Agricultural Lighting Facade | Food Producing Office Buildings by Ekaterina Vyrodova

Agricultural Lighting Facade Lebensmittelproduzierende Bürogebäude | Food Producing Office Buildings

Ekaterina Vyrodova Master Thesis | Wintersemester 19|20 Technische Universität München | Fakultät für Architektur Professur für Green Technologies in Landscape Architecture Prof. Dr.-Ing. Ferdinand Ludwig

GTLA

GTLA Technische Universität München Fakultät für Architektur Professur für Green Technologies in Landscape Architecture Prof. Dr.-Ing. Ferdinand Ludwig

Master Thesis Agricultural Lighting Facade: Lebensmittelproduzierende Bürogebäude

Agricultural Lighting Facade: Food Producing Office Buildings

Ekaterina Vyrodova Matr. Nr. 03712211

Bearbeitung:

01.10.2019 - 20.03.2020

Betreuer:

Prof. Dr. Ferdinand Ludwig

Externe Betreuerin: Dr. Mariana Yordanova

2019 | 2020

Danksagung Mit dieser Seite möchte ich mich bei allen Personen bedanken, die auf unterschiedliche Art und Weise zum Gelingen dieser Masterarbeit beigetragen haben. Mein Dank gilt zunächst Herrn Prof. Ferdinand Ludwig, der meine Masterarbeit betreut und begutachtet hat. Für stetig kritisches Hinterfragen und konstruktive Kritik bei der Erstellung dieser Arbeit möchte ich mich herzlich bedanken. Insbesondere möchte ich mich für die finanzielle Unterstützung für das Prototypaufbau von der Professur für Green Technologies in Landscape Architecture bedanken. Ein herzliches ‚Dankeschön!‘ geht an meine Betreuerin, Frau Dr. Mariana Yordanova, die mein Interesse für das Thema Agricultural Lighting Facade geweckt hat. Sie ist mir während meiner Forschung zur Seite gestanden und hat so eine angenehme Zusammenarbeit ermöglicht. Dank ihrer Mitwirkung ist der Prototyp entstanden. Vielen Dank für Zeit und Mühen, die sie in meine Arbeit investiert hat. Ich bedanke mich bei dem Leiter von Fränkische Thermoglas GmbH & Co. KG Herrn Wolfgang Franz für die finanzielle Unterstützung meiner Forschung im Rahmen des ALF Stipendiums SS19. Die entstandene im Sommersemester Forschung wurde zur Grundlage für meine Masterarbeit. Nicht zuletzt gebührt ein ganz spezieller Dank meinem Freund Tobias Papenfuhs für die Organisation der Teilnahme in der Führung im Restaurant The Green Hause in Utrecht, aufmerksames Korrekturlesen der Masterarbeit und konstruktive Anmerkungen. Ich bedanke mich besonders für sein Geduld und emotionale Unterstützung! Letztlich möchte ich mich bei meinen Eltern bedanken, die mir mein Studium durch ihre Unterstützung ermöglicht haben und immer für mich da waren.

Zusammenfassung Die vorliegende Masterarbeit untersucht die Anwendung von Agricultural Lighting Facade (ALF) für Bürogebäude. Dabei wird die Frage beantwortet wie die Koexistenz von Büroalltag und Nutzpflanzenanbau optimal gestaltet werden kann. Basierend auf einer umfangreichen Recherche werden unterschiedliche Designs und Anwendungsszenarien entwickelt. Ein Prototyp im Maßstab 1:1 ermöglicht, eine Studie zum ALF Modul zu visualisieren in der Praxis zu testen. Anhand einer Umfrage wird die Akzeptanz der unterschiedlichen Ideen evaluiert und weitere Gestaltungsmöglichkeiten abgefragt. Der zweite Teil der Arbeit stellt ein konkretes Anwendungsszenario dar, in dem am Beispiel des O2 Towers in München auf ästhetische Beleuchtung, Ertrag und Konsum von Salaten und Büronutzungszeiten eingegangen wird. Die Ergebnisse zeigen, dass der Ertrag von Salaten im Vergleich zum Konsum der Büronutzer deutlich höher ist, was verschiedene Konsumszenarien ermöglicht. Abschließend werden alle Erkenntnisse zusammengefasst und das weitere Entwicklungspotential von ALF in Bürogebäuden aufgezeigt.

Abstract This Master’s Thesis examines the application of Agricultural Lighting Facade (ALF) for office buildings. There the question is answered how the coexistence of everyday office life and eatable plants cultivation can be optimally designed. Based on extensive research, different designs and application scenarios are developed. A prototype on a 1:1 scale enables the study on an ALF Module to be visualized and tested in practice. The acceptance of the different ideas is evaluated on the basis of a survey where further design options are also queried. The second part of the work represents a concrete application scenario. On the example of the O2 Tower in Munich aesthetic lighting in combination with working hours, yield and consumption of salads are studied. The results show that the yield of salads is much higher than the consumption of office users, which means that several scenarios of consumption and application of ALF can be applied. Finally, all findings are summarized and the further development potential of ALF for office buildings are determined.

INHALTSVERZEICHNIS 1 Einleitung

1.1 Motivation und Hintergrund

1.2 Aufgabenstellung und Zielsetzung

1.3 Methodische Vorgehensweise

1.4 Aufbau der Arbeit

2 Grundlagen der Arbeit

2.1 Das Konzept Agricultural Lighting Facade

2.2 Anwendung von ALF für Bürogebäuden in Zahlen: Stipendium ALF SS19

3 Analyse von existierenden Anwendungen auf dem Markt

3.1 Stand Alone Anwendung

3.2 Industrielle Anwendung

3.3 Nutzpflanzenanbau an der Fassade: Projekt The Green House

4 Prototyp 1:1 4.1 Design Phase

22 22

4.1.1 Rinnenform

4.1.2 Art der Bepflanzung

4.1.3 Positionierung des Moduls an der Fassade

4.1.4 Konzept des Prototyps 1:1

4.2 Analyse der Wahrnehmung des Prototyps

4.3 Befragung

4.4 Rückschlüsse aus dem Experiment

5 Von 1:1 zum Bürogebäude

5.1 Regeln für die Platzierung von ALF im Büroraum

5.2 Platzierung von ALF am Beispiel des O2 Turms

5.3 Fotoanalyse des Büroalltags

5.4 Koexistenz von Büroalltag und Pflanzenbeleuchtung als Prinzip der Lichtgestaltung

5.5 ALF für O2 Tower in Zahlen

6 Alternative Szenarien für den Einsatz von ALF

6.1 Maximal möglicher Ertrag: Konsum in der Umgebung

6.2 Optimierter Ertrag und Lichtgestaltung der Fassade

6.3 Weitere Gemüsearten in Zahlen

7 Fazit

Anhang

A Weitere Fotoaufnahmen des Restaurants The Green Hause. 11.2019

B Skizzen zur Formgebung der Rinne

C Fragebogen

D Wahrnehmung des Moduls aus verschiedenen Entfernungen am Tag

E Weitere Fotoaufnahmen des Prototyps

Abbildungsverzeichnis Literaturverzeichnis Verfassererklärung

56 58 63

EINLEITUNG

1 EINLEITUNG 1.1 Motivation und Hintergrund Beleuchtung von Pflanzen in zeitgenössischen Gewächshäusern und moderne Transportsysteme ermöglichen ganzjährigen Konsum von frischem Gemüse in den Städten. Diese Form der Landwirtschaft hat bei voranschreitender Urbanisierung jedoch Nachteile: Hoher Wasser- und Flächenverbrauch in der Landwirtschaft, lange Transportwege und Bevölkerungswachstum zwingen uns neue Wege für Landwirtschaft in Städten zu finden. An dieser Stelle setzt das Forschungsprojekt „Agricultural Lighting Facade“ an und versucht eine Synergie von Beleuchtung von Gemüse und Lichtinszenierung in der Architektur zu finden. Die Studie „Methodische Entwicklung von Forschungsfragen im Rahmen des Stipendiums ALF SS19“ zeigte, dass Bürogebäude ein großes Potential für den Einsatz von ALF haben.

1.2. Aufgabenstellung und Zielsetzung Basis der Master Thesis ist das Projekt Agricultural Lighting Facade (ALF) an der Professur für Professur für Green Technologies in Landscape Architecture und Architectural Research Incubator der Technische Universität München. Aus der Dissertation von Dr. Mariana Yordanova „Lichtinszenierungen für Gebäudefassaden unter Berücksichtigung von energieoptimierenden Maßnahmen und dem Erschließen von Synergieeffekten mit einem nachhaltigen Mehrwert” ist das Konzept der Anbau von Gemüse an der Fassade entstanden. Anhaltendes Bevölkerungswachstum und steigende Urbanisierung auf der Welt fordern neuartige Lösungen. Darüber hinaus ist gerade in der jetzigen Zeit der Megatrend Nachhaltigkeit zu befolgen, um das Ökosystem Erde zu bewahren. ALF kann ein Lösungskonzept dafür sein.

Bisher ist ALF nur in konzeptioneller Form für den Gemüseanbau an der Fassade vorhanden. Es gibt jedoch noch keine Praxisanwendung für Bürogebäude. Aufgabenstellung Aufgabe dieser Masterarbeit ist es zu prüfen, ob und wie das Konzept ALF sich in Bürogebäude integrieren lässt. Dabei wird erforscht wie ein Fragment der Fassade mit einem ALF Modul im Maßstab 1:1 aussehen kann, und evaluiert werden, wie die potentiellen Büronutzer dies wahrnehmen. Ziel ist es, die Ergebnisse des Experimentes mit einem 1:1 Prototyp mit dem Büroalltag und den Prinzipien der Lichtinszenierung der Fassade zu verbinden. Zudem sollen die Besonderheiten der Pflanzenbeleuchtung berücksichtigt werden. Nach erfolgter Einteilung sollen die charakteristischen Merkmale der ALF für Bürogebäude herausgearbeitet und dargestellt werden, um so ein umfassendes Verständnis der Koexistenz von Gemüseanbau an der Fassade und Büronutzer zu ermöglichen. Abschließend sind die Daten des Experiments in einer Fallstudie an einem existierenden Bürogebäude anzuwenden. Die folgenden drei Forschungsfragen fassen die zu bearbeitenden Teilaufgaben nochmals zusammen: Forschungsfrage 1: Wie lässt sich ein ALF Modul in der Praxis in/an Bürogebäuden gestalten und umsetzen? Forschungsfrage 2: Wie kann das ALF Konzept optimal in Bürogebäuden integriert werden, so dass Koexistenz von Büroalltag und Nutzpflanzenanbau möglich ist? Forschungsfrage 3: Welche lässt sich die Beleuchtung der Nutzpflanzen an der Bürofassade an einem Beispiel charakterisieren?

EINLEITUNG

1.3 Methodische Vorgehensweise Bottom Up Klassischerweise kann ein Problem top down oder bottom up gelöst werden. Ersteres geht dabei von einem abstrakten Gesamtproblem aus und geht schrittweise in Teilprobleme und damit tiefer in Details. (Gabler Wirtschaftslexikon 2018) Die Bottom-up Methodik oder Induktion (lat. inductio, „die Heranführung“) ist dem entgegengesetzt und geht vom Konkreten oder Untergeordneten zum Abstrakten und übergeordneten Themen schrittweise hin (Balzert et al. 2008). Es ist also eine Denkrichtung, um komplexe Sachverhalte zu verstehen, zu beschreiben und darzustellen. Bei der Induktion wird aus einer (möglichst großen) Anzahl von Einzelerkenntnissen eine Forschungshypothese abgeleitet, um daraus eine möglichst allgemeingültige Theorie zu entwickeln. In dieser Masterarbeit entspricht dies folgendem Vorgehen: Zuerst werden Detailfragen zu einem ALF Modul beantwortet und anhand der Antworten werden Prinzipien zur Platzierung von ALF in Bürogebäuden zusammengestellt. Nach den Prinzipien wird an einem Beispiel die Fassadengestaltung mit ALF simuliert. Die Gestaltung der Fassade ist somit von den Prinzipen der Platzierung

1:1), 3D-gedrucktes Model, Laboraufbau, virtuelle Simulation, Papierprototyp, Legoprototyp, 2D Skizzen, Technische Beschreibung, Kalkulationen (Schmidt et al. 2017 - 2017). High-Fidelity-Modelle sind als Prototypen dem Endprodukt schon sehr nahe und werden damit in einigen Aspekten als die umfangreichste Art von Prototypen angesehen. Deshalb sind Prototype 1:1 besonders wertvoll, weil sie Schwachstellen enttarnen und Fragen aufwerfen, die man bei anderen Prototypingtechniken übersehen kann. Vor dem Aufbau eines Prototyps ist zu überlegen, welche Fragen man mit Hilfe des Prototyps beantworten möchte und wem der Prototyp präsentiert werden muss. In dieser Master Arbeit wird in dem ersten Teil ein Prototyp 1:1 aufgebaut um die Wahrnehmung von ALF zu identifizieren und wichtige Faktoren für Koexistenz von Büronutzer und ALF zu definieren. In dem letzten Teil der Arbeit wird ein Prototyp in Form von Video Simulation erstellt um die Lichtgestaltung einer ALF in Tagesablauf von eine, Beispiel Büro zu analysieren. Befragung Eine Befragung kann schriftlich oder mündlich als

und den einzelnen Rückschlüssen aus dem Aufbau des Prototyps abhängig. Prototyp Das Prototyping selbst ist eine Ideentechnik. Bei der Erstellung eines physischen Objekts müssen viele Entscheidungen getroffen werden, und dies fördert die Generierung neuer Ideen (Institute of Design at Stanford 2017). Es gibt verschiedene Detaillierungsgrade von Prototypen, welche gleichzeitig verschiedene Ziele verfolgen. Dabei differenziert man zwischen folgenden Prototypen sortiert von hohem zu niedrigem Detaillierungsgrad: High-Fidelity-Modell (Prototyp

persönliches Interview durchgeführt werden. Mit stark strukturierten Fragebogen gelangt man zu vergleichbaren Ergebnissen. Befragungen können sowohl quantitative als auch qualitative Daten liefern. (Balzert et al. 2008). Der Fragebogen muss eine Einleitung mit Information über das Projekt erhalten. Die Struktur der Befragung: Einleitung – Frage die für alle Befragten zutreffend ist, Ablauf – vom allgemein zum Speziellen, Ende – offene Frage, bei der die Befragten selbst noch einmal zu dem Befragungsthema Stellung nehmen können. Die Befragung soll so kurz wie möglich sein.

EINLEITUNG

1.4 Aufbau der Arbeit Diese Arbeit versucht die einzelnen Teilschritte nacheinander zu bearbeiten. In der Einleitung wird der Hintergrund der Arbeit vorgestellt. Es wird kurz definiert was Agricultural Lighting Facade sind, welche Ziele sie verfolgt und wieso die Thematik zurzeit relevant ist. Darüber hinaus werden es die festgelegte Prinzipen der ALF, die für diese Arbeit eine große Bedeutung haben, aufgezählt. Im Hauptteil werden zuerst die Kriterien für die Gestaltung des ALF Modules festgestellt. Dann wird ein Konzept des Modules mit verschiedenen Varianten der Gestaltung vorgestellt, die für einen Experiment in der Form von einem Prototyp in Maßstab 1:1 gebaut und getestet werden. Anschließend gibt die Arbeit einen Überblick über die Wahrnehmung der untersuchten Varianten und Feedback für die weitere Entwicklung der ALF von den potentialen Büronutzern. Aus der Befragung und Tests der Wahrnehmung des Prototyps wurden Potentiale für Entwicklung von einem ALF entdeckt und Prinzipen der Platzierung in Bürogebäuden entwickelt.

Das darauffolgende Kapitel untersucht die Integration der ALF in größerem Maßstab am Beispiel eines existierenden Bürogebäudes und bezieht sich dabei auf Vorgaben des Experiments und auf die Studie des Büroalltags. Danach werden die Ergebnisse der Arbeit, die ALF für Bürogebäude samt ausführlicher Charakterisierung, vorgestellt. Im nächsten Kapitel werden alternative Varianten des Einsatzes von ALF entwickelt die den Konsum verschiedener Gemüsesorten für Büronutzer und weitere Personen decken. Zudem versucht ein Teilkapitel Empfehlungen für das ALF Projekt auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse zu geben. In einem abschließenden Fazit werden die Ergebnisse nochmals mit den anfangs gestellten Forschungsfragen abgeglichen.

EINLEITUNG

ALF

Das Forschungsprojekt der Professur für Green Technologies in Landscape Architecture

Methodische Entwicklung von F.F. im Rahmen des

STIPENDIUMS ALF SS19 5 von 6 untersuchten Bürogebäuden können den Bedarf an Salat von Büronutzern decken

(01)

Abb. 01: Hintergrund und Aufbau der Arbeit

MASTER THESIS

Von 1:1 zum Bürogebäude

Integration von ALF im größeren Maßstab

Prinzipen

für die Platzierung im Büroraum

Prototyp 1:1

Aufbau eines Moduls mit verschiedenen Kräutern. Feedback und Reflexion der potentiellen Büronutzer

HINTERGRUND DER ARBEIT

2 GRUNDLAGEN DER ARBEIT 14

2.1 Das Konzept Agricultural Lighting Facade Urbanisierungsprozesse, die seit 50 Jahren schneller und schneller ablaufen, kombiniert mit dem Bevölkerungswachstum und die Verringerung der zur Verfügung stehenden Fläche zur Nahrungsmittelproduktion, erhöhen den Druck um mit alternativen, effizienten und nachhaltigen Lösungen die nachfolgenden Generationen zu ernähren. Prognosen zeigen, dass ca. 70 % der Weltbevölkerung (von 9,3 Mrd. Menschen) in 2050 in Städten wohnen wird. Im Vergleich dazu waren es im Jahr 1950 30 % von 2,5 Mrd. (Hrsg. Vereinte Nationen, Department of Economic a. Social Affairs.). Die drei Themen mit denen das Projekt Agricultural Lighting Facade sich auseinandersetzt sind: Urbanisierung, Bevölkerungswachstum und Nahrungsmittelversorgung. Das Projekt stellt die Frage, was haben diese gemeinsam. Eine auf den ersten Blick ungewöhnliche, aber dennoch passende Antwort ist: Sie haben alle mit Licht zu tun (Yordanova 2019). Einerseits mit der Beleuchtung der Stadt und andererseits kann ein Bezug über Vertikal Farming hergestellt werden. Konkret wird die Frage gestellt: Was könnte eine Synthese zwischen Gewächshaustechnologie und Lichtinszenierung von Gebäuden geben (Abb.2). Auf einer Seite ist die Lichtinszenierung in der Architektur ein großer Trend, der unmittelbar mit dem Stadtwachstum und dem Wirtschaftswachstum verbunden ist. Überall wo der Hauptgrund der Urbanisierung das Wirtschaftswachstum ist, gibt es die Tendenz Architektur zu beleuchten und anzustrahlen, um den Fortschritt und den Reichtum zu präsentieren. Beleuchtung sieht man in allen großen Städten der Welt trotz aller negativen Auswirkungen wie Lichtverschmutzung. (Yordanova et al. 2018). Das Projekt ALF beantwortet die Frage: Trotz aller Effizienz in innovativer Beleuchtungs-

technik mit LED, kann das Konzept nachhaltig sein? Auf der anderen Seite wird die gleiche Technologie eingesetzt zu Steigerung der Produktivität für den Gemüseanbau. Und auch hier ist die Frage erlaubt wie nachhaltig kann das sein. Agricaltural Lightung Facade beantwortet die Frage, wie können wir diese zwei sehr unterschiedlichen Trends, die eine gewisse ästhetische Übereinstimmung zeigen, in einer architektonischen Synergie zu einem neuen nachhaltigen Mehrwert zusammenführen. (DGNB 2019) Das Ganze ist in bestehende Entwicklungen der Landwirtschaft eingebunden. Der Anbau von Gemüse am Boden, der mehr und mehr in Gewächshäusern stattfindet, um eine höhere Effizienz zu erreichen, sich von der Umgebung abzukoppeln und um kontrollierbare und damit bessere Wachstumsbedingungen zu schaffen. Gleichzeitig erleben wir aktuell den Trend zu Vertical Farming, dem geschichteten Anbau von Gemüse in Städten mit vielen Vorteilen, allerdings auch mit Nachteilen. (DGNB 2019) Fartical Farming ist ein technisches, monofunktionales Gebäude mitten in der Stadt, ohne Interaktion mit dem Nutzer und dem Stadtraum, vollständig auf künstliche Energie und Lichtquellen gebaut. ALF kombiniert diese unterschiedliche Ansätze und propagiert ein Gemüseanbau hinter dem Glas in der Fassade, wo tagsüber das natürliche Sonnenlicht und dann nachtsüber die Lichtinszenierung der Fassade statt einfache Stahlträger oder Glasfassaden einzustrahlen, werden Gemüse angestrahlt um zu einer Steigerung der Produktivität zu kommen und einen relevanten Beitrag zu Produktion von Gemüse in der Stadt zu leistet (Abb. 3).

HINTERGRUND DER ARBEIT

Synergie

Ă&#x201E;sthetische Beleuchtung

Vertical Farming d

(02)

Abb. 02: Synergie von Ă¤sthetischer Beleuchtung und Vertical Farming (Yordanova 2019). Eigene Darstellung

in Form einer Kollage mit Bildern aus verschieden Quellen

(a) Hong Kong in der Nacht (Reiring 2018)

(b) Agbar Turm (Canals 2011)

(d) Pinkhouse Indoor Vertical Farm (Meinhold 2013)

(e) LED Pflanzenbeleuchtung von BJB (BJB Technology for Light 2019)

(f) Aralab Indoor Vertical Farm (Aralab 2020)

(g) Setzlinge in Hydroponik (FarmersGov 2018)

HINTERGRUND DER ARBEIT

Neue und effizientere Anbaumethoden sind aus zwei Gründen heutzutage relevant: Zum einen hat sich in den letzten 60 Jahren der Gemüsekonsum der Deutschen angesichts des Trends zu einem gesünderen Lebenswandel fast verdoppelt (Stracke et al. 2017) und andererseits steigt das Interesse des Verbrauchers an regionalem Gemüse. Dieser Trend hat sich im Laufe der Jahre verfestigt, denn ein Großteil der Bevölkerung möchte wissen, woher seine Lebensmittel und damit auch das Gemüse kommt. Tatsächlich kommt das Gemüse heutzutage oft aus monofunktionalen Anlagen, die völlig von den Lebenswelt den Stadtbewohner abgekoppelt sind. Das führt wiederrum oft zu langen Transportwegen in die Stadt und damit zum Verbraucher (DGNB 2019). Durch die Transformation des Bürogebäudes zu einem Gewächshaus an die Fassade, wird der Transport und damit entsprechende Emissionen eingespart. Gleichzeitig wird der Bedarf an externen Anbauflächen reduziert und damit mehr Raum für weitere Entwicklung oder Renaturierung geschafft. Weitergehende Informationen zum ALF Konzept im Allgemeinen sind in der Dissertation von Yordanova zu finden. (Yordanova 2019) Das Thema wurde in mehreren Studien der Professur für Green Technologies in Landscape Architecture und des Gewächshauslaborzentrums Dürnast (GHL) der Technischen Universität München (TUM) untersucht. Durch die Erkenntnisse dieser Vorarbeiten wurden die folgende Prinzipien, die die Ausgangssituation für die vorliegende Masterarbeit sind, festgelegt: 1. Hydroponik. Es wird ein hydroponisches Bewässerungssystem angewendet. Hydroponik oder Hydrokultur bezeichnet die Methode, Pflanzen

ohne Kontakt zur Erde anzubauen. Hydroponische Systeme haben den Vorteil, dass durch einen geschlossenen Nährstoff- und Wasserkreislauf der Wasserverbrauch reduziert werden kann. In Verbindung mit der Fassade und dem Gebäude ist noch dazu eine Regenwassernutzung möglich. (Maucieri et al. 2019) 2. Horizontale Struktur des Modules: Es wurden verschiedene Systeme für Salatanbau in dem GHL der TUM getestet. Dabei wurde festgestellt, dass ästhetisch und technisch eine horizontale Struktur aus folgenden Gründen besser passt: Die Büronutzer können immer das Wachstum des Salats beobachten und alle Salate in einer Reihe bekommen die Nährstoffe gleichmäßiger verteilt. In einem vertikalen System kann der Nutzer das Wachstum nicht visuell verfolgen und die Nährstoffverteilung ist nicht so optimal, da die Länge der Rinne im Fall von Standard Raster eines Bürogebäudes kürzer als die Höhe eines ALF Modules ist. Die folgenden Parameter wurden nach Beispielen der industrielen Produktion und Versuchen in Dürnast (Abb. 4, 5) definiert: Der Abstand zwischen den Rinnen beträgt für den Salatanbau ungefähr 30 cm, die Höhe der Rinne ungefähr 10 cm. 3. Modularität. Um die Integration für verschiedene existierende Bürogebäude zu ermöglichen, wurde entschieden Agricultural Lighting Facade in der Form von Modulen zu machen. Pro Fensterelement gibt es ein ALF Modul. 4. Lage – Innenraum. Die Module der ALF befinden sich im Innenraum des Gebäudes um die Wartung und Produktionskosten der ALF niedrig zu halten und den ganzjährigen Ertrag von Gemüse zu ermöglichen.

HINTERGRUND DER ARBEIT

Sonne + künstliche Beleuchtung

Nur künstliche Beleuchtung

Sonne + künstliche Beleuchtung

Im Freien

Gewächshaus

Vertical Farming

ALF

Anbaumethode

Lichtquelle

Sonne

(03)

Elektronik

Rinnen mit Salaten 30 cm zwischen den Rinnen ca. 10 cm Rinnenhöhe

Wasserpumpe (04)

(05)

Abb. 03: Konzeptuelle Darstellung Agricultural Lighting Facade nach Mariana Yordanova Abb. 04: Salatanbau im Gewächshauslaborzentrum Dürnast, 2019. Bildquelle: Mariana Yordanova Abb. 05: Konzeptuelle Darstellung von einem ALF Modul

HINTERGRUND DER ARBEIT

2.2 Anwendung von ALF für Bürogebäuden in Zahlen: Stipendium ALF SS19 In dem Projekt wurden die Einsatzmöglichkeiten von Agricultural Lighting Fassade (ALF) Modulen in Bürogebäuden erforscht und das Einsatzpotential von ALF in Abhängigkeit von unterschiedlichen Parametern von Bürogebäuden definiert. Ziel der Forschung war die Evaluierung des Einsatzpotentials von ALF für bestehende Bürogebäude unter Berücksichtigung folgender Faktoren: Grundrisstypologie, Belegung von Büroräumen, Raumhöhe, Fensterelementparameter und Fassadenbeschaffenheit. Das Projekt wurde von Dr. Mariana Yordanova an der Professur für Green Technologies in Landscape Architecture im Zeitraum von Mai bis September 2019 betreut. Für Pflanzen in ALF Modulen spielt die Beleuchtung die wichtigste Rolle. Daher wurden sechs Gebäude in drei Kategorien mit einem Transparentanteil der Fassade eingeteilt: 0-33%, 34-66%, 67-100%. (Abb. 6-7) Es wurde untersucht, ob die unterschiedlichen Anteile der transparenten Fassadenfläche in Gebäuden die Platzierung/Anzahl von ALF Modulen und die Anzahl von Salaten pro Gebäude beeinflussen. In der Studie wurde herausgefunden, dass der Trend sich bestätigt: Je größer der Anteil der Verglasungsfläche an der Fassade ist, desto größer ist

der Green Potential Anteil an der Fassade. Dennoch besteht keine lineare Abhängigkeit. Darüber hinaus gibt es weitere Einflussfaktoren wie zum Beispiel die Bürogrundrisstypologie, die Höhe der Fensterelemente, die Fensterbankhöhe. (Vyrodova 2019) Allgemein wurde bestätigt: 6 aus 6 untersuchten Bürogebäuden können den Salatkonsum in Deutschland für die Büronutzer von diese Bürogebäuden decken. Zwei komplett verschiedene Bürogebäude, Bürogebäude in Lustenau mit 345 m2 Geschossfläche und einer 23% Verglasungsanteil an der Fassade und das Bürogebäude Spiegel in Hamburg mit 2172 m2 Geschossfläche und 76% Verglasungsanteil an der Fassade, bieten das höchste Erntepotential unter den verglichenen Projekten je Arbeitnehmer und damit stellen sie die besten Einsatzoptionen für ALF Module dar (Abb. 8).

HINTERGRUND DER ARBEIT

Verglasungsfläche und Green Potential Verglasungsfläche, m2

Bürogebäude be2226

80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% HVB-Tower 10% 0% 1

Verglasungsfläche ‐ Anteil an der Fassade [% ]

23%

Anteil des Green Potentials an der Fassade [%]

Bürogebäude WB 57 3

33%

37%

Bürogebäude Capricorn 5

42%

76%

16%

22%

Bürogebäude Rivergate

Der Spiegel

Geschossfläche und Salate St. pro m2 4.000

20.000

3.000 2.500

15.000

2.000 10.000

1.500 1.000

5.000

500 0

0-33% Geschossfläche [m2]

34-66% 345,00 1.685,30 625,00 2.879,50 3.519,80 2.172,74

Salate pro Geschoss pro Jahr [St.]

2.800

9.280

2.576

7.590

17.800

21.250

20 15 10

5,7

5 0

6 GSEducationalVersion

Salaten pro ALF pro Fensterelementfläche

(08)

8,00 7,00 Abb. 06: Untersuchte 6,00 Bürogebäude im Rahmen des Stipendiums ALF SS2019: 5,00 Bildern aus verschieden Quellen 4,00 (a) Bürogebäude be2226 (Baumschlager Eberle Architekten 2020) 3,00 (b) HVB Tower (Henn 2020) 2,00 (c) WB 57 (App 1,002018) (d) Capricorn0,00 (BauNetz 2020a) 1 2 3 4 5 6 (e) Rivergate (BauNetz 2020b) Salaten pro ALF pro 6,672020c)6,67 4,17 5,56 6,94 5,56 (f) Der Spiegel (BauNetz Fensterelementfläche Abb. 07: Fassaden Struktur der untersuchten Bürogebäude mit jeweiligem Referenzgeschoss

kg pro m2

GSEducationalVersion

67-100%

Gewicht von Salaten je Arbeitnehmer pro Jahr laut Szenario [kg]

GSEducationalVersion

Salate pro Person Salat, kg/pPers.*Jahr

(07)

Salate, St.

Geschossfläche, m2

(06)

25.000

3.500

GSEducationalVersion

Abb. 08: Salatertrag ja Arbeitnehmer pro Jahr in den untersuchten Gebäuden

Salatkonsum in Deutschland pro Person pro Jahr (Referat 414 - Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft 2019)

EXISTIERENDE ANWENDUNGEN AUF DEM MARKT

3 Analyse von existierenden Anwendungen auf dem Markt 3.1 Stand Alone Anwendung Auf dem Markt gibt es zahlreiche Entwicklungen von Modulen für Kräuteranbau, die man einzeln kaufen kann. Von großen Modulen bis zu kleinen Modulen für zu Hause. Beispiele sind Modul CC Container (Container Centralen 2020), die aus gestapelten horizontalen Regalen ca. 60 cm tief bestehen oder Hydroponische Systeme in Containern, wie ein Produkt Growtainer (Abb. 9a,b) mit dem Prinzip von Farm-in-a-Box, wo ähnliche Module wie CC Container installiert werden (Growtainers 2020). Module mit dem Prinzip wie CC Container (Abb. 9b) werden oft in geschlossenen Raumen aufgestellt und brauchen zusätzlich Töpfe für Pflanzen, die zum Wasser eingeschlossen werden, deswegen ist das Design von dem Produkt maximal praktisch gemacht. Es ist unmöglich sich solche Module in Büroräumen vorzustellen. Die Produkte wie Growtainer werden auf dem Dach oder neben dem Gebäude gestellt, was für ALF irrelevant ist. Es kommen auch kleinere Anwendungen im privaten Bereich zum Einsatz, meistens mit bereits integrierter weißer LED-Beleuchtung, um es für menschliche Wahrnehmung anzupassen. Produkte sind beispielsweise Seed Pantry grow pod 2 (Abb.

Rinnen. Dies ist das gleiche Prinzip, das auch im ALF Projekt implementiert wird. Ein ebenfalls bekanntes Startup ist Plenty. (Abb. 9f) (Plenty 2020). Sie nutzen vertikale Module in geschlossenen Hallen für den Anbau von Kräutern und Salaten und Robotik für Wartung und Ernte. Solche Module haben Potential für die Integration in der Architektur. Aber die Wartung von vertikalen Systemen ist aufgrund der größeren Länge der Rinne ist für ein Bürogebäude zu aufwendig.

9c) (Seed Pantry 2020) und AEVA (Abb. 9d) (Just Vertucal 2020) sind Beispiele davon. Die Produkte können hochwertig aussehen, aber sie werden nur als Möbelstücke im Raum benutzt und haben kein Bezug zur Architektur.

über nicht beleuchtet, da sie sich an der Glasfassade befinden, was dem Konzept von Agricultiral Lighting Facade entspricht. Die Pflanzen werden erst ab der Dämmerung beleuchtet. Obwohl die Pflanzen sich an der Fassade befinden und sowohl Tageslicht, als auch künstliches Licht bekommen, findet der Anbau von Pflanzen nicht im gleichen Raum statt, in dem sich Menschen aufhalten. Demzufolge ist der Raum industriell ausschließlich für den Anbau von Pflanzen angelegt und die drinnen stehenden Module haben auch einen industriellen Charakter (Abb. 9h).

3.2 Industrielle Anwendung Es gibt zurzeit viele Projekte, in denen hydroponische Systeme in industriellem Maßstab anwendet werden. Future Farms und deren Projekt Leaf Station Farm (Abb. 9e) (FutureFarms 2020) ist ein typisches Beispiel von hydroponischem Anbau in der Industrie. Das Modul besteht aus horizontalen

3.3 Nutzpflanzenanbau an der Fassade: Projekt The Green House Basierend auf Designphilosophie von Zirkularität, Einfachheit und Modularität wachsen in The Green House (Utrecht, Niederlande) in einem HRBS-System (Hydroponic Rotational Botanic Service) mehr als 60 Pflanzensorten (moss.amsterdam 2018). Für den Pflanzenanbau wird ein entwickeltes System mit standardisierten Modulen und Service von der Firma HRBS-System angewendet (Hrbs. 2020). Der Pflanzenanbau befindet sich auf dem zweiten Stock des Gebäudes über dem Haupteingang des Restaurants. (Abb. 9g) Die Pflanzen werden tags-

(a)

EXISTIERENDE ANWENDUNGEN AUF DEM MARKT

(b)

21 (c)

(d)

(f)

(e)

(g)

(h)

Abb. 09: Produkte mit hydroponischem System auf dem Markt.

Eigene Darstellung in Form einer Kollage mit Bildern aus verschieden Quellen

(a) Growtainer von außen (Growtainers 2020)

(e) Leaf Station Farm (FutureFarms 2020)

(b) Growtainer von innen (Growtainers 2020)

(f) Plenty (Plenty 2020)

(g) Restaurant The Green Hause von außen, Foto 2019

(d) AEVA (Just Vertucal 2020)

(h) Restaurant The Green Hause von innen, Foto 2019

PROTOTYP 1:1

4.1

Design Phase

Die folgenden Fragen wurden für den Aufbau des Prototyps gestellt: • Was sind die wichtigsten Faktoren für die Lichtgestaltung der Fassade für den Gemüseanbau? • Welche Bedeutung hat die Form der Rinne für die Wahrnehmung der Büronutzer? • Wie kann das Blenden der Pflanzenbeleuchtung minimiert werden, um den Aufenthalt im Büro so angenehm wie möglich zu gestalten? • Wenn man sich in die Rolle des Büronutzers hineinversetzt, wie würde man die Wirkung von ALF bewerten? Das Design Phase lässt sich in mehrere Prozessschritte gliedern. Der erste Schritt war die Definition der Kriterien für die Gestaltung des ALF Moduls. Im Anschluss daran wird ein Konzept des Moduls nach dem bottom up Prinzip Schritt für Schritt entworfen: Rinnenform, Art der Bepflanzung, von Homogenität zu Heterogenität, Farbe der Beleuchtung, Positionierung des Moduls an der Fassade.

4.1.1 Rinnenform Eine Rinne ist eine der wichtigsten Komponenten des ALF Moduls. In der Rinne werden die Pflanzen angebaut und geerntet. Der Nutzer hat direkten Kontakt mit der Rinne bei der Wartung des Moduls. Wenn die Pflanzen erst gepflanzt werden und sich im ersten Wachstumsstudium befinden, spielt die Rinne für die Wahrnehmung des Moduls eine wichtige Rolle. Genauso wichtig ist es, dass die Rinne die Lichtverteilung am stärksten beeinflussen kann, was sowohl für Menschen, die sich im gleichen Raum befinden, als auch für die Fassadengestaltung wichtig ist.

Für die Gestaltung der Rinne haben die folgenden Faktoren große Bedeutung: 1. Integration von einem oder mehreren Lichtelementen. Die Lichtelemente wurden in dem Experiment in dem Gewächshauslaborzentrum Dürnast in der Rinne nicht integriert. Das Ziel ist es die Lichtelemente so zu integrieren, dass sie ein Teil der Rinne werden und es immer noch genug Platz für ein Kühlelement bzw. eine Lüftung gibt, da die Lichtelemente für Pflanzenbeleuchtung sich auf hohe Temperaturen erhitzen können. 2. Blendschutz vor Pflanzenbeleuchtung. Die industrielle Lichtelemente für Pflanzenanbau haben eine hohe Lichtintensität. Das Licht eines integrierten Lichtelements darf Menschen am Arbeitsplatz nicht blenden. 3. Sonnenschutz für die Pflanzen. An Sommertagen können Pflanzen von dem direkten überschüssigen Sonnenlicht Sonnenschutz brauchen. Es ist vom Standort der Integration von ALF und von der Fassadenausrichtung des Gebäudes abhängig. 4. Lichtverteilung. Für eine gleichmäßige Pflanzenausleuchtung muss das Licht zerstreut werden, so dass die oberen Blätter wenig Schatten auf die unteren Blätter und Pflanzen werfen. 5. Materialauswahl. Die Farbe und Eigenschaften des Materials der Rinne spielen für Lichtverteilung und Reflektion eine wichtige Rolle. Es wurden mit Hilfe eines längeren Brainstormings mehrere Varianten der Rinnenform skizziert (Anhang B). Für das Test Modul wurden 4 Varianten der Rinnenform, die die Eigenschaften von anderen Varianten in sich kombinieren, ausgewählt (Abb. 10).

Die einfachste Form für die Produktion mit integrierten runden Leuchten (punktuelles Licht)

PROTOTYP 1:1

Eine runde, auf das kleinste Volumen optimierte Form mit einem Licht streuenden Element

Zwei geneigten Elementen um Pflanzen vor übermäßigem Sonnenlicht und Büronutzer vor direktem künstlichen Licht zu schützen. Streulicht für Pflanzen.

Beleuchtung einer Pflanze von der Gegenseite des Fensters. Blendschutz für die Augen

Abb. 10: Varianten der Rinnenform

PROTOTYP 1:1

4.1.2 Art der Bepflanzung Das Projekt ALF begann mit dem Salatanbau an der Fassade. Für das darauffolgende Experiment wurde die Entscheidung getroffen von Homogenität zur Heterogenität in der Pflanzenauswahl zu gehen und das Modul dahingehend zu entwickeln. Einschränkend ist dabei, dass die Pflanzen für Hydroponik geeignet sind und eine maximale Höhe von 30 cm nicht überschreiten. Deshalb kommen nur Kräuter, Salate, Lauche und Kohlsorten zum Einsatz.

schiedenem Blattgemüse, verteilt über das ganze Modul und mittlere, mit verschiedenem Blattgemüse, verteilt über die Rinnen (Abb. 11). Im Gegensatz zum untersuchten ALF Modul im Gewächshauslaborzentrum Dürnast, in dem nur Salate getestet wurden, ist im Experiment eine heterogene Variante der Bepflanzung vorgesehen. Damit ist maximale Variabilität gewährleistet.

Hierfür bieten sich drei Varianten der Art der Bepflanzung an: Homogene, mit einem Typ des Blattgemüses pro ALF Modul, heterogene, mit ver-

Ein Typ des Blattgemüses für ein ALF Modul

Verschiedenes Blattgemüse verteilt über die Rinnen

Homogenität Abb. 11: Art der Bepflanzung: Von Homogenität zur Heterogenität

Verschiedenes Blattgemüse verteilt über das ganze Modul

Heterogenität

PROTOTYP 1:1

4.1.3 Positionierung des Moduls an der Fassade Es wurde in dem Forschungsprojekt Agricultural Lighting Facede schon vordefiniert, dass die ALF Module sich in dem Innenraum des Gebäudes befinden. Die Aufgabe dieses Kapitels ist zu definieren, wie die Module im Innenraum des Gebäudes an der Fassade positioniert werden. Grundsätzlich gibt es zwei Varianten der Positionierung: zwischen den Pfosten / in der Vertiefung des Fensters oder neben dem Fensterelement / Fenster (Abb. 12).

Zwischen den Pfosten

Zwischen den Pfosten hat folgende Vorteile: Hoher Grad der Integration an der Fassade, geringerer Flächenverbrauch im Innenraum, minimierter Abstand zur Verglasung und somit mehr Sonnenlicht für die Pflanzen. Die Nachteile sind folgende: Die Option ist nicht für alle Fassadentypologien geeignet, es ist eine bestimmte Pfostentiefe / Vertiefung des Fensters notwendig.

(2)

(1)

Neben dem Fensterelement hat folgende Vorteile: Für verschiedene Fassadentypologien und Fensterparameter geeignet, es gibt keinen Bezug zur Tiefe der Pfosten / Vertiefung des Fensters. Nachteile: niedriger Grad der Integration an der Fassade, grö-

Am Fensterelement

ßere Flächenverbrauch im Büroraum, schwierigere Integration mit der Möblierung, größere Abstand zu Verglasung – weniger Sonnenlicht für Pflanzen. Das Konzept Agricultural Lighting Facade basiert auf der Synergie von Gemüseanbau an der Fassade und der ästhetischen Beleuchtung der Architektur. In diesem Fall spielt die Integration von ALF Modulen an der Fassade eine wichtige Rolle. Deshalb und wegen der Mehrzahl der Vorteile wird für das Experiment die Positionierung zwischen den Pfosten ausgewählt.

(4)

(3)

Abb. 12: Positionierung des Moduls an der Fassade:

(a) Zwischen den Pfosten: 3d

(b) Zwischen den Pfosten: Grundriss

(d) Am Fensterelement: Grundriss

PROTOTYP 1:1

4.1.4 Konzept des Prototyps 1:1 Für den Praxistest werden zwei Module als Fragment zur Integration in die Bürofassade entworfen. Die Module sind in den Fensterbereich zwischen den Pfosten integriert. Das Modul ist dabei heterogen bepflanzt. Die zwei Module sind auf die Produktion von gleichzeitig insgesamt 32 Pflanzen ausgelegt. Ein Wachstumszyklus von Salat ist ca. vier Wochen, was zwölf Ernten im Jahr entspricht (Lasse 2019). Das Gewicht eines hydroponischen Salat ist durchschnittlich 200 g (Bornwaßer Thorsten 2017). Damit

könnte mit den zwei Modulen im Jahr 76,8 kg Salat produziert werden. Im Durchschnitt konsumiert ein Deutscher 5,7 kg verschiedener Salatsorten (Referat 414 - Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft 2019). Daraus ergibt sich, dass die beiden Module den Jahreskonsum von 13,5 Personen decken. Es werden die vier vorgestellten Designs der Rinnenform in jeweils zwei Rinnen verwendet, um die Unterschiede in der Praxis feststellen zu können (Abb. 13).

Var. A

Var. C

Var. B Var. D

(13)

Abb. 13: Konzept des Testmoduls: Varianten der Rinnenform

PROTOTYP 1:1

In der Industrie existieren zurzeit mehrere Varianten der Pflanzenbeleuchtung. Blaue und rote Farbbereiche des Lichts haben den größten Einfluss auf die Fotosynthese (Oellerich und Reichelt 2015). Unterschiedliche Kombinationen von diesen werden oft für LED-Industrieleuchten benutzt. Eine gezielte Farbmischung des LED-Lichts kann Wachstum und Formbildung der Pflanze beeinflussen (Runkle Erik 2008). Zurzeit gibt es auf dem Markt auch weiße Industrieleuchten für Pflanzen. Aufgrund der niedrigeren Effizienz des grünen Spektrum des Lichtes

und dem damit einhergehenden hohen Stromverbrauchs, wird die weiße Beleuchtungsfarbe seltener benutzt (Heidi und Runkle 2014). (Abb. 14). Um die Wahrnehmung der Beleuchtung nach innen und nach außen in der Praxis zu testen werden die vier vorgestellten Designs mit jeweils zwei Rinnen mit unterschiedlicher Farbe beleuchtet, (Abb. 15).

(14) a A Weiß

C Violett

B Rot D Blau

(15)

Abb. 14: Konzept des Testmoduls: Farbe der Beleuchtung. Abb. 15: Farben der industriellen Beleuchtung:

(a) Violett (Garfield 2018)

(b) Weiß (Osram 2020)

PROTOTYP 1:1

4.2 Analyse der Wahrnehmung des Prototyps Das Prototyp Modul ist auf Basis des Konzepts aufgebaut. Aus den wirtschaftlichen Gründen besteht das Modul bevorzugt aus kostengünstigen Materialien. Die Fassadenelemente sind aus Holz gemacht und die Glasscheibe hinten befestigt. Die Profile der verschiedenen Rinnenformen snd gelasert und mit den Plastikblättern geklebt. Als Beleuchtungselemente sind LED-Bänder (immer zwei Reihen pro Rinne) und eine Spot Leuchte, die im Baumarkt verfügbar sind (keine industrielle Leuchte), installiert. Es wurden Fotos vom Modul an der Fassade am Tag und am Abend aus einer Entfernung von 5 m aufgenommen. (Abb. 16,17). Das Experiment zeigt: 1. Tagsüber nimmt die Variante D der Rinnenform am meisten das Licht vom Fenster weg, Variante B am wenigsten. Varianten A und C werden am Tag gleich wahrgenommen. Die Pflanzen werden nur von Innenraum aus wahrgenommen. Das Erscheinungsbild der Fassade ändert sich am Tag wegen starken Reflektionen am Fenster nicht. Man kann nur die Rinnenstruktur von außen erkennen. (Dabei ist zu berücksichtigen, dass das Modul wegen der Ausstellungsanforderungen und den Besonderheiten des Aufbau einen Meter von der Verglasung entfernt stand).

2. Am Abend ändert sich das Erscheinungsbild der Fassade. Von außen reflektieren die Rinnen B und C das Licht am stärksten. Die Rinnen A und D wegen der senkrechten Positionierung der Seitenflächen zum Licht am wenigsten. Von Innen ist die Reflektion des Lichtes geringer, weil das Foto mit dem Licht in dem Raum aufgenommen wurde. Allgemein ist die Wahrnehmung der Pflanzen nur mit weißer Farbe der Beleuchtung möglich, da andere Beleuchtungsfarben Reflexionen an einer Pflanze hervorrufen, die eine für den menschlichen Betrachter eine verfälschte Sicht darstellt. Diese ungewöhnliche Reflexion führt dazu, dass eine Mehrzahl die Pflanzen nicht wahrnehmen würde.

PROTOTYP 1:1

Abb. 16: Test des Prototyps. Wirkung nach innen. Links – am Tag, rechts – am Abend

Abb. 17: Test des Prototyps. Wirkung nach außen. Links – am Tag, rechts – am Abend

PROTOTYP 1:1

Als weitere Analyse wurden Fotos des ans Fenster gestellten Prototyps am Abend (Abb. 18) und am Tag (Anhang D) aus verschiedener Entfernung von außen gemacht und anschließend analysiert. Am Tag ist die Wirkung nach außen gleich und damit minimal. Interessant ist die Wahrnehmung des Lichtes aus verschiedenen Entfernungen am Abend. Bis 5 m Entfernungen mit weißer Beleuchtung kann man die Pflanzen wahrnehmen. Bis 15 m Entfernung kann man die Struktur der Rinnen unterscheiden, aber am stärksten wird das Licht an den Flächen wahrgenommen. Ab 50 m kann man die Rinnen weniger unterschieden und nur das Fenster als beleuchtetes Fenster wahrnehmen. Wichtig ist der Fakt, dass abgesehen vom Fenster mit dem Modul auch anliegende Fenster aus größerer Entfernung als beleuchtet wahrgenommen werden, da das Modul auch indirekt den Raum beleuchtet (Abb. 18c). (a)

Abb. 18: Wahrnehmung des Moduls aus verschiedenen Entfernungen am Abend. (a) 5m; (b) 15m; (c) 50m.

PROTOTYP 1:1

(b)

(c)

50m 15m

PROTOTYP 1:1

4.3 Befragung Das Modul wurde im Rahmen der Werkschau 2019 von der Fakultät Architektur als Teil des Projekts Agricaltural Lighting Facade ausgestellt. Auf der Ausstellung wurden 23 Leute befragt (Fragebogen im Anhang C). Die Befragung zeigte dabei folgende Ergebnisse (Abb. 19):

Eignung der ALF Module für Bürogebäude 96% der Befragten empfinden die ALF Module für Bürogebäude als geeignet. Platzierung der ALF Module in unterschiedlichen Räumen Die Mehrheit der Befragten hält die Kantine für einen geeigneten Ort für die Verwendung von ALF Modulen. Allerdings zeigt das Feedback, dass bei der Auswahl der Räume hatten sich die Probanden verschiedene Szenarien des Konsums der Pflanzen vorgestellt. Kontrolle und Steuerung der Beleuchtungsfarbe 87% der Befragten wollen die Kontrolle der Steu-

23 Teilnehmer

(a)

(b)

(c)

erung von der Beleuchtungsfarbe haben. Hauptgrund ist dabei die weiße Farbe der Beleuchtung am Arbeitsplatz.

(d)

PROTOTYP 1:1

Farbe der künstlichen Beleuchtung neben dem Arbeitsplatz Am angenehmsten finden die Befragten eine weiße Beleuchtung der Pflanzen, falls sich ihre Arbeitsplätze direkt neben den Modulen befänden. Keine Beleuchtung wird mehrheitlich neutral empfunden. Violett und blau werden mehrheitlich abgelehnt und rot empfinden mehr als 70% der Befragten als unangenehm. Gestaltung der Rinnen Die Befragten sollten ebenfalls das Design der Rinnen auf einer Skala von 1 bis 4 bewerten. Dabei entspricht 1 der besten und 4 der schlechtesten Wertung. Die Rinne A und C wurde mehrheitlich als «gut» oder «eher gut» bewertet. Die Gestaltung der Rinne B wurde sowohl positiv als auch negativ bewertet. Am schlechtesten schnitt das Design von Rinne D ab. Drei Befragten meinten, dass sie nicht auswählen können. Allerdings zeigt das Feedback, dass die Mehrheit der Befragten erst nachdem sie diese Frage gelesen haben merken, dass Rinnen verschiedene Formen haben. (Die Pflanzen wurden während der Befragung beleuchtet).

Abb. 19: Ergebnisse der Befragung:

(a) Teilnehmeranzahl

(b) Eignung der ALF Module für Bürogebäude

(d) Kontrolle und Steuerung der Beleuchtungsfarbe

(e) Farbe der künstlichen Beleuchtung neben dem Arbeitsplatz

(f) Gestaltung der Rinnen

(e)

(f)

PROTOTYP 1:1

4.4 Rückschlüsse aus dem Experiment Die Rückschlüsse des Experiments werden in zwei Teile aufgeteilt. Der erste Teil fasst Informationen über das Modul und deren Verbesserungspotential zusammen (Abb. 20). Der zweite Teil stellt die menschliche Wahrnehmung von ALF dar. ALF Modul 1. Rinnenform Die Rinnenform ist in Kombination mit der Beleuchtung und den Pflanzen für die Wahrnehmung von Büronutzern im Innenraum nicht von allzu großer Bedeutung. Die Höhe der Rinne muss minimiert werden. Die schrägen seitigen Flächen der Rinne können für Lichtreflektion und somit für Fassadenbeleuchtungsdesign genutzt werden.

2. Form des Moduls. Der Raum unter der ersten Rinne hat Potential für eine zusätzliche Nutzung. Das Modul soll für unterschiedliche Höhen von Fensterelementen in Büroräumen anpassbar sein. 3. Heterogenität der Bepflanzung. Anbau von unterschiedlichen Pflanzen an jeder Rinne verursacht Schwierigkeiten mit der Steuerung des Lichtes. 4. Integration des Moduls. Für die Integration von ALF wird die Pfosten-Riegel Fassade bevorzugt, da das Modul zwischen den Pfosten integriert werden kann

Fix. Höhe des Moduls Var. A

Var. C Var. A 4 4

Var. B

Var. C

Pflanzenauswahl für Höhenanpassung

Var. D 4 Setzlinge

Ineffiziente Nutzung des Raums (a) Abb. 20: Modul ALF:

(a) Rückschlüsse aus dem Experiment

(b) Verbesserungspotential

(b)

PROTOTYP 1:1

ALF und Mensch 1. Wahrnehmung von außen am Tag. Wegen der Reflexion am Glas ist tagsüber nur die Rinnenstruktur zu sehen. 2. Wahrnehmung von außen in der Nacht. Der Einfluss des Lichts auf das Erscheinungsbild der Fassade ist in der Nacht am stärksten. Die Pflanzen werden nur aus kleiner Entfernung und mit der weißen Beleuchtung in der Dunkelheit von außen wahrgenommen. Deswegen ist in der Nacht die Beleuchtung mit weißer Farbe nur für das Erdgeschoss relevant. 3. Auswahl von Pflanzenarten. Es müssen Pflanzen mit einem angenehmen Geruch bevorzugt werden. Darüber hinaus ist den Pflanzen der Vorzug zu gewähren, die länger grün bleiben.

Am Tag Natürliche Beleuchtung, Berechnung des eingegangenen Lichts

4. Wahrnehmung von Innen. Wenn sich Menschen in gleichen Räumen aufhalten (während der Arbeitszeit) bevorzugen sie die weiße Farbe und die Begrenzung der Intensität der Pflanzenbeleuchtung. Zusätzliche Steuerung des Lichts ist für die Koexistenz von Mensch und Pflanze notwendig (Abb. 21). 5. Wahrnehmung aus verschiedene Entfernung Die Pflanzen in einem ALF Modul werden nur aus kleiner Entfernung und mit weißer Beleuchtung wahrgenommen. Aus großer Entfernung wird das ganze Fensterelement als beleuchtet wahrgenommen. Außerdem wird der ganze Raum hell und nahliegende Fenster auch als weniger beleuchtet wahrgenommen.

Am Abend Zusätzlich notwendige Beleuchtung in weißer Farbe, Anpassung der Intensität für Augen

Abb. 21: Zusätzliche Steuerung des Lichtes für die Koexistenz von ALF und Mensch

Nach der Arbeitszeit Notwendige Beleuchtung in violetter Farbe. Ausgleich des Lichtmangels für verschiedene Pflanzen

VON 1:1 ZUM BÜROGEBÄUDE

5 VON 1:1 ZUM BÜROGEBÄUDE 5.1 Regeln für die Platzierung von ALF im Büroraum Es wird der Einsatz von ALF nur für Standard Geschosse betrachtet. Die folgenden Regeln für die Platzierung von ALF Modulen in Büroräumen basieren auf der Erfahrung aus dem Experiment. (Abb. 22): 1. Anzahl: Belegung der Hälfte der Fensterelemente, um die Sicht nach außen und Lüftungsmöglichkeiten zu beizubehalten. 2. Positionierung: Integration zwischen den Pfosten in der ganzen Fensterelementhöhe. 3. Individualität: Spezielle Lösungen für die Besonderheiten von existierenden Gebäuden.

Abb. 22: Platzierung von ALF Modulen im Büroraum

Aus dem Aufbau des Prototyps folgt, dass eine große Höhe des Prototyps wegen der erschwerten Wartung kaum möglich ist. Außerdem zeigt die Befragung, dass offene Räume, in denen sich viele unbekannte Menschen aufhalten, für die Erzeugung von Gemüse nicht bevorzugt werden. Deswegen wird in diesem Kapitel nur Platzierung auf Regelgeschossen (Büroräume) betrachtet. Für den Einsatz von ALF ist in diesem Kapitel das Szenario mit der maximal möglichen Anzahl von ALF Modulen nach den definierten Regeln für den O2 Turm angewendet.

VON 1:1 ZUM BÜROGEBÄUDE

5.2 Platzierung von ALF am Beispiel des O2 Turms Ziel war es, ein Gebäude in München auszuwählen, das die hervorragende Voraussetzungen für den Einsatz von ALF bietet. Diese Voraussetzungen wurden in Rahmen des Stipendiums ALF SS2019 entwickelt: Bevorzugt wird ein freistehendes Gebäude, mit einer großen Verglasungsfläche, hohen Fensterelementen, mit der Open Space Bürogrundrisstypologie oder mit mehr als einem Fensterelement pro Büroraum im Fall der Bürozellen Grundrisstypologie (Vyrodova 2019). Der O2 Turm entspricht allen genannten Voraussetzungen und ist mit 146 Metern das höchste Gebäude Bayerns (Nischk Kamila 2018). Damit stellt er einen markanter Blickfang in der Skyline Münchens dar, was für das Konzept von ALF und Beleuchtung der Fassade wichtig ist. Der O2 Turm hat charakterliche Besonderheiten der Fassade: “die gläserne Gebäudehülle enthält kreisförmige, parallel ausstellbare Lüftungselemente, die als individuelles Fenster eine zusätzliche natürliche Belüftung gewährleisten“ (München Architektur). Außerdem ist das Gebäude stark durch seine abgerundeten Ecken geprägt. Darauf basiert die Entscheidung die ALF Module so zu platzierten, dass jedes zweite Fensterelement (keine Fensterelemente mit Lüftungselementen) mit einem ALF Modul zu belegen ist. Diese Regel gilt nicht für die abgerundeten Fensterlehnen an Gebäudeecken, da das Modul nicht für Rundungen ausgelegt ist. Dennoch muss berücksichtigt werden, das seit 2015 die Grundrisstypologie auf mehreren Geschossen geändert und für moderne Arbeitsweise angepasst wurde. (Nischk Kamila 2018) Das Gebäude hat jetzt mehrere Open Space Geschosse.

Die Fassadengestaltung mit den ALF ergibt sich aus der Besonderheit des Gebäudes. Die kreisförmigen Lüftungselemente wurden auf jedem Geschoss auf ein Fensterelement versetzt. Somit ergibt sich die Gestaltung der Fassade mit ALF in der gestaffelte Reihenfolge, versetzt auf ein Fensterelement auf jedem Geschoss (Abb.23b).

(a)

(b) Abb. 23: Platzierung von ALF im O2 Turm:

(a) Grundriss 1.OG

(b) Ausschnitt der sechs Geschossen der Fassade

VON 1:1 ZUM BÜROGEBÄUDE

5.3 Fotoanalyse des Büroalltags Es wurde von 8:00 Uhr am 11.02.20 bis 12:00 Uhr am 12.02.20 der O2 Tower mit einem Intervall von 10 min fotografiert (Abb. 25). In die Analyse gehen die beleuchtete Fensterfläche und die ästhetische Beleuchtung auf jedem Foto ein. Aus der Analyse der aufgenommenen Bilder lässt sich der Büroalltag für diese Jahreszeit in folgende Abschnitte aufteilen (Abb. 24): 1. 05:20 – 07:20. Anfang des Arbeitstags. 5%-40% der Fensterfläche beleuchtet. Bis 07:00 ästhetische Beleuchtung in blauer Farbe des letzten Geschosses.

ab 05:20 bis 07:20 Anfang des Arbeitstags

ab 07:20 bis 17:30 Arbeitstag

2. 07:20 – 17:30. Arbeitstag. keine Beleuchtung an der Fassade sichtbar. 3. 17:30 – 22:30. Ende des Arbeitstags. 30%-80% der Fensterfläche beleuchtet. Ab 20:00 ästhetische Beleuchtung in blauer Farbe des letzten Geschosses. 4. 22:30 – 05:20. Nacht. 2% der Fensterfläche beleuchtet. Ästhetische Beleuchtung der blauen Farbe des letzten Geschosses.

ab 17:30 bis 22:30 Ende des Arbeitstags

(24)

Abb. 24: Analyse des Büroalltags. 11.02.20-12.02.20 Abb. 25: Ausgewählte Fotoaufnahmen des O2 Turms von 17:30 bis 23:20, von 05:00 bis 07:50

ab 22:30 bis 05:20 Nacht

VON 1:1 ZUM BÜROGEBÄUDE

17:30

17:40

17:50

18:00

18:10

18:20

18:30

18:40

18:50

19:00

19:10

19:20

(25)

19:30

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20:00

20:10

20:20

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06:00

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07:00

07:10

07:20

07:30

07:40

07:50

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5.4. Koexistenz von Büroalltag und Pflanzenbeleuchtung als Prinzip der Lichtgestaltung Die Ergebnisse aus dem Kapitel 3 zeigen, dass Farbe und Intensität der Beleuchtung der Pflanzen von wichtiger Bedeutung für die Büronutzer, die sich im gleichen Raum befinden / einen festen Arbeitsplatz haben, sind. Die Koexistenz von Büroalltag und Nutzpflanzenanbau ist mit der Auswahl von Pflanzen, festgelegten Prinzipien der Platzierung des Moduls und der zusätzlichen Steuerung des Lichts möglich. Aus dem Prinzip: Präsenz von Menschen - weiße Beleuchtung, keine Menschen – violette Beleuchtung (als stromsparende und effizienteste Beleuchtung für optimales Pflanzenwachstum (Heidi und Runkle 2014)), in der Nacht (7 Stunden) – keine Beleuchtung für Pflanzen (Kang et al. 2013) – ist das folgende Konzept zu implementieren (Abb. 26): 1. 05:20 – 07:20. Anfang des Arbeitstags. 5%-40% der Fensterfläche beleuchtet. Die Module die sich nicht in den Beleuchtenden Räumen befinden haben violette Pflanzenbeleuchtung. 2. 07:20 – 17:30. Arbeitstag. keine Beleuchtung an der Fassade sichtbar. Die Pflanzen bekommen natürliche Beleuchtung von dem Sonnenlicht.

3. 17:30 – 23:00. Ende des Arbeitstags. 30%-80% der Fensterfläche beleuchtet. Die Module die sich nicht in den Beleuchtenden Räumen befinden haben violette Pflanzenbeleuchtung. 4. 23:00 – 06:00. Nacht. 2% der Fensterfläche beleuchtet. Pflanzen werden nicht beleuchtet. Die Analyse und die festgelegten Prinzipien der Beleuchtung der Pflanzen sind in einer Simulation der Beleuchtung der Fassade mit ALF Modulen in der Form des Videos eingearbeitet. Die Simulation zeigt, dass die Lichtgestaltung der Fassade sehr flexibel ist und sich aus der Nutzung der Büroräume ergibt. Dennoch muss man beachten, dass die Lichtgestaltung mit ALF für jedes Gebäude individuellen Regeln folgt. Das Erscheinungsbild der Fassade mit ALF beeinflussen am stärksten die folgende Faktoren: Fassadenstruktur, Arbeitskultur und Büroalltag, Jahreszeit, Wetterbedingungen, Umgebung des Gebäudes, Menschliche Präsenz im Gebäude. Anhand dieser Faktoren muss das Konzept kontinuierlich anpasst werden beziehungsweise aktiv geregelt werden .

VON 1:1 ZUM BÜROGEBÄUDE

ab 06:00 bis 07:20 Anfang des Arbeitstags

ab 07:20 bis 17:30 Arbeitstag

Abb. 26: Büroalltag und Pflanzenbeleuchtung. 11.02.20 - 12.02.20

ab 17:30 bis 23:00 Ende des Arbeitstags

ab 23:00 bis 06:00 Nacht

VON 1:1 ZUM BÜROGEBÄUDE

5.5 ALF für O2 Tower in Zahlen Das angewendete Szenario des Einsatzes von ALF Modulen für O2 zeigt lässt sich berechnen und bewerten: 1. Anzahl von Modulen 44 Module pro Geschoss entspricht 1584 Modulen im ganzen Gebäude. 2. Anzahl von Pflanzen a) Der Annahme folgend, dass die Fassade ein typisches Büroraster von 1250 mm hat, ist vier die maximale Anzahl von Rinnen. Der Abstand zwischen den Pflanzen ist mit 30 cm angenommen. In den ersten Reihen werden Setzlinge angebaut. Die letzte Reihe befindet sich in einer Höhe von maximal zwei Metern, um die Pflege der Pflanzen zu ermöglichen. In der letzten Reihe können höhere Pflanzen angebaut werden, um das Modul an die Fensterelementhöhe anzupassen. Das bedeutet, dass ein ALF Modul für 16 Pflanzen ausgelegt wird, dabei ist die erste Reihe ist für den Anbau von Setzlinge gedacht. b) 25.344 Pflanzen im Gebäude wachsen gleichzeitig. 16 Pflanzen pro Modul x 1584 Modulen pro Geschoss. c) ca. 304.128 Pflanzen Ertrag im Jahr. Es wird angenommen, dass optimalerweise eine Pflanze in einer Rinne eine 30-Tage-Wachstumzyklus hat (Lasse 2019). d) ca. 60.825 kg Kräuter und Salaten im Jahr. Es wird ein durchschnittliches Gewicht von 200 g. von einer Pflanze angenommen (Bornwaßer Thorsten 2017).

3. Der Konsum in Zahlen a) Am Beispiel von Salat. ALF in dem O2 Turm würde den Konsum an Salaten von 10.671 Personen decken. Laut Statistik konsumiert ein Deutscher 5,7 kg Salat im Jahr (Referat 414 - Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft 2019). b) 1/4 von ALF an der Fassade von O2 reicht aus, um den jährlichen Konsum an Salate von deren Büronutzer decken. Laut der Webseite von Telefonica hat O2 momentan ca. 2.400 Mitarbeiter in München (Nischk Kamila 2018). Die Berechnung am Beispiel von Salaten (3b) zeigt, dass im Maximalszenario fünf Mal so viel Salat geerntet werden kann als die Büronutzer des Gebäudes konsumieren können. Es gibt keine Statistik für den Konsum der frischen Kräuter in Deutschland. Angenommen wird, dass eine Person weniger frische Kräuter als Salat im Jahr konsumiert. Das bedeutet, dass es andere Szenarien für Einsatz von ALF oder für den Konsum von mit ALF angebauten Nutzpflanzen gibt. Diese sind im nächsten Kapitel definiert.

VON 1:1 ZUM BÜROGEBÄUDE

Abb. 27: Simulation der Pflanzenbeleuchtung im O2 Turm um 18:10 am 12.02.20

ALTERNATIVE SZENARIEN FÜR DEN EINSATZ VON ALF

6 ALTERNATIVE SZENARIEN FÜR DEN EINSATZ VON ALF 6.1 Maximal möglicher Ertrag: Konsum in der Umgebung

6.2 Optimierter Ertrag und Lichtgestaltung der Fassade

Wie die Berechnung in Kapitel 5.5 zeigt, ist der Ertrag im Maximalszenario zu hoch für den Konsum an Salat. Zwar existiert keine Statistik für den Konsum an frischen Kräuter in Deutschland, dennoch wird angenommen, dass in einem Maximalszenario mit Kräutern der Anbau den Konsum ebenfalls deutlich übersteigen würden (Abb 28, links). Diese Überproduktion kann vom Konsum in der unmittelbaren Umgebung gedeckt werden. Dies wäre ein mögliches Szenario für die effiziente Nutzung von ALF. Die Vermietung oder Vermarktung eines Teils der ALF (oder ihrer Produktion) an Restaurants, Kantinen und Supermarkte. Darüber hinaus können auch Wohltätigkeitsprojekte entstehen wie beispielsweise die Versorgung von Kindergärten und anderen sozialen Einrichtungen.

Der Ertrag von Salaten und frischen Kräutern lässt sich hinsichtlich des Konsums der Büronutzer optimieren. Das bedeutet, das nur ein Bruchteil (im vorliegenden Fall ein Viertel) der platzierten ALF Modulen für den Anbau von Salat ausreichen. Die verbleibenden Module können für weitere Pflanzenarten genutzt werden und somit besteht eine hohe Variabilität, die an Konsumbedürfnisse der Nutzer angepasst werden kann. Dabei sind die Besonderheiten der Wahrnehmung von ALF in Verbindung mit den spezifischen Merkmalen des Bürogebäudes zu betrachten.

(28)

ALTERNATIVE SZENARIEN FÜR DEN EINSATZ VON ALF

(29)

Lichtgestaltung Einer der Rückschlüsse aus dem Beispiel der Lichtgestaltung mit ALF des O2 Turms ist, dass die violette Beleuchtung nicht dem Branding und somit der firmeneigenen Farbe von O2 entspricht. Um Täuschung zu vermeiden muss man beachten, dass eine neutrale, weiße Beleuchtung für Pflanzen genauso möglich ist, nur hinsichtlich der Kosten nicht so effizient wie eine violette Beleuchtung (Heidi und Runkle 2014) (Abb. 29). Ein Beispiel des O2 Turms mit der weiße Beleuchtung ist in der Abb. 30 dargestellt. Wenn der Lichtanteil an der Fassade reduziert werden muss, müssen architektonische Besonderheiten betrachtet werden. Die auffälligste Besonderheit des O2 Turms sind seine abgerundeten Ecken. 1. Eine Überlegung zur Kompensation ist eine Lichtgestaltung mit vertikalen Linien und eine

Betonung der Ecken (Abb. 28, rechts). Allerdings, wie man an dem Beispiel sieht, kann die Lichtgestaltung mit ALF keine strengen Linien haben, da das Licht von einem Modul sich im Raum ausbreitet, was aus den Experimenten mit dem Prototyp folgt. Außerdem sind die Belüftungselemente eine weitere Besonderheit des O2 Turms, die über ein Fensterelement auf jedem Geschoss versetzt werden. Das macht die Gestaltung mit vertikalen Linien an der Fassade noch schwieriger. 2. Die Varianten mit stark reduzierterer Anzahl von ALF lassen sich einfacher Gestalten, wenn beispielsweise ein Geschoss in einem Bürogebäude als Kantine mit ALF gestaltet wird. 3. Beleuchtung von nur einer von vier Fassaden. Alternativ ist eine besondere Gestaltung möglich.

Abb. 28: Optimierter Ertrag und mögliche Reduzierung der Lichtgestaltung der Fassade Abb. 29: Möglichkeiten der Farbenanpassung. Links – violette Beleuchtung, rechts – weiße Beleuchtung

ALTERNATIVE SZENARIEN FÜR DEN EINSATZ VON ALF

6.3 Weitere Gemüsearten in Zahlen Die landwirtschaftliche Statistik zeigt, dass der ProKopf Konsum von Gemüse in Deutschland im Jahr 2019 ca. 103,2 kg beträgt (Abb. 30). Kartoffeln sind in dieser Statistik nicht eingeschlossen. Wenn man Salat als eine Rechnungseinheit betrachtet, werden in dem Bürogebäude von O2 im Maximalszenario 60.825 kg Salate/Gemüse im Jahr produziert. Im Gebäude gibt es ca. 2400 Mitarbeiter. Das entspricht 25,4 kg pro Kopf im Jahr. Das ist ein Viertel des jährlichen Gemüsekonsums. Diese Überlegungen führen zur Frage wie sich Konsum und Anbau berechnen lassen, wenn man andere Gemüsearten für ALF betrachtet? Um die Gemüsearten für das ALF Konzept auszuwählen sind folgende Faktoren zu beachten: • hoher regionaler Konsum. Die Berechnung ist für Deutschland gemacht, da das Konzept jetzt erst an dem Beispiel von Deutschland entwickelt wird. • Gemüsearten, die frisch konsumiert werden. Gemüse, das man gut transportieren und lagern kann muss nicht vor Ort produziert werden. • Gemüsearten, die einen geringen Raumbedarf haben. Der Anbau darf nicht viel Platz im Bürogebäude einnehmen und die Pflanzen keinen großen Raum vor dem Fenster wegnehmen. Die Höhe der Pflanzen darf maximal der Fensterhöhe entsprechen. • Für hydroponisches Anbausystem geeignet. Gemüse wie Speisezwiebeln oder Möhren haben ein wesentlich anderes Kultivierungssystem und sind daher ungeeignet. In der Konsumstatistik entsprechen den obengenannten Kriterien die folgenden Gemüsearten: Tomaten, Gurken, Paprika, Weiß- und Rotkohl und

verschiedene Salatsorten. Die Sorten, deren Konsum weniger als 3 kg pro Jahr ist, wurden für ALF nicht betrachtet (Abb. 30). Der Konsum der ausgewählten Sorten ist in Deutschland insgesamt 50 kg pro Kopf im Jahr, was der Hälfte des Jährlichen Konsums an Gemüse in Deutschland entspricht. In Deutschland gibt es im Jahr bei einer Standard 5-Tage-Woche mindestens 20 Tage Urlaub. Zusätzlich dazu kommen abhängig vom Bundesland Feiertage. Im Jahr 2018 waren Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer in Deutschland durchschnittlich 10,6 Arbeitstage krank gemeldet (Statistisches Bundesamt Destatis 2020). Somit bleiben je nach Jahr und Bundesland durchschnittlich 202,4 Arbeitstage im Jahr übrig. Das sind zirka 55% des Jahres (365 Tage). Das bedeutet, dass es sich der Bedarf an ausgewählten Gemüsearten von den Mitarbeiter von O2 in der Arbeitszeit vollständig decken lässt. Gleichzeitig wird somit ein Viertel des Jahresbedarfs an Gemüse gedeckt. Die Vision wie die ALF Module für verschiedene Gemüsegroßen aussehen können ist in der Abb. 31 vorgestellt. Dabei ist zu beachten, dass die Weiterentwicklung von ALF in Richtung des Anbaus verschiedener Gemüsearten ein weiterführendes Thema für Recherchen und Forschungsarbeiten. Die Berechnungen können im Laufe der weiterführenden Forschungen verfeinert und verifiziert werden. Jedes Bürogebäude hat ein unterschiedliches Potential für den Einsatz von ALF, abhängig von dessen Grundriss und Fassadenparameter. Deswegen muss jedes Gebäude separat betrachtet und berechnet werden.

ALTERNATIVE SZENARIEN FÜR DEN EINSATZ VON ALF

hoher Konsum

(30)

(31)

Gemüsearten, die Kriterien von ALF erfüllen

Angenommene Grenze für die Auswahl der Gemüsearten

Kräuter, Salate bis 30 cm bis 5 Reihen

Kohlgemüse, Kräuter ab 30 cm bis 60 cm bis 3 Reihen

Abb. 30: Pro-Kopf-Konsum von Gemüse in Deutschland im Jahr 2019. (Referat 414 - Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft 2019) Abb. 31: ALF Module für verschiedene Gemüsegrößen

Sträucher Gemüse ab 60 cm bis 2 Reihen

FAZIT

7 Fazit 48

• Prototyp Der Experiment mit einem Model 1:1 zeigte wie sich ein ALF Modul in der Praxis in Bürogebäude mit einer Pfosten-Riegel Fassade gestalten und umsetzen lässt. Die Befragung und das Feedback bereiteten den nächsten Schritt für die Festlegung der Prinzipien der Einsetzung der ALF für die Koexistenz von Menschen und ALF vor. • Die Koexistenz von Mensch und Nutzpflanzenanbau Die Koexistenz von Büroalltag und Nutzpflanzenanbau ist mit der Auswahl von Pflanzen, festgelegten Prinzipien der Platzierung des Modules und der zusätzliche Steuerung des Lichts möglich. Wenn Menschen sich in dem Raum mit ALF befinden werden die Pflanzen mit weißem Licht beleuchtet. Wenn sich niemand sich in dem Raum aufhält, werden die Pflanzen mit violettem Licht beleuchtet. Das Prinzip der Steuerung des Lichtes beeinflusste stark das Erscheinungsbild der Fassade mit ALF. • Einflussfaktoren auf die Lichtgestaltung mit ALF Lichtgestaltung mit ALF wird sich bei jedem Gebäude aufgrund deren Individualität verschieden ergeben. Das Erscheinungsbild der Fassade mit ALF beeinflus-sen am stärksten die folgende Faktoren: Fassadenstruktur, Büroalltag und Arbeitskultur, Wetterbedingungen, Jahreszeit, Umgebung des Gebäudes, Menschliche Präsenz im Gebäude.

• Das Prinzip der Lichtgestaltung mit ALF Die Nutzung von Bürogebäuden bedingt die Lichtgestaltung mit ALF. In den Räumen, in den sich keine Menschen aufhalten, wurden die Pflanzen mit intensivem Licht in violetter Farbe beleuchtet. In der Nacht brauchen die Pflanzen für mehrere Stunden keine Beleuchtung, was gleichzeitig den modernen Anforderungen der Reduzierung der Beleuchtung in der Stadt entspricht (Art. 9 BayImSchG (GVBl. S. 686) BayRS 2129-1-1-U). • Ertrag von Gemüse mit ALF Das Beispiel der Anwendung von ALF zeigte, dass nur 1/5 der platzierten ALF im Maximalszenario an den Fassaden des O2 Towers ausreichen, um den Konsum an Salat der Mitarbeiter des Gebäudes zu decken. Deswegen wurden verschiedene Varianten entwickelt, um Anbau und Konsum zu optimieren: Maximal möglicher Ertrag – Konsum von produzierten Gemüse in der Umgebung, optimierter Ertrag – Belegung von den notwendigen Fläche, Erweiterung des Konzepts von ALF auf andere Pflanzenarten. Diese Varianten bieten neue Themen für zukünftige Forschungsarbeiten im Rahmen des Projekts ALF. Gerade deshalb besteht ein weiterer Forschungs- und Entwicklungsbedarf, bevor eine industriell funktionierende und später dann marktreife Lösung von ALF präsentiert werden kann.

FAZIT

Abb. 32: ALF Modul: Prototyp 1:1

ANHANG

ANHANG A. Weitere Fotoaufnahmen des Restaurants The Green Hause. 11.2019 50

ANHANG

B. Skizzen zur Formgebung der Rinne 51

ANHANG

B. Skizzen zur Formgebung der Rinne

ANHANG

C. Fragebogen 4. Please arrange the designs of the gutters from 1 to 4, 1 – you like the best, 4 – you like the least. A B C D SETUP: The modules of „Agricultural Lightning Facade“ (ALF) consist of irrigated gutters and are located behind the glass windows inside of the building. The plants in the modules are edible vegetables, berries, herbs and salads, that you can harvest yourself. Photosynthesis of the plants is by sunlight and, only when the light is insufficient, by artificial lighting.

Please answer the following questions: 1. How can you evaluate use of this modules in office buildings: Appropriate Not appropriate 2. In which spaces of an office building could you imagine the ALF modules? (multiple answers possible): a. work space b. meeting room c. kitchen d. canteen e. foyer 3. Which plants would you prefer for the ALF modules? Please give a number from 1 to 8 according to your preferences: Mint Parsley Rosemary Lettuce Basil Chives Lemongrass Strawberries

5. If you would have your workplace next to the modules, how would you perceive these artificial light colors of the ALF module: Pleasant Neutral Unpleasant White Purple Blue Red No Color 6. Would you want to be able to control the light color? If yes, what would you prefer? Yes No App Remote control Panel on the module 7. What on your opinion can be improved in the design and concept of the project? We are thankful for any feedback!

ANHANG

D. Wahrnehmung des Moduls aus verschiedenen Entfernungen am Tag 54

ANHANG

E. Weitere Fotoaufnahmen des Prototyps 55

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

Abb. 01: Hintergrund und Aufbau der Arbeit Abb. 02: Synergie von ästhetischer Beleuchtung und Vertical Farming (Yordanova 2019). Eigene Darstellung in Form einer Kollage mit Bildern aus verschieden Quellen: (a) Hong Kong in der Nacht (Reiring 2018) (b) Agbar Turm (Canals 2011) (c) 125 Old Broad Street (Navarro D. 2011) (d) Pinkhouse Indoor Vertical Farm (Meinhold 2013) (e) LED Pflanzenbeleuchtung von BJB (BJB Technology for Light 2019) (f) Aralab Indoor Vertical Farm (Aralab 2020) (g) Setzlinge in Hydroponik (FarmersGov 2018) Abb. 03: Konzeptuelle Darstellung Agricultural Lighting Facade nach Mariana Yordanova. (Yordanova 2019) Abb. 04: Salatanbau im Gewächshauslaborzentrum Dürnast, 2019. Bildquelle: Mariana Yordanova Abb. 05: Konzeptuelle Darstellung von einem ALF Modul Abb. 06: Untersuchte Bürogebäude im Rahmen des Stipendiums ALF SS2019: Bilder aus verschiedenen Quellen: (a) Bürogebäude be2226 (Baumschlager Eberle Architekten 2020) (b) HVB Tower (Henn 2020) (c) WB 57 (App 2018) (d) Capricorn (BauNetz 2020a) (e) Rivergate (BauNetz 2020b) (f) Der Spiegel (BauNetz 2020c) Abb. 07: Fassaden Struktur der untersuchten Bürogebäude mit jeweiligem Referenzgeschoss Abb. 08: Salatertrag ja Arbeitnehmer pro Jahr in den untersuchten Gebäuden Abb. 09: Produkte mit hydroponischem System auf dem Markt Eigene Darstellung in Form einer Kollage mit Bildern aus verschieden Quellen: (a) Growtainer von außen (Growtainers 2020) (b) Growtainer von innen (Growtainers 2020) (c) Seed Pantry Grow Pod 2 (Seed Pantry 2020) (d) AEVA (Just Vertucal 2020) (e) Leaf Station Farm (FutureFarms 2020) (f) Plenty (Plenty 2020) (g) Restaurant Green Hause von außen, Foto 2019 (h) Restaurant Green Hause von innen, Foto 2019 Abb. 10: Varianten der Rinnenform Abb. 11: Art der Bepflanzung: Von Homogenität zur Heterogenität Abb. 12: Positionierung des Moduls an der Fassade Abb. 13: Konzept des Testmoduls: Varianten der Rinnenform Abb. 14: Konzept des Testmoduls: Farbe der Beleuchtung Abb. 15: Farben der industriellen Beleuchtung: (a) Violett (Garfield 2018) (b) Weiß (Osram 2020) Abb. 16: Test des Prototyps: Wirkung nach innen. Links – am Tag, rechts – am Abend Abb. 17: Test des Prototyps: Wirkung nach außen. Links – am Tag, rechts – am Abend Abb. 18: Wahrnehmung des Moduls aus verschiedenen Entfernungen am Abend

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

Abb. 19: Ergebnisse der Befragung Abb. 20: Modul ALF: Rückschlüsse aus dem Experiment und Verbesserungspotential Abb. 21: Zusätzliche Steuerung des Lichts für die Koexistenz von ALF und Mensch Abb. 22: Platzierung von ALF Modulen im Büroraum Abb. 23: Platzierung von ALF im O2 Turm Abb. 24: Analyse des Büroalltags. 11.02.20-12.02.20 Abb. 25: Ausgewählte Fotoaufnahmen des O2 Turms von 17:30 bis 23:20, von 05:00 bis 07:50 Abb. 26: Büroalltag und Pflanzenbeleuchtung. 11.02.20 - 12.02.20 Abb. 27: Simulation der Pflanzenbeleuchtung im O2 Turm um 18:10 am 12.02.20 Abb. 28: Optimierter Ertrag und mögliche Reduzierung der Lichtgestaltung der Fassade Abb. 29: Möglichkeiten der Farbenanpassung. Links – violette Beleuchtung, rechts – weiße Beleuchtung Abb. 30: Pro-Kopf-Konsum von Gemüse in Deutschland im Jahr 2019 (Referat 414 - Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft 2019) Abb. 31: ALF Module für verschiedene Gemüsegrößen Abb. 32: ALF Modul: Prototyp 1:1

LITERATURVERZEICHNIS

LITERATURVERZEICHNIS 58

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Professur für Green Technologies in Landscape Architecture Fakultät für Architektur Technische Universität München