Materials Council

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Materials Council
London   Großbritannien

Der totale Durchblick: Die Neuinterpretation des berühmten Crystal Palace in London – Teil II


Die Materialexperten von MATERIALS COUNCIL erforschen weitere Möglichkeiten, die der geplante Wiederaufbau des legendären Crystal Palace in London hinsichtlich innovativem Einsatz von Materialien und neuesten Techniken mit sich bringt.
 

Der totale Durchblick: Die Neuinterpretation des berühmten Crystal Palace in London – Teil II
Die Biome des Eden-Projekts von Grimshaw. Bild: Jürgen Matern

Der totale Durchblick: Die Neuinterpretation des berühmten Crystal Palace in London – Teil II
Die hocheffiziente und robuste Hex-tri-hex-Struktur eines Eden-Bioms

Geringe Kosten, grosse Spannweite

Wenn wir uns über die Verwendung von Glas hinaus von den damaligen Neuerungen des Crystal Palace inspirieren lassen wollen, sollten wir uns Gebäuden wie den Biomen des Eden-Projekts von Grimshaw und dem Millennium Dome von Richard Rogers Partnership zuwenden. Bezeichnenderweise wurde Tim Smit, der Mitgründer des Eden-Projekts, in das Advisory Board berufen, das mit der Entwicklung der Gestaltungsgrundsätze des Gebäudes betraut ist. Rogers und Grimshaw kamen in die engere Auswahl.

Der Millennium Dome und die damit verbundene „Milleniumserfahrung“ sind unbestreitbar von der Weltausstellung selbst inspiriert. Auch wenn das Resultat in der Öffentlichkeit und bei Kritikern nicht den Erfolg eines Crystal Palace erzielte (und eher als multifunktionaler Veranstaltungsort Zuspruch findet), so waren viele Randbedingungen ähnlich.

Der Millennium Dome wurde innerhalb von 15 Monaten mit einem für ein Gebäude vergleichbarer Grösse kleinen Budget fertiggestellt. Durch die Verwendung von standardisierten Elementen und den Einsatz der bis dato grössten teflonbeschichteten, dehnbaren Glasfiber-Membran, konnten die Architekten die Kosten gering halten. Die Membran wird von einer Netzstruktur aus 70 km hochfestem Stahlkabel gestützt, die an zwölf 100 m hohen Stahlmasten aufgehängt ist. Das Ergebnis ist je nach Deutung entweder das robusteste Zelt oder das unbeständigste Gebäude überhaupt.

Die Biome des Eden-Projekts haben sogar noch mehr mit Paxtons Crystal Palace gemein und führen viele seiner Entwurfskonzepte zu Ende.

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Der Millennium Dome von Rogers Stirk Harbour + Partners ist die grösste dehnbare Membranstruktur weltweit. Bild: Debot

Die geodätische Kuppeln der Eden-Biome erfüllen den gleichen Zweck wie das Tonnengewölbe des Crystal Palace, die standortspezifischen Bedingungen zu berücksichtigen und die vorgefundenen Gewächse, im Fall des Crystal Palace Bäume des Hyde Parks, in das Gebäude miteinzubeziehen. Die Eden-Kuppeln passen sich dem unebenen Bodenprofil des Steinbruchs, in dem sie situiert sind, durch geodätische Sechsecke an der Schnittstelle zum Boden an.

Durch die Verwendung von Gitterträgern im Baugefüge des Crystal Palace konnte Paxton grosse offene Ausstellungsflächen ohne störende tragende Pfeiler entwerfen. Tageslicht strömte in bisher unbekannter Weise durch das Gebäude.

Den Eden-Kuppeln liegt wiederum eine effiziente und stabile 'hex-tri-hex' Konstruktion zugrunde, die aus vorgefertigten standardisierten Aluminium oder verzinktem Stahlkomponenten besteht. Sie bildet eine vollständig selbsttragende Schale, die im Fall des grössten Bioms 240 Meter ohne zusätzliche Stützen überspannt und in ihrem Inneren ein abgeschlossenes tropisches Ökosystem behaust.

Die Konstruktion ist mit dem Copolymer Ethylen­Tetrafluorethylen (ETFE) verkleidet. ETFE kann, wenn es in der Dachkonstruktion eingesetzt wird, sechs- oder siebenmal den Abstand zwischen einzelnen Trägern überspannen. Die ETFE-Verkleidung nimmt die Form von aufgeblasenen dreilagigen Kissen an, die hervorragende Lichtdurchlässigkeit und Dämmung gewährleisten (und bessere U-Werte erzielen als horizontal eingesetzte Dreifachverglasung). ETFE-Konstruktionen haben zudem eine Kohlenstoffbilanz, die ungefähr achtzigmal geringer als bei vergleichbaren transparenten Konstruktionen ist. Die Montage kostet zwischen 24–70 Prozent weniger als eine Glaskonstruktion.

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Paxtons mechanisch betriebenes Lüftungssysteme für den Crystal Palace war ein Wegbereiter heutiger aktiver Fassaden

Behagliches Ambiente

Indem er bei der Gestaltung seines Ausstellungsraums Ideen umsetzte, die zuvor im Rahmen des Entwurfs- und der Konstruktionsprozesse von Glashäusern erprobt worden waren, stellte Paxton Lösungen für Entwurfsprobleme bereit, die bis dato noch nicht aufgetreten waren.

Die dehnbare Glashaut liess Licht- und Wärmestrahlung frei in den Innenraum strömen. Allerdings sorgte die von den Menschenmassen abgegebene Wärme für unerträgliche Hitze. Zudem konnte man der direkten Sonneneinstrahlung in keinster Weise entgehen.

Um dieser Problematik entgegenzuwirken, brachte Paxton nachträglich Segeltücher an der Aussenfläche des Daches an. Auf diese Weise konnte er die Sonneneinstrahlung reduzieren und das in den Ausstellungsraum einfallende Licht diffundieren. Wenn sie mit Wasser besprüht wurden, funktionierten die Segeltücher zudem als raffinierte, aber simple Verdunstungskühlung, die die Wärme vom Gebäude ablenkte. Paxton entwickelte zusätzlich ein passives Ventilationssystem, um den Innenraum durch einen „Kamineffekt“ zu kühlen. Hierfür setzte er mechanisch betriebene Lüftungsschlitze in die Glaswände ein. Kühle Luft wurde durch Spalten in den Dielen in das Gebäude geleitet, während die warme Luft im oberen Teil des Gebäudes durch den geöffneten Lüftungsschacht herausströmte.

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SunVale von Kim Øyhus ist eine interessante Sonnenschutz-Technologie

In der Wettbewerbsausschreibung geht die ZhongRong Group explizit auf diese Problematik ein. So geht es darum, die richtige Balance zwischen einer lichtdurchlässigen Oberfläche und einem komfortablen Innenraum für die Nutzer zu finden. Gewünscht sind intelligente Lösungen zur Reduzierung der betrieblichen Energie des Gebäudes, das heisst, eine aktive Fassade, die den Bedarf an Beheizung, Belüftung und Kühlung minimiert.

Eine Reihe neu entwickelter Techniken könnten einbezogen werden, um die gängigen Sonnenschutzverfahren wie Verschattungselemente, Beschichtung oder Frittung zu ergänzen oder ersetzten. Die diversen Methoden die dem Sonnenschutz dienen, beeinträchtigen jedoch zu einem gewissen Grad die optische Transparenz der Gebäudehülle. Eine aktive Fassade könnte hier Abhilfe schaffen und verschiedene Funktionen übernehmen. Auf diese Weise kann die Sonne in das sich im Laufe des Tages wandelnde Erscheinungsbild des Gebäudes miteinbezogen werden.

„Intelligente“ Glastechniken, wie beispielsweise elekrochromes Glas, verwenden eine geringe elektrische Spannung, um die Ausrichtung der Pigmente oder Partikel auf einer Dünnschicht zu verändern. Die Tönung und die Lichtmenge kann mittels interner oder externer Sensoren oder manueller Kontrolle variiert werden. Das bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich: Ausblicke werden erhalten, blendendes Licht minimiert, der Bedarf an Beheizung und Kühlung reduziert und Objekte im Innenraum vor UV Strahlen geschützt. Die Lichtdurchlässigkeit kann durch eine abgedunkelte Tönung verändert und zwischen milchweisser Trübung oder einer vor Kurzem entwickelten erhöhten Reflexion changieren.

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Das aus Glas und Thermobimetallen bestehende Schalungssystem von Dosu. Die "intelligenten" Metalllocken regulieren den Lichteinfall bei Wärme

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Das geometrische Muster des Schalungssystems der aktiven Fassade von Dosu bieten zudem ästhetischen Mehrwert

Ein interessantes Lowtech-„Glas“ ist das vom Norweger Kim Øyhus entwickelte SunValve. Das SunValve kann zwischen einem opaken und transparenten Zustand wechseln, indem der Luftzwischenraum zwischen zwei Plastikfolien aus transparentem reflektierenden Prismen (wie sie in Fahrradreflektoren Verwendung finden) mit einer klaren Flüssigkeit gefüllt wird.

Wenn der Zwischenraum leer ist, verleiht er dem Material einen unglaublichen Glanz, das Ventil ist dann geschlossen und die Prismen reflektieren Licht und Wärme zurück zu deren Quelle. Ist er hingegen mit Flüssigkeit gefüllt, wird das Fenster transparent. Das SunValve ist eine einfache, mechanische, kostengünstige Alternative und wurde von Øyhus nicht patentiert, um die breite Anwendung zu fördern. Trotz dessen wurde es bisher wenig beachtet.

Frittung, wie sie von Chuck Hoberman und der Adaptive Building Initiative erforscht wurde, kann gesteuert werden, um so viel oder wenig Licht wie nötig eindringen zu lassen. Auf Glas- oder Plastikschichten gedruckte grafische Muster schieben sich übereinander, regulieren Lichtdurchlässigkeit und kontrollieren einfallendes Licht, den Privatbereich und Blicköffnungen. Das gleiche Ergebnis kann durch ETFE Kissen in einer typischen Verkleidung erzielt werden. Durch die Veränderung des Drucks zwischen zwei Folien in einem Kissen kann die Ausrichtung der bedruckten Designs und somit der Lichteinfall reguliert werden.

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Elektrochromes "Smart"-Glas von "View" in seiner dunkelsten Tönung bei direkter Sonneneinstrahlung – ähnlich wie eine farbverändernde Sonnenbrillen für Gebäude

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Die Innenansicht durch getöntes elektrochromes Glas. Durch die Verschattung werden angenehme Räume im direkten Sonnenlicht kreiert und der Blick nicht eingeschränkt

Schattenelemente funktioniert auf ähnliche Weise: Licht und Sonneneinstrahlung werden kontrolliert, indem der direkte Lichteinfall im Innenbereich beschränkt wird. Sie können aber auch zur Regulierung der Belüftung, ähnlich wie Paxtons Lüftungselemente, verwendet werden.

Das Architekturbüro Dosu von Doris Sung hat vollständig passive adaptive Verschattungskomponenten erforscht, die keiner zusätzlichen Energiezuwendung bedürfen.
Diese Thermobimetallteile bestehen aus dünnen Schichtung zweier Metalle, die sich bei Wärme unterschiedlich ausdehnen und zusammenziehen. Je nach Wunsch öffnen sie sich bei Wärme und sorgen so für Belüftung oder aber schliessen sich und sorgen auf diese Weise für Schutz vor Sonneneinfall. Die Thermobimetall können auf eine bestimmte Temperatur eingestellt werden und erlauben einen festgelegten Lüftungsgrad sowie Lichteinfall.

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Dosus Bloom-Installation besteht aus mosaikartigen Thermobimetal-Fliesen, die sich nach oben biegen, wenn sie warm werden

Und vergleichbar mit Paxtons primitiver Verdunstungs-Kühlungstechnik können neue Produkte, wie Phase Change Materials (PCMs), eine vollständig autonome Regulierung der Wärmetransmission gewährleisten.

PCMs absorbieren überschüssige interne und externe Wärme und geben diese ab, sobald die Temperatur fällt. Produkte wie GlassX überführen diese Technik in IGUs. Sie verwenden lichtdurchlässige Salzhydrate, die hermetisch in klares Polycarbonat versiegelt sind, als Phasenübergangsmaterial.

Auch wenn die PCMs nicht die Erscheinung eines typischen, transparenten, verglasten Fensters teilen, können sie ungleichmässiger über eine vollständig verglaste Fassade verteilt werden als andere Elemente, wie beispielsweise Beton- oder gemauerte Wände. Sie reagieren auf die geringe thermische Masse von Glas – ein entscheidender Vorteil von Beton, der Innen- und Aussentemperatur stabilisiert – und ermöglicht dennoch natürlichen Lichteinfall durch die Fassade. GlassX weist darauf hin, dass für manche Gebäude die Notwendigkeit von Beheizung und Kühlung vollständig wegfällt.

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GlassX Phasen-Wechsel-Wärmedämmungstechnik ist in IGUs eingelassen und sorgt für eine grössere thermische Masse der Gebäude, damit Temperaturunterschiede besser ausgeglichen werden können. Bild: GlassX

Der Versuch den Geist von Paxtons Crystal Palace einzufangen, ermöglicht sicherlich, viele spannende Techniken und deren Grenzen zu erproben. Es liegt nun an den Architekten auf der Shortlist diese zu integrieren und ein ikonisches, bahnbrechendes Gebäude zu entwerfen, das einmal mehr unsere Perspektive auf den architektonischen Raum verändern könnte.

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