4.1 > B A U E N
4.1.1 GRABEN!
Graben!
Am Anfang steht die Baugrube, jedoch nicht für einen klassischen Keller. Die weithin sichtbare, sphärisch Hülle ist nur ein Teil des Konzepts, die Basis der „Kuppel“ steckt ca. 2m tief im Erdreich, und nutzt so die dort konstanten Bodentemperaturen zur Grundtemperierung des Gebäudevolumens.
4.1.2 DRUCKEN?
Drucken?
Mittlerweile werden erste (aber sehr einfache) Häuser mittels 3D-Drucker hergestellt. Aktuell werden so Fertigteile produziert, die dann auf der Baustelle zu einem Haus zusammengesetzt werden. Ein solcher Prozess kommt für das eXo/nat nicht in Frage, allerdings wäre denkbar, die Trägerstruktur der Hülle vor Ort mittels eines zentralen 3D-Druckarms zu erstellen. Auf einem sehr einfachen Fundamentbaukörper könnte so ein mobiler Roboter den schwierigen Teil der Hüllträger übernehmen, die Verglasung mit ebenen Glasscheiben und Schließung der Grünfelder erfolgt dann manuell.
Aktuell sind herkömmliche Fassadenprofile vorgesehen, die die selbsttragende und formausgesteifte Schale tragen.
*lowbudget*: vereinfachte Hülle aus geraden Segmenten; Holz als Träger-Baustoff
4.1.3 FORMEN
Formen des Wohn/Lebensraums!
Der durch „Dig“ und „Print“ entstandene Raum kann nun ausgebaut werden - unabhängig von der Witterung, denn die Hülle ist geschlossen. Zu großen Teilen kann nun im Leichtbau und in Eigenleistung das individuelle Nutzerkonzept realisiert werden.
Die Raumaufteilung erfolgt anders als bei vorherrschenden 2D-Grundrissen in 3 Dimensionen - ein großer Luftraum kann frei „möbliert“ werden. Dabei können auch öffentliche und private Bereiche auf natürliche Weise kombiniert bzw. zoniert werden.
Die Haupterschließung in vertikaler Richtung erfolgt über Rampen. Der Weg ist das Ziel, denn die Rampe führt entlang eines durch den Raum gespannten Fang-, Kletter- und Relax-Netzes vorbei, in der Art eines Wipfelpfads, bis auf den Glasboden des oberen Geschosses. Dort wird man von aufgeständerten „Baumhäusern“ empfangen - die Kinder- und Schlafzimmer, sowie das Bad. Diese sind durch ihre Nestform klar als Rückzugsorte gekennzeichnet und bieten zusätzlichen Stauraum in Bodenklappen.
Die Eingangsebene beherbergt eine Schrankzone, den Frühstücksbereich sowie den Küchenfelsen. Die Rampe hinunter zu den Wohnbereichen führt entlang des Pflanzbeets. Hier können sowohl Nutz- als auch Zierpflanzen gedeihen, Selbstversorger können individuell auch größere Beete anlegen.
Ein Bachlauf verbindet Eingangs-, Ess- und Wohnebene über kleine Wasserfälle, unterstreicht den natürlichen Gesamteindruck in Verbindung mit den Felsen und Pflanzen und unterstützt das Mikroklima.
Die unterste Ebene enthält den Wohnbereich, Technikbereiche sowie die „Höhle“ - die z.B. gut als Kino nutzbar ist. In die Höhle kann sich der Nutzer zurückziehen, wenn eine andere Temperatur als innerhalb der Kuppel gewünscht ist, oder um sich, wie in einem anderen Gebäude, in einem separaten Zimmer aufhalten zu können.
*lowbudget*: Einsatz örtlicher Materialien und Bauweisen, z.B. Lehm
4.2 > H Ü L L E
4.2.1 ENERGETISCHE BETRACHTUNG
Die Form der Hülle ist nicht zufällig gewählt. Sie basiert auf der Optimierung des Verhältnisses der Hüllfläche zum umschlossenen Volumen (A/V-Verhältnis). Eine minimale Hüllfläche bei maximalem Volumen ist energetisch am günstigsten, d.h. bietet die geringste Angriffsfläche für Auskühlung. Geometrisch ideal ist dafür die Kugel. Die Kuppel des eXo/nat nähert sich daher der Kugelform.
Allerdings wird diese zusätzlich von einer Seite „angedrückt“ und damit der Dom-Mittelpunkt verschoben. In unseren Breiten wird dadurch die Hüllfläche für größere solare Gewinn nach Süden vergrößert und nach Norden verkleinert.
Die Verformung sowie die Einteilung in Glasflächen und geschlossene Flächen ist standortabhängig anzupassen.
*lowbudget*: stark vereinfachte Form unter Inkaufnahme weniger optimierter Energiebilanz
4.2.2 WIND & REGEN
Gerade bei hohen Windgeschwindigkeiten bewährt sich die Kuppelform, da sie wenig Flächen bietet, die dem Wind entgegensteht. Strömungen werden aerodynamisch und mit minimierten Verwirbelungen um und über das Gebäude geführt.
Regenwasser kann rundum in ein Speicherbecken abfließen.
Die sich ständig verstärkenden Unwetter werden in Zukunft resistente Bauweisen fordern. Das eXo/nat bietet durch seine natürliche Form der Hülle maximalen Schutz.
4.2.3 GLAS
Die transparenten Felder der Hülle werden mit flachen Gläsern geschlossen, gewölbte Scheiben sind nicht nötig, da die Gesamtform durch Einteilung in ein Zellraster sehr gut angenähert werden kann.
Je nach Standort kommen Isoliergläser oder Spiegelgläser zum Einsatz - je nach Wunsch in Teilbereichen auch elektrochrome Gläser, die zum Schutz vor Einblicken auf Knopfdruck undurchsichtig werden.
*lowbudget*: Gewächshauspaneele statt Glas
4.2.4 PV & SOLAR
Die obere Hälfte der Hülle wird in den geschlossenen Dämmfeldern mit kombinierten Fotovoltaik/Solarkollektoren belegt. Diese erzeugen sowohl Strom als auch Wärme. Strom kann direkt genutzt oder in Akkus gespeichert werden, die Wärme der Solarfelder wird in einen Saisonalspeicher gepuffert.
4.2.5 GRÜN
Die untere Hälfte der Hülle wird in den geschlossenen Dämmfeldern, außen mit Wand/Dachbegrünung versehen und auf der Innenseite unter der Holzverkleidung zusätzlich mit PCM-Paneelen ausgeführt. Diese können starke Temperaturspitzen abfedern, das enthaltene wachsartige Material absorbiert Energie und gibt sie zu einem späteren Zeitpunkt wieder frei.
4.3. > ENERGIE & MIKROKIMA
Die folgenden Beschreibungen basieren auf einem sehr hohen, technischen Standard. Nicht alle Maßnahmen sind zwingend erforderlich - in der Kombination wird aber ein hohes Autarkie-Level erreicht. Damit ist das eXo/nat im Hinblick auf Versorgungslücken unabhängig und kann auch in Krisenregionen seine Grundfunktionen erfüllen.
4.3.1 ELEKTRIZITÄT
Minimierung des Verbrauchs. Erzeugung durch Fotovoltaik, Speicherung in Akkus. Wo möglich ist die Stromerzeugung mit Wind und Wasserkraft vorzuziehen.
4.3.2 LICHT
Das eXo/nat-Konzept basiert auf einer möglichst langen Tageslichtnutzung. Durch Verglasungen im Dachbereich dringt diffuses Licht tief ins Gebäude ein und sorgt für eine Grundausleuchtung.
Gerade die Änderung der Färbung des Lichts über den Tagesverlauf beeinflusst die menschliche Psyche positiv.
Zusätzlich wird dadurch viel Energie eingespart - nachts wird dann auf LED-Beleuchtung zurückgegriffen.
4.3.3 KÜHLUNG
Bei starker Sonneneinstrahlung und hohen Außentemperaturen entsteht unter Kuppeln schnell ein Gewächshausklima.
Folgende Maßnahmen werden getroffen:
Die Ausrichtung des Gebäudes, sowie Einteilung geschlossener und transparenter Fassadenteile wird im Vorfeld für einen Standort optimiert und simuliert.
Fenster öffnen über Sensoren und sorgen durch natürliche Thermik für eine gute Entlüftung. Unterstützt wird dieser Effekt durch eine Parallelaufstellung des obersten Fensters, das dann nach dem Venturi-Prinzip wie eine Düse vorhandenen Wind zur Verstärkung der Entlüftung nutzt.
Nachströmende Frischluft wird durch einen Erdkanal vortemperiert und damit im Sommer bereits gekühlt ins Gebäude eingebracht.
Der gesamte untere Teil des eXo/nat ist massiv (Beton, Felsen, Böden) und kann als Speichermasse aktiviert werden (Bauteilaktivierung). Dadurch erfolgt eine phasenweise Amplitudenverschiebung, d.h. hohe Tagestemperaturen werden gesenkt indem Baustoffe Wärme absorbieren - wird es nachts kühler, wird Wärme abgegeben.
Nach warmen Tagen wird nachts durch gesichert angekippte Fenster und Querlüftung eine gute Auskühlung erreicht.
Weiterhin wird Wasser aus den inneren und dem äußeren Becken verdunsten, was wiederum für Verdunstungskühle sorgt.
Genügen an Extremtagen alle o.g. Maßnahmen nicht, beginnt die solare Wärme-/Kältepumpe mit der technischen Kühlung über die Fußbodenheizung - dabei greift Sie auf die Wärme aus dem Saisonalspeicher und direkt auf die Kollektoren zu.
4.3.4 HEIZUNG
Dem an warmen Tagen entgegen zu wirkenden Gewächshauseffekt verdankt das eXo/nat im Normalbetrieb eine schnelle Aufwärmzeit nach Sonnenaufgang. Die tagsüber erwärmten Bauteile geben nachts Ihre Wärme an den Innenraum ab.
Die technische Heizung erfolgt über die Wärme-/Kältepumpe und Fußbodenheizung. Dabei greift diese auf den Saisonalspeicher zurück, der sich mit einem Fassungsvermögen von 80.000 Litern unterhalb der Essebene befindet. Er kann wahlweise mit Wasser, Sand oder Geröll gefüllt sein und ist stark gedämmt.
Für die Zusatzheizung an Extremtagen oder eine schnellere Aufheizphase steht ein großer, zentraler Kaminofen zur Verfügung und ein Ventilator unter der Kuppel kann warme, aufgestiegene Luft zirkulieren lassen.
In den Kinder- und Schlafzimmern, Bad, Küche und Kino ist die Temperatur leicht konstant zu halten - im Kuppelraum wird es Temperaturschwankungen geben, die durch die Berücksichtigung der o.g. Punkte aber in einem behaglichen Bereich bleiben.
Wie heute üblich überall konstant 21°C halten zu können ist nicht möglich. Dafür entfremdet man sich nicht von seiner Umwelt.
4.3.5 FEUCHTEREGULIERUNG
Die Regulierung der Luftfeuchtigkeit erfolgt hauptsächlich über natürliche Ventilation durch Fenster (automatisch).
Außerdem tragen die Holzverkleidungen, Pflanzen und Wasserflächen Ihren Teil dazu bei. Trockene und ungesunde Heizungsluft wird es im eXo/nat nicht geben.
4.4 > W A S S E R
Wasser ist eines der kostbarsten und leider knappsten Güter der Erde. Jede Möglichkeit zur Einsparung sollte genutzt werden, jede Maßnahme zur Gewinnung ergriffen werden. Physikalische sind dabei technischen Lösungen vorzuziehen.
4.4.1 REGENWASSER
Der äußere Ring des eXo/nat speichert alle Niederschläge, die auf die Hülle treffen. Er hat ein Fassungsvermögen von 170.000 Litern und kann, da er nicht wie üblich über Rohrleitungen gespeist wird, auch bei in Zukunft zunehmenden Starkregenereignissen 100% des Niederschlags aufnehmen.
Bei übliche Systemen gehen gerade diese Wassermassen zum großen Teil verloren, da Rohrleitungen dafür nicht ausgelegt werden und übliche Dächer einfach überlaufen.
4.4.2 ABWASSER
Das eigene Abwasser wird in einem Kompaktklärwerk (wahlweise mit externen Biofilter im Garten) gereinigt und z.B. wieder für die WC-Spülung oder zur Bewässerung genutzt.
4.4.3 GRUNDWASSER
In regenarmen Regionen gibt es einen zusätzlichen Trinkwasserbrunnen zur Grund- und Notversorgung. Dieser kann ebenfalls in das Heiz-/Kühlsystem integriert werden.
Zur Erzeugung von Trinkwasser kann ein Kondesationssystem aufgebaut werden.
4.5 > A B F A L L
4.5.1 KOMPOST INDOOR
Küchen- und Grünabfälle werden indoor (z.B. Bokashi) kompostiert. Die gewonnen Erde wird in die Beete eingebracht und sorgt dort für Ertragssteigerungen.
4.5.2 BIOMASSE
Indoor-ungeeignete Biomasse sowie Laub usw. werden extern kompostiert und um das eXo/nat herum verteilt.
4.5.3 DÜNGERPRODUKTION
Nebenprodukte des Klärwerks in Kombination mit Kompost, sowie Wasser aus den u.U. mit Fischen besetzten Innenbecken ergeben zusammen einen sehr hochwertigen Dünger. Dieser wird extern verteilt und soll einen „Green-spread“ initiieren, d.h. gerade an kargen Standorten wird so Nährstoff in den Boden eingebracht.
Wasserüberschüsse werden ebenfalls dort verteilt, sodass sich im Laufe der Zeit und mit dem geeigneten Pflanzkonzept eine Renaturierung in Gang setzen kann.
4.6 > N A H R U N G
Im eXo/nat kann wie in einer Biosphäre oder in einem großen Gewächshaus Obst und Gemüse angebaut werden. Dabei steht eine deutlich längere Vegetationsperiode zur Verfügung.
Auch exotische Gewächse gedeihen bei richtiger Platzierung und Nutz- und Zierpflanzen können wie sonst im Garten kombiniert werden.
Zu heiße und trockene Sommer können innerhalb der Kuppel abgefedert werden und die Ernte ist vor Schlagregen und Sturm gesichert.
Da sich die Anbaufläche konzeptbedingt innerhalb des Wohn-/Lebensraums befindet ist die „Arbeit im Garten“ angenehm und nicht witterungsabhängig. Der Kontakt zum Rest der Familie bleibt erhalten.
