Sun, City & Architecture

SUN, CITY & ARCHITECTURE

Die Sonne beeinflusst unser Leben; unseren Alltag, unsere GemĂźtslage.

Sie beeinflusst auch unsere Architektur.

Sie bestimmt, wie wir wohnen, wie wir arbeiten, wo wir unsere Freizeit verbringen.

Diese Masterarbeit ist die Dokumentation eines architektonischen Entwurfs, der aus den Bedingungen geschaffen wurde, die durch die Sonne definiert werden.

Sun, City & Architecture Towards a climate generated design methodology in architecture

Masterarbeit Matthias Lieb, B. Sc. Prof. Ralf Pasel Prof. Dipl.-Ing. Sven Pfeiffer 12.11.2015

Eidesstattliche Versicherung

Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig und eigenhändig sowie ohne unerlaubte fremde Hilfe und ausschließlich unter Verwendung der aufgeführten Quellen und Hilfsmittel angefertigt habe.

Berlin, den 12.11.2015

Matthias Lieb

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Inhalt

Eidesstattliche Versicherung 3 Einführung 7 Wissenschaft im Wandel der Zeit 9

Sun 11

Untersuchungsorte 13 Schattenstudie I: Formen und Kompositionen 15 Einzelkörper: Form 16 Paar: Bezug 20 Cluster: Komposition 22 Schlussfolgerung 24 Die Sonne in der Kultur 25 Schattenstudie II: Methode 27 Trondheim 29 Berlin 35 Palermo 43 Schlussfolgerung 50 Sonnenenergie 51

City 55

Kontext 57 Wie wir wohnen, wo wir arbeiten 64 Sonnenwinde 67 Solarenergie in Berlin: eine Bestandsaufnahme 71

Architecture 73

Form 76 Raumprogramm 86 Sonne, Körper, Geist 93 Belichtungskonzept 95 Solare Gewinne 100 Sonntag 105 Epilog 107

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Einführung Towards a climate generated design methodology in architecture

150 Millionen Kilometer ist die Sonne von der Erde entfernt. Das klingt viel, unfassbar viel.

Im astronomischen Kontext ist das jedoch ein Katzensprung. Der nächste Stern – Proxima Centauri – ist fast 300 000 Mal so weit weg.1 Im Grunde ist unsere Sonne nicht viel mehr als ein Stern unter vielen. Was die Sonne für die Erde besonders macht, sind in erster Linie zwei Dinge: ihre Schwerkraft ist für die Erdbahn verantwortlich, also dafür, dass sich die Erde in 365 Tagen einmal um die Sonne dreht und wir dadurch verschiedene Jahreszeiten genießen, und dafür, dass das Leben hier überhaupt möglich ist. Denn die Entfernung der „When I look up at the night sky and I know that Erde zur Sonne liegt genau in der so genannten yes, we are part of this universe, we are in this „habitablen Zone“, der Bereich, in dem es universe, but perhaps more important than both weder zu kalt noch zu heiß ist für das Leben, of those facts is that the universse is in us. When wie wir es kennen.

I reflect on that fact, I look up – many people feel Die Sonne ist zugleich gewöhnliches und small because they‘re small and the universe is faszinierendes Phänomen. Viele vergangene big – but I feel big, because my atoms came from Kulturen ehren sie in irgendeiner Form, sie those stars.“ wird häufig in Verbindung mit zentralen —NEIL DEGRASSE TYSON, ASTROPHYSIKER Gottheiten gebracht. Viele antike Grabstätten sind nach der Sonne ausgerichtet.

Auch in der Moderne hat die Sonne starke Bedeutsamkeit für die Kultur. Das Wetter hat entscheidende Einflüsse auf unseren Tagesablauf, unsere Gemütslage, unsere Kleidungswahl.

Vor Allem auch in der Architektur ist die Sonne ein relevanter Faktor. Licht und Schatten sind grundlegende Stilmittel der Raumgestaltung.

Die vorliegende Arbeit stellt einen Versuch dar, aus den Parametern der Sonne eine Methodik abzuleiten, allgemeingültige Anweisungen für das Entwerfen von „solar architecture“ zu formuliern, und die Umsetzung dieser Methodik bis hin zum fertigen Gebäudeentwurf – eine aus der Sonne geschlussfolgerte Architektur.

Daher ist diese Arbeit in drei Kapitel aufgeteilt. Im ersten Kapitel („Sun“) sollen die Einflüsse der Sonne erforscht werden. Wie wirken sich unterschiedliche Voraussetzungen wie geografische Lage oder Ansprüche an die Belichtung und Verschattung auf die entstehende Gebäudegeometrien aus? Wie unterscheiden sich die Ergebnisse, wenn mehrere Formen miteinander kombiniert werden. Schließlich: welche Operatoren führen zu einer Gebäudekubatur, die den individuellen Ansprüchen unterschiedlicher Betrachtungsorte gerecht wird? Der elementare Zusammenhang zwischen Sonne und Geometrie soll hier erläutert werden.

Der Gebäudeentwurf muss neben den den Einflüssen der Sonne auch die städtebauliche Situation berücksichtigen. Das zweite Kapitel („City“) ist ein Ergebnis der ortsspezifischen Analyse. Neben dem städtebaulichen Kontext sollen auch die wirtschaftlichen und ökologischen Perspektiven untersucht werden. Das Kapitel gibt Ausblicke zu aktuellen Trends im Wohn- und Arbeitssektor.

Das letzte Kapitel („Architecture“) präsentiert schließlich den aus den Erkenntnissen 1

http://www.spektrum.de/quiz/welcher-stern-liegt-uns-am-naechsten/617372, 12.11.2015 13:30 Sun, City & Architecture

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der vorangegangenen Untersuchungen resultierenden Gebäudeentwurf. Das generelle Entwurfskonzept steht im Vordergrund; die Übersetzung der allgemeingültigen Betrachtungen in ein spezifisches Umfeld. Der Entwurf ist eine Stellungnahme zur Gestaltung unter Berücksichtigung von Belichtung und Verschattung, wirtschaftlicher Entwicklungen, öffentliches Raums, ökologischer und sozialer Faktoren.

Das Entwerfen nach der Sonne bringt in erster Linie räumliche und raumstrukturelle mit sich. „It has been said that astronomy is a humbling Und doch klingt immer die Frage mit: Welchen and character-building experience. There is Beitrag kann Architektur zu einer nachhaltigen perhaps no better demonstration of the folly und ressourcenschonenden Gesellschaft of human conceits than this distant image beitragen? of our tiny world. To me, it underscores our Diese komplexe Frage würde den Umfang responsibility to deal more kindly with one dieser Arbeit sprengen, weshalb sie hier nur another, and to preserve and cherish the pale blue teilweise beantwortet bleibt. Die Relevanz dot, the only home we’ve ever known.“ dieser Thematik soll dadurch nicht gemindert —CARL SAGAN, ASTROPHYSIKER werden. Die Bedeutung umweltbewussten und nachhaltigen Handelns ist unumstritten.

Die gebäudetechnischen Aspekte, die zur energetischen Optimierung des Gebäudes beitragen, bleiben hier weitestgehend außen vor. Der Fokus liegt auf der Fragestellung, wie die zugrundeliegende Gebäudegeometrie energetische Optimierungen (wie die Nutzung von Photovoltaik-Anlagen) ermöglichen kann.

Diese Arbeit ist die Dokumentation einer Architektur, die Entstehungsgeschichte eines sonnenbasierten Gebäudes.

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Wissenschaft im Wandel der Zeit

Obwohl sich die Wissenschaft, wie wir sie heute verstehen, erst seit Kurzem aus einer Reihe verschiedener Kompetenzbereiche herauskristallisiert hat, ist sie sehr eng mit Kultur und Gesellschaft verflochten.

Wissenschaft im allgemeineren Sinn, als Gesamtheit des Wissens - oder vielmehr: Wissenstand - der Menschheit, ist aber natürlich viel älter. Dieser ist aber in ständigem Wandel und auch, aber nicht nur, von dem aktuellen Stand der Wissenschaft (im Sinne der Naturwissenschaften) geprägt. „Who we are is what we know“, sagt der USamerikanische Satiriker Stephen Colbert, die Berliner Morgenpost drückt es anders aus: „Wissenschaft ist der aktuelle Stand des Irrtums.“1 Der aktuelle Stand der Naturwissenschaften wird selbstverständlich als richtig und endgültig angenommen. Mit der gleichen Selbstverständlichkeit wurde vor 2000 Jahren akzeptiert, die Erde sei eine Scheibe und dass die Erde im Zentrum des Universums stehe bevor Kopernikus im 15. Jahrhundert das heliozentrische Weltbild präsentierte. Es ist davon auszugehen, dass einige zeitgenössische Ansichten in einigen Jahren als veraltet angesehen werden.

Die Naturwissenschaften von heute entwickelte sich in vielen Bereichen aus Ideologien, die inzwischen absolute Gegensätze darstellen.

Astronomie und Astrologie wurde vor einigen Jahrhunderten von den gleichen Menschen praktiziert. Philosophie und Mathematik sind noch heute eng miteinander verbundene Lehren. Aus dieser Kombination ergibt sich die fundamentale Frage, ob Mathematik erfunden oder entdeckt wird.

Die Ideen, die vor hunderten Jahren den Wissenstand und damit die Kultur bestimmt haben, basierten auf Mythen, Aberglaube, 1 http://www.morgenpost.de/printarchiv/wissen/ article1781779/Wissenschaft-ist-der-aktuelleStand-des-Irrtums.html, 23.04.2015 21:10 Sun, City & Architecture

Weltbild im Wandel der Zeit (1) http://www.hs.uni-hamburg.de/DE/GNT/bild/ flam1882.jpg, 23.04.2015 19:30 (2) http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9c/ Cellarius_ptolemaic_system.jpg, 23.04.2015 20:20 (3) http://www.peter-glowatzki.de/attachments/Image/ heliozentrisches_Weltbild_03.jpg, 23.04.2015 22:10 9

Fantasie. Heute werden diese Werte aus der Wissenschaft verdrängt.

Die Naturwissenschaften bedienen sich eines elementaren Grundprinzips: Logik. Wir erklären die Welt, indem wir logische Zusammenhänge herstellen. Gerade in neueren Gebieten der Physik, wie der Teilchenphysik, stellt man aber zunehmend fest, dass sich bislang nicht alle Phänomene mit Logik erklären lassen. Vielleicht stößt unsere gegenwärtige Auffassung der Wissenschaft hier schon an ihre Grenzen.

Ohnehin ist das Wissen der Menschheit als Gesamtes nicht gleichmäßig verteilt und akkurate wissenschaftliche Ergebnisse stehen immer wieder modernen Mythen und Halbwahrheiten gegenüber. Die große Masse der Gesellschaft hat einen eingeschränkten Blick auf das gesamte Wissen und aktuelle Forschungsergebnisse.

Obwohl der heutige Stand des Wissens in vielen Bereichen eindeutig bestimmt werden kann, ist er noch lange nicht weitläufig bekannt und führt immer wieder zu Fehlinformationen.

Die enge Beziehung zwischen Wissenschaft und Kultur zeigt sich in regelmäßigen Abständen an historischen Ereignissen, die ein Meilenstein in beiden Bereichen sind. Gerade in der Astronomie.

Als Paradebeispiel dient die Mondlandung am 21.

Juli 1969. Dieses Event, bei dem in zunächst Linie die wissenschaftlichen Aspekte im Vordergrund standen, hatte enorme Auswirkungen auf Kultur und Gesellschaft. Es stellte den Höhepunkt in einer Ära da, die von einem allgemeinen Optimismus getragen wurde. Diese Zuversicht war nur durch eine Mischung aus „Aufklärung, Entdeckergeist und Ingenieurskunst“2 möglich geworden. Der Zeitgeist war maßgeblich von einem schnellen technologischen Fortschritt geprägt.

Welche Bedeutung einzelne Ereignisse haben, lässt sich schwer feststellen, aber es gibt Indizien.

Als die Sojourner-Sonde 1997 auf dem Mars landete, vermerkte die noch junge NASAWebseite an den darauffolgenden Tag mehrere Millionen Aufrufe, mehr als jede andere Seite zuvor. Als 1999 das Hubble Space Teleskop gestartet wird, meldet die Homepage von NASA eine Million Klicks an einem einzigen Tag.3

Eine ähnliche Begeisterung löste gegen Ende vergangenen Jahres die Rosetta-Mission aus.

Am Tag der Landung der Philae-Sonde auf dem Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko am 12. November 2014 wurde in sämtlichen Nachrichtgen fast über nichts anderes berichtet.4 Die Raumsonde war das wichtigste Thema des Tages. Auch hier entstand aus dem wissenschaftlichen Forschungsprojekt ein kulturelles Ereignis. „Wenn wir soetwas erforschen, werden wir immer zwei Dinge haben.“, erklärt der US-Amerikanische Wissenschaftler Bill Nye kurz vor der Landung der Philae-Sonde, „Wir werden Entdeckungen machen. Da draußen werden Dinge sein, an die jetzt noch niemand denkt - Dinge über Wasser, Gestein, Schwerkraft, [...] und wir werden das Abenteuer haben.“5 Dass die Wissenschaft einen großen Einfluss auf den Alltag hat, zeigt sich auch im Sprachgebrauch.

Ausdrücke wie Lichtjahre und Quantensprünge finden immer wieder (auch wenn nicht immer korrekt) Anwendung im alltäglichen Vokabular.

2 http://www.sueddeutsche.de/kultur/ mondlandung-als-gemeinschaftsereignis-zenit-derekstase-1.153687, 24.04.2015 7:10

4 http://www.mpg.de/rosetta/kometenlandung, 24.04.2015 7:15

US-Präsident Lyndon Johnson beim Start von Apollo 11 http://polpix.sueddeutsche.com/bild/1.153724.135814 9541/860x860/mondlandung-gemeinschaftsereignis.jpg, 24.04.2015 8:10

2002, 1. Auflage

3

Philip Plait - Bad Astronomy, John Wiley & Sons, 10

5 http://bigthink.com/videos/bill-nye-on-the-philaerosetta-landing, 24.04.2015 7:30 Sun, City & Architecture

KAPITEL 1

Sun

Das grundlegende Entwurfselement soll die Sonne sein. Die Suche nach einer geeigneten Methode zur Formfindung resultierte in einer Serie von Schattenstudien, die in mehreren Durchläufen überarbeitet und nach den gewonnenen Erkenntnissen angepasst wurden.

Dabei galt als Grundsatz die Kernfrage: wie kann die architektonische Form das Belichtungskonzept für den Außenraum bestimmen?

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Untersuchungsorte

T

B

P

Betrachtet wurden exemplarisch drei europäische Städte mit konträren klimatischen Voraussetzungen: das skandinavische Trondheim (kalte Temperaturen, lange Nächte, überwiegend flacher Sonnenstand), das mediterrane Palermo (ganzjährig warme Temperaturen, lange Tage, hoher Sonnenstand) und dazwischen Berlin (gemäßigtes Klima).

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Trondheim

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/63/ Trondheim_havn_Bratt%C3%B8ra_04.jpg, 26.06.2015 11:15

Bergen ist eine Hafenstadt in Norwegens Süden. Aufgrund der nördlichen Lage auf dem 60. Breitengrad ist die Sonneneinstrahlung selbst im Sommer gering. Im Jahresdurchschnitt ergeben sich etwas über drei Sonnenstunden pro Tag. Da Photovoltaik hier nur geringe Erträge erzielen kann, liegt der Fokus darauf, möglichst wenig Grundstücksfläche zu verschatten und Aufenthaltsqualitäten im Freien zu schaffen.

Berlin

http://www.wien-io.diplo.de/Vertretung/wienio/de/05/ Verkehr__textwasser.html, 25.06.2015 18:20

Deutschlands Bundeshauptstadt Berlin befindet sich in der gemäßigten Klimazone in einer Lage zwischen maritimem und kontinentalem Klima.

Aufgrund der dichten Bebauung gibt es ein stark ausgeprägtes Stadtklima. Dies ist durch weitere Abstände zwischen Gebäudevolumina zu verhinden.

Da der Grundstückspreis in den letzten Jahren stark anstieg, sollte dennoch eine möglichst große Nutzfläche angestrebt werden.

Palermo

http://marino.ro/files/produse/im_255_2.jpeg, 06.11.2015 11:47

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Das sizilianische Palermo bietet mit durchschnittlich 7,3 Sonnenstunden pro Tag ideale Bedingungen, um solare Gewinne zu erzielen. Die hohen Temperaturen von über 18°C im Jahresmittel verlangen nach einer ausgeglichenen Verteilung von verschatteten und nicht verschatteten Außenflächen. Besonders Innenräume sollten möglichst kühl gehalten werden.

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Schattenstudie I: Formen und Kompositionen

Im ersten Schritt sollte definiert werden, wie unterschiedliche klimatische Bedingungen – und damit verbundene Anforderungen – den architektonische Körper ausbilden.

In drei Phasen wurden zunächst verschiedene Solitäre, dann der Bezug zweier Formen zueinander und schließlichlich komplexere Kompositionen untersucht. Dabei fand die Betrachtung des Schattenbilds jeweils zum 21. Juni (Sommersonnenwende) und zum 21. Dezember (Wintersonnenwende) statt. Hauptkriterien waren das resultierende Gesamtvolumen der Körper und die verschattete Fläche.

Für die qualitative Bewertung der Schattenbilder zu ermöglichen, war vorab eine Definition der Zielsetzungen für die drei betrachteten Orte notwendig; welche Schattenverteilung ist für welchen Ort erwünscht? Natürlich stellen die unterschiedlichen klimatischen Zustände andere Bedingungen an die gewollte Licht- und Schattenverteilung.

Trondheim: Hier soll um jeden Preis belichteter Außenraum gewährleistet werden. Die tief stehende Sonne ist eine besondere Herausforderung, weil sie weite Schatten wirft.

Berlin: Städtischer Wohnraum ist gefragter denn je. Daher soll neben einer großflächigen Belichtung auch eine dichte Bebauung erreicht werden.

Palermo: Um dem heißen Klima etwas entgegenzusetzen, sollten hier gezielt verschattete Plätze erschaffen werden. Insgesamt sollte die Verteilung von belichteten und verschatteten Flächen möglichst gleichmäßig sein.

Ausgehend von den gleichen generischen Grundoperatoren für den Einzelkörper entwickelten sich so spezifische Lösungsansätze für die Untersuchungsorte.

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Einzelkรถrper: Form

Trondheim

Berlin

Palermo

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16mx16mx24m

21. Juni

21. Dezember

Rotation

21. Juni

21. Dezember

16mx16mx24m

21. Juni

21. Dezember

Rotation

21. Juni

21. Dezember

16mx16mx24m

21. Juni

21. Dezember

Rotation

21. Juni

21. Dezember

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Höhe vergrößern

21. Juni

21. Dezember

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21. Juni

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Breite vergrößern

21. Juni

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21. Juni

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21. Juni

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21. Juni

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Breite verkleinern

21. Juni

21. Dezember

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21. Juni

21. Dezember

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21. Juni

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21. Juni

21. Dezember

Breite verkleinern

21. Juni

21. Dezember

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Trondheim

Berlin

Palermo

18

Punkt senken

21. Juni

21. Dezember

Kuppel

21. Juni

21. Dezember

Punkt senken

21. Juni

21. Dezember

Kuppel

21. Juni

21. Dezember

Punkt senken

21. Juni

21. Dezember

Kuppel

21. Juni

21. Dezember

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Süd-Orientierung

21. Juni

21. Dezember

Nord-Orientierung

21. Juni

21. Dezember

Trapezkörper

21. Juni

21. Dezember

Pyramide

21. Juni

21. Dezember

Süd-Orientierung

21. Juni

21. Dezember

Nord-Orientierung

21. Juni

21. Dezember

Trapezkörper

21. Juni

21. Dezember

Pyramide

21. Juni

21. Dezember

Süd-Orientierung

21. Juni

21. Dezember

Nord-Orientierung

21. Juni

21. Dezember

Trapezkörper

21. Juni

21. Dezember

Pyramide

21. Juni

21. Dezember

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Paar: Bezug

A = 9 981 m² V = 9 931 m³

Gleichmäßig

Trondheim

21. Juni

21. Dezember

21. Juni

21. Dezember

21. Juni

21. Dezember

21. Juni

21. Dezember

21. Juni

21. Dezember

21. Juni

21. Dezember

A = 11 380 m² V = 12 288 m³

Anstieg

A = 7 964 m² V = 24 576 m³

Pendant (breit)

Berlin

A = 4 690 m² V = 49 152 m³

Ungleich (diagonal)

A = 14 738 m² V = 13 824 m³

Gasse (längs)

Palermo

A = 12 776 m² V = 7 581 m³

Sägezahn

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* A: Belichtete Fläche V: Gebäudevolumen

A = 9 560 m² V = 9 931 m³

A = 10 625 m² V = 9 931 m³

Im Norden erhöht

21. Juni

21. Dezember

A = 11 472 m² V = 9 931 m³

Im Süden erhöht

21. Juni

21. Dezember

21. Juni

21. Dezember

21. Juni

21. Dezember

21. Juni

21. Dezember

21. Juni

21. Dezember

21. Juni

21. Dezember

A = 10 791 m² V = 9 931 m³

Giebel

21. Juni

21. Dezember

A = 6 637 m² V = 18 432 m³

Entgegengesetzt

A = 8 865 m² V = 23 328 m³

Pendant (schmal)

21. Juni

21. Dezember

A = 3 177 m² V = 49 152 m³

Pendant (versetzt)

A = 4 130 m² V = 49 152 m³

Ungleich (gerade)

21. Juni

21. Dezember

A = 13 809 m² V = 13 824 m³

Ungleich (rotiert)

A = 11 222 m² V = 18 432 m³

Gasse (quer)

21. Juni

21. Dezember

A = 10 300 m² V = 18 953 m³

Höhenunterschied

A = 11 069 m² V = 18 953 m³

Sägezahn (Höhenunt.)

21. Juni

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21. Dezember

Sägezahn (entgegeng.)

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Cluster: Komposition

A = 6 466 m² V = 10 607 m³

3x3 gleichmäßig

Trondheim

21. Juni

21. Dezember

21. Juni

21. Dezember

21. Juni

21. Dezember

21. Juni

21. Dezember

21. Juni

21. Dezember

21. Juni

21. Dezember

A = 4 076 m² V = 29 807 m³

3x3 Anstieg

A = 999 m² V = 79 872 m³

2x2 Scheiben

Berlin

A = 2 815 m² V = 36 864 m³

2x3 gleichmäßig

A = 2 855 m² V = 60 650 m³

4x4 Sägezahn

Palermo

A = 2 897 m² V = 98 304 m³

4x4 gleichmäßig

22

Sun, City & Architecture

* A: Belichtete Fläche V: Gebäudevolumen

A = 7 048 m² V = 10 607 m³

A = 790 m² V = 41 023 m³

3x3 versetzt

21. Juni

21. Dezember

A = 541 m² V = 29 807 m³

21. Juni

21. Dezember

A = 1 420 m² V = 79 872 m³

21. Juni

21. Dezember

A = 8 085 m² V = 18 432 m³

Giebel-Cluster

21. Juni

21. Dezember

2x2 Scheiben (entg.)

21. Juni

21. Dezember

21. Juni

21. Dezember

21. Juni

21. Dezember

21. Juni

21. Dezember

A = 761 m² V = 43 008 m³

21. Juni

21. Dezember

A = 2 355 m² V = 53 069 m³

2x3 Höhenunterschied

A = 2 616 m² V = 53 069 m³

21. Juni

21. Dezember

A = 2 323 m² V = 98 304 m³

4x4 Lücke

21. Dezember

A = 1 182 m² V = 79 872 m³

2x2 Scheiben (rotiert)

Versetzte Reihen

21. Juni

A = 3 764 m² V = 27 247 m³

3x3 Höhenunterschied

2x3 subtrahiert

3x3 Höhepunkt

Versetzte Zeilen

A = 2 366 m² V = 95 232 m³

21. Juni

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21. Dezember

Dynamisch

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Schlussfolgerung

Die drei verschiedenen Betrachtungsräume bringen bereits in der ersten Phase (Einzelkörper) unterschiedliche Ergebnisse zum Vorschein. Für Trondheim eignet sich ein entlang der Sonnenstrahlen abgeschnittener Körper. So kann das Volumen vergrößert werden, ohne dass sich die Verschattung nennenswert vergrößert. In Palermo zeichnet sich das entgegengesetzte Bild ab. Die Äußenflächen der Gebäudeform sollten möglichst der Sonne zugewand sein. So könnten zum einen maximale solare Gewinne erzielt werden, auf der anderen Seite schafft diese Geometrie auch die größtmögliche Verschattung pro Gebäudemasse. Berlin nimmt die Rolle dazwischen ein. Da das erreichte Volumen wichtiger ist als marginale Verschattungsoptimierungen, sind kompakte Gebäudeformen das Mittel der Wahl.

Die zweite und dritte Phase zeigt, dass sich für Trondheim ein Raster kleiner, flacher Gebäude eignet. Dieses Raster kann durch gezielete Aufweitungen (unregelmäßiges Raster) um belichtete Plätze ergänzt werden. Der Abstand der Gebäude ist von der Dachneigung und der Höhe abhängig. Gebäudeteile, die sich weiter im Norden befinden, können höhe ausgeführt werden. Die ideale Komposition für Berlin besteht aus wenigen Gebäuden, die in angemessenem Abstand zueinander stehen und verschiedene Höhen besitzen. Dadurch kann eine städtische Dichte erreicht werden, die gleichzeitig große belichtete Außenräume zulässt.

Für Palermo ist eine deutliche Verschattung der Außenflächen vorgesehen. Dazu ist eine Bebauung mit kleinen Körpern und geringen Abständen ideal.

24

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Die Sonne in der Kultur

Bereits viele frühe Hochkulturen errichteten Gebäude oder ganze Siedlungen und richteten sie nach der Sonne aus. Vermutlich hatte dies religiöse oder kultische Gründe. Heute werden Architekturen an der Sonne ausgerichtet, um sich deren Energie zunutze zu machen und solare Gewinne zu erzielen.

Masdar City in den Vereinigten Arabischen Emiraten ist ein Paradebeispiel für eine ganze Stadt, die komplett durchgeplant wurde und damit nicht nur Sonne und Verschattung optimal ausnutzt, sondern auch andere regenerative Energien nutzt und abfall- wie auch klimaneutral funktionieren soll. Masdar City wird als Testlabor für globale ökologische Technologien angesehen.

Strom wird hauptsächlich durch ein 10-MegawattPhotovoltaikkraftwerk erzeugt.1

Masdar City aus der Luftperspektive http://www.fosterandpartners.com/media/Projects/1515/ img0.jpg, 08.05.2015 16:00

Die Planstadt bedient sich jedoch nicht nur modernster Technologien, sondern auch altbewehrter Prinzipien der arabischen Architektur: So sind die einzelnen Wohneinheiten beispielsweise so angeordnet, dass sie sich gegenseitig verschatten und die Wohnräume

Wohneinheiten verschatten sich gegenseitig http://www.canbuild.com.hk/system/files/public/gallery/ Masdar%20City/947X9187.JPG, 08.05.2015 14:25

kühl halten. Außerdem sind Gassen und Straßen möglichst eng gehalten, damit die Sonneneinstrahlung gering bleibt und Windkanäle erzeugt werden.

Am nahegelegenen Abu Dhabi International Airport soll auch das „Solar Impulse 2“ zum Einsatz kommen. Dabei handelt es sich um ein komplett durch Solarzellen angetriebenes und dadurch absolut klimaneutrales Flugzeug. 2015 sollte der erste Round-the-World-Solarflug der Geschichte stattfinden2, wurde aber im Juli auf Hawaii unterbrochen.3 Wie hoch der absolute Energieverbrauch von Masdar City ist, ist allerdings schwer zu sagen.

Die Stadt wird über das sogenannte „Certified Emissions Reductions“-Verfahren zertifiziert, bei dem die Emissionsreduktion anhand des Vergleichs mit anderen Städten der Region ermittelt wird. Da die Vereinigten Arabischen Emirate eines der Länder mit der weltweit höchsten CO2-Emission pro Kopf sind, ist anzunehmen, dass Masdar City trotz hoher

2 http://info.solarimpulse.com/de/hauptseite/#.

VUyBI_ntmko, 08.05.2015 11:20 1 http://www.masdar.ae/en/masdar-city/detail/ sustainability, 08.05.2015 11:30 Sun, City & Architecture

3 https://de.wikipedia.org/wiki/Solar_Impulse, 5.11.2015 0:35 25

Einsparung noch immer viele Treibhausgase verursachen wird.4 Das von Foster + Parner geplante Großprojekt soll 2025 fertiggestellt werden. Bis zu 40 000 Menschen sollen letztendlich dort wohnen und weitere 50 000 dort arbeiten können.5 Trotz des fortgeschrittenen Stands der Wissenschaft sind noch viele Sonnenphänomene und -erscheinungen sind noch immer nicht geklärt. Um die Sonne besser verstehen zu können, wird sie schon seit Jahrhunderten beobachtet.

Dabei ist sie immer wieder Untersuchungsobjekt von Wissenschaft und Kunst gleichermaßen.

Besonders die Art und Weise, wie das Licht der Sonne auf der Erde auftritt, ist von Bedeutung.

Dabei spielen unter anderem Lichtstreuung, -brechung und Verschattung eine große Rolle.

Finding Europe with Lights auf der Re:publica 2015 http://asset-6.soup.io/asset/11849/6409_67ff.jpeg, 08.05.2015 17:10

Ein Beispiel ist das Projekt „Finding Europe With Lights“ der „Re:publica 2015“-Messe.6 Hierbei wurden 28 Mikrocontroller mit RGB-Sensoren über ganz Europa verteilt. Die Controller senden die Daten an einen Empfänger auf der Re:publica am Gleisdreieck in Berlin. Dort sind auf einer großen Europakarte 28 Lampen verteilt, genau an den Positionen, an denen sich auch die Sensoren befinden. Die Lampen geben dann die Lichtfarbe des jeweiligen Ortes wieder. Das Projekt versteht sich eher als Kunstinstallation, 4 http://de.wikipedia.org/wiki/Masdar#Kritik, 08.05.2015 11:45 5 http://www.masdar.ae/en/masdar-city/detail/ one-of-the-worlds-most-sustainable-communitiesmasdar-city-is-an-emerging-g, 08.05.2015 11:55 6

http://findingeuropewithlights.eu/, 07.05.2015 22:00 26

zeigt aber, dass wir Menschen nicht jedes Sonnenlicht gleichwertig betrachten. Wir stellen qualitative Unterschiede zwischen der Sonneneinstrahlung an verschiedenen Orten fest. Man spricht von „warmem“ und „kaltem“ Licht, Lichtverschmutzung, „hartem“ und „weichem“. Obwohl diese Bezeichnungen eher intuitiv sind, belegen sie, dass wir unterschiedlich auf Lichtvariationen reagieren und diese Assoziationen erzeugen.

Die Kartierung der Sonneneinstrahlung ist nicht nur eine technische Spielerei, sondern gibt Aufschluss über mögliche Einsatzfelder für Solaranlagen. Für Berlin stellt die Senatsverwaltung für Wirtschaft, Technologie und Forschung den „Solaratlas Berlin“ (http:// www.businesslocationcenter.de/solaratlas) zur Verfügung, der für nahezu jedes Dach in Berlin die Eignung für solare Gewinne anzeigt. Dabei wird die Dachneigung, Himmelsrichtung und Verschattung berücksichtigt.7 Damit kann der Solaratlas als Entscheidungshilfe bei der Anschaffung von Photovoltaikanlagen dienen.

Zahlreiche Webseiten, die die Sonneneinstrahlung für einen bestimmten Punk auf der Erde ermitteln, sind ein ebenso hilfreiches Werkzeug für die Sonnenanalyse. Dabei wird die Streuung und Absorption durch Atmosphäre und Wolken in der Regel jedoch nicht berücksichtigt. Die Ergebnisse berechnen sich allein aus den geometrischen Verhältnissen zwischen Erde und Sonne.

SunCalc (http://suncalc.net/) beispielsweise liefert für beliebige Punkte auf der Erde die Zeiten und Himmelsrichtungen für den Sonnenauf- und -untergang, den aktuellen Sonneneinfallswinkel sowie die Daten für das ganze Jahr.

Screenshot aus dem Solaratlas Berlin http://www.businesslocationcenter.de/imperia/md/blc/ wirtschaftsatlas/projekt/images/high/solaratlas_3d_oframe.jpg, 08.05.2015 14:50 7 http://www.solarserver.de/news/news-11486. html, 08.05.2015 11:00 Sun, City & Architecture

Schattenstudie II: Methode

Die erste Sonnenstude gab einen ersten Überblick über generelle Gebäudeformen und -kompositionen, die den Bedingungen im jeweiligen Kontext gerecht werden. Im nächsten Schritt sollte eine Methode entwickelt werden, die zu einer Formfindung beitragen kann und in einen bestehenden Kontext integriert werden kann.

Diese Methode setzt sich aus einer Kombination von vordefinierten Grundoperationen zusammen. Jeweils zwei der gewählten Kombinationen werden benutzt, um eine neue Geometrie zu erstellen. Die folgenden Bebauungsmuster wurden mithilfe einer Matrix erstellt. Dabei wird jeweils ein Operator zur Vergrößerung einer oder mehrerer Parameter (schwarz) mit einem Operator zur Verkleinerung (grau) kombiniert. Das Ergebnis ist eine Reihe von Deformationen, die jeweils das Volumen des ursprünglichen Gebäuderasters beibehalten. Die Figur wird als Raster über das gesamte Grundstück verteilt. So kann untersucht werden, wie sich die Gebäudeformen zueinander verhalten. Die entstandenen Bebauungen wurden anhand der Verschattung auf dem Grundstück analysiert und bewertet.

Dafür wird das Grundstück in 1m²-Felder aufgeteilt. Für jedes dieser Felder wird dann berechnet, wie viele Stunden am Tag dieses zum größten Teil belichtet wird. Felder, die durchgehend beschattet sind, werden also mit 0 notiert und Felder, die durchgehend belichtet sind, werden beispielsweise mit 12 notiert (falls an diesem Tag 12 Stunden lang die Sonne scheint). Als Betrachtungstag wird jeweils ein Tag im Juni, im September und im Dezember herangezogen. Aus der Summe aller Felder wird dann ein Diagramm generiert, welches die Verteilung der Sonnenstunden veranschaulicht.

Für jeden der drei Untersuchungsorte wird ein Idealdiagramm angenommen, das zum Vergleich mit den Simulationsdiagrammen herangezogen wird. Ist die Tendenz der Diagramme ähnlich – gibt es also genug Übereinstimmung des Idealdiagramms und der Simulationsergebnisse – wird die untersuchte Operatorenkombination positiv („+“) bewertet. Sind die Diagramme im Ansatz zwar ähnlich, zeigen aber dennoch erhebliche Unterschiede auf, wird die Kombination neutral („/“) bewertet. Sind die Diagramme komplett unterschiedlich, fällt die Bewertung negativ („-“) aus.

Aus der Ergebnismatrix, welche alle untersuchten Kombinationen und die resultierende Bewertung beinhaltet lässt sich dann ablesen, welche Operatoren für den Beobachtungsort geeignet sind – Operatoren, die in ihrer Tabellenzeile überwiegend positive Bewertungen verzeichnen. Das Ziel der Untersuchung ist es, mit einer Art „brute force“-Verfahren ortsspezifische Methoden zur Formfindung zu ermitteln.

Die folgenden Operatorenkombinationen mit den Schattenergebnissen stellen lediglich einen Auszug dar, die eigentliche Studie ist weit umfassender.

Sun, City & Architecture

27

28

Sun, City & Architecture

Trondheim

Zielsetzung Aufgrund der nördlichen Lage Trondheims gibt es dort durchschnittlich nur wenige Sonnenstunden. Daher soll möglichst wenig verschattet werden und Fokus darauf gelegt werden, belichtete Flächen zu bewahren.

Gewünschte Verteilung der Sonnenstunden: 0

Sun, City & Architecture

1

2

3

4

5

6

29

7

8

9 10 >11

Operatoren:

Skalieren Verschmälern

Operatoren:

September

Skalieren Neigen

September

Bewertung:

negativ

Bewertung:

negativ

Operatoren:

Skalieren Entfernen

Operatoren:

Verbreitern Abstufen

September

Bewertung:

positiv

30

September

Bewertung:

negativ

Sun, City & Architecture

Operatoren:

Erhöhen Verschmälern

Operatoren:

Erhöhen Abrunden

September

September

Bewertung:

neutral

Bewertung:

neutral

Operatoren:

Erhöhen Entfernen

Operatoren:

Erhöhen Abstufen

September

Bewertung:

neutral

Sun, City & Architecture

September

Bewertung:

negativ

31

Operatoren:

Addieren Abflachen

Operatoren:

September

Addieren Abstufen

September

Bewertung:

negativ

Bewertung:

neutral

Operatoren:

Zuneigen Verschmälern

Operatoren:

Abneigen Subtrahieren

September

Bewertung:

neutral

32

September

Bewertung:

negativ

Sun, City & Architecture

Ergebnis

Skalieren Verbreitern Erhöhen Addieren Zuneigen Abneigen Annähern Abstufen

Die gewünschte Schattenverteilung ist bei der angestrebten Gebäudedichte kein leichtes Unterfangen. Viele Operationen sind ungeeignet. Lediglich das Abtreppen der Gebäudehöhen nach Süden führt zu befriedigenden Ergebnissen. Dadurch können im südlichen Bereich des Grundstücks besonnte Flächen erhalten bleiben, das fehlende Volumen wird im nördliche Teil ausgeglichen. Außerdem kann das Vergrößern der Abstände der Rastereinheiten in Betracht gezogen werden; in dieser Spalte gibt es wenigstens zwei von fünf positive Bewertungen.

Sun, City & Architecture

33

34

Sun, City & Architecture

Berlin

Zielsetzung In Berlin gibt es warme Sommer und kühle Winter. Das Ziel sollte es sein, eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Sonnenstunden zu erreichen. Das bedeutet, dass die Anzahl der verschatteten und belichteten Flächen zu fast jedem Zeitpunkt annähernd gleich sind. So können an Wintertagen ausreichend besonnte und im Sommer genug verschattete Stellen garantiert werden.

Gewünschte Verteilung der Sonnenstunden: 0

Sun, City & Architecture

1

2

3

4

5

6

35

7

8

9 10 >11

Operatoren:

Skalieren Verschmälern

Operatoren:

Juni

Juni

September

September

Dezember

Dezember

Skalieren Scheren

Bewertung:

neutral

Bewertung:

positiv

Operatoren:

Skalieren Neigen

Operatoren:

Skalieren Entfernen

Juni

Juni

September

September

Dezember

Dezember

Bewertung:

neutral

36

Bewertung:

positiv

Sun, City & Architecture

Operatoren:

Verbreitern Skalieren

Operatoren:

Juni

Juni

September

September

Dezember

Dezember

Verbreitern Subtrahieren

Bewertung:

neutral

Bewertung:

positiv

Operatoren:

Verbreitern Scheren

Operatoren:

Verbreitern Entfernen

Juni

Juni

September

September

Dezember

Dezember

Bewertung:

neutral

Sun, City & Architecture

Bewertung:

positiv

37

Operatoren:

Erhรถhen Subtrahieren

Operatoren:

Juni

Juni

September

September

Dezember

Dezember

Erhรถhen Abrunden

Bewertung:

positiv

Bewertung:

positiv

Operatoren:

Erhรถhen Scheren

Operatoren:

Erhรถhen Entfernen

Juni

Juni

September

September

Dezember

Dezember

Bewertung:

negativ

38

Bewertung:

positiv

Sun, City & Architecture

Operatoren:

ErhĂśhen Abstufen

Operatoren:

Juni

Juni

September

September

Dezember

Dezember

Addieren Verschmälern

Bewertung:

positiv

Bewertung:

neutral

Operatoren:

Addieren Abflachen

Operatoren:

Addieren Abstufen

Juni

Juni

September

September

Dezember

Dezember

Bewertung:

negativ

Sun, City & Architecture

Bewertung:

positiv

39

Operatoren:

Zuneigen Subtrahieren

Operatoren:

Juni

Juni

September

September

Dezember

Dezember

Zuneigen Entfernen

Bewertung:

positiv

Bewertung:

neutral

Operatoren:

Abneigen Subtrahieren

Operatoren:

Abstufen Subtrahieren

Juni

Juni

September

September

Dezember

Dezember

Bewertung:

positiv

40

Bewertung:

positiv

Sun, City & Architecture

Ergebnis

Skalieren Verbreitern Erhöhen Addieren Zuneigen Abneigen Annähern Abstufen

Der Standort in Berlin stellt sich als äußerst komplex heraus. Kaum ein Operator lässt sich eindeutig als gut oder schlecht einstufen. Ohne negative Bewertung: Skalieren. Große Gebäudemassen schaffen das erforderte Volumen und lassen zudem genug Freiraum für die Belichtung. Das bestätigt sich auch mit der überwiegend positiven Spalte für vergrößerte Abstände. Auch die Spalte der Subtrahieren-Aktion ist versprechend: Die ausgeschnittenen Volumen werden vom überspannenden Gebäudeteil verschattet, bei tief stehender Sonne dringt aber Licht in den Negativraum ein. Betrachtet man die Zeile und Spalte für den Abstufen-Operator, so lässt sich auch hier eine positive Tendenz erkennen. Höhere Gebäudekörper im Norden und flachere im Süden kann für diesen Betrachtungsort sinnvoll sein.

Sun, City & Architecture

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Sun, City & Architecture

Palermo

Zielsetzung Sonne ist auf Sizilien keine Mangelware. Die klimatischen Bedingungen erfordern es hier, vermehrt verschattete Bereiche zu schaffen.

GewĂźnschte Verteilung der Sonnenstunden: 0

Sun, City & Architecture

1

2

3

4

5

6

43

7

8

9 10 >11

Operatoren:

Juni

Skalieren Verschmälern

September

Dezember

Operatoren:

Juni

Skalieren Entfernen

September

Dezember

Bewertung:

positiv

Bewertung:

negativ

Operatoren:

Verbreitern Subtrahieren

Operatoren:

Verbreitern Abstufen

Juni

September

Bewertung:

Dezember

neutral

44

Juni

September

Bewertung:

Dezember

negativ

Sun, City & Architecture

Operatoren:

Juni

Erhöhen Verschmälern

September

Dezember

Operatoren:

Juni

Erhöhen Subtrahieren

September

Dezember

Bewertung:

neutral

Bewertung:

positiv

Operatoren:

Erhöhen Abrunden

Operatoren:

Erhöhen Neigen

Juni

September

Bewertung:

Dezember

neutral

Sun, City & Architecture

Juni

September

Bewertung:

Dezember

positiv

45

Operatoren:

Juni

Addieren Skalieren

September

Dezember

Operatoren:

Juni

Abneigen Verschmälern

September

Dezember

Bewertung:

positiv

Bewertung:

negativ

Operatoren:

Abneigen Entfernen

Operatoren:

Abneigen Abstufen

Juni

September

Bewertung:

Dezember

negativ

46

Juni

September

Bewertung:

Dezember

negativ

Sun, City & Architecture

Operatoren:

Juni

Annähern Verschmälern

September

Dezember

Operatoren:

Juni

September

Bewertung:

positiv

Bewertung:

Operatoren:

Annähern Abrunden

Operatoren:

Juni

September

Bewertung:

Dezember

positiv

Sun, City & Architecture

Juni

Annähern Abflachen

positiv Annähern Abstufen

September

Bewertung:

Dezember

positiv

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Dezember

Operatoren:

Juni

Abstufen Skalieren

September

Dezember

Operatoren:

Juni

Abstufen Subtrahieren

September

Dezember

Bewertung:

negativ

Bewertung:

neutral

Operatoren:

Abstufen Scheren

Operatoren:

Abstufen Neigen

Juni

September

Bewertung:

Dezember

neutral

48

Juni

September

Bewertung:

Dezember

neutral

Sun, City & Architecture

Ergebnis

Skalieren Verbreitern Erhöhen Addieren Zuneigen Abneigen Annähern Abstufen

Für den Untersuchungsort Palermo lassen sich deutlich positive und negative Operatoren feststellen. Das Addieren von zusätzlicher Gebäudemasse und das Annäheren der einzelnen Einheiten führt zu dem gewünschten Ergebnis, viel verschatteter Raum. Das Abstufen des Rasters nach Süden hin ist eher wenig effektiv. Auch das Abneigen der Dächer (von der Sonne weg) führt nicht zum gewollten Ergebnis, da die Sonnenstrahlen entlang der Dachkante laufen und so keine größere Verschattungsfläche erreicht werden kann.

Sun, City & Architecture

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Schlussfolgerung

Alle drei Orte haben sehr verschiedene Ansprüche. Demnach sind auch die Operatoren, die zum jeweiligen Ziel führen, unterschiedlich. Das Ergebnis der Studie ist eine Einteilung der Operatoren in geografische bzw. klimatische Kategorien. Diese Einteilung ist jedoch unabhängig von etwaiger Nachbarbebauung, Grundstücksform, Terrain. Die Einteilung stellt lediglich eine Empfehlung dar, wie die Gebäudegeometrie in den entsprechenden Gebieten aufgebaut sein sollten. Dabei ist zu beachten, dass sich die Bewertungen auf die vorangegangenen Zielsetzungen beziehen.

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Sun, City & Architecture

Sonnenenergie

Die Sonne beinhaltet über 99% der Gesamtmasse unseres Sonnensystems. Jede Sekunde strahlt sie das Neunmillionenfache des jählichen Energieverbrauchs der USA aus.1 Zur Nutzung dieser Energie gibt es zahlreiche Methoden: Beispielsweise wandeln FotovoltaikAnlagen die Sonnenstrahlung in elektrische Energie um. Da es sich im Gegensatz zu Öl oder Erdgas um eine regenerative Energiequelle handelt, wird Solarenergie in vielen Ländern auch staatlich gefördert. In Deutschland legt das Erneuerbare-Energien-Gesetz fest, dass sämtliche Mehrkosten aus Solarenergie auf alle Stromverbraucher verteilt werden.2 Die gewaltige Menge an Energie entsteht im Kern der Sonne. Wegen der enorm hohen Dichte und Temperatur (über 10 Millionen K) bewegen sich die Atomkerne rasant im Mittelpunkt der Sonne. Dabei prallen sie mit hoher Geschwindigkeit aufeinander. Wenn dabei vier Wasserstoffatomkerne kollidieren, bilden sie einen Heliumatomkern. Dieser hat eine minimal geringere Masse als die vier Wasserstoffkerne.

Diese Masse verschwindet nicht einfach, sondern wird in Form von Energie abgegeben. Obwohl dieser Massenunterschied verschwindend gering ist, gibt die Sonne eine gigantische Menge an Energie ab. Die Reaktion der Wasserstoffatome findet pro Sekunde etwa 1038 mal statt und wandelt ungefähr fünf Millionen Tonnen Masse in Energie um.3 Die Sonnenstrahlung wird noch in der Sonne auf dem Weg vom Kern nach Außen mehrfach gebrochen und absorbiert. Die anfänglich extrem kurzwellige Gamma-Strahlung wird dabei heruntergebrochen in mehrere langwelligere 1

Strip The Cosmos, Episode 2: Inside the Sun, Science Channel, 2014

Reflektion durch Atmosphäre 6% Reflektion durch Wolken 20% Absorption durch Wolken und Atmosphäre 19% Reflektion durch Erdoberfläche 4%

Absorption durch Erdoberfläche 51%

Verteilung der Energie der Sonne Daten: http://moodleshare.org/pluginfile.php/4028/mod_ page/content/1/Week_11_Resources/Dist_of_Sun_s_Energy.png, 23.04.2015 22:13

Strahlen. Bis sie schließlich die Sonne verlässt und auf die Reise in Richtung Erde geht, ist die Wellenlänge der Strahlung hauptsächlich im sichtbaren, aber auch ultravioletten und infraroten Bereich. Beim Eindringen in die Erdatmosphäre werden die Strahlen erneut gebrochen und teilweise von der Ozonschicht absorbiert.4 Denoch gelangt eine riesige Energiemenge auf der Erdoberfläche an. Im Schnitt sind das etwa 165 Watt pro Quadratmeter, obwohl sich diese Energie nicht gleichmäßig verteilt. Allein auf einer 700 km² großen Fläche in der Sahara könnte der gesamte Energiebedarf der Erde gedeckt

2 http://www.solarenergie-sonnenenergie.com/ Energiegewinnung.html, 23.04.2015 19:55 3

Michael Seeds, Dana Backman - Horizons: Exploring the Universe, Cengage Learning, 2009, Ausgabe 11 Sun, City & Architecture

4 http://www.spektrum.de/lexikon/ geowissenschaften/sonnenstrahlung/15219 51

werden.5 Die Problematik liegt hier nicht bei der Menge der Energie, die produziert werden kann, sondern eher bei den langen Transportwegen, der Energiespeicherung und der entstehenden Abhängigkeit von einer einzigen Energiequelle.

Während Fotovoltaik besonders bei der energetischen Aufwertung von Wohnund Bürogebäuden und im Bestand eine große Rolle spielt, werden anderorts auch Sonnenwärmekraftwerke zur Energiegewinnung eingesetzt. Diese erreichen meist höhere Wirkungsgrade als Fotovoltaikanlagen, sind aber kostenintensiver in der Wartung und setzen eine entsprechende Mindestgröße voraus, so dass sie für die private Nutzung nicht in Frage kommen.

Die Funktionsweise von Solarturmkraftwerken ist dabei recht simpel: Die direkte Einstrahlung der Sonne wird über Reflektoren in einem Brennpunkt fokussiert, dem Receiver. Hier wird die Energie nicht direkt in elektrischen Strom umgesetzt. Stattdessen wird durch die entstehende Wärme Wasserdampf erzeugt, der wiederum Turbinen antreibt. Die angeschlossenen Generatoren erzeugen schließlich den Strom.

In Europa wurde das erste kommerzielle Solarturmkraftwerk 2006 in Spanien errichtet.

Inzwischen verfügt das Kraftwerk eine Kapazität von etwa 20 MW. Damit leistet es nur einen geringen Teil eines Kohlekraftwerks vergleichbarer Größe, stößt aber keine Treibhausgase aus.6 Eine weitere Form der Energiegewinnung aus Sonnenenergie bedient sich der Parabolrinnentechnologie. Diese ist zwar weniger effizient: Solarturmkraftwerke erzielen im Regelfall höhere Wirkungsgrade bei geringerem Flächenverbrauch. Die Kosten für ParabolrinnenKraftwerke sind jedoch deutlich geringer und sind damit deutlich günstiger pro erzeugtes Megawatt.

Anders als bei Solarturmkraftwerken wird die Sonnenstrahlung bei der ParabolrinnenMethode nicht in einem zentralen Punkt gesammelt, sondern an mehreren Stellen in einer Röhre. In der Röhre wird (wie im Receiver des Solarturmkraftwerks) ein spezielles Thermoöl

erhitzt, welches dadurch eine Turbine in einem herkömmlichen Dampfkreislauf antreibt.7 Der Wirkungsgrad ist bei ParabolrinnenKraftwerken etwas geringer als bei Solarturmkraftwerken, da auch nur geringere Temperaturen erreicht werden.

Parabolrinnenkraftwerk http://www.schott.com/newsfiles/ com/20070531183852_Solar.jpg, 24.04.2015 19:50

Parabolrinnenkraftwerk http://www.schott.com/newsfiles/ com/20070531183852_Solar.jpg, 24.04.2015 19:50

5 http://reset.org/knowledge/erneuerbare-energiensonnenenergie, 24.04.2015 7:20 6 http://www.paradigma.de/solarturmkraftwerk, 23.04.2015 20:25 52

7 http://www.paradigma.de/ parabolrinnenkraftwerke, 23.04.2015 20:45 Sun, City & Architecture

Photovoltaikanlagen sind nur eine Methode, um die Sonnenenergie zu nutzen. Für private Investoren sind sie ab einer Fläche von etwa 30m² nach 15-20 Jahren amortisiert.8 Größtes Problem bei der solaren Energiegewinnung stellt der der verfügbaren Sonnenenergie entgegengesetzte Energiebedarf dar. Während abends und nachts kaum bis gar keine solaren Gewinne erzielt werden können, wird (besonders für Gebäudeheizung) am meisten Energie benötigt. Ein ähnliches Problem ergibt sich aus der Verteilung über das ganze Jahr: im Winter ist der Heizbedarf am größten, die solaren Gewinne jedoch am geringsten. Teilweise kann das durch die erhöhte Effizienz der Solarzellen bei niedrigen Temperaturen kompensiert werden.9 Die Sonne kann aber nicht nur für die Stromerzeugung genutzt werden. Die 2010 gestartete japanische Weltraumsonde IKAROS bedient sich erstmals sogenannter Sonnensegel zur Fortbewegung.10 Dabei wird der Strahlungsdruck der Sonne als Antriebsquelle benutzt. Da dieser sehr gering ist, muss die Sonde möglichst leicht und das Segel möglichst groß sein.11 Die Sonde IKAROS wiegte etwa 300 Kilogramm, das quadratische Segel war etwa 200 m² groß.12 Um effektive Sonnensegel bauen zu können, wird an extrem leichten und dennoch reißfesten Materialien geforscht.

Da die Sonne eine gewaltige Masse hat, hat sie auch eine große Gravitation. Diese Eigenschaft kann man sich in der Raumfahrt zunutze machen.

Wird eine Sonde in der richtigen Entfernung um die Sonne herum navigiert, kann ihre Anziehungskraft die Sonde beschleunigen.

Diese Technik wurde beispielsweise auch bei der Rosetta-Mission des vergangenen Jahres eingesetzt.13 Die Sonde umkreiste die Sonne

Flugbahn der Rosetta-Sonde Nach: http://www.theguardian.com/science/2014/jan/20/ rosetta-comet-chasing-spacecraft-wakes-up, 05.08.2015 14:33

8 http://www.welt.de/wirtschaft/energie/ specials/sonne-solar/article8819066/Wie-wirSonnenenergie-nutzen-koennen.html, 08.05.2015 12:00 9 http://buch.pege.org/bauform/wirkungsgradphotovoltaik.htm, 05.11.2015 0:55 10 http://www.jspec.jaxa.jp/e/activity/ikaros.html, 08.05.2015 12:25 11 http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnensegel_ (Raumfahrt), 08.05.2015 12:30 12

http://de.wikipedia.org/wiki/IKAROS, 08.05.2015 12:30

13 http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/ tabid-10394/, 08.05.2015 12:55 Sun, City & Architecture

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IKAROS-Sonde mit Sonnensegel http://bilder3.n-tv.de/img/incoming/ crop883354/8131324472-cImg_16_9-w1200/18895199. jpg, 08.05.2015 16:44

mehrere Mal, um Geschwindigkeit aufzunehmen, und setzte dann ihre Flugbahn fort.

Die 1976 gestartete Raumsonde Helios 2 stellte mit dieser Methode den Rekord fĂźr die schnellste Sonde im Weltraum auf: 240 000 km/h.14

14 http://www.universetoday.com/15403/howlong-would-it-take-to-travel-to-the-nearest-star/, 08.05.2015 13:00 54

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KAPITEL 2

City

Wie können die gewonnenen Erkenntnisse aus den Sonnenstudien auf eine konkrete Situation übertragen werden? Kann daraus eine definierte Design-Strategie entstehen?

Die Übersetzung der theoretischen Überlegungen in einen tatsächlichen Gebäudeentwurf ist der Beleg, dass die vorgestellte Methode zu einem architektonischen Konzept führen kann.

Die Präzisierung des Projektgebiets ist dafür entscheidend. Für die weitere Bearbeitung wurde das Areal am Westhafen in Berlin gewählt.

Im vorangegangenen Kapitel wurde eine Werkzeug-Palette für das Entwerfen mit der Sonne etabliert. Nun sollen die inhaltlichen und kontextbezogenen Fragen geklärt werden. Welche Erwartungen stellt die Stadt Berlin an einen Architekturentwurf am Westhafen? In welcher Weise wird die Stadt davon profitieren?

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Kontext

Hafen

becke

Zentrales Grundbucharchiv

n II

Staatsbibliothek zu Berlin Zeitungsabteilung Kinder- und Jugendbuchabteilung

Behala-Verwaltungssitz Hafen

becke

nI

Das Beplanungsgrundstück ist eine 8 000 m² große Verladebrücke auf dem Behala1Gelände am Westhafen, die seit 2001 als Containerterminal genutzt wird.2 Der Westhafen ist der größte Binnenhafen einer der größten Binnenhäfen Deutschlands; vier Millionen Tonnen werden hier jedes Jahr umgeschlagen. Die wichtigsten Verbindungshäfen sind Hamburg und Bremerhaven in Deutschland, sowie Rotterdam, Antwerpen und Stettin.3 Die Hafenanlage ist strategisch gelegen, am Angelpunkt dreier Wasserwege (Hohenzollernkanal, Westhafenkanal, Spandauer Schifffahrtskanal) und ist außerdem mit dem Hamburg-LehrterGüterbahnhof verbunden.

1

Behala = Berliner Hafen- und Lagerhausgesellschaft mbH

2 http://www.berliner-zeitung.de/archiv/neues-container-terminal-der-behala-eroeffnet-westhafen-soll-zentralerlogistikstandort-werden,10810590,9896318.html, 08.11.2015 14:20 3

Behala-Infobroschüre, November 2015

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Lageplan 1:5000

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Auf dem Grundstück befinden sich außer dem Hauptverwaltungssitz der Behala auch die Abteilungen für Zeitungen und Kinder- und Jugendbücher im ehemaligen Getreidespeicher und das geschlossene zentrale Bucharchiv der Staatsbibliothek zu Berlin.

Zugespitzt formuliert befinden sich auf dem Projektgelände also Einrichtungen zur Aufbewahrung und Austausch zweier grundsätzlich antithetischer Güter: den Containern, gefüllt mit sachlichen Dingen, Materiellem, und den Büchern, Zeitschriften und Zeitungen der Staatsbibliothek, sinnbildlich für die über Generation hinweg gesammelten Erkenntnisse und Geschichten der Menschheit, das Ideelle. Was, wenn man diese beiden Extreme kombinieren und in eine moderne Welt des Digitalen transponieren könnte?

Der Westhafen ist schon seit Anfang des 20. Jahrhunderts ein Ort, an dem alles temporär und kurzlebig scheint, obwohl die bewegte Masse gigantisch ist. Heute kommen hier jeden Tag Container mit jedem erdenklichen Inhalt an, werden gelagert, umgestellt, verladen, weiterverschickt. Ein Umschlagplatz der Superlative. Big data in altbacken, möchte man denken.

Statt Waren sollen hier in Zukunft Ideen und Konzepten umgeschlagen werden. Es soll ein Zentrum entstehen, in dem Start-ups entstehen und wachsen können. Wichtig ist, dass alles flexibel bleibt. Das Angebot an Büros und Arbeitsplätzen muss auf strukturelle Veränderungen bei den Unternehmen reagieren können. Eine Mischung aus neugrgründeten und gestandenen Unternehmen, und allem dazwischen ist wünschenswert.

Berlin gilt ohnehin als die Unternehmensgründer-Stadt Deutschlands. Hier gibt es beispielsweise jährlich fast dreimal so viele Neugründungen wie in München, international betrachtet besteht aber noch Nachholbedarf. Berlin könnte sich aber zur führenden Startup-Metropole Europas entwickeln. Zumindest, wenn man einer Studie der amerikanischen Unternehmensberatung McKinsey & Company Glauben schenkt. Man müsse besonders bei der Vernetzung von Start-ups mit etablierten Unternehmen noch besser werden.4 Möglichst viele Konzerne verschiedener Branchen und Größenordnungen an einen gemeinsamen physischen Ort zu bringen, scheint der Schlüssel zum Erfolg zu sein, heißt es denn in der Studie: „Gründungen gibt es, wenn das Umfeld stimmt. Diese Erkenntnis ist ebenso simpel wie wahr. Bereits 1890 erkannte der britische Nationalökonom Alfred Marshall in seinen ‚Principles of Economics‘, dass erfolgreiche Cluster – Wirtschaftsdistrikte mit einer Häufung von Unternehmen – immer dann entstehen, wenn die Rahmenbedingungen die Neugründung von Unternehmen begünstigen. Das ist heute nicht anders. [...] Während früher der Erfolg von industriellen Ballungsgebieten insbesondere von natürlichen Standortfaktoren wie der Verfügbarkeit von Rohstoffen abhing, sind für das Entstehen innovativer Cluster weitere Faktoren entscheidend.“ Aufgrund seines Traditionsreichtums ist die Hafenanlage in Moabit der perfekte Standort für ein dynamisches Gefüge aus Büro- und Verkaufsräumen, Wohneinheiten, Ausstellungsflächen und Freizeitangeboten. Denn auch Sport, Kultur, und Erholung sollen ein integrierter Teil der Planung sein.

Die Anbindung des Areals an den öffentlichen Nahverkehr ist zwar gegeben (Die S-Bahnhöfe „Westhafen“ und „Beusselstraße“ sind jeweils nur wenige hundert Meter entfernt), das Gelände selbst ist aber als Betriebsgeländer der Behala eingezäunt. Unbefugten ist das Betreten nicht gestattet, Fotografieren nur mit schriftlicher Erlaubnis. Wenn das Gelände für die Öffentlichkeit geöffnet und die Hafenarbeiten dort eingestellt werden können, erwarten den Besucher dort großflächig angelegte, asphaltierte Freiflächen, dazu massive Klinkergebäude aus den 1930er Jahren und früher mit Giebelhöhen von über 30 Metern. Die riesigen Portalkräne fahren den Containerhafen hoch und runter. Die kleinen Kutter und Side-seeing-Boote wirken wie Relikte aus vergangenen Zeiten neben den überdimensionierten Frachtern, die hier anlegen.

4

„Berlin gründet“, McKinsey Berlin, Oktober 2013 60

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Bereits jetzt wird das Behala-Areals von anderen Unternehmen mitgenutzt. Nicht nur die berliner Staatsbibliothek ist hier vertreten, unter anderem nutzen Zahnarztpraxen, eine Tankstelle, ein Recycling-Unternehmen, ein Asphaltmischwerk und eine Autowerkstatt das Gelände mit.

Das Grundstück selbst ist von drei Seiten von Wasser umgeben und bietet somit optimale Voraussetzungen für spannende Außenbereiche. Dieses Potential soll genutzt werden, indem hier große öffentliche Plätze geplant werden.

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Wie wir wohnen, wo wir arbeiten

Die Stadt ist der Lebensraum der Zukunft. Heute lebt bereits die Hälfte der Weltbevölkerung in städtischen Gebieten und die Zahl steigt weiter an. Bis 2050 könnte es gut ein Drittel sein.1 Städte verdichten sich, Wohnraum wird Luxus. Deshalb liegen Wohngemeinschaften (WGs) stark im Trend, nicht nur bei Studierenden. In fast allen Lebensbereichen scheint sich das gleiche Phänomen durchzusetzen: Teilen und sparen. Eine Stichprobe zeigt: 7437 der 17219 bei wg-gesucht.de inserierten Wohngemeinschaften sind (zumindest teilweise) „Berufstätigen-WGs“.2 Das sind immerhin über 40% – ganz schön viel für ein Wohnkonzept, das in erster Linie an Studenten erinnert. Gerade in der Umgewöhnungsphase nach dem Studium und dem Eintritt in das Arbeitsleben wollen viele Absolventen die gewohnte Wohnform beibehalten. Mehrraumwohnungen sind also gefragt, mit möglichst gerecht verteilten Quadratmetern.

Die Lage der Wohnung spielt natürlich auch eine nicht zu vernachlässigende Rolle. Die meisten Arbeitnehmer sind jeden Tag über eine halbe Stunde auf dem Weg zur Arbeit. Die Hälfte der Deutschen wohnen nicht einmal in dem selben Ort, in dem sie arbeiten.3 Aus dem Branchenbericht des GdW4 für aktuelle Wohntrends5 geht hervor...

Die selbe Studie macht auch Aussagen über die Entwicklung der Wirtschaft bis 2030.

Begriffe wie „sharing economy“ oder „collaborative consumption“ werden eine zunehmende Relevanz haben. Wortwörtlich: „Es wächst eine Generation heran, die mit einer internetbasierten Organisation des Zusammenlebens sehr vertraut ist. [...] Eine internetbasierte, professionelle Organisation bildet die Voraussetzung für den Erfolg.

Kooperationen werden helfen, um zum einen die Effizienz zu steigern oder Netzwerke aufzubauen und so das Nutzerpotenzial auszudehnen.“ Die Arbeitswelt war in den letzten Jahren starken Veränderungen unterzogen und entwickelt sich noch immer weiter. Die Einflüsse der digitalen Revolution sind auch in den dynamischen, flexiblen Arbeitsplätzen in modernen Unternehmen sichtbar. Die klassische Büroform mit Einzelkabinen (wie sie besonders in den USA vertreten ist) gehört der Vergangenheit an. Das Deutsche Büromöbelforum lies dazu eine Studie durchführen und befragte Manager aus deutschen Unternehmen. Auf die Frage, wie Büroarbeitsflächen in der Zukunft entworfen sein sollten, antworteten die meisten der Befragten, nämlich 71,9%, mit „variableren Büros“. Gleichzeitig würden Büroflächen zunehmend „intensiver genutzt“ und „verändert werden können“. Immerhin fast die Hälfte der Befragten (45,6%) glauben daran, dass es künftig „ganz neue Büroformen/-arten geben“ wird.6 In der gleichen Studie 1

Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung: Perspektiven der Urbanisierung – Städte nachhaltig gestalten, März 2014

2

Stand: 28.09.2015 14:45

3 http://www.handelsblatt.com/technik/das-technologie-update/weisheit-der-woche/pendlernation-wie-langebrauchen-die-deutschen-fuer-den-weg-zur-arbeit/8943304.html 4

GdW = Bundesverband deutschen Wohnungs- und Immobilienunternehmen e.V.

5

„Wohntrends 2030 – Studie (Kurzfassung)“, GdW Branchenbericht 6, 2013

6

Deutsches Büromöbelforum, Düsseldorf, 2011: Zielgruppenbefragung der BBE-Unternehmensberatung GmbH, Köln 64

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Großraumbüro mit Bürovorsteher in den 1920er Jahren http://polpix.sueddeutsche.com/polopoly_ fs/1.2390184.1426158328!/httpImage/image.jpg_gen/ derivatives/860x860/image.jpg, 11.11.2015 13:55

Co-working-space in New York http://officesnapshots.com/wp-content/ uploads/2012/10/025_mg_1344.jpeg, 11.11.2015 13:59

Sun, City & Architecture

65

wird auch das Verhältnis von Arbeiten und Wohnen erforscht. 44,3% der befragten Manager denken, dass es einen „fließenden Übergang von Arbeiten, Leben, Wohnung, Büro“ geben muss. Gleichzeitig zeichnet sich mit den derzeit überall auftauchenden Co-Working-Spaces ein neuer Trend in der Bürowelt ab. Seit der Wirtschaftskrise 2008, als aus der finanziellen Not heraus viele Selbstständigkeiten gegründet wurden, wachst die Anzahl der Co-WorkingSpaces kontinuierlich an. Die Vorteile dieser Büroform gegenüber fixen Einzelbüros spiegelen den aktuellen Bedarf wider: geringere Mietpreise, flexible Mietdauern bis hin zur tageweisen Vermietung, Austausch mit Gleichgesinnten, geringere Betriebskosten, weil Bürogeräte oder Maschinen gemeinschaftlich genutzt werden können. Die Wirtschaftsjournalistin Eva Wirth beschreibt, dass zeitgemäße Co-Working-Spaces mit den grauen Großraumbüros der letzten Jahrzehnte nichts mehr gemeinsam haben: „Ein Großraumbüro, hell und modern, mit Pulten und Lounge, mit Drucker und Telefonboxen, mit Sitzungszimmer und Küche. Das Besondere: Jeder kann hier reinmarschieren und einen arbeitsplatz mieten – für einen Halbtag, zehn Tage, einen ganzen Monat.“7 Laut Definition hat ein Großraumbüro eine Fläche von mindestens 400m², Co-WorkingSpaces gibt es aber schon in deutliche kleineren Ausführungen.8 Besonders wichtig scheint hier, dass der Arbeitsplatz mehr bietet, als lediglich die „Hardware“ zum Arbeiten. CoWorking-Spaces leben auch von der Community, von der Gemeinschaft, dem Austausch und der Kommunikation aller Beteiligten. Dadurch wird eine Atmosphäre geschaffen, die gleichermaßen die Produktivität wie auch die Kreativität steigert und die Arbeit zu einem sozialen Erlebnis macht. Dazu trägt auch die Architektur bei. Das Arbeitsumfeld muss offen und hell gestaltet sein, idealerweise nach Norden gerichtet, damit wenig direktes Sonnenlicht oder ablenkende Lichtreflexionen entstehen.

Der Grundriss muss Spielraum für flexible Neugestaltungen der Bürostruktur lassen. Hohe Geschosse lassen zu, dass auch abgetrennte Bereiche mit natürlichem Licht versorgt werden, solange die Abtrennung nicht raumhoch ist.

7

„Büro Futura“ in Women In Business, Mai 2015

8

Definition „Großraumbüro“ nach Wikipedia, 26.09.2015 18:50 66

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Sonnenwinde Realistische Gefahr oder Mythos?

In regelmäßigen Abständen strahlt die Sonne sogenannte Sonnenwinde aus. Diese bestehen hauptsächlich aus Elektronen, Protonen und Alphateilchen aus Heliumkernen. Unsere Erde ist durch ihr natürliches Magnetfeld geschützt welches das Plasma aus der Sonne größtenteils absorbiert. Dadurch entstehen an den Polen die immer wieder sichtbaren Polarlichter.

Weniger häufig sind Sonneneruptionen. Sie entstehen aus sogenannten Flares, magnetische Strömungen in der Sonne, die sich schließlich nach außen stülpen. Wenn sich diese Strömungen berühren, schließen sich die Magnetfelder kurz und die gesamte Energie des Magnetfeldschlauches wird katapultartig freigesetzt. Beim Eindringen in die Atmosphäre der Erde zu magnetischen Stürmen.1 Am 13. März 1989 ereignete sich der bislang verherenste magnetische Sturm im kanadischen Quebec, was zu einem stadtübergreifenden Stromausfall führte. Dieser hielt neun Stunden lang an. Seit Dezember 1995 untersucht das „Solar and Heliospheric Observatory“-Projekt von ESA und NASA die Sonnenkorona und meldet potentielle Gefahren durch Sonneneruptionen.2 Sonneneruptionen gab es schon immer, aber wir leben inzwischen in einer Gesellschaft, aus der digitale Satellitenkommunikation nicht mehr wegzudenken ist. Genau diese Satelliten sind besonders gefährdet. Der Physiker Michio Kaku beschreibt, wozu eine Sonneneruption entsprechenden Ausmaßes fähig wäre: „Wettersatelliten würden ausfallen, ebenso GPS-Systeme, unsere Telekommunikation, das Internet. Kraftwerke wären besonders anfällig. Sie würden kurzgeschlossen werden und ausfallen nicht nur in einer Stadt sondern in vielen Städten gleichzeitig über den gesamten Planeten Erde 1 http://de.wikipedia.org/wiki/Sonneneruption, 20.04.2015 14:15 2 http://sohowww.nascom.nasa.gov/about/about. html, 20.04.2015 14:35 Sun, City & Architecture

verteilt. Hungernöte wären eine Konsequenz des Wegfallens von Kältetechnik für wahrscheinlich mehrere Wochen. [...] Die Gesellschaft wie wir sie kennen würde um vielleicht 100 Jahre zurückgeworfen.“3

Das Magnetfeld schützt die Erde vor Sonnenplasma http://img.welt.de/img/weltraum/ crop120293996/0800199717-ci3x2l-w780/SOLAR-STORM-RELEASES-PLASMA.jpg, 20.04.2015 14:05

Die Sonnenaktivität zeigt sich über regelmäßige Abstände immer wieder stärker und schwächer ausgeprägt. Ein Zyklus dauert dabei etwa 9 bis 11 Jahre. Obwohl der aktuelle Sonnenzyklus seinen Höhepunkt bereits Ende 2013 erreicht hatte und seitdem abnimmt, treten Sonnenwinde und -eruptionen ununterbrochen auf. Die Stärke einzelner Winde hängt dabei jedoch nicht so sehr vom Zyklus ab, die befürchteten solaren Superstürme können also jederzeit auftreten. Wie genau die Folgen aussehen würden, bzw. welche Dimensionen sie erreich würden, lässt sich schwer vorhersagen.4

3 http://bigthink.com/videos/we-are-sitting-ducksfor-solar-flares-2, 20.04.2015 15:35 4 http://www.welt.de/wissenschaft/weltraum/ article120293999/Wenn-ein-solarer-Supersturmdie-Erde-trifft.html, 24.04.2015 8:05 67

Sonneneruption http://i.ytimg.com/vi/HFT7ATLQQx8/maxresdefault.jpg, 20.04.2015 15:15

„A solar flare takes place when a ball of magnetic energy bursts through the surface of the sun, spits out an awful lot of plasma. [...] It carries with it a lot of protons and electrons which reach out upper magnetosphere and they find their way down to the atmosphere of the Earth. [...] If you bombard any electric equipment with protons and electrons traveling 1000 km a second, it could affect computer systems and it could take some of them out.“ —ROBERT RUTLEDGE, PHYSIKER

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Szenario A - Kaum Auswirkungen Eruptionsstärke: Normal.

Reaktionszeit: Ausreichend.

Der größte Teil der Strahlung aus der Sonneneruption wird durch das Magnetfeld der Erde abgeleitet. Nur wenig Strahlung betrifft die Erde direkt.

Wenn Stromversorger und Netzbetreiber rechtzeitig vorgewarnt werden, können sie reagieren und Netzschwankungen reduzieren.

Damit können größere Katastrophen verhindert werden.

Ebenso können Satelliten vorübergehend abgeschaltet werden, damit sie nicht Gefahr laufen, kurzgeschlossen zu werden.

Dadurch würden wenige Systeme zwar kurzzeitig nicht zur Verfügung stehen aber keine bleibenden Schäden davontragen. Die Auswirkungen der Sonneneruption wären gering und wären bereits nach wenigen Stunden vorüber.

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Szenario B - Verherende Auswirkungen

Szenario C - Katastrophale Auswirkungen

Eruptionsstärke: Stark.

Reaktionszeit: Normal.

Eruptionsstärke: Enorm.

Reaktionszeit: Wenig.

Eine starke Eruption könnte die Satellitenkommunikation für einen erheblichen Zeitraum aussetzen. Einige Systeme könnten nachbleibende Schäden erfahren. Die Kommunikationsnetzwerke wären für einige Stunden bis Tage nicht verwendbar, daher müsste auf Radio und Fernmeldekabel ausgewichen werden. Mehrere Orte könnten gleichzeitig von Stromausfällen betroffen sein.

Die Strahlung der Sonneneruption wird besonders in der Nähe der Pole zum Tragen kommen. Flugzeuginsassen können hier sehr hohen Strahlungswerten ausgesetzt werden.

Das Plasma der Sonneneruption durchdringt das Magnetfeld der Erde und bricht es auf. Das macht die Erde zusätzlich angreifbar für folgende Plasmawellen.

An vielen Stellen weltweit kann es nahezu gleichzeitig zu Kurzschlüssen der Stromversorgung kommen. „Wenn ein Sturm unsere Kommunikationssysteme trifft, unsere Stromversorgung und all das, worauf wir angewiesen sind, kann es ein sehr großes Chaos da draußen geben.“, prognostiziert der Weltraum-Meteorologe Larry Combs (in: Geheimnisse des Universums, Episode 1: Die Sonne (deutsche Übersetzung), History Channel, 2007).

Viele Satelliten und auch das Stromnetz würden Kurzschlüsse erleiden und wären danach unbrauchbar. Andauernde Stromausfälle in vielen Gebieten sind denkbar.

Ausfallende Transportsysteme und überforderte Logistik könnten die Versorgung abgelegener Gebiete enorm einschränken.

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Mit den Sonnenwinden emittiert die Sonne auch große Mengen Energie. Bisher gibt es jedoch keine Technologieen, die diese Energie nutzen können, auch weil sie dank unseres Magnetfeldes kaum bis zur Erdoberfläche vordringt. Wie wären jedoch die Folgen, könnte man sich diese Energie zunutze machen?

Das Magnetfeld der Erde (Schema)

Energieempfänger für Sonnenwinde wären wahrscheinlich an den Polen der Erde installiert.

Da von dort das irdische Magnetfeld ausgeht, kann die Strahlung hier am leichtesten eindringen und gelangt näher and die Erdoberfläche als am Äquator. Daher sind hier auch Polarlichter zu sehen. Die Empfänger wären so an einem Ort aufgestellt, der wenig bis gar nicht besiedelt ist.

Die Strahlung würde genutzt werden können ohne ein Risiko für Menschen darzustellen.

Gleichzeitig würde dies aber auch bedeuten, dass die gewonnene Energie über weite Strecken transportiert werden müsste, bevor sie in zivilisierten Gebieten genutzt werden kann. Es wären also mit großen Transportverlusten zu rechnen.

Die Gewinnung von Energie aus Solarwinden hätte zudem den Nachteil, dass diese nicht gleichmäßig sind, sondern stoßartig und unregelmäßig von der Sonne gesendet werden.

Zwar gibt es eine Grundstrahlung, die von der Sonne ausgeht, und die genutzt werden könnte, die Schwankungen durch Sonneneruptionen und Flares sind jedoch enorm. Daher müsste das System darauf ausgelegt sein, vorrübergehend extrem viel Energie aufnehmen zu können und danach wiederum einige Zeit lang von diesen Reserven zehren zu können. Als Folge wären extrem große Energiespeicher nötig. Durch die Speicherung ginge ebenfalls Energie verloren.

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Im Vergleich zur herkömmlichen solaren Energiegewinnung aus der Lichtstrahlung der Sonne ist die Gewinnung aus Sonnenwinden jedoch nicht Tageszeitabhängig. Wären die Kollektoren wie eingangs beschrieben an den Polen aufgestellt, würden sie tags- und nachtüber gleichermaßen Energie sammeln, da das Plasma der Sonne durch das Erdmagnetfeld in ihre Richtung gelenkt wird. Insgesamt sind die eintreffenden Energiemengen aber wohl unregelmäßiger und daher schlechter abzuschätzen als die gewohnte Solarenergie aus beispielsweise Solarzellen.

Dennoch: die Energiemenge, die durch Sonnenstürme und Flares übertragen wird, ist gigantisch - bis zu 60 Yottajoule (6 · 1025 Joule).

Der jährliche weltweite Primärenergiebedarf ist mit etwa 505 Exajoule (5,05 · 1020 Joule) um mehr als ein 100 000-faches kleiner. Selbst wenn diese Energie nur zu einem Bruchteil nutzbar gemacht werden könnte, wäre sie eine ernstzunehmende Energiequelle.

Es stellt sich aber die Frage, ob dann noch von ökologischer Energie die Rede sein kann.

Zwar würden wohl keine Ressourcen der Erde verbraucht werden, die Energieerzeugung fände aber über Strahlungen statt, die für den menschlichen Organismus mitunter gefährlich sein können.

Energiegewinnung aus Sonnenwinden (Schema)

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Solarenergie in Berlin: eine Bestandsaufnahme

Die Anzahl der in Berlin installierten Solaranlagen steigt wöchentlich. Insgesamt 12 672 Solaranlagen sind vom Solarkataster Berlin, eine Initiative der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt, erfasst. Davon sind 7 642 Solarthermie- und 5 030 Photovoltaik-Anlagen.1 Absolut betrachtet befinden sich der Großteil der PhotovoltaikAnlagen in den großen Randbezirken Berlins: in Marzahn-Hellersdorf (891), TreptowKöpenick (773) und Pankow (757) sind die meisten eingerichtet worden.2 Gemessen an der Fläche liegt Marzahn-Hellersdorf mit über 14 Anlagen und fast 150 kWp pro Quadratkilometer weit abgeschlagen auf Platz eins. Obwohl es vereinzelt Pilotprojekte gibt, hat der Bezirk Mitte, in dem sich das Projektgebiet befindet, deutlichen Nachholbedarf.

Mit knapp drei Anlagen pro Quadratkilometer schneidet Mitte auf dem vorletzten Platz im Bezirksranking ab. Nur Charlottenburg-Wilmersdorf ist schlechter. Dafür sie die Anlagen in Mitte deutlich größer angelegt als anderswo. Trotz der geringen Anzahl belegt Mitte bei der erreichten Leistung pro Fläche Platz vier (108,08 kWp/km²).

Die Leistung der Anlagen wird in Kilowatt peak oder Megawatt peak (engl. peak = Spitze) festgestellt. Dieser Wert bezieht sich auf unter standardisierten Testbedingungen gemessene Nennleistung der Module.3 2014 lag die Gesamtleistung in Berlin bei 116 MWp. Das ist etwas mehr als die Gesamtleistung von Hamburg (49 MWp) und Bremen (41 MWp) kombiniert. Auch pro Quadratkilometer gemessen lässt sich Berlins Solarleistung sehen. Hinter Bayern (157,2 kWp/km²), dem Saarland (155,4 kWp/km²) und Baden-Württemberg (142,2 kWp/km²) belegt Berlin mit 130 kWp/km² Platz vier im nationalen Vergleich der Bundesländer. Und: Berlin holt auf. Berlin und das Saarland waren im vergangenen Jahr die beiden Bundesländer, die am meisten neu installierte Leistung aus Photovoltaik dazu gewannen (jeweils 11,7 kWp/ km²).4 Wenige Minuten Fußweg entfernt befindet sich westlich des Beplanungsgrundstücks der Berliner Großmarkt. Hier wurden 2012 auf einer insgesamt 39 000 m² großen Fläche insgesamt 5 500 Solarmodule installiert. Im Durchschnitt erreicht die Anlage eine Leistung von 1 400 MWh pro Jahr, die in das allgemeine Stromnetz eingespeist werden. Die Berliner Energieagentur (BEA) hatte sich das Projekt 2,3 Millionen Euro kosten lassen.5 Die Gesamtzahl der Solaranlagen, die die Berliner Gewerbesiedlungs-Gesellschaft (GSG) auf den Dächern von 28 ihrer über 40 Gewerbehöfe installierte, ist ebenso beachtlich; auf insgesamt 43 000 m². Die Anlage soll jährlich 5 800 MWh Strom produzieren.6 Dadurch sollen sich jedes Jahr rund 5 000 Tonnen CO2 einsparen lassen.7 Nicht alle Anlagen speisen ihren Strom direkt in das öffentliche Stromnetz, in Berlin gibt es auch über 2500 sogenannte Photovoltaik-Inselanlagen oder netzferne Anlagen,

1

http://www.solarkataster.de/index.php?page=ergebnisse&mode=stat_gesamt_gesamt, 12.11.2015 11:10

2

„Schlussbericht Solaranlagenkataster Berlin“, Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt, November 2014

3

http://www.greentech-management.com/pv-glossar/megawatt-peak-kilowatt-peak/, 12.11.2015 10:30

4

http://www.foederal-erneuerbar.de/uebersicht/bundeslaender/, 12.11.2015 10:30

5

http://www.berliner-e-agentur.de/strom-waerme/berliner-grossmarkt-bgm, 12.11.2015 10:45

6

www.gsg.solar/de/berlin-photovoltaikanlage, 12.11.2015 11:00

7

http://www.mp-tec.de/Presse-Detail.62+M5c6ed512bde.0.html, 12.11.2015 11:05 Sun, City & Architecture

71

Dachflächen des Berliner Großmarkts http://go-eco.info/wp-content/uploads/2013/05/BGM-ausOst_Web.jpg, 12.11.2015 10:50

Solaranlage auf dem Dach einer Gewerbesiedlung der GSG http://www.mp-tec.de/typo3temp/pics/e1cd62da50.jpg, 12.11.2015 11:05

also solche, bei denen der Strom vor Ort auch wieder verbraucht wird und so nicht in das Stromnetz eingeht.

Zu diesen Systemen gehören zum Beispiel autarke Parkscheinautomaten, Parkbeleuchtungsanlagen oder Signaltechnik des Zugverkehrs. Die genaue Zahl dieser Anlagen lässt sich schwer feststellen. Da diese Systeme nicht staatlich gefördert werden, werden sie im Regelfall auch nicht erfasst.8

8 http://www.solarkataster.de/index. php?page=ergebnisse&mode=pv_insel, 12.11.2015 11:19 72

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KAPITEL 3

Architecture

Auf dem Behala-Gelände am Westhafen in Berlin entsteht ein neuer Gebäudekomplex.

Insgesamt fast 10 000 m² Büro- und Co-working-spaces, 46 Besprechungs- und Meetingräume, 96 Appartments, drei Vorlesungs- und, vier Kinosäle, eine Sporthalle, ein Fitnessstudio, ein mehrgeschossiges Restaurant, eine Parkstation für 24 Elektro-Autos, mehrere Ausstellungsflächen, großzügige Freiflächen. Gemäß der traditionell simplen und zweckbetonten Namensgebung der Einrichtungen im Hafengebiet soll die neue Architektur einfach „Inkubator 1“ heißen.

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Blick Ăźber das Hafenbecken I auf die SĂźdfassade

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Form

Die Schattenstudie II setzte die anfangs gewählten Operatoren ins Verhältnis und beurteilte deren Zweckmäßigkeit in Bezug auf den ausgesuchten Standort. Aus den Erkenntnissen der Studie wurden fünf Operatoren gewählt, deren Kombination die Grundform für den Gebäudeentwurf „Inkubator 1“ gestaltet. Dabei ist es wichtig, dass die Operatoren in solch einer Art angewendet werden, dass sie gleichzeitig auch auf den städtebaulichen Kontext reagieren.

I. Operator: Skalieren Als erster Grundsatz wird festgelegt, das Areal mit einem oder wenigen großen Körpern zu bebauen, anstatt die Funktionen auf viele individuelle Einheiten zu verteilen. Damit wird die dauerhaft belichtete Fläche maximiert. Das neue Volumen gliedert sich zwischen den ehemaligen Zollspeicher (jetzt Zentralarchiv der Staatsbibliothek) und dem ehemaligen Getreidespeicher (jetzt Zeitungsabteilung und Kinderbuchabteilung der Staatsbibliothek).

II. Operator: Verbreitern Die Körper werden genauer definiert: eine breite Form schließt an den Bestand an und teilt sich so in ein ein südlichen und einen nördlichen Teil auf. Auch die Dachform passt sich an die Nachbarbebauung an.

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III. Operator: Abstände vergrößern Der Abstand zwischen den beiden Gebäudezeilen vergrößert sich. Da die Körper im Westen und Osten weiterhin an den Bestand anschließen sollen, werden vor allem die mittleren Gebäudeteile auseinandergedrückt. Hier entsteht ein besonders großer Platz. Die Volumen werden so geformt, dass außerdem an den dem Wasser zugewandten Grundstücksflächen qualitative Außenräume entstehen können.

IV. Operator: Abstufen Die Belichtung wird weiter optimiert. Das südliche Gebäude wird (bis teilweise auf Bodenniveau) abgesenkt und erlaubt so mehr Sonnenlicht auf den großen Mittelplatz. Dafür wird der nördliche Teil erhöht und gleicht so den Volumenverlust aus.

V. Operator: Subtrahieren Durch die Subtraktion von Volumen im nördlichen Körper kann die Belichtungssituation im dahinterliegenden Außenbereich und in dem Gebäude selbst weiter verbessert werden. Die Ausschnitte sind so gewählt, dass die tiefstehende Wintersonne den Bereich am Wasser bestrahlt, die höher stehende Sommersonne aber von der Gebäudemasse geblockt wird. Der entstandene Innenhof sorgt für zusätzliche Belichtung und Belüftung im breitesten Abschnitt des Gebäudes.

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Level 1 (EG) 1:1000

Level 3 1:1000

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Level 5 1:1000

Level 6 1:1000

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Level 8 1:1000

A

E F

B

D

C

Draufsicht 1:1000

E F

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D G H

A

B

C G H

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Raumprogramm

Die grobe Funktionsaufteilung sieht im südlichen Gebäude alle Räumlichkeiten zur Freizeitbeschäftigung vor: Museum, Sporthalle, Fitnessraum, Restaurant/Bar. Außerdem ist hier der gemeinsam genutzte Fuhrpark des „Inkubator 1“ angelegt. Im deutlich größeren nördlichen Gebäude befinden sich die Hauptfunktionen: Wohn- und Arbeitsunits. Generell sind die Wohneinheiten hier nach Süden ausgerichtet. Dies sorgt für die bestmögliche Belichtung der Wohnungen und direktes Sonnenlicht. Die Arbeitsbereiche sind offene, flexible Grundrisse, die lediglich durch ein weites Stützraster (Stützenabstand: fünf Meter) und mobile Trennwende zoniert werden.

Erschließung Arbeiten

Freizeit Wohnen Garage Zonierung im Grundriss

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Co-working-space

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Wohnen, Schema I

Wohnen, Schema II

Die Wohnungen werden direkt von den Treppenhäusern erschlossen. Daher lässt diese Raumstruktur nur zwei Einheiten zwischen den Erschließungskernen zu. Von der Wohnküche aus sind die Schlafzimmer über einen Flur erreichbar. Am Ende des Flures befindet sich ein Badezimmer. Dieses Wohnungsschema findet in verschiedenen Varianten wieder, die Anzahl der Räume variiert zwischen drei und fünf. In der größten Variante ist ein zusätzliches Bad vorhanden. Außerdem gibt es die Alternativen mit oder ohne verbindenden Balkon an der Südfassade.

Es gibt einen Flur, der zwei benachbarte Treppenkerne verbindet. Von diesem Flur aus können die Wohnungen erreicht werden.

Diese Wohnungen sind prinzipiell klein und kompakt, damit möglichst viele Einheiten nebeneinander gelegt werden können.

Auch hier gibt es einen internen Flur, der die einzelnen Zimmer erschließt. Die Bäder sind rotationssymmetrisch und orthogonal zur Außenfassade angeordnet. Dies trägt zusätzlich zur Kompaktheit der Wohneinheit bei.

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Co-working-space, Schema

Jeweils zwei Co-working-spaces sind zwischen zwei Treppenaufgängen angeordnet. Bäder und ein gemeinsamer Besprechungssaal an der Außenfassade teilen die beiden Arbeitsbereiche.

In den Co-working-spaces sorgen im Raster angeordnete Stützen für Struktur und Orientierung, obwohl der Grundriss grundsätzlich frei und flexibel ist. So lassen sich durch Veränderungen des Mobiliars und Anordnung von beweglichen Stellwänden schnell neue Bürosituationen und Zonierungen erstellen.

Alle Co-working-spaces sind doppelgeschossig. Das obere Geschoss ist als Galerie ausgeführt und kann als zusätzlicher Arbeitsplatz oder Erholungsort ausgeführt werden.

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Schnitt A-A 1:1000

Schnitt B-B 1:1000

Schnitt C-C 1:1000

Schnitt D-D 1:1000 90

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Schnitt E-E 1:1000

Schnitt F-F 1:1000

Schnitt G-G 1:1000

Schnitt H-H 1:1000 92

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Sonne, Körper, Geist Interview mit einer Yogalehrerin

Ann-Charlotte Monrad Hansen ist seit 1999 Yogalehrerin und bildet in ihrer Schule „Prana Yoga Shala“ selbst Lehrer aus. Die Faszination für Yoga entstand aus ihrem Interesse für die indische Sprache und Kultur. Sie hat zwei Universitätsabschlüsse in Literatur mit Spezialisierung auf moderne indische Literatur.

Im Mai 2015 gründete sie „Yoga for et åbent Danmark“, wo sie kostenlose Yogakurse für Einwanderer und Flüchtlinge anbietet. Sie ist Autorin des Buches „Yoga – eller kunsten at vedligeholde sin mentale sundhed“ („Yoga – die Kunst, seine mentale Gesundheit zu pflegen“).

Hi Ann-Charlotte, where did you learn yoga?

Mainly from my teacher Richard Freeman in Boulder, Colorado. I‘ve spent a couple of years in India, but mainly practiced yoga by myself when there, while studying other things.

Where is yoga more fun; indoors or outdoors?

It‘s generally recommended to practice inside.

Probably because the sun gets pretty strong in India, so practicing outside is only possible very, very early in the morning. Also, lots of mosquitos outside at night and in the morning makes for a pretty unpleasant practice.

What are your favourite places for yoga?

My own shala, the practice space in my house, and any shala where focused, serious, kind practice has been done for a while. The energy in that kind of space is always quite wonderful and easy to tap into.

The sun salutation is a basic yoga element.

Obviously, the sun has a central meening in the yoga philosophy.

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Ann-Charlotte Monrad Hansen http://www.pranayogashala.dk/upl/website/ac/ACProfil_srcset-large.jpg, 10.11.2015 21:45

Actually, the sun salutation isn‘t very old – from the 1930‘s, researchers have found. The term „hatha yoga“ nowadays refers to any kind of physical, asana-based yoga practice, but actually it refers to the balancing of the two central energy channels in the body: the sun and the moon channel, ida and pingala. When they are in balance, the central channel („sushumna“) is unblocked, leading to a state of insight. So the sun is important, but mainly when it‘s balanced with the moon.

Yoga is a very social activity. Often, people do it in groups. How important is the community experience?

Yoga is a personal practice, and isn‘t really that social. Yoga is not just physical, but also a mental, meditative practice - something you do on your own. But yoga studios of course need to offer bigger classes to make money... And sharing a yoga space with others is a great way to connect with them on a very real level in the modern world. Many of my students have a home practice that they support by coming to class once or twice a week. I mainly practice on my own.

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given moment, so being present in your body is important in the heat as well as in the cold.

So yoga is more like an attitude to life than just a physical exercise?

According to Patanjalis Yoga Sutras and the Bhagavad Gita (two classic yoga texts) yoga philosophy is a way of seeing the interconnectedness of everything in the world, and as a result of that makes us understand how we can act in the world without harming others, and possibly even helping them. So when you‘ve practiced a lot of yoga, you might also start looking for ways to make the world a better place.

Then there‘s also the immense focus on dietary issues that some yogis have, but I‘m not really one of them... apart from being a vegetarian! (Sie lacht.) I‘m just grateful to be able to eat healthy, organic food every day, when so many people in the world go hungry.

Copenhagen has a lot of public spaces and parks. Don‘t you think this contributes to the popularity of yoga?

Not really. Most of the year, it‘s to rainy and cold.

This summer, an acro yoga festival planned to happen in a park had to move indoors because of the weather. And that was in July or August!

What‘s the relation between yoga, Hinduism and Buddhism?

Classic yoga is – like Buddhism that it co-existed with – more of a life philosophy than a religion.

You participate in the unfolding of your life, so to speak. There‘s no God to turn to for advice or guidance. But yoga in India has nowadays unfortunately been hijacked by the Hindu nationalist ruling party BJP1, and they‘re trying to make it and India very Hindu. A verse in the Yoga Sutras actually says that yoga can be practiced by anyone, regardless of background.

I would imagine a lot of people in Christiania do yoga.

Yoga in Copenhagen is probably more popular on Østerbro and Nørrebro than in Christiania these days. In this age of social media yoga is very much a way of branding yourself as spiritual and physically attractive at the same time. Instagram is full of beautiful girls in bikinis practicing crazy poses. I actually miss the alternative scene sometimes... But instagram is also a way of legitimizing the practice of yoga for people who wouldn‘t normally do it, and they might all of a sudden start seeing the world in a different way.

And that‘s kind of cool!

Indische Sadhu im Parmarth Niketan Ashram beim Yoga in der Sonne http://images.nationalgeographic.com/wpf/media-live/ photos/000/572/overrides/03-india-yoga-gallery-orphaned-boys-practice-yoga_57244_600x450.jpg, 10.11.2015 22:00

As you mentioned, yoga originally comes from India. You practice it in Copenhagen now. On a climate perspective, those two places are very opposite.

Yoga philosophy is not so much about the physical practice as about how we relate to things in our life, equally applicable in India and Northern Scandinavia. But practically, you can‘t practice in the same way in Copenhagen in January as in Mysore in South India in March. Nevertheless, a physical yoga practice should always be about tapping into the energy you have at any

Are people who do yoga generally happier?

Yoga is not so much about being happy as about being in balance, which means that you‘re pretty much okay most of the time, even when things go wrong. „Content“ is probably a better term than „happy“.

1

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BJP = Bharatiya Janata Party, „Indische Volkspartei“ Sun, City & Architecture

Belichtungskonzept

Gebäudeeinschnitt im Osten des Nordgebäudes (Schema)

Gebäudeeinschnitte im Westen der Gebäude (Schema)

„Die Tageslichtnutzung ist mehr eine architektonische als eine haustechnische Herausforderung. Eine Optimierung der Tageslichtverteilung spart Energie und reduziert die durch künstliche Beleuchtung produzierte Wärme. In erster Linie ist das Tageslicht aber ein entscheidender Faktor in der architektonischen Raumgestaltung und fördert die visuelle Behaglichkeit des Nutzers.“1

1

„Energieeffiziente Architektur – Grundlagen für Planung und Konstruktion“, Robert Gonzalo, Karl Habermann, Birkhäuser-Verlag, 2006 Sun, City & Architecture

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Das Verlangen nach Sonnenlicht und frischer Luft sind die Kernforderungen der Moderne. Die Bewohner und Nutzer des Gebäudes können teilweise sehr unterschiedliche Ansprüche haben.

Keine Ausnahme sind dabei auch die Anforderungen and die Belichtung. Deshalb soll eine Vielzahl verschiedener Situationen zur Verfügung stehen. Auch die Nutzung zu verschiedenen Tageszeiten ist darin mit einbegriffen. Wichtig ist, dass die Bereiche genau definiert sind und eindeutig zugeordnet werden kann, wo welche Bedingungen herrschen.

Die Aussparungen in der Gebäudekubatur haben besondere belichtungstechnische Relevanz. Ihre Winkel sind so gewählt, dass die tiefstehende Wintersonne die Bereiche in den Einschnitten bis weit an die Wasserkante belichten kann.

Juni, morgens

Juni, mittags

Juni, abends 96

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September, morgens

Dezember, morgens

September, mittags

Dezember, mittags

September, abends

Dezember, abends

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Abendsonne (Juni) Abendsonne (September)

Mittagssonne Mittagssonne Mittagssonne

Zonierung der Gebäudeabschnitte nach Tageszeiten

Die Grundform des Gebäudes sind zwei nord-süd-ausgerichtete Zeilen. Dementsprechend ist der Großteil der Gebäudeabschnitte der Mittagssonne entgegengerichtet. So kann die Sonnenstrahlung am effektivsten genutzt werden. Die Pultdächer sind ebenfalls orthogonal zum Sonneneinfall orientiert. Die Neigungswinkel sind zwischen 30° und 40° und liegen damit genau bei dem Optimum, um solare Gewinne zu erzielen.1

1

http://www.baunetzwissen.de/standardartikel/Solar-Ausrichtung-von-Solaranlagen_165604.html, 11.11.2015 22:05 98

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Horizontales Fensterformat mit Belichtungsbild in Schnitt und Grundriss (Schema)

Vertikales Fensterformat mit Belichtungsbild in Schnitt und Grundriss (Schema)

Die Fassadenöffnungen sind größtenteils in einem vertikalen Format gewählt. Das spiegelt den zugrundeliegenden dynamischen Charakter des „Inkubator 1“ wider. Der Lichtwurf durch diese Fensterform erfasst über den Tag verteilt eine größere Fläche als das horizontale Pendant und es gibt dabei keine Konzentration in bestimmten Raumbereichen.

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Solare Gewinne

Die Kubatur des Gebäudes eignet sich hervorragend für die Nutzung von Photovoltaik oder Solarthermie. Durch die Gebäudetiefe und gewählte Dachform entsteht eine Dachfläche von insgesamt 11 348 m². Davon sind etwa 8 000 m² – also gut 70% – nach Süden bzw. SüdWesten gerichtet. Die größten Dachflächen sind mit einer Neigung von 30° und 40° nach Süden ideal für solare Gewinne geeignet.

Bei der Verwendung eines durchschnittlichen Solarmoduls (für die Berechnung wurde das Modell „Vitovolt 200“ der Firma Viessmann herangezogen1) mit einem Nennwert von 250 Wp ergibt sich bereits eine jährliche Leistung von über 1 500 MWh, falls die gesamte Dachfläche genutzt werden könnte.2 Natürlich ist dies praktisch nicht möglich; aufgrund von Fensteröffnungen und geometrischen Restflächen ist nur eine teilweise Nutzung der Fläche realistisch. Für diese Berechnung sei angenommen, lediglich die Hälfte der Dachfläche käme für die Installation der Solaranlage in Frage. Dann läge der Leistungsertrag bei der Verwendung genannten Moduls noch immer bei 750 MWh pro Jahr. Grob überschlagen: bei einem durchschnittlichen jährlichen Stromverbrauch von 4 000 kWh pro Jahr für einen Drei-Personen-Haushalt3 können die 96 Wohnungen des „Inkubator 1“ fast zwei Jahre lang versorgt werden.

401 m², 45° 1 165 m², 36°

359 m², 46°

2 624 m², 29° 30°

800 m², 9°

2 661 m², 40°

Potentielle Dachflächen für Solaranlage

1

http://www.viessmann.de/de/wohngebaeude/photovoltaik/Photovoltaik-Module/vitovolt-200.html, 12.11.2015 12:40

2

Berechnungsgrundlage: http://www.solarserver.de/service_tools/online_rechner/pv_anlage_online_berechnen. html, 12.11.2015 12:10

3

http://www.die-stromsparinitiative.de/stromkosten/stromverbrauch-pro-haushalt/, 12.11.2015 12:50 100

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Der Fuhrpark des „Inkubator 1“ (bestehend ausschließlich aus Elektroautos) hat neben der offensichtlichsten Funktion der Mobilität auch eine zweite Aufgabe. Sie sind Kernbestandteil eines „Mikro Smart Grids“: Der Strom aus der Solaranlage wird nur teilweise in das Berliner Stromnetz gespeist. Zunächst werden aber die Batterien der Elektroautos geladen. Bei Bedarf kann der Strom im Gebäude auch von dort wieder abgerufen werden. So werden elementare Probleme bei der Stromgewinnung vermieden: lange, verlustreiche Transportwege und die Speicherung.

Mikro Smart Grid mit Elektroauto (Schema)

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Ansicht Nord 1:1000

Ansicht Süd 1:1000

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Blick Ăźber auf die Nordfassade

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Sonntag

Der bis zu 15 Millionen Kelvin heiße1 Stern im Zentrum unseres Sonnensystems ist ein gewaltiger Energiekoloss, der entscheidend für das Leben auf der Erde verantwortlich ist – nah genug, um uns zu wärmen, weit genug entfernt um uns nicht zu verglühen. Unsere ganze Welt dreht sich buchstäblich um ihn. Kein anderer Himmelskörper hat so eine hohe Bedeutung in so ziemlich allen Kulturkreisen auf der Erde, dass ihm sogar ein Wochentag zugesprochen wird; dies solis, der Sonntag. Das scheint paradox, ist die Sonne doch im wahrsten Sinne des Wortes alltäglich. Der Sonntag ist nicht einfach nur der letzte (ursprünglich der erste) Tag der Woche, hier gelten besondere Regeln. Wie in vielen anderen europäischen Ländern, gibt es in Deutschland drastische Regulierungen der Sonntagsarbeit.

Man wird fast dazu genötigt, die Arbeit stehen und liegen zu lassen und zur Ruhe zu kommen.

Der Sonntag ist seit jeher ein Tag, an dem man das profane Leben beiseite legt, in sich kehrt, sich spirituellen Dingen zuwenden, und voller Ehrfurcht und Dankbarkeit ist. Das regelmäßige „Wort zum Sonntag“ im ersten deutschen Fernsehen soll uns beispielsweise daran erinnern.

Heute ist diese Tradition zunehmend von wirtschaftlichem Druck bedroht. Maschinen und ihre automatisierten Prozessen laufen bereits 24/7 und auch die Gesetzgebung lässt für das Arbeiten am Sonntag immer mehr Ausnahmen zu. Gleichzeitig steigt auch die bereitschaft, der Arbeitnehmer, ihren Job am Wochenende auszuführen. Jeder siebte Deutsche arbeitet oft sonntags.2 Die gesetzliche Sonntagsruhe ist ein in Deutschland ist ein „großes Kulturgut“3, das 1 http://www.spektrum.de/wissen/steckbrief-sonneder-uns-naechste-stern/1307263, 4.11.2015 1:20 2 http://www.tagesspiegel.de/wirtschaft/ statistisches-bundesamt-regelmaessigesonntagsarbeit-nimmt-zu/12144384.html, 4.11.2015 1:08 3

droht, verloren zu gehen. Die Kirche vertritt die Meinung, der Sonntag sollte der Erholung und des Miteinanders dienen.4 Daher sind sonntags Fabriken und Supermärkte auch geschlossen, Cafés, Restaurants oder Kinos aber geöffnet. Dort treffen sich Menschen und tauschen sich aus. Der Wert des Sonntags liegt darin, dass man sich von seinem Arbeitsdruck befreien kann. Ein Tag, an dem man nichts leisten oder vollbringen muss, alles ist freiwillig. Dagegen steht natürlich die zunehmende Digitalisierung der Welt. Alles ist immer und überall erreichbar. Alles muss immer und überrall erreichbar sein.

Der Sonntag ist kulturell auch ein Tag der Familie, der Gemeinschaft und der Freizeit. Ein Tag, um etwas zu unternehmen – gerne auch im Freien!

Der Sonntag ist so gesehen tatsächlich ein Tag der Sonne, auch wenn das Wetter oft nicht mitspielt.

Statistisch gesehen ist der Sonntag allerdings einer der regnerischsten Tage die Woche. Vermutet wird, dass Verkehr und Industrie die Atmosphäre unter der Woche besonders mit Emissionen belasten, welche wiederum Kondensprodukte freisetzen und so ab Donnerstag zu erhöhtem Niederschlag führen. Der Montag ist statistisch der regenärmste Wochentag.5

Freising, in einem ökumenischen Gespräch mit Heinrich Bedford-Strohm, Landesbischof von Bayern 4 http://www.echo-online.de/lokales/suedhessen/ der-freie-sonntag-ist-ein-kulturgut_15264600. htm, 4.11.2015 1:30

Reinhard Marx, Erzbischof von München und

5 http://www.rp-online.de/panorama/wissen/sindsonntage-sonniger-als-wochentage-aid-1.1597711, 04.11.2015 0:57

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Epilog

Die Herausforderungen beim Entwerfen mit der Sonne sind vielseitig. Besonders die Vielzahl der möglichen Einflussfaktoren, die bei der Konzepterstellung berücksichtigt werden können, erfordern bereits in der frühen Entwurfsphase maßgebliche Entscheidungen, die den späteren Planungsverlauf gestalten werden. Die Thematik erfordert ein strategisches System. Die Einteilung in Entwurfsphasen wie Sonnenstudien, Formfindung, Raumplanung und Detailplanung ist wichtig, damit man im Zweifelsfall zu den vorangegangenen Wegmarken zurückkehren kann, um die getroffenen Entscheidungen zu überdenken. Die Gewichtung der unterschiedlichen Faktoren ist elementar. Was ist wichtiger: dauerhafte oder gleichmäßige Beleuchtung? Belichtung der Außen- oder Innenflächen? Fragen, die sich nicht ohne weitere konzeptionelle Beschlüsse klären lassen. Aber auch die Zusammenhänge zwischen den Sonnenfaktoren mit anderen architektonischen Kriterien, sind zu definieren.

Sind alle anderen Entwurfskomponenten der Sonne untergestellt? Ab wann gibt der Architekt die Gestaltungskontrolle ab und unterwirft sich seinen Entwurfsparametern?

Fragen nach Dichte und Funktion können den Fragen der Belichtung nicht ohne weiteres unterstellt werden, sie müssen sich ergänzen und sind demnach ihrer Natur nach gleichgestellt.

Obwohl die vorliegende Arbeit als ein experimenteller Entwurf gedacht ist, sind ihre zugrundeliegenden Überlegungen für die moderne Architektur von Bedeutung. Die Sonne als Entwurfsparameter einzuplanen ist nicht nur für die Erfüllung grundlegender Bedürfnisse nach Licht und Frischluft bedeutend, sondern auch für die Bewerkstelligung städtischer und globaler Lösungen in Zeiten von weltweiten klimatischen Veränderungen.

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Masterarbeit in der Architektur.

Matthias Lieb, B.Sc. Technische Universität Berlin Betreuung: Prof. Ralf Pasel, Prof. Sven Pfeiffer, Mareike Krautheim