Demonstrator

Die Leitlinie des Sonderforschungsbereiches 1244 (SFB1244) ist „zukünftig für mehr Menschen mit deutlich weniger Material emissionsfrei zu bauen“. So werden schon jetzt, an dem 36,5 m hohem Demonstrator-Hochhaus (D1244) und auf der Experimentalplattform, erste Prototypen der Forschenden des SFB 1244 unter realen Bedingungen eingesetzt, aufgebaut und getestet. Weitere Messungen am Hochhaus werden vorgenommen und die ersten adaptiven Fassadenelemente sind bereits in der Entwicklung.

„Unsere weltweite Spitzenposition im adaptiven Bauen wird mit diesem Forschungshochhaus weiter gefestigt. Noch nie war Architektur so wandelbar, so veränderlich mit der Zeit wie hier“.

^{Werner Sobek, Initiator des SFB 1244 und Architekt von D1244}

D1244 ist in Leichtbauweise konstruiert, um der Forderung nach einer drastischen Senkung des Ressourcenverbrauchs beim Bauen gerecht zu werden. Die Bauteile sind nur punktuell miteinander verbunden (Differentialbauweise), sodass alle Bauteile nach dem Überschreiten ihrer Lebensdauer sortenrein getrennt und rezykliert werden können. Das Tragwerk des Gebäudes wurde als Stahlrahmenkonstruktion ausgeführt und mit Sensoren und Aktoren ausgestattet. Jeweils drei Geschosse bilden mit durchgehenden Auskreuzungen eine Tragwerkseinheit. Weltweit einzigartig ist dabei, dass in die Stützen und Auskreuzungen Aktoren integriert sind. Durch deren Aktivierung kann das Lastabtragungsverhalten des Tragwerks beeinflusst und wesentlich verbessert werden. 

Im Laufe des Projekts werden weitere konventionellen Komponenten durch neu entwickelte Aktoren und Sensoren aufgerüstet werden.  Um den Demonstrator so puristisch wie möglich auszuführen, wurde die vertikale Erschließung sowie die Leitungsführung extern über einen Treppenturm geleitet; sämtliche Geschosse werden dementsprechend über Stege erreicht. Der Abstand zwischen beiden Türmen beträgt 2,70 m. Mit Hilfe eines geschlossenen Regelkreislaufs kann das Gebäude auf unterschiedliche Lastfälle reagieren. Sollte das Hochhaus durch starke Windeinwirkung in Schwingung geraten, kann die eingebaute Aktorik dem aktiv entgegenwirken. Zudem ist die Tragstruktur in der Lage aktiv lastinduzierte Schwingungen zu dämpfen oder zu neutralisieren, ohne materiellen Mehraufwand durch größere Konstruktionsquerschnitte.

„Die Forschung an adaptiven Systemen eröffnet einen vielversprechenden Weg zu mehr Ressourceneffizienz und Klimaschutz. Die Einbindung von vielen unterschiedlichen industriellen Partnern bei der Entwicklung adaptiver Trag- und Fassadenelemente ist der beste Beweis, wie Grundlagenforschung und praktische Anwendung sehr eng miteinander verzahnt werden können.“

^{Lucio Blandini, seit 2020 Leiter des ILEK und verantwortlich für die Generalplanung vom D1244} 

Jedes der zwölf Stockwerke des D1244 dient als Testmodul für neuartige Fassadentypen. So wird bald eine hydroaktive Fassade getestet, die zur Reduktion von urbanen Hitze- und Überflutungsrisiken beiträgt, indem sie das auf die Fassade treffende Regenwasser sammelt, speichert und zeitverzögert zur Verdunstungskühlung in das Gebäude und den Stadtraum abgibt.  Außerdem wird an anpassungsfähigen kinetischen Hüllen geforscht, die zur Optimierung der Lichtverhältnisse im Innenraum dienen und eine Reduktion der Strahlungseinträge in den Stadtraum bewirken. Ebenso werden raumklimatische Fragestellungen untersucht, zum Beispiel die Frage, wie auf die Gebäudefassade einwirkende Solarenergie aktiv für Kühlzwecke nutzbar gemacht werden kann. In den kommenden Jahren werden am Demonstrator diverse weitere Beispiele an Fassadentypologien implementiert, welche sicher viele Anregungen für neue Anwendungen im Fassadenbereich bieten werden. 

Es ist gelungen nachzuweisen, dass mit dem Einsatz von adaptiven Tragwerken erhebliche Mengen an Baustoffen (und damit verbundene graue Energie und graue Emissionen) eingespart werden können. 

„Wir konnten zeigen, dass mit der Technologie der Adaptivität in Tragwerken Einsparungen an Ressourcen und Emissionen im Lebenszyklus eines Gebäudes von bis zu 50 Prozent möglich sind.“

^{Prof. Oliver Sawodny,  Sprecher des SFB 1244}

Die Adaptivität leistet somit im Bauwesen einen wesentlichen Beitrag zur Einsparung von Material- und Energieressourcen sowie zur Reduktion von Emissionen. Unter der Annahme, dass die Elektrizität in Zukunft vermehrt aus nachhaltigen Quellen erzeugt wird, verringert sich das Treibhauspotenzial für die Antriebsenergie noch weiter. Eine Adaption von Tragwerkselementen wie am D1244 kann somit zu beachtlichen Erfolgen in der Reduktion von Masse und dadurch auch zur Einsparung von Emissionen beitragen. 

• Generalplanung: Prof. Lucio Blandini, ILEK, Universität Stuttgart 
• Steuerung und Regelung: Prof. Oliver Sawodny, ISYS, Universität Stuttgart