Mit adaptiven Systemen Ressourcen sparen: Das Demonstrator-Hochhaus

Weil die Weltbevölkerung wächst, wird der Bedarf an günstigem und qualitätsvollem Wohnraum immer größer. Gleichzeitig müssen in Zukunft massiv Ressourcen eingespart werden, um die Klimaziele zu erreichen. Der von Prof. Werner Sobek 2017 initiierte Sonderforschungsbereich SFB 1244 der Uni Stuttgart möchte deshalb durch adaptive Systeme Tragwerk und Fassade von Gebäuden so optimieren, dass während des gesamten Lebenszyklus Material, Energie und Emissionen reduziert werden können. 2021 wurde auf dem Campus in Stuttgart-Vaihingen das Demonstrator-Hochhaus D1244 eingeweiht, an dem die Forschungsergebnisse in Originalgröße ausgetestet werden können. An dem Projekt wirkt ein interdisziplinäres Team aus 14 Instituten der Uni Stuttgart mit: Neben den üblichen Beteiligten aus Architektur, Tragwerksplanung und technischer Gebäudeausrüstung sind auch Systemtechniker*innen oder Maschinenbauer*innen involviert. Die IBA’27 (Internationale Bauausstellung 2027 der StadtRegion Stuttgart) unterstützt das Forschungsvorhaben.

Selbstregulierende Tragstrukturen

Mit zwölf Geschossen ragt der schlanke Turm 36,5 Meter in die Höhe. Er ist in Leicht- und Differenzialbauweise ausgeführt, wodurch einerseits Gewicht und Ressourcen eingespart, andererseits Bauteile nach Ende ihres Lebenszyklus sortenrein zurückgebaut und in den Kreislauf zurückgeführt werden können. Weltweit einzigartig ist die Ausstattung der Stützen und Auskreuzungen mit Sensoren und Aktoren. Sensoren erkennen veränderte Lasteinwirkungen, etwa starker Wind oder Erdbeben, in Sekundenschnelle. Hydraulikzylinder können so aktiv auf das Lastabtragungsverhalten einwirken. Sie erzeugen eine Gegenkraft, die Schwingungen dämpft und Verformungen verhindert. Folglich kann auf große Konstruktionsquerschnitte, die normalerweise gegen hohe und veränderliche Lasten zum Einsatz kommen, verzichtet und der Materialverbrauch reduziert  werden. Um den Demonstrator auf das für den Forschungszweck Wesentliche zu reduzieren, wurden dienende Funktionen wie Gebäudetechnik und Erschließung in den nebenstehenden Treppenturm ausgelagert.

Anpassungsfähige Fassaden

Nicht nur am Tragwerk des Hochhauses forscht der SFB 1244. Auch die Fassade, die momentan noch aus einer einlagigen Membran besteht, wollen die Forschenden durch adaptive Hüllelemente ersetzen. Diese sollen auf die durch den Klimawandel veränderten Anforderungen reagieren können. Hydroaktive Elemente sollen beispielsweise auf die Fassade treffendes Regenwasser einsammeln und zeitverzögert bei großer Hitze abgeben können, um den Stadtraum durch Verdunstung zu kühlen. Kinetische Hüllen sollen die Lichtverhältnisse im Inneren optimieren und Strahlungseinträge in den Stadtraum reduzieren. Außerdem erforschen die Institute, wie die auf die Fassade einwirkende Solarenergie zukünftig zur Kühlung von Gebäuden genutzt werden kann.

Zukunftsweisende Ideen hautnah erlebbar

Seit 2020 stellt die IBA’27 Stuttgart die Frage, wie sich in den nächsten Jahrzehnten Städte, Quartiere und Gebäude verändern müssen, um auf neue soziale und ökologische Themen einzugehen. Im Rahmen des Festivals, das vom 23. Juni bis 23. Juli 2023 stattfindet, werden deshalb zukunftsweisende Bauten wie das Demonstrator-Hochhaus D1244 für die Öffentlichkeit zugänglich gemacht. 

Auf die Besucher*innen des Hochhauses wartet ein mehrgeschossiges, interaktives Ausstellungserlebnis mit Führungen, die die aktuellen Forschungsergebnisse vermitteln. Während die ersten Ebenen „Visionen adaptiver Architektur“ zeigen, fokussiert sich der obere Teil des Hochhauses auf innovative Entwicklungen von neuen Bauelementen. 

Die anmeldepflichtigen Führungen finden noch an folgenden Terminen, jeweils dienstags und donnerstags statt: 

• 4. Juli 2023, 16:00 – 17:00 Uhr
• 6. Juli 2023, 16:00 – 17:00 Uhr
• 11. Juli 2023, 16:00 – 17:00 Uhr
• 13. Juli 2023, 16:00 – 17:00 Uhr
• 18. Juli 2023, 16:00 – 17:00 Uhr
• 20. Juli 2023, 16:00 – 17:00 Uhr.