natur. Deswegen sollten alle Gebäude und lebensnotwendige Systeme auf die von der Natur gestellten Bedingungen abgestimmt sein und die von ihr gebotenen Möglichkeiten soweit wie möglich ausschöpfen.

URBAN HEAT ISLAND PROFILE

Der städtische Wärmeinselprofil

„​Wärmeinseleffekt“.:

Wenn die Stadt sich durch die erhöhten Temperaturen vom Umland abhebt. Ursachen: versiegelte, bebaute und betonierte Flächen heizen sich bei Sonneneinstrahlung stärker auf, weil hier weniger Wasser verdunstet werden kann. Messungen sollten beim Planen in Betracht gezogen werden.

Das Mikroklima definiert sich als das Klima der bodennahen Luftschicht bis 2 m (Atmosphäre) mit kleinräumig außerordentlicher Vielfalt in der Ausprägung. Boden und Vegetation bilden die aktiven Oberflächen, wie der Art und Beschaffenheit des Bodens, der Art und Dichte der dort wachsenden Pflanzen, sowie von den vorherrschenden Lichtverhältnissen beeinflusst.

Entscheidende Auswirkungen auf das Mikroklima hat auch die Bodenreibung von Luftbewegungen, sie sind jedoch nur schwach. Temperaturschwankungen hingegen sind in der Regel gros. In dicht besiedelten Gebieten (Stadt), haben auch die von Menschen geschaffenen Bauwerke einen großen Einfluss auf das Mikroklima. Dies geschieht zu Einen durch die gewählten Materialien und durch die Licht- und Windverhältnisse.

Für die Planung eines Entwurfes ist somit wichtig, alle Einflüsse des Mikroklimas, also die vorherrschenden örtlichen Merkmale eines bestimmten Standortes, Gebäudeorientierung, Gestaltung, Baumaterial, Lage der Öffnungen usw. zu kennen.

Gebäudekonzept

Gebäudekonzept

Gebäudestandort

Wärmeverluste und Temperaturen in Abhängigkeit von der Lage im Gelände

Im Gebäudeumfeld herrschende erhöhte oder niedrige Temperaturen haben die Folge von vermehrter oder verringerter Sonneneinstrahlung. Sie vermehren oder verringern den Jahresheizwärme oder –kühlbedarf.

Eine erhöhte winterliche Windgeschwindigkeit vermehrt die Transmissionswärmeverluste eines Gebäudes. Kriterien des Standorts sind zum einen die Topografie, das Vorhandensein günstiger Voraussetzungen zur Nutzung der Umweltwärme und die Möglichkeit, das Energiereservoir von nahen Gewässern zur Beheizung und Kühlung des Gebäudes zu nutzen.

Die Topografische Lage beeinflusst das Mikroklima im Gebäudeumfeld

> zusätzliche Wärmeverluste von bis zu 100%.

Gebäudeausrichtung

Energieeffizienz nach Gebäudeausrichtung in %
Energieeffizienz nach Gebäudeausrichtung in %

Die Orientierung des Gebäudes und die Ausrichtung der Fenster bestimmen den Wärmegewinn während der Heizperiode. Ost- bzw. Westfenster empfangen 60%, Nordfenster 40% der nutzbaren solaren Einstrahlung eines nach Süden gerichteten Fensters. Die nach Osten und nach Westen ausgerichteten Fenster weisen durch die tiefen Sonnenstände der sommerlichen Morgen- und Abendsonne größere Überhitzungsprobleme auf als Südfenster.

Je nach Gebäudeform und Fensterflächenanteil liegt der maximale Wärmegewinn bei 4 – 8 kWh/m² und Jahr.

Bei Passivhäusern sollte eine maximale Abweichung aus der Südrichtung von 10° eingehalten werden. Bei Niedrigenergiehäusern kann die südorientierte Fassade bis zu 30° abweichen.

Wohn- und Aufenthaltsräume sollten nach Süden zoniert werden.

Besonnung

Diffuser Strahlungsanteil bei versch. Witterungsverhältnissen
Diffuser Strahlungsanteil bei versch. Witterungsverhältnissen

Die Globalstrahlung setzt sich zusammen aus der direkten und der diffusen Strahlung. Die direkte Strahlung ist die Strahlungsmenge, die sich ohne auf ein Hindernis zu treffen ausbreitet und daher den kürzest möglichen Weg zwischen dem Ort seiner Emission und dem Ort zurücklegt.

Die diffuse Strahlung ist dagegen die Strahlungsmenge, die bei seiner Ausbreitung auf ein Hindernis trifft, reflektiert, absorbiert, gestreut, gebeugt oder gebrochen wird. Die diffuse Strahlung hat einen hohen Anteil an der Globalstrahlung, der aber von der Himmelsrichtung, der Wetterlage und der Jahreszeit abhängig ist.

mittlere monatliche Anteile der Diffusstrahlung an die Globalstrahlung
mittlere monatliche Anteile der Diffusstrahlung an die Globalstrahlung

Der mittlere Anteil der Diffusstrahlung an der Globalstrahlung bewegt sich im Jahresverlauf zwischen 80% im Dezember und ca. 50% im Mai, was zu hohen solaren Erträgen führt. Diffuse Strahlung kann somit zwar zur winterlichen Raumerwärmung führen, dennoch besteht die Gefahr zu hoher sommerlicher Wärmeeinträge auf Ost- und Westseiten des Gebäudes.

Demnach ist der optimale Energiegewinn von dem Sonnenverlauf und der Stellung des Gebäudes abhängig und sollte bei der Konzeption eines Entwurfes in Betracht gezogen werden.

Erträge von Solarkollektoren in Abhängigkeit von der Ausrichtung

Ein möglichst großer Teil der im Winter benötigten Wärmeeinträge sollte durch Nutzung der Sonneneinstrahlung gewonnen werden. Außerdem sollte ein Ausgleich zur sommerlichen Überhitzung sollte geschaffen werden, zum Beispiel durch einen elektronischen außenliegenden Sonnenschutz.

Durch Fensterflächen an Wänden oder auf dem Dach sind hohe Energiegewinne möglich. Deren Höhe hängt aber von der Jahreszeit, der Gebäudeausrichtung (zur Himmelsrichtung) und vom Neigungswinkel der besonnten Fläche ab.

Auch bei nicht optimal ausgerichteten Flächen ist die passive und aktive Solarenergienutzung möglich. Je nach Dachneigung ändert sich der Solareintrag.

Bei 40° Dachneigung in Südrichtung ist der Solareintrag am Höchsten. Aus diesem Grund sollten Gebäude zur Sonne, also nach Süden, geöffnet sein.

Einstrahlwinkel

Abb. links: Abhängigkeit d. Einstrahlungsmenge v. Einstrahlwinkel
Abb. rechts: Neigungswinkel für optimalen Solarertrag abhängig v. d. Jahreszeit

Je kleiner der Einstrahlwinkel ist, desto geringer ist der auf die Fläche fallende Strahlungsanteil. Je nach Neigung der Sammelfläche kann, in Abhängigkeit vom wechselnden Sonnenstand, über das ganze Jahr hinweg unterschiedlich viel Solarenergie gewonnen werden. Für Gebiete mit starkem Direktstrahlungsanteil sollte der Neigungswinkel steiler sein. Dagegen sollte man für Gegenden mit starkem Diffusstrahlungsanteil den Neigungswinkel flacher ansetzen.

Südflächen mit 55° bis 65° Neigung bieten eine größtmögliche Nutzung der Sonnenenergie während der kalten Wintermonate.

Eine Neigung der Südflächen von 30° bis 60° hat optimale Sonnenenergienutzung während der Übergangszeiten. Typische Sommersonnen-Nutzflächen sind Südflächen mit einer Neigung von 0° bis 30°.

Im Winter sind vor allem Fenster in Südwänden für passive Solarenergienutzung geeignet. Fenster im Osten und Westen erhalten deutlich weniger Sonneneinstrahlung und im Sommer entsteht dort eine unerwünschte Erwärmung.

Strategien zur Beeinflussung des Gebäudeumfelds

Übersicht

Das Gebäudeumfeld muss insoweit beeinflusst werden, dass gute Voraussetzungen für den Gebäudeentwurf entstehen können. Bei der Konzeption eines Gebäudes muss das Umfeld mit einbezogen werden, um ein energetisch sinnvolles und nachhaltiges Gebäude zu planen.

Hierbei sind die Ziele die Erweiterung des Wohn- und Lebensraumes auf Zwischen- und Außenbereiche.

Strategien

„Reflexion, Absorption & Speicherung“

Reflexionsgrad [Albedo] versch. Materialien u. Bodenbelägen
Temperaturen versch. Oberflächenarten, Sommertag

Es gibt verschiedene Reflexionsgrade von verschiedenen Fassaden- und Dachmaterialien sowie Bodenbelägen. Sie hängen von der Lufttemperatur und der Bodenbelagsart ab. Diese haben einen Einfluss auf die Speicherung der Umweltwärme und somit zur Verbesserung des Mikroklimas.

Durch gezieltes Einsetzen dieser Faktoren, Reflexion, Absorption und Speicherung solarer Wärme.

Dies geschieht mit Hilfe von Vorzonen, Vordächern, Dachüberständen.

Auch durch spezielle Wand- und Oberflächengestaltung können Wärmestau- und Wärmespeicherbereiche geschaffen werden.

Strategien

„Verschattung & Besonnung“

Der Komfort kann durch passive Maßnahmen erreicht und erhalten werden. Eine Kombination von Beschattung, Kühlung und Ventilation.

Die Beschattung der äußeren, umliegenden und inneren Flächen eines Gebäudes sollte als erstes zur Verminderung der Aufheizung durch die Umgebungsluft oder Sonneneinstrahlung vorgesehen werden.

Zu gewissen Jahres- und Tageszeiten ist eine Kühlung im Gebäude erwünscht, die Bepflanzung mit Bäumen, Büschen oder Kletterpflanzen kann ein Gebäude ausreichend beschatten.

Durch das Aufhalten der Sonneneinstrahlung kann der solare Energiegewinn reduziert werden, denn wenn die Wärme einmal drin ist, muss sie auch entfernt werden, was unnötigen zusätzlichen Aufwand verursacht.

Verschattung durch Vegetation

Je nach Baumart kann der Abstand um 1,5-fache reduziert werden.

Mit Hilfe von Bepflanzung (Bäume, Hecken) kann eine gezielte Verschattung und Besonnung angestrebt werden. Bäume verdunsten Wasser. Daher ist ihr Schatten angenehm kühl und durch keinen Sonnenschutz zu ersetzen, sie sorgt für ein behagliches Raumklima.

Die Verschattungswirkung durch Bäume ist abhängig von der Lage der Vegetation zur Solarfassade, der Abstand der Bäume zur Solarfassade im Verhältnis zur Baumhöhe und die Dichte der Baumreihe.

Nadelbäume haben eine Verschattungswirkung wie Gebäude, deswegen sollten einzeln stehende Nadelbäume einen Mindestabstand von der 2-fachen Baumhöhe, Baumgruppen der 2,7-fachen der Baumhöhe einhalten.

Der Vorteil von Laubbäumen ist, dass sie im Winter kein Laub haben, sie behindern den Sonneneinfall weniger und generieren mehr Solargewinne. Geschlossene Baumreihen sollten einen 2-fachen Mindestabstand zur Baumhöhe haben.

Je nach Baumart, Unterbrechung der Baumreihe bzw. bei Einzelbäumen, kann der Abstand auf das 1,5-fache reduziert werden.

Immergrüne Bäume, die an der Nordseite gepflanzt werden wirken einerseits als  Puffer, sie halten Regen, Wind und Schnee fern.

Sie sind wie ein Verdunstungskühler, die die Lufttemperatur vermindern. Der Boden um das Gebäude herum wird beschattet, dass das Aufheizen der Erde verhindert und somit das Mikroklima verändert wird.

Niedrige Stauden, Büsche und Gräser sollte man anpflanzen, wenn die Aussicht zu erhalten gilt. Sie vermindern die Rückstrahlung von Sonnenenergie von Straßen, Fußwegen, Terrasse, Sand oder Wasserflächen.

Baumarten, die stark verschatten: Kastanie, Buche, Berg- u. Spitzahorn, Linde, Eibe

Weniger verschatten dagegen: Gleditschie, Birke, Robinie, Lärche, Kiefer, Erle, Eschen, Eiche, Pappeln, Platane

Verschattung durch Gebäude

Verschattungsgebäude

Bei enger Bebauung entsteht eine Verschattung durch Gebäude, sie führt zur Reduzierung des solaren Potenzials. Die Verschattungswirkung ist dabei abhängig von der Höhe des Nachbargebäudes und dem Abstand der schattenwerfenden Kante.

Als Kennwert für den Verschattungsgrad bei geschlossenen Gebäudezeilen sollte der Abstand zwischen der schattenwerfenden Kante und der Solarfassade mindestens das 2,7-fache der Höhe der Verschattungskante betragen.

Der Verschattungsgrad bei Einzelgebäuden ist abhängig von dem A/V Verhältnis, von der Lage der Baukörper und dem Abstand der Gebäude. Als Kennwert sollte der A/V Verhältnis mindestens das 2,4-fache der schattenwerfenden kante betragen.

Verschattung durch direkte Strahlung

Verschattung durch direkte Strahlung

Der notwendige Abstand von Gebäuden hängt in unmittelbarer Nähe von d. Dachneigung und der Höhe d. Gebäude ab.

Wenn man ein 3-geschossiges Gebäude mit einem Satteldach unter verschiedenen Änderungen betrachtet sieht man, dass sich durch kleine Planungsänderungen die Abstände verringert werden können.

Wenn das Dach des Nachbargebäudes einen niedrigeren Winkel zum Gebäude hin hat, dann wird der Abstand dieser Gebäude geringer, da die Sonneneinstrahlung höher ist.

Wenn das Nachbargebäude auch 3 Geschosse hoch ist, aber durch eine Hanglage tiefer sitzt, ist der geringstmögliche Abstand zwischen den beiden Gebäuden am kürzesten.

Strategien

„Entsiegelung, Versickerung & Dachbegrünung“

Alle Maßnahmen, die auf eine Senkung der Wärmespeicherfähigkeit städtischer Oberflächen zielen. Dazu gehören die Verringerung der Oberflächenversiegelung, die Erhaltung der Verdunstungs- und Versickerungsflächen zur Regulierung der Luftfeuchtigkeit und -temperatur.

Ebenfalls unterstützen Maßnahmen, wie Begrünung von Gebäuden oder Anpflanzung großkroniger Bäume und Straßenrückbau die Reduzierung der Oberflächentemperatur. Unnötige Asphaltierungen von wenig benutzten Verkehrsflächen oder Parkplätzen sollten vermieden werden, stattdessen kann man auch durch großfugige Pflasterungen, Rasengittersteine oder Schotterasen die gewünschte Festigkeit erreichen.

Allgemein sollte die Versiegelung zugunsten vegetationsbedeckter Flächen möglichst gering gehalten werden, denn jeder Quadratmeter bewachsener Boden ist ein Quadratmeter Wärme speichernder Fläche weniger. Bei bereits versiegelten Parkplätzen usw. ist eine Beschattung durch Laubbäume möglich, da sie im Winter auch Sonneneinstrahlung zu lassen.

In vielen gemäßigten Klimazonen reicht eine Unterbrechung der Strahlung zur Vermeidung von Überhitzung. Ein einfacher Dachüberhang reicht hier auch aus, sie sollte je nach Jahreszeit verstellbar sein.

  • Durch Erhöhung der Ausnutzungsziffer (GFZ) kann die Frei- und Versickerungsfläche um ein Vielfaches vergrößert werden.
  • Dachbegrünung hat den Vorteil, dass ihre Bewässerung die Kühlung des Gebäudes bewirkt. Es gibt die Wärme nachts ab.

Durch begrünte Dachflächen lässt sich das Stadtklima positiv beeinflussen. Sie haben eine sehr lange Lebensdauer. Besonders auf Flachdächern und leicht geneigten Dächern sind sie den üblichen Abdichtungen aus Dachpappe überlegen.

Dachbegrünungen optimieren die Wärmedämmung, da sie im Winter vor Kälte und im Sommer vor Wärme schützen. Außerdem speichern sie durch ihre Pflanzen- und Bodenschicht Regenwasser, was das Stadtklima verbessert. Dachbegrünungen binden zu dem Staub und Schmutz, filtern die Luft durch ihre hohe Oberfläche.

Unterschiedliche Formen der Dachbepflanzung

 

Strategien

„Wind & Natürliche Belüftung“

Die topografische Lage eines Areals hat einen großen Einfluss auf die Wärmeverluste. In verschiedenen Gebieten entstehende Hang- und Talwinde, sowie Land- und Seewinde, die in die Planung mit einbezogen werden sollten. Hang- und Talwinde können zur Belüftung von Außen- und Innenräumen und zur Steuerung von Kaltluftströmungen genutzt werden.

Land- und Seewinde können zur Kühlung und Belüftung von Außen- und Innenräumen, zur Senkung der Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht und zur Steuerung von Kaltluftströmungen genutzt werden.

Hang- und Talwinde u. See- und Landwinde
Hang- und Talwinde u. See- und Landwinde

 

Die Frischluftzufuhr von Städten wird durch die Bebauungshöhe und Bebauungsart gesteuert. In Stadtzentren kann die Windgeschwindigkeit in Bodennähe um bis zu 35% geringer sein als im freien Gelände. Die Höhe und Stellung von Gebäuden kann aber auch zur Erhöhung der Windgeschwindigkeit oder zu Verwirbelungen führen.

Durch verschiedene Höhen und Arten von Bepflanzungen (Hecken, Bäume) kann die Windgeschwindigkeit beeinflusst werden. Die Abbildung zeigt, dass sich die vertikalen Windprofile über der Innenstadt, dem Stadtrand und dem Freiland stark unterschieden.

Neben der Annahme der Windgeschwindigkeit zum Stadtzentrum hin erkennt man auch die im Stadtkern höher reichende Störung des Windfeldes.

Ungünstige Gebäudestellungen erhöhen die Windgeschwindigkeit, die dann vermehrte Energieverluste und die Beeinträchtigung der Behaglichkeit zur Folge haben. Für Freiflächennutzer ist eine erhöhte Windgeschwindigkeit unbehaglich. Bei zwei aufeinander spitzlaufenden Gebäuden entsteht ein Düseneffekt, man sollte die Lücke schließen, damit kein Durchzug vorhanden ist und der Bereich behaglich wird.

Strategien

„Planungsbeispiele“

Einfluss einer Wasserfläche von einem Südraum auf den solaren Energieertrag

Fall 1: vorgelagerte Wasserfläche an der Südfassade

Durch eine vorgelagerte Fläche an Südseite, kann im Winter zusätzlicher Heizbetrag erreicht werden. Da im Sommer die Gefahr von Überhitzung besteht sollten Maßnahmen zur sommerlichen Kühlung getroffen werden, wie z. B. Betonkerntemperierung. Ein außenliegender Sonnenschutz sollte vorhanden sein. Wenn die Steuerung der Beleuchtung tageslichtabhängig möglich ist, kann der Stromeinsatz reduziert werden. Steigerung des Jahresenergiegewinns um 45 % und Verringerung des Jahresheizenergiebedarfs 16 %. Allerdings entstehen 138,6 % Kühllasten.

Empfindungstemperatur in einem Süd- Klassenraum an einem 03. September, in Abhängigkeit von der Bepflanzung

Fall 2: Verschattung durch Vegetation

Baumreihen vor Südfassaden verringern die sommerliche Aufheizung der Räume, sie unterstützen die natürliche Klimatisierung. Die Bepflanzungen sollten hoch und dicht sein. Laubbäume sollten bevorzugt werden, da im Winter die Bäume ohne Laub sind und die Sonneneinstrahlung weniger behindern. Diese Art von Verschattung hat im Erdgeschoss vor allem eine gute Wirkung. Es ist kein sehr guter Sonnenschutz, da das Laub auch an bewölkten Tagen die Sonneneinstrahlung abschirmt. Dennoch hat es psychische aber auch mikroklimatische Vorteile.

Strategien

„Gebäudegeometrie“

Die Gebäudeform hat starken Einfluss auf den Heizwärmebedarf eines Gebäudes, da die Transmissionswärmeverluste proportional zur Größe der wärmeübertragenden Hüllfläche (Außenwände, Fenster, Dach) steigen.

Lange schmale oder verwinkelte Bauformen sowie Vor- und Rücksprünge in Dach und Fassade (Gauben, Erker, Loggien etc.) wirken sich durch die vergrößerte wärmeabgebende Oberfläche ungünstig auf die Energiebilanz eines Gebäudes aus und müssen durch einen höheren Dämmstandard ausgeglichen werden. Anzustreben sind daher kompakte Bauformen mit einem großen Nutzvolumen im Vergleich zur wärmeübertragenden Oberfläche. Diese Kompaktheit wird durch das Verhältnis von wärmeübertragender Hüllfläche A in [m²] zum beheizten Gebäudevolumen V in [m³] gekennzeichnet.
Empfohlen wird ein Wert von A/V ≤ 0,5 [m-1].

„Kompaktheit“

Wenn die Fläche der Außenbauteile bei gleicher Gebäudekubatur reduziert wird, reduziert sich der Temperaturausgleich im Gebäudeinneren und dem Außenraum.

Je kleiner das A/V- Verhältnis, desto geringer ist der spezifische Energiebedarf pro m³ beheiztem Raum.

Gebäude zum Erdreich hin haben weniger Wärmeverluste, deswegen ist der Faktor 0,6 in der ENEV für Transmissionswärmeverluste der erdberührten Flächen, deshalb ist nicht nur die Höhe von Bedeutung, auch Breite und Tiefe sind ausschlaggebend.

 

Strategien

„Raumprogramm“

Abb. links: Zonierung von Räumen
Abb. rechts: Heizwärmebedarf und Übertemperaturhäufigkeit bei verschiedenen Grundrissorientierungen

Da die thermische Zonierung eines Gebäudes zur Reduzierung der Wärmeverluste bzw. der unerwünschten Energieeinträge und damit zur Verringerung des Energieverbrauchs beiträgt, sollte die Anordnung der Räume im Gebäude in Abhängigkeit von der Nutzung auf die zu erwartenden solaren Einträge abgestimmt werden.

Die Orientierung unbeheizter Räume nach Norden, niedrig beheizter Räume nach Osten und beheizter Räume nach Westen und Süden begünstigt die Ausnutzung der passiven solaren Energieerträge.

Der Aufbau des Grundrisses sollte einen hohen Grad an Tageslichtnutzung ermöglichen. Deshalb sind große Raumtiefen und innenliegende Räume möglichst zu vermeiden. Räume mit gleichen technischen und/oder klimatischen Anforderungen sollten wenn möglich nebeneinander bzw. übereinander angeordnet werden.

Hinsichtlich der unbekannten Folgenutzungen der Gebäude empfiehlt es sich die Grundrisse flexibel zu gestalten. Dafür bietet sich i. d. R. ein modularer Aufbau an.

Stadträume

Stadträume

Stadt

Stadt

Die „Stadt“ ist das Zusammenspiel v. identifizierbaren Stadtteilen mit eigenem Charakter im Kontext einer historischen Entwicklung

  • Bauliche Definition der Raumkanten
  • Blickbeziehungen zu gewählten Punkten
  • Anpassung an die vorh. Orientierung der Stadtarchitektur
  • Aufnahme der Stadtgeometrie durch Orientierung an die Landschaft
  • Aufnahme d. vorhandenen Architekturstils:
    Einbeziehen d. historischen Stadtkanten, Transformation u. Kontinuität
  • Öffentliche u. private Räume unterscheiden
  • Den öffentlichen Raum durch charakteristische Elemente, wie Freiflächen, deutlich abheben, z.B. durch Plätze, Grünflächen und unterschiedliche Straßen
  • Erhaltung des städtischen Mittelpunkts
  • Erhaltung und Weiterführung der Stadtcharakteristik, ohne sie zu verändern
  • funktionale Gliederung der Stadt
  • Zonen für verschiedene Funktionen bilden

Grünflächen

Grünflächen

Grünflächen haben eine besondere Bedeutung für das Stadtklima. In Grünanlagen und Parks (z.B. Burg- und Schlossgärten) entstehen keine Luftverunreinigungen, Staub wird aus der Luft herausgefiltert. Den Luftaustausch begünstigen Grünflächen als Freiflächen, durch Schatten, Windschutz und ausgeglichenen Lufttemperaturen schafft eine ausgewogene Verteilung von Strauch-, Rasen- und Baumbestand günstige Bedingungen. Eine überlokale Wirkung kann durch Vernetzen der Grünanlagen erreicht werden.

Die Erhaltung stadtnaher Wälder bezieht sich auf ihren bioklimatischen und lufthygienischen Nutzen. Die Waldflächen wirken zum Einen als Staubfilter und zum Anderen sorgen sie für eine Stabilisierung des Wasser- und Klimahaushaltes.

Gewässer sind auch im städtischen Raum von großer Bedeutung. Sie sollten erhalten bleiben, begradigte Fließgewässer sollten renaturiert und verrohrte Gewässer freigelegt werden. Die von den Gewässern ausgehende kleinklimatische Wirkung bei Temperatur und Luftfeuchte ist Tag und Nacht nahezu gleichbleibend.

Über Höhe und Art von Bepflanzungen (Hecken, Bäume) kann die Windgeschwindigkeit beeinflusst werden.

Stadtviertel

Stadtviertel

Jedes Stadtviertel zeichnet sich durch die strukturellen Merkmale seiner öffentlichen Räume aus.

  • Schaffung von vielfältigen Wohn- und Arbeitsräumen
  • Schwerpunktsetzung und Verdichtung
  • Differenzierte Stadtstrukturierung durch Straßen, Blöcken und Plätzen
  • Umgestaltung markanter Stadträume ohne Zerstörung der ländlichen oder städtischen Qualitäten und unter Berücksichtigung von Blickbeziehungen
  • Drehung der Bauformen um gute Lichtverhältnisse zu schaffen ohne die übergeordneten Bezüge zu zerstören.
  • Schaffung öffentlich zugänglicher begrünter Bereiche

  • Erhalten eines möglichst hohen Grünanteils, aufwerten durch neue Bepflanzungen
  • Umnutzung der ortsbildprägenden Bausubstanz mit minimaler Beeinträchtigung
  • Schaffung von öffentlichen Möglichkeiten wie Rad- und Gehwege, Plätze, Parkanlagen
  • Berücksichtigung der Natur, minimaler Eingriff
  • Neue regionale Konzepte zur Nutzung von Umweltenergie
  • Offene und geschlossene Bereiche
  • Bewusster Eingriff in die Luftströmung durch Öffnung, gleichmäßige Durchlüftung

Platz

Platz

Plätze sind die Knotenpunkte des öffentlichen Raumes und Bühnenbilder des städtischen Lebens im Alltag und in der Anschauung der Stadtbewohner.

  • Quartiersbildende Plätze
  • Platz als Terrasse/ Promenade - Vermindern der Lärmbelastung naheliegender Wohnbauten
  • Plätze als Raumfang oder „Eingang“ in das Viertel
  • zusammenhängende Grünflächen auf Plätzen und in Höfen (Bäume, Sträucher)
  • Gewährleistung guter Verdunstung durch Bepflanzung dienen als Wasserspeicher
  • Schutz der Grünflächen durch Einzäunung oder natürliche Wegeführungen
  • Vermeidung von Trampelpfadbildung
  • Richtige Dimensionierung des Platzes wegen der Durchlüftung und der Besonnung
  • Einplanung von Versickerungsflächen
  • Nutzung von recycelbaren Materialien

Straße

Straße

„Straßen“ sind Verkehrsräume und die Ereignisräume alltäglicher Szenarien

  • Definieren von Haupterschließungen
  • Differenzieren von verkehrsreichen und beruhigten Straße, Querstraßen mit seitlichen Park- und Grünstreifen
  • Neuanlage von verkehrsberuhigten Straßen
  • Integration von Radwegen
  • Verschattung der Straßen durch Bäume – Vermeidung von Fassadenbeschattung
  • Anwenden recycelbarer Materialien

Hof

Hof

Der „Hof“ (oder Garten) ist getrennt vom Straßenraum und stellt den privaten und intimen Lebensbereich dar.

  • Hoftypologie: offene, halboffene, geschlossene Höfe
  • Höfe in Abhängigkeit zur Baustruktur mit abgestimmten Qualitäten
  • Möglichst zusammenhängende Grünflächenanlagen
  • Gewährleistung guter Verdunstung
  • Schutz der Grünflächen durch Einzäunung
  • Ausreichende Dimensionierung des Hofes (Durchlüftung, Besonnung)
  • Anordnung von offenen Bereichen zum Hof (Balkon, Terrasse)
  • Kleinteilige Raumbildung innerhalb des Hofes
  • Vorsehen von Versickerungsflächen
  • Recycelbare Materialien

Sonnenstudie

Dies ist eine Sonnenstudie für den 20. März über die Beispiel-Stadt. Sonnenaufgang ist etwa um 6 Uhr und Sonnenuntergang etwa 18:20 Uhr. Durch die Visualisierung wird deutlich, wie sich die Verschattung der Gebäude zu einander je nach Uhrzeit ändert und was für Auswirkungen dadurch entstehen.

Energiekonzepte einer Stadt

Energiekonzepte einer Stadt

Die Energie, ihre Gewinnung, ihre Verteilung sowie ihr Verbrauch ziehen sich wie ein roter Faden durch die gesamte Raum- und Siedlungsplanung.

Die Nutzung der Umweltenergie kann durch Primäreinsatz und eine konsequente „Energiesparwirtschaft“ den gesenkt werden. Der noch zu erforderliche Primärenergieanteil kann dann in den kleineren dezentralen Einheiten, möglichst in der Nähe des Verbrauchers erzeugt werden. Durch vollständige Nutzung des Energieeinhalts mittels Abwärmenutzung soll eine verlustfreie Energieerzeugung angestrebt werden. Vorteile dezentraler Systeme weisen eine hohe Versorgungssicherheit und geringe Störanfälligkeit auf.

Reduktion des Energieverbrauchs

Die Reduktion des Energieverbrauchs durch Energiesparmaßnahmen und Niedrigenergiehäuser erfolgt durch folgende Punkte:

  • Die Sanierung der Energiewirtschaft
  • Die Reduzierung des Industrieenergieverbrauchs
  • Die Nutzung erneuerbarer Energiequellen

Dabei spielt die solare Raumheizung (Wärmespeicher, Flächenheizung, Natursteinheizung), neue Haushaltsgeräte, die Förderung der Energiesparlampen und sparsame Elektrogeräte sowie die Ausnutzung der Sonnenenergie für Brauchwassererwärmung weitere wichtige Rollen.

Kraft- Wärme- Kopplungen und Fernwärmenetze

Eine Kraft-Wärme-Kupplung liegt vor, wenn in einem Energieumwandler durch einen chemischen oder physikalischen Prozess Energie frei wird und diese sowohl für mechanische oder elektrische Arbeit als auch für Nutzwärme verwendet wird.

In kleineren, dezentralen Kraftwerken werden Wärme und Strom gekoppelt produziert, deren Abwärme wird als Fernwärme benutzt. Bei der Stromerzeugung anfallende Wärme wird somit nicht in die Luft oder die Gewässer abgegeben, sie wird zum Heizen oder Kühlen, zur Warmwasserversorgung und als Prozesswärme (Industrie) weitergenutzt. Diese KWK-Anlagen ermöglichen die Nutzung der Primärenergie bis zu 90%.

Die Heizkraftwerke mit Schadstoff-Filter können nach und nach ältere Kraftwerke ersetzen. Alle Betriebe müssten an das städtische Fernwärmenetz angeschlossen werden, die Abwärme im größeren Umfang (z.B. Industrie und Müllverbrennungsanlagen) erzeugen.

Fernwärme aus einem Gas- und Dampfturbinen (GuD)- Heizkraftwerk
Fernwärme aus einem Gas- und Dampfturbinen (GuD)- Heizkraftwerk

Die Heizkraftwerke sind nur in dem Maße sinnvoll, sofern Fernwärme lokal benötigt wird. Eine planerische Abstimmung der Lage von Heizkraftwerken zur thermischen und elektrischen Versorgung in stärker verdichteten Stadtgebieten ist mit angrenzenden und weniger dichten Randgebieten notwendig.

In den Randgebieten sind bessere Möglichkeiten zur Gewinnung von Sonnenwärme wichtig. Dabei sind diese Gebiete nur mit elektrischem Strom aus den Heizkraftwerden zu versorgen.

Die Wärme für Raumheizung und Brauchwasser wird aus Sonnenenergie gewonnen. In Stadtgebieten kann Sonnenwärme wegen Verschattung nur in geringem Maße gewonnen werden, anderseits ist der Anschluss an das Fernwärmenetz des Heizkraftwerks wirtschaftlicher.

Regionale und städtische Energiekonzepte

Regionale und städtische Energiekonzepte

Die Vorteile einer dezentralen Energiewirtschaft sieht man langfristig an regionalen und städtischen Energiekonzepten. Dies sieht man an dem Beispiel von Dänemark: Hier ist die regionalisierte Energieplanung auf nationaler Ebene. Der pro-Kopf Co² Ausstoß ist um 30% geringer. Die Wärmedämmung ist verbessert und die Nutzungsgrade der Heizungsanlage und der Heizungs-kraftwerke.

Weitgehend flächengedeckte Fernwärmenetze und die Erzeugung von Elektrizität mit Windgeneratoren sind weitere Aspekte.

Die Stadt Vorarlberg in Österreich ist ebenfalls ein wichtiges Beispiel für die Förderung der Energiesparhäuser. Der erneuerbare Heizwärmebedarf darf nicht mehr als 55 kWh betragen und je nach Heizwärmebedarf erhalten die Besitzer Förderungsgelder.

Für Einfamilienhäuser ist dieser Betrag 43,6 bis 70,86 EUR pro m²; für Mehrfamilienhäuser 29,07 bis 56,32 EUR pro m².

Das statistisch errechnete Einsparpotential welches auf durchschnittlich 30 Jahren berechnet wird, beträgt für alle geforderten Bauten ca. 66 Millionen Euro. Dies übersteigt die investierte Summe. Das Einsparen volkswirtschaftlicher interessierter Energiewegen verringern das CO²-Ausstoßen und die Umweltbelastung. Die städtischen Energiekonzepte sehen die Renovierung und bessere Geräte vor.

Die Verringerung bisheriger Energieverluste kann den Verbrauch an Primärenergie auf 35% senken. 40% stellen davon regenerative Energiequellen dar (Sonne, Biomasse, Wind-/Wasserkraftwerke).
Der Nutzungsgrad von Rohstoffen ist auf 20% gestiegen. Dabei müssen aber alle Maßnahmen zusammenwirken wie z.B. das Heizen durch Fernwärme aus HKW und Dämmung nach Wärmeschutzordnung. Davon sind 16% BHKW; 12% Holzkohle; 27% Gaswärmepumpe; 5% elektrische Wärmepumpe.

Methoden der Stadtarchitektur

Methoden der Stadtarchitektur

  • Baulich nachverdichten
    Innerhalb bebauter Räume können zusätzliche Bauflächen erschlossen werden, soweit Gebäudeabstände dies zulassen und Stadträume auf eine klare Fassung warten. Dies macht die Vorzüge dichten urbanen Lebens spürbar.
  • Einfügen von Neubauten
    Es sollten bestandsschonende Neubaumaßnahmen getroffen werden. Bereit bebaute Flächen sollten möglichst nicht ausgeweitet werden, sodass die vorhandene Infrastruktur besser ausgenutzt wird. Sie sollten neue Anforderungen an umfassende  Nachhaltigkeit und Klimaneutralität erfüllen. Zukunftsfähiges Bauen bedarf Offenheit für Änderungen und Neuerungen.
  • Ergänzen der Gewerbegebiete mit Wohnen
    Durch Ansiedlung von Wohngebieten können monostrukturierte Gewerbe- und Industriegebiete profitieren.
    Durch das Ergänzen können Orte zu Stadtteilen mit neuen Qualitäten geformt werden.

 

  • Anreichern der Wohngebiete um andere Nutzungen
    Gewerbliche Einrichtungen stellen heute im Regelfall keine Beeinträchtigungen mehr dar. Im Gegenteil: Sie verbessern eine standortnahe Versorgung, sie vermehren das wohnungsnahe Arbeitsplatzangebot und sie bereichern das alltägliche Erfahrungsumfeld.
  • Aufstocken
    Viele Stadträume besitzen eine geringe Dichte, dies ermöglicht das nachträgliche Aufstocken von Gebäuden. Hier lässt sich zusätzlicher Lebensraum schaffen, der auch die soziale Durchmischung im Quartier bereichern kann.
  • Erhöhen der Nutzungsdichte im Bestand
    Genutzte Bestandsgebäude bieten viele Nutzungsreserven. Durch Erkennen von Potenzialen und deren Umsetzung kann ein Stadtteil belebt werden. Hierbei sollten kreative Handlungsstrategien entwickelt und neue Nutzungen ermöglicht werden. Die erforderliche Infrastruktur ist bereits vorhanden und kann somit besser genutzt werden.

  • Leerstehende Gebäude zur Bereicherung der Nutzungsvielfalt neu nutzen
    Umnutzungen und Zweckentfremdungen leerstehender Gebäude erweitern die Angebotsvielfalt und den sozialen Mix und tragen zur Schaffung neuer Visionen von Stadt und Wohnen bei.
  • Fördern von Dach- und Fassadenbegrünung
    Wichtige Maßnahmen zur Verbesserung des Stadtklimas sind Dach- und Fassadenbegrünungen. Es können städtische Hitzeinseln verhindert und Regenwasser gepuffert werden. Außerdem werden durch sie die Gebäudeabstrahlung und der Kühlbedarf von Gebäuden verringert.
  • Erhalten und Aufwerten von Freiflächen und Schaffen neuer Landschaftsbilder
    Quartiersspezifische Freiflächen, hochwertige Parks und Brachflächen sind zu erhalten und weiterzuentwickeln. Als Energielandschaft können Brachflächen energetisch umgenutzt werden.
    Dies kann zu neuen Landschaftsbildern führen und zur Energieversorgung beitragen.

  • Regeln von Tageslicht und Verschattung durch Vegetation
    Der sommerliche Wärmeschutz von Stadträumen und Gebäuden kann durch Vegetationen unterstützt werden. Gebäudenahe Begrünung ist wichtig für die Stadtarchitektur und das Stadt- und Gebäudeklima.
  • Aufhellen von Stadtoberflächen/Fassaden zur Verbesserung der Reflexion
    Helle Oberflächen helfen bei ungünstigen Witterungsbedingungen belastend Empfindungen zu verringern. Der Kunstlichtbedarf, sowie der sommerliche Kühlbedarf in Gebäuden und Stadträumen werden weniger.
  • Umsetzen nachhaltiger Stadtbeleuchtung
    Nachts sind Städte oft überbelichtet. Um die Qualität der nächtlichen Erscheinung einer Stadt zu verbessern und den Energiebedarf an Licht zu minimieren, sollte eine gezielte Lichtplanung erfolgen und unnötige Lichtnutzung vermieden werden.

  • Optimieren von solaren Ertragspotenzialen
    Solar optimierte Dachformen und kongruente Gebäudehöhen reduzieren die gegenseitige Verschattung. Sie schaffen damit nicht nur günstige solare, sondern auch geothermische Ertragspotenziale.
  • Integrieren von flächigen Energiesystemen in die Architektur
    Solare Systeme sollten in die Gebäudehülle gestalterisch integriert werden, da durch kann zusätzlich Fläche gespart werden. Hier entsteht die Möglichkeit sie zur Gestaltung der Gebäudehülle und auch als Sonnenschutz zu nutzen.
  • Inszenieren einzelner regenerativer Energiesysteme
    Viele regenerative Energiesysteme, wie Wärmenetze, Geothermieanlagen, Biogaserzeugung, Biomassenutzung und viele andere bieten auf Grund ihrer technischen Anforderungen wenig Gestaltungsspielraum.
    Dennoch sollten diese Maßnahmen durch Inszenierungen sichtbar gemacht werden um die emotionale Akzeptanz der Gesellschaft zu verstärken.

  • Stadtbildprägendes Einsetzen von neuen Energiesystemen
    Nachhaltige Energieversorgung sollte nicht nur als technische Eingriffe gesehen werden, sondern einen Vorteil für den Stadtraum und den Nutzer darstellen. Innovative Energiesysteme sollten funktional und ästhetisch umgesetzt werden, sodass sie im urbanen Raum eingebunden sind und das Bild der Stadt verändern können.
  • Mobilität gestalten, Mobilitätsräume optimieren
    Mobilität bedeutet nicht zwangsläufig physischen Transport. Mit reduziertem Transportzwang ist eine höhere und qualitativ überlegene Mobilität erreichbar. Mischverkehrsflächen können die Qualität städtischen Lebens deutlich verbessern.

Von der Konzeptphase bis hin zur Detailoptimierung steht heute immer mehr eine nachhaltige und ganzheitliche Betrachtung von Architektur im Fokus, um energie- und klimaoptimiert bauen zu können. Hochtechnisierung kann hier nicht Lösung sein, vielmehr müssen die vielen teilweise verloren gegangenen passiven Kräfte mobilisiert und auf aktive Maßnahmen abgestimmt werden. Das Maximum an Behaglichkeit mit einem Minimum an Energie erreichen - ClimaDesign