Fraunhofer IBP gibt technologische Antworten auf die urbanen Herausforderungen von morgen

Nicht nur die Energiewende der Bundesregierung gilt es umzusetzen, um für die Zukunft gerüstet zu sein, müssen Stadtplanungskonzepte komplett überdacht und neu umgesetzt werden. Neben den notwendigen energetischen Sanierungen im Bestand, müssen zukunftsfähige Lösungen für eine nachhaltige Mobilität gefunden sowie der Ausbau intelligenter Energienetze und das synergetisches Zusammenspiel von Architektur, Bautechnik, Technischer Gebäudeausrüstung und Stadtplanung konsequent vorangetrieben werden.

Die im Aktionsplan zur Hightech-Strategie 2020 vom Bundeskabinett beschlossene CO2-neutrale, energieef-fiziente und klimaangepasste Stadt stellt die Forschung sowie die gesamte Bauindustrie vor große Herausforderungen. Nicht nur die Energiewende der Bundesregierung gilt es umzusetzen, um für die Zukunft gerüstet zu sein, müssen Stadtplanungskonzepte komplett überdacht und neu umgesetzt werden. Neben den notwendigen energetischen Sanierungen im Bestand, müssen zukunftsfähige Lösungen für eine nachhaltige Mobilität gefunden sowie der Ausbau intelligenter Energienetze und das synergetisches Zusammenspiel von Architektur, Bautechnik, Technischer Gebäudeaus-rüstung und Stadtplanung konsequent voran getrieben werden. Das Fraunhofer IBP zeigt auf der Hannover Messe 2012 vom 23. bis 27. April im Fraun-hofer-Haus der Nachhaltigkeit (Halle 2, Stand D22) und im Rahmen der Sonderschau »Technologien für die Morgenstadt« (Halle 26, Stand C08) Produkt- und Systemlösungen als technologische Antwort für die Baubranche.

Die Urbanisierung der Welt schreitet voran – nicht nur in Entwicklungsländern, auch in Europa. Schon heute leben mehr als die Hälfte aller Menschen in Städten; 2030 werden es bereits 60 Prozent sein. Als verdichtete Orte des Zusam-menlebens sind Städte ökologische und soziale Brennpunkte. Experten erwarten, dass sich der Bedarf an Stadtraum bis 2050 verdoppeln wird. Vor allem Megacities erzeugen aber auch Megaprobleme: Unersättlich verbrauchen sie Energie, Rohstoffe und Fläche, zudem produzieren sie Schadstoffe, Abwasserströme und Müllberge. Bis 2050 wird erwartet, dass zum Beispiel der Primärenergiebedarf um die Hälfte ansteigt, ebenso die CO2-Emmissionen. Diese Prognosen und Entwicklungen bedürfen schneller und effektiver Lösungen für die Planung, Realisierung und Umsetzung nachhaltiger Siedlungsstrukturen der Zukunft. Verschiedene Institute der Fraunhofer-Gesellschaft haben es sich daher zur Aufgabe gemacht, durch intensive Forschung auf diesen ökologischen, ökonomischen und soziokulturellen Wandel zu rea-gieren.

Auch das Fraunhofer IBP arbeitet als Kerninstitut für den Forschungsbereich Bauphysik federführend an der Entwicklung neuer Technologien und Konzepte für die Städte von morgen. »Wir wollen uns dabei nicht in Visionen ergehen, sondern an der Realisierung zukunftsfähiger Städte arbeiten. Deshalb erforschen wir am Fraunhofer IBP viele unterschiedliche Ansätze und beschäftigen uns mit verschiedenen Fragestellungen. Im Mittelpunkt steht dabei immer der Mensch«, sagt Prof. Dr. Klaus Sedlbauer, Leiter des Fraunhofer IBP.

Lärmminderung in urbanen Lebensräumen
Was zunächst als eine von der Fachwelt belächelte Idee er-schien, ist heute eine bereits auf dem Markt erhältliche Variante von mobilem Schallschutz: flexibel einsetzbare Schallschutzwände aus Luft und Folien – entwickelt von Forschern des Fraunhofer IBP. Wer bisher meinte, dass es für einen effektiven Schallschutz massives Material, wie beispielsweise Beton oder Metall bedarf, irrt. Die Lösung des Fraunhofer IBP besteht in zweischaligen, aufblasbaren Elementen, die eine fast mit Betonwänden vergleichbare Wirkung erreichen. Diese nach dem Prinzip einer Luftmatratze funktionierenden Schallschirme bestehen aus einer leichten, aber dennoch gegen den unerwünschten Schall wirksamen Hülle aus Membranen. Sie werden meist mit Luft gefüllt, sind so überall unkompliziert zu installieren und gegen temporären Lärm flexibel einsetzbar. Die Hülle verfügt über Luftkammern, deren Form und Anordnung die schalldämmende Wirkung maßgeblich beeinflussen. Durch die Beschaffenheit der Oberfläche und den Luftdruck in der Membranhülle lässt sich die Absorption des Schalls steuern. Die runden Kanten der Hülle führen zur Minderung des gebeugten Schalls hinter dem Schirm. Aufgrund dieser Phänomene lässt sich durch den Einsatz dieser Schallschutzwände, der Lärmpegel um über 20 Dezibel reduzieren. Zu sehen gibt es sie auf dem Fraunhofer-Stand C08 »Technologien für die Morgenstadt« in Halle 26.

Energieeffizient sanieren, bauen und leben
Im Zuge der Umsetzung des Aktionsplans für die Hightech-Strategie 2020 stellt das Fraunhofer IBP im Rahmen der Sonderschau »Metropolitan Solutions« in Halle 26 im Forum die Leuchtturmprojekte Effizienzhaus-Plus und »100% EE Wolfhagen« vor.

Das Haus als Kraftwerk
Das Effizienzhaus-Plus des Bundesministeriums für Ver-kehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) wurde am 7. De-zember 2011 von Bundeskanzlerin Dr. Angela Merkel, Bun-desminister Dr. Peter Ramsauer, Prof. Werner Sobeck und dem Leiter des Fraunhofer IBP, Prof. Gerd Hauser, in Berlin eröffnet und der Öffentlichkeit übergeben. Das Effizienz-haus-Plus ist ein Gebäude, das über das Jahr gemittelt mehr Energie erzeugen soll, als es durch die Konditionierung des Gebäudes, den Betrieb eines Elektro-Pkws und eines Elektro-Fahrrads benötigt. Das Gebäude ging als Sieger aus einem offenen, interdisziplinären Planungswettbewerb hervor, an dem 16 Hochschulen in Zusammenarbeit mit Planungsbüros teilnahmen. Das Fraunhofer IBP war von Beginn an wissenschaftlich in das Wettbewerbsverfahren eingebunden. In den kommenden zwei Jahren werden Wissenschaftler des Fraunhofer IBP nun Messungen und Forschungsaufgaben am Gebäude im bewohnten und nicht bewohnten Zustand vornehmen. Durch die intelligente Kombination von energieeffizienten Bautechnologien und Systemen zur Gewinnung von erneuerbaren Energien entstehen völlig neue Ansätze für Nachhaltigkeit und Ressourceneinsatz. Die konsequente Verwendung recyclingfähiger Baustoffe und eine leichte Rückbaubarkeit der eingesetzten Materialien sind weitere Merkmale dieses beispielhaften Projekts für die Dezentralisierung der Energieproduktion und -versorgung.

Die energieeffiziente Stadt
Ziel des Projekts »100%EE Wolfhagen«, das aus einem Wettbewerb des Bundesministeriums für Bildung und For-schung (BMBF) hervorging, ist die Entwicklung und Umset-zung eines Transformationsprozesses mit definierten Zielen im Bereich Energieeffizienz und Nutzung lokaler energeti-scher Potenziale. Entstehen soll daraus eine umfassende »Energieeffiziente (EE) Stadt« mit einem integrierten Ener-giekonzept und dezentraler Energieversorgung. Das Fraun-hofer IBP und das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES forschen in Kassel an Energiesystemen der Zukunft, um das ehrgeizige Projekt umzusetzen. Ein Forschungsschwerpunkt liegt in der energetischen Sanierung historischer Gebäude, die meist in Fachwerkbauweise ausgeführt sind. Das Projekt bündelt die bereits seit Jahren bestehenden Initiativen der Stadt Wolfhagen wie zum Beispiel das kombinierte Wärmepumpen-Solarsystem eines Feuerwehrhauses oder der Umbau einer ehemaligen Panzerhalle zu einem Berufschulstandort mit dachintegrierter Fotovoltaikanlage. Ergänzt werden diese Ansätze durch weitere wegweisende Konzepte, die auch für andere Kommunen beispielgebend werden sollen. Das Fraunhofer IBP hat dabei die Projektleitung inne und ist für das Zusammenführen des in-tegralen Energiekonzepts sowie für die Entwicklung des Monitoring- und Bewertungsverfahrens verantwortlich.

Energiesystem Stadt
Unter dem Schlagwort »Energiesystem Stadt« präsentieren das Fraunhofer IBP und das Fraunhofer IWES im Rahmen der »Technologien für die Morgenstadt« (Stand C08, Halle 26) ihre Kompetenzen im Bereich einer nachhaltigen Stadt- und Regionalentwicklung im Energiebereich. Das gezeigte »Energiesystem Stadt« bietet Möglichkeiten zur erheblichen Reduzierung des Energiebedarfs, zur Nutzung regenerativer Ressourcen und zur Umsetzung eines intelligenten Klimaschutzes. Der Schwerpunkt liegt auf der kommunalen Energieversorgung – vom Gebäude bis hin zur Region. Dabei werden alle Komponenten des Energiesystems untersucht: Erneuerbare Energieversorgung, Energieeffizienz und intelligente Stromnetze. Analysetools zur Heizenergieeinsparung, zur Ermittlung der Potenziale erneuerbarer Wärmeversorgung und des intelligenten Energiemanagements zielen darauf ab, Regionen, Landkreise und Gemeinden dabei zu unterstützten, ihre Energieversorgung vollständig auf erneuerbare Energien umzustellen. Neben verschiedenen erneuerbaren Energieproduzenten, wie Fotovoltaik, Windkraft oder Bio-masse, entwickeln die Fraunhofer-Wissenschaftler zudem Steuer- und Regelungsstrategien konsequent weiter. Das Modell »Energiesystem Stadt« dient als Basis für neue Ideen und Wege und soll Initiator für Gespräche und Austausch sein.

Der Weg zu einer sauberen Ökobilanz
Das Wohnhaus als Lebensmittelpunkt nimmt im Ranking der menschlichen Bedürfnisse einen immer höheren Stellenwert ein. Mit einher geht die Berücksichtigung ökologischer, ökonomischer und sozialer Aspekte, die die Grundpfeiler der Nachhaltigkeit bilden. Dazu gehören beispielsweise die Bereitstellung von Bauprodukten aus unterschiedlichen Rohstoffen, die Bau begleitende Analyse und Zertifizierung, die dauerhaft flexible Nutzung, die Energieproduktion für E-Mobilität und die Rückführung wertvoller Materialien am Lebensende. Im Resultat entsteht eine Ganzheitliche Bilanzierung, für Menschen und nachhaltige Systeme. Das Fraunhofer IBP zeigt im »Haus der Nachhaltigkeit« auf der Hannover Messe (Halle 2, Stand D22/Raum Haustechnik) Wege zu einer systematischen Analyse der Umweltwirkungen von Produkten, Verfahren oder Dienstleistungen entlang des gesamten Lebensweges, sprich »von der Wiege bis zur Bahre«. Die Ökobilanzierung (LCA – Life Cycle Assessment) als Teil der Ganzheitlichen Bilanzierung wird zum Beispiel in den Bereichen Energieerzeugung, -bereitstellung und -speicherung sowie bei der Betrachtung heutiger und zukünftiger Mobili-tätskonzepte oder bei Vorprodukten, Werkstoffen sowie Werkstoff- und Produktsystemen – von der Herstellung über die Nutzung bis zur Verwertung oder Entsorgung am Lebensende angewendet. Zudem kommt die Methode im Rahmen strategischer Planung, bei politischen Entscheidungsprozessen und im Marketing zum Einsatz.

Ressourcenschonende Recyclingmaßnahme
Weltweit schrumpfen seit Jahren die Rohstoffreserven. Des-halb wollen Fraunhofer-Forscher mit dem Projekt »Molecular Sorting for Resource Efficiency« konsequen-tes Wiederverwerten und Produzieren in Kreisläufen voran-treiben. Dabei verfolgen sie den Ansatz, ohne den Einsatz neuer Rohstoffe zu produzieren. Möglich wird dies durch die Entwicklung neuer Verfahren für die Stofftrennung bis in die molekulare Ebene, sodass Reststoffe als Sekundärrohstoffe in den Produktionsprozess zurückgeführt werden können. Das Fraunhofer IBP erforscht in diesem Zusammenhang die sogenannte »elektrodynamische Fragmentierung von Schlacken aus Müllverbrennungsanlagen (MVA)«. Durch die elektrodynamische Fragmentierung könnte die Recyclebarkeit der Schlacken erheblich verbessert werden. Ziel des Verfahrens ist es, MVA-Schlacken selektiv in einzelne Mineralphasen aufzutrennen, um beispielsweise Glas, Keramik, Eisenschrott oder NE-Metalle zurückzugewinnen. Gelänge es auch die hydraulisch reaktiven Anteile aus den Schlacken abzutrennen, könnten diese beispielsweise als Zumahlstoff für Zemente oder als Ersatz für Hüttensande eingesetzt werden. Die Prognose, dass bereits in 20 Jahren der Deponieraum in Deutschland für MVA-Schlacken zu Ende geht, macht das Verfahren brandaktuell. Das Fraunhofer IBP zeigt im Rahmen der »Technologien für die Morgenstadt« (Halle 26, Stand C08) anschaulich die Materialveränderungen.