BLUMEN UND BAUTEN - kisd.dekisd.de/~alex/vd/BLUMENUNDBAUTEN.pdf · Bauten bis zum „bunga_low“. 2. BIONIK - EIN ÜBERBLICK. 2. ÜBERBLICK BIONIK 04 2. GESCHICHTE BIONIK Das alte

BLUMENUND BAUTEN

ALEXANDER SIN FEI ESSEN

BLUMENUND BAUTEN

VORDIPLOMHAUPTTHEMA APRIL 2006

BLUMEN UND BAUTEN

KÖLN INTERNATIONAL SCHOOL OF DESIGNALEXANDER SIN FEI ESSEN6. SEMESTERMATRIKELNUMMER: 11041127 1 8

LEHRGEBIET: ÖKOLOGISCHES DESIGNBETREUT VON PROF. GÜNTER HORNTRICH

INHALT

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INHALT

1. 1 EINLEITUNG

2. BIONIK - EIN ÜBERBLICK2. 1 DEFINITION2. 2 KLASSIFIKATION

3. ÜBERLEBENSSTRATEGIEN VON BAUTEN3. 1 ERDBEBEN3. 2 ÜBERSCHWEMMUNGEN3. 3 HURRIKANE

4. ALLGEMEINE ARCHITEKTURPLANUNG4. 1 SZENARIO ALS PLANUNGSGRUNDLAGE

5. 1 SZENARIO: HURRIKAN AUF WEITER FLUR5. 2. 1 DIE IDEE: NICHT GEGEN DEN WIND5. 2. 2 FUNKTION, FORM, ASSOZIATION

6. 0 ANMERKUNGEN ZUM BUNGA_LOW6. 1 BUNGA_LOW6. 2 BUNGA_TOWN

7. 1 MATERIAL7. 1. 1 EXTENSIVE BEGRÜNUNG7. 1. 2 MISCANTHUS7. 1. 3 GFK7. 1. 4 KOHLEFASER7. 1. 5 HURRIKANSICHERES GLAS I LOTUS7. 1. 6 SOLARENERGIE7. 1. 7 KONSTRUKTIONSANSATZ

8. FAZIT

INHALT

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9. QUELLENANGABEN

10. GLOSSAR

11. DANKSAGUNGEN

1. EINLEITUNG

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1.0 EINLEITUNG

„Der Klimawandel ist das einzige, das die Zivilisation beenden könnte.“

Bill Clinton

Seit Jahrzehnten steigen die Temperaturen auf der Erde. Polkappen und Gletscher schmelzen. Der Meeresspiegel steigt. Wetterkapriolen werden zum gewohnten Bild, schlimme Naturereignisse wie der Hurrikan Katrina häufen sich in den letzten Jahren enorm. Hinzu kommen andere, natürliche Ereignis-se wie Erdbeben oder Tsunamis. Menschen müssen vor den Folgen geschützt werden. Und auch ihre teuren Hüllen: Die Architektur.

Diese Arbeit begibt sich auf die Suche nach unge-wöhnlichen Bauten, die sich mit unkonventionellen Mitteln und Formen den Naturgewalten entgegen-stellen oder sich einer veränderten Klimasituation anpassen müssen. Gezeigt werden offensichtliche und gerade deswegen überraschende Prinzipien, die dem Gebäude seinen Reiz und seine Funktion verleihen. Vom Hochhaus bis zum Erdhaus gibt es vielerorts architektonische Nischenlösungen, die ei-nem örtlich oder klimatisch bedingten Zweck die-nen sollen.

Die vorgestellten Bauten haben einen Mitstreiter im Kampf gegen Naturkatastrophen: Die Natur. Archi-tekten, Ingenieure, Materialforscher und Designer, die auf der Suche nach „neuen“ Lösungen für Pro-

1.0 EINLEITUNG 07

bleme jeglicher Natur sind, wenden ihren Blick der Bionik zu, nachdem diese in den letzten Jahren ste-tig wachsenden Erfolg verbuchte. Grund genug für einen Exkurs in diese Materie im Kapitel 2.

Im dokumentarischen Kapitel 3 werden - neben den Beschreibungen der Naturkatastrophen - ei-nige Bauten vorgestellt, die von ihren Architekten mit außergewöhnlichen Maßnahmen gegen un-gewöhnliche Ereignisse gewappnet wurden. Auch werden sie auf ihren bionischen Gehalt hin ausge-wählt und abgeklopft: Wurden formenhafte oder funktionale Elemente aus der Natur verwendet?

Anhand dieser Blumen und Bauten kommen Fragen auf, die dann auch im Entwicklungsteil der Arbeit gestellt werden: Wie kann man Gebäude schützen? Wo kommen die Ideen für die Mechanismen, die das Gebäude schützen sollen, her? Aus der Natur, oder aus der Technik? Und kann Form Funktion haben?

Mit dieser Recherche im Hinterkopf werden anhand eines Szenarios einige Wege probiert, den Hurrikan auszutricksen.

Diese Wege führen vom Vogelflug über Blumen und Bauten bis zum „bunga_low“.

2. BIONIK - EIN ÜBERBLICK

2. ÜBERBLICK BIONIK 04

2. GESCHICHTE BIONIK

Das alte Prinzip der Nachahmung der Natur wurde bereits von den geistigen Vätern der Fluggeschichte Leonardo da Vinci (1452 - 1519) und Otto Lilienthal (1848 - 1896) zur Konstruktion der ersten Flugzeuge verwendet. Leonardos und Lilienthals Bestrebun-gen gingen dahin, die Flügelform und die Bewe-gung von Vögeln zu dokumentieren, nachzuahmen und in ihre Flugapparate zu integrieren. Die Ge-schichte verleiht dem Gedanken, sich die Natur als Lehrmeister zu nehmen, Flügel: Die von Leonardo da Vinci und Otto Lilienthal nachgeahmten Grund-formen ihrer Fluggeräte haben die Evolution des Flugbaus maßgeblich vorangetrieben (Brinkmann 1999, S. 154).

(Abb. Brinkmann 1999, S. 12)

2. ÜBERBLICK BIONIK 10

2. BIONIK HEUTE

Die heutige Bionik untersucht und bildet nicht mehr nur die Formen der Natur ab, sondern adaptiert die Funktionen dahinter. Am Beispiel des Flugzeugs blei-bend: „Winglets“ sind die nach oben abstehenden Flügelenden eines Flugzeugs. Im Gleitflug spreizen bestimmte Vogelarten ihre Handschwingen derart ab, so daß sich mehrere kleinere Luftwirbel statt ei-nem großen bilden und somit zu einem geringeren Energieverbrauch führt, genauer: „Winglets dienen der Verringerung des induzierten Widerstandes” (Brinkmann 1999, S. 154). „Statt eines großen Rand-wirbels werden mehrere kleine Wirbel erzeugt (...) Die Energiebilanz zeigt: Das Mehrfachwirbelsystem enthält weniger Verlustenergie als der einzelne Wir-bel eines konventionellen Flügels“ (TU-Berlin).

(Abb. Brinkmann 1999, S.12)

2. 1 DEFINITION BIONIK 11

2. 1 DEFINITION BIONIK

„Lernen von der Natur als Anregung für eigenstän-diges technologisches Gestalten.“

(Prof. Nachtigall)

Der Begriff „bionics“ wurde 1958 von dem Major Jack E. Steele auf einer Konferenz in Ohio geprägt.

„Bionik als wissenschaftliche Disziplin befaßt sich mit der technischen Umsetzung und Anwendung von Konstruktions-, Verfahrens- und Entwicklungs-prinzipien biologischer Systeme” (Allgemein aner-kannte Definition der VDI-Tagung 1993).

Demnach sei „Bionik eine klar formulierbare Diszi-plin und Vorgehensweise. Sie führt die durch die Vorgehensweise der ’Technischen Biologie’ ent-deckten und erforschten Aspekte der Biologie einer technischen Umsetzung und Anwendung zu. Dies kann sich auf drei Komplexe beziehen, nämlich auf Konstruktionen der Natur (’Konstruktionsbionik’), Vorgehensweisen oder Verfahren der Natur (’Verfah-rensbionik’) und deren Informationsübertragungs-, Entwicklungs- und Evolutionsprinzipien (’Informati-onsbionik’)“ (Nachtigall 2000).

Bionik ist eine interdisziplinäre Wissenschaft, die von Biologen, Ingenieuren, Architekten, Technikern und Designern belegt wird.

2. 1 DEFINITION BIONIK 12

Nach Nachtigall gibt es diese Bereiche der Bionik: Konstruktionsbionik, Sensorbionik, Strukturbionik, Bewegungsbionik, Neurobionik, Baubionik, Geräte-bionik, Verfahrensbionik, Klimabionik, Anthropobi-onik und Evolutionsbionik.

Die Spanne ist erweiterbar, wie auch die Natur noch nicht „ausgeforscht“ ist: Bioinformatik, Neurocom-puting, Adaptronik, Evolutionäre Algorithmen, Bio-sensorik, Biomimetik, Nanotechnik. Besonders letz-tere kommt der Materialforschung zu Gute. Aus ihr entsprangen die Erkenntnisse, die die Bionik popu-lär gemacht haben: Der Lotusblüten-Effekt und der Haifischhaut-Effekt. Beide resultieren aus Beobach-tungen der Oberflächenbeschaffenheit. Sie konn-ten durch die Nano-Technologie nachgeahmt und in die Technologie transferiert werden. Mittlerweile gibt es etliche andere Beispiele, und Rechenbergs Studenten sind vielversprechende Forscher.

An der Lotusblüte kann kein Schmutz haften blei-ben, da ihre Oberfläche mit Wachskristalloiden ver-sehen ist (Nachtigall, S. 289).

(Abb. Nachtigall, S.289)

2. 2 BIONIK - KLASSIFIKATION

Als Gründungsväter der Bionik gelten Prof. Dr. rer. nat. Werner Nachtigall und Prof. Dr. Ingo Rechen-berg. Der Naturwissenschaftler Nachtigall hat be-reits seine Promotion im Jahre 1959 über ein Thema mit bionischer Bedeutung geschrieben. 1990 grün-dete er die Gesellschaft für Technische Biologie und Bionik, u.a. zusammen mit seinem Kollegen Rechen-berg. Seitdem treiben sie das Interesse an der Bionik durch zahlreiche Institutionen und Veranstaltungen voran, in Universitäten und anderen Netzwerken.

Rechenbergs Raster zur Herangehensweise und Ka-talogisierung der Bionik teilt sich in sieben Schritte.

1. Biologische Funktion2. Technische Funktion

Ähnlichkeiten vorhanden? - Dann...3. Biologische Randbedingungen4. Technische Randbedingungen

Ähnlichkeiten vorhanden?5. Biologisches Gütekriterium6. Technisches Gütekriterium

Ähnlichkeiten vorhanden?7. Nutzung der evolutive Lösung

Rechenberg sagt „Die Evolution kann nur dann für den Ingenieur sinnvolle Vorarbeit geleistet haben, wenn sie an derselben Funktion unter denselben Randbedingungen nach demselben Gütekriterium gearbeitet hat“.

2. 2 BIONIK - KLASSIFIKATION 13

Das BIOKON ist ein Netzwerk, dass die Forschung und Markteinführung bionischer Entwicklungen vorantreiben will. Dabei wird es vom Bundesminis-terium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert und unterstützt.

Laut Bionik-Kompetenz-Netz gibt es eine meth-odische Einteilung der Bionik in „top down” und „bottom up”:

„Die bionische Methodik unterscheidet zwei grund-sätzliche Herangehensweisen. Einerseits kann zu ei-nem bestehenden technischen Problem recherchi-ert werden, ob die Biologie eine passende Antwort darauf hat, die auch technisch umsetzbar ist (top down, Analogie-Bionik). Andererseits können im Zuge der biologischen Grundlagenforschung allge-meine Prinzipien entdeckt werden, die der Technik in abstrahierter, d. h. aufbereiteter Form angeboten werden. Diese können dann technische Innova-tionen ermöglichen, die eventuell völlig neuartig sind und nicht vorhersehbar sein müssen (bottom up, Abstraktions-Bionik).”


Rechenberg teilt die Bionik in zwei Überbegriffe ein:

„Harte Bionik“ (=Abstraktionsbionik) und„kreative Bionik“ (=Analogie-Bionik).

Die „harte Bionik“ wird von Rechenberg auch als ”evolutionistische Bionik“ bezeichnet: „In der von mir vertretenen evolutionistischen Bionik steht die Vorstellung im Vordergrund, dass die Welt der Bi-ologie - wegen der vorausgegangenen Evolution - überdurchschnittlich gute Lösungen bereithält. Aus diesem Grunde lohnt es sich, biologische Strukturen und Prozesse technisch zu kopieren“ (Rechenberg 2001, S. 4).

Die „kreative Bionik” verdeutlicht Rechenberg in sel-ber Quelle am Beispiel der Architektur: „In der soge-nannten Architektur-Bionik werden z. B. Formen der Natur nahezu kritiklos in Bauten umgesetzt. Meeres-muscheln, Schildkrötenpanzer, Libellenflügel, Blüt-enblätter: Das sind gewiss ästhetische Vorlagen für den kreativen Architekten. Eine optimale bautech-nische Lösung wird damit jedoch nicht erreicht”.

In diesen Ausführungen zur kreativen Bionik in der Architektur könnten zwei Punkte ergänzt werden. Zum einen kann der Unterschied von Form und Funktion in der Natur fliessend sein. So hat ein Flügel jene Form, die das Funktionieren des Fliegens doch erst ermöglicht. Zum anderen ist es erstrebenswert, Bauten zu planen, die einen symbolischen und nicht nur einen funktionalen Wert besitzen.


3. ÜBERLEBENS- STRATEGIEN VON BAUTEN

„Das Haus als Architektur fließt aus dem menschli-chen Herzen, ist ein Dauergefährte der Erde, Kame-rad der Bäume, wahres Spiegelbild des Menschen im Bereich seines eigenen Geistes. Sein Haus ist da-her ein geweihter Raum, in dem er Zuflucht sucht, Erholung und Ruhe für den Körper, aber vor allem für den Kopf. Weder muß das Haus des Maschinen-zeitalters als Maschine daherkommen, noch die Ma-schine als Haus.“

Frank Lloyd Wright

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3. 1 ERDBEBEN 18

3. 1 ERDBEBEN

3. 1 ERDBEBEN - URSACHE

Geologen schätzen, dass die Erde jedes Jahr rund 20000 Mal bebt. Alle zwei bis drei Tage tritt ein Erd-beben auf, das mindestens die Stärke 6,0 auf der Richterskala erreicht und damit schwere Schäden anrichten kann (Münchener Rück, 302-04645).

Erdbeben entstehen durch dynamische Prozesse der Erde. Eine Folge davon ist die Plattentektonik: Insbesondere an den Plattengrenzen, wo sich ver-schiedene Platten auseinander, aufeinander zu oder aneinander vorbei bewegen, kommt es zum Aufbau gewaltiger Spannungen, wenn sich die Platten in ihrer Bewegung verkanten. Wenn sich diese Span-nungen durch ruckartige Bewegungen entladen, kommt es zu Erdbeben. Bei starken Erdbeben sind in der Nähe des Epizentrums die größten Schäden an Gebäuden zu erwarten. Auf dieser Abbildung sieht man gepunktet die Epizentren von insgesamt 358.214 Erdbeben (zwischen 1963 und 1998).

(Abb. Münchener Rück)

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3. 1 ERDBEBEN

3. 1 ERDBEBEN - SCHÄDEN

Die verheerendsten Erdbeben von 1900 bis 2004 (Münchener Rück, 2004-12-28)

JAHR I ORT I OPFER I SCHÄDEN (in Mio. US$)

2003 I Iran, Bam I 26.200 I 5001990 I Iran, Gilan I 40.000 I 7.1001988 I Armenien I 25.000 I 14.0001976 I China, Tangshan I 242.800 I 5.6001976 I Guatemala I 23.000 I 1.1001970 I Peru, Chimbote I 67.000 I 5501939 I Türkei, Erzincan I 32.900 I 201939 I Chile I 28.000 I 1001935 I Pakistan, Quetta I 50.000 I 251932 I China, Kansu I 77.000 I k.A.1927 I China, Gansu I 40.000 I 251923 I Japan, Tokyo I 142.800 I 2.8001920 I China, Gansu I 235.000 I 251915 I Italien, Avezzano I 32.600 I 251908 I Italien, Messina I 85.900 I 116

Hinzu kommen die aus volkswirtschaftlicher Sicht bedeutendsten Erdbeben:

1995 I Japan, Kobe I 6.430 I 100.0001994 I USA, Northridge I 61 I 44.0002004 I Japan, Niigata I 39 I 28.0001988 I Armenien I 25.000 I 14.0001999 I Taiwan, Nantou I 2.370 I 14.000

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3. 1 ERDBEBEN

Verschlimmert werden die menschlichen Tragödi-en und die Not der Menschen durch die zerstörte Infrastruktur und ihre kaputten Häuser.

Um Erdbeben-Schäden zu minimieren, gibt es eine Reihe von Maßnahmen, mit denen Gebäude vor dem Einsturz bewahrt werden sollen. Neben den im folgenden beschriebenen Mechanismen gibt es natürlich eine Vielzahl von hochkomplexen Arbeits-abläufen, Schwerstarbeit und logistische Hürden zu überwinden beispielsweise beim Bau eines Hoch-hauses. Von der Bodenbeschaffenheit bis zur Ent-rauchungsanlage gilt es unzählige Aufgaben zu lö-sen. In dieser Arbeit werden lediglich jene exotische Mechanismen vorgestellt, die ein Hochhaus vor den Folgen eines Erdbeben zu Schützen vermögen.

3. 1 ERDBEBEN 21

BIOMECHANIK UND BEBEN -DAS RSPM

Die als RSPM bezeichnete Technik beruht auf der Biomechanik, oder auf deutsch: Bionik. RSPM steht für Real-Time Structural-Parameter Modification. Es ist ein neu entwickeltes System aus der USA: Ein computergesteuertes System, das bis zu 10stöcki-ge Hochhäuser vor Erdbeben schützen kann. Kern-stück der in den USA patentierten Technologie sind Sensoren, die bereits geringste Schwingungen re-gistrieren. Die Sensoren leiten die entsprechenden Daten an ein Computersystem weiter. Von dort werden gewaltige Hydraulikzylinder gesteuert, die im Fundament sowie an wichtigen Stützpunkten innerhalb des Gebäudes angreifen und es gewis-sermaßen “verbiegen” können. Dadurch wird das Gebäude in die Lage versetzt, Erdbebenschwingun-gen auszugleichen. Wie ein Mensch, der in einem Boot steht und durch Kontraktion seiner Muskeln die Wellenbewegung des Wassers auszugleichen versucht, sollen auch die RSPM-Zylinder die Beben-schwingungen in Echtzeit abfangen. Die Energie, die im Normalfall das Gebäude zum Schwingen bringen und eventuell zum Einsturz bringen würde, wird auf diese Weise wirkungslos gemacht.

Auf ihrer Homepage betonen die Entwickler von der University at Buffalo, New York: „RSPM is the first system for structures that mimics the human muscle’s unmatched capacity for instantaneously contracting and releasing energy.“

3. 1 ERDBEBEN 22

BEBEN UND BAMBUS -DER TAIPEIH 101

3. 1 ERDBEBEN 23

BEBEN UND BAMBUS -DER TAIPEIH 101

Der Taipeih 101 ist mit seinen 508 Metern das derzeit höchste Gebäude der Welt. Rund 1,5 Milliarden Euro hat der Rekord-Bau verschlungen. Die Formenspra-che der Architektur ist offensichtlich einem Bambus-rohr nachempfunden, was einerseits symbolischen Wert hat ‒ und andererseits nach Prof. Rechenberg als Analogie-Baubionik einzuordnen ist.

Die Bambus-Form hat eine Funktion, wie der Inge-nieur Jürgen Wacker zu berichten weiß: „Das Hoch-haus ist wie ein Bambusstab aus einzelnen Segmen-ten aufgebaut und soll sich dadurch wie Bambus im Wind biegen können. Insbesondere die wechseln-den Böen der Orkane können aber einem mehr als 500 Meter hohen Gebäude durchaus zu schaffen machen“.

3. 1 ERDBEBEN 24

(Abb. Motioneering Inc.)

Die Firma Hochtief ergänzt auf ihrer Homepage: „Das Geheimnis großer Wolkenkratzer in Erdbeben-gebieten liegt darin, dass sie sich den Erschütterun-gen nicht widersetzen, sondern mitschwingen. Um moderne Hochhäuser so gut wie möglich gegen Erdbeben zu rüsten, achten Architekten und Ingeni-eure schon im Entwurf auf eine erdbebengerechte Geometrie ‒ regelmäßiger Grundriss und Symmet-rie. Über die gesamte Höhe durchgehende vertikale Stützen verteilen die seismischen Kräfte gleichmä-ßig im Gebäude und so genannte plastische Gelen-ke, bei denen bewusst der Stahl im Beton reduziert wird, machen das Bauwerk im Erdbebenfall noch beweglicher“.

Neben gängigen Lösungen für Hochhausbauer, die Gelenke der Etagen „duktil“ zu planen, also flexibel, verfügt das Taipeh 101 über einen weiteren Mecha-nismus: Die inzwischen vergoldete Schwingkugel.

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(Abb. Motioneering Inc.)

Der weltgrößte, 660 Tonnen schwere Schwingungs-dämpfer wurde scheibenweise in die 92. Etage ein-gebaut und dient als funktionaler Bestandteil des Gebäudes wie auch als Touristenattraktion.

Die Technik ist ein „Tuned Mass Damper“ und wur-de von Motioneering Inc. Guelph, Ontario, Canada entwickelt, die sich auf Massendämpfungssysteme für Gebäude zu Lande und auf dem Wasser spezia-lisiert haben. Gegenüber Lösungen, bei denen mit Wassertanks oder Metallgewichten versucht wird, dem Schwingen entgegenzuwirken, lässt sich die hydraulische Technik des Tuned Mass Dumper kon-trollierter steuern.

3. 1 ERDBEBEN 26

3. 2 ÜBERSCHWEMMUNGEN 27

Es wird zwischen regelmäßig wiederkehrenden Hochwassern (Gezeiten, Frühjahrshochwasser) und unregelmäßigen oder einmaligen Ereignissen (Tsu-nami, Sturmfluten, Jahrhundertfluten) unterschie-den. Langsam, aber sicher wird auch der steigende Meeresspiegel, infolge der Erderwärmung und dem daraus resultierenden Abschmelzen der Pole, zum Hochwasser-Faktor.

Grundsätzlich sind Hochwasser Bestandteile des natürlichen Geschehens. Zur Katastrophe werden sie erst, wenn menschliche Werte betroffen sind. Im Zuge der fortschreitenden Landnutzung wurden immer größere Flächen, die Hochwassergefahren ausgesetzt sind, genutzt. Somit steigt die Bedro-hung durch Hochwasser ständig. Zudem wirkt die menschliche Flächennutzung (Versiegelung der Landschaft) sowie der Ausbau der Gewässer durch Flussbegradigunen verschärfend auf den Hochwas-serabfluss. Weiter können bestehende Regulierun-gen durch mangelnde Instandhaltung (z.B. wegen Bewuchs, Anlandungen) ihre Leistung verlieren.

Länder mit geringen Bodenhöhen, wie die Nieder-lande und auch Deutschland und Dänemark, ver-suchen, sich durch massive Deichbaumaßnahmen vor Hochwasser zu schützen. Wird kein intensiver Hochwasserschutz betrieben, kann es wie in Bang-ladesch am Mündungsdelta des Ganges häufiger zu humanitären Katastrophen und vielen tausend To-ten kommen.


SCHWIMMENDES WELTWUNDER -DIE „CITY IN A PYRAMID“ IN TOKIO


SCHWIMMENDES WELTWUNDER -DIE „CITY IN A PYRAMID“ IN TOKIO

Die „City in a Pyramid” ist ein Zukunftsprojekt durch und durch. Weder die Flächennutzungspläne, an-gedacht ist das Hafengebiet im ansonsten überbe-völkerten Tokio, noch die für dieses Bauwerk nötige Technik existieren zu diesem Zeitpunkt. Die über dem Hafengrund schwebende Stadt, die zwölfmal so groß werden soll wie die Pyramide von Gizeh, soll 750000 Menschen beherbergen können. Sie wird die Lösung auf viele Fragen sein, die sich einer Megacity stellen, welche in einem Gebiet angesie-delt ist, das seit jeher von Erdbeben, Tsunamis und Taifunen heimgesucht wird.

Die Pyramide wird zum größten Teil aus Nano-Tu-bes bestehen, einem Carbonprodukt, welches mo-lekular röhrenförmig angeordnet und sehr stabil ist. Mit diesem Ausgangsmaterial, welches noch im Forschungsstadium ist, wäre es möglich, 100 mal weniger Gewicht für das Material einzuplanen ‒ und keine Schäden durch Tsunamis oder Erdbeben.


SCHWIMMENDE HÄUSER -SICH WIE EINE SEEROSE ÜBER WASSER HALTEN


SCHWIMMENDE HÄUSER -SICH WIE EINE SEEROSE ÜBER WASSER HALTEN

Die Niederländer haben immer gute Ideen. Und Überschwemmungen. Beides zusammen ergibt eine Überlebenstrategie für Bauten, für die sich so-gar schon die Vereinigten Arabischen Emirate für ihre (nach Rechenberg wohl „pseudobionisch“ zu bezeichnenden) künstlichen Inseln interessieren.

Das Prinzip ist einfach: Ein vertikal bewegliches Haus, das sich der Wasserhöhe einer Flut anpasst. Das Fundament ist also wie eine Wanne, die, statt überzulaufen, nach oben treibt.

Mittlerweile gibt es allerorts Bestrebungen und Ent-wicklungen für schwimmende Passivhäuser. Der Klimawandel schwappt in die Köpfe der Städtepla-ner und Architekten.


3. 3 HURRIKAN 33

3. 3 HURRIKAN

3. 3 HURRIKAN - URSACHE

Durch aufsteigenden Luftmassen entsteht über ei-ner warmen Meeresoberfläche ein Unterdruck, und aus der Umgebung strömt Luft mit einem hohen Wasserdampfanteil nach. Es bildet sich eine Röh-re, in dem diese Luftmassen nach oben steigen, während die hohen Wassertemperaturen ständig „Nahrung“ liefern. Ein tropischer Wirbelsturm wird zum Hurrikan, wenn die Windgeschwindigkeit Or-kanstärke erreicht (das entspricht mehr als 118 km/h oder Windstärke 12). Hurrikane können sich im Durchmesser hunderte Kilometer ausdehnen, dabei wochenlang bestehen und Flächen von tausenden Quadratkilometern verwüsten. Die meisten Hurrika-ne entstehen zwischen Juli und September.

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3. 3 HURRIKAN

3. 3 HURRIKAN - SCHÄDEN

Aus dem Briefing zu dem Projekt „Bushaltestellen in Havanna - Ein Beitrag zur Milderung der Schäden beim Hurrikan“ unter der Leitung von Prof. Cuendi-as geht hervor: „Zwischen 1985 und 2001 gab es 19 Hurrikane. Im Jahre 2003 und 2004 gab es 5 Hurrika-ne und allein im Jahre 2005 gab es 5 Hurrikane“.

Durch steigende Meerestemperaturen in Folge des Klimawandels wird die Entstehung von Hurrikanen begünstigt.

Die hohen Windgeschwindigkeiten, Wellen und schwere Niederschläge stellen eine große Gefahr dar. Den höchsten materiellen Schaden richtete im August 2005 der Hurrikan Katrina mit etwa 100 Milli-arden Euro an, der mit Windgeschwindigkeiten von 250 bis 300 km/h über den Großraum New Orleans hinwegzog und über tausend Opfer forderte. Katri-na tobte auf über 233.000 Quadratkilometern - eine Fläche, so groß wie Großbritannien. Rund 350.000 Häuser wurden zerstört.

Hurrikan-Kategorien:

1 118 - 153 km/h2 154 - 177 km/h3 178 - 209 km/h4 210 - 250 km/h5 > 250 km/h

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3. 3 HURRIKAN


Wenn in Hochhaus-Planungen von Schwingungen, die durch starke Winde verursacht wurden, gespro-chen wird, dann müssen Architekten, Statiker und Strömungsmechaniker an einem Strang ziehen. Die Strömungslehre wird später im Kapiteln der Ent-wicklung noch ausführlicher behandelt.

Moderne Hochhäuser in wirbelsturmgefährdeten Gebieten haben aktive oder passive Schwingungs-dämpfer, die den von oben anfangenden Schwin-gungen eines starken Windes entgegenwirken sol-len. Aktive Systeme wurden bereits im Kapitel 3. 1. schon erläutert ‒ ihre Wirkungsweise ist dieselbe, obgleich die Schwingung, nicht wie beim Erdbe-ben, von unten nach oben geht.

Die passiven Systeme sind zumeist schwere Metall-körper oder Wasserbecken in den obersten Etagen. Das größte Problem hierbei ist die Frequenz, die die Windströmung am Gebäude verursacht. Ist die Frequenz dieselbe wie die Schwingfrequenz des passiven Schwingungssystems, kommt es zu Inter-ferenzen. Diese gilt es vom Strömungsmechaniker zu berechnen, damit der Statiker das Schwingungs-system auf Basis dieser Berechnungen individuell entwerfen kann.

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3. 3 HURRIKAN


Ein gesellschaftliches Problem: Während im „elitä-ren” Hochhausbau modernste Techniken und ver-blüffende Mechanismen eingesetzt werden, stehen Privathäuser ohne einen vergleichbaren Schutz da. Natürlich benötigen diese einen anderen Lösungs-ansatz als die hohen Häuser, aber welchen?

Allein der Hurrikan Katrina zerstörte 350000 Häuser. Ein Ende der Zerstörung ist nicht in Sicht, denn es ist ja auch keine Verbesserung des Gesamtklimas in Sicht.

Wie also kann man das Haus der ländlichen Bevöl-kerung und der Vorstädte in der Zukunft schützen?

An dieser Frage setzt der Entwicklungsteil dieser Vordiplomarbeit an.

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4. ARCHITEKTUR- PLANUNG / SZENARIO

4. 1 ALLGEMEINE ARCHITEKTURPLANUNG

Aus einem Gespräch mit Jan Spreen, einem Münch-ner Architekten, ging hervor, daß Architekten für die Entwicklung für architektonische-bauliche Lösun-gen immer die speziell für die Gegebenheiten und Rahmenbedingungen richtige Antwort suchen. Es gelte, ein Gefühl dafür zu entwickeln, was das Be-sondere, Spezielle und Einzigartige der Aufgabe und der Antwort ist. Jan Spreen sagt „(...) jeder Ort, jede Situation ist unterschiedlich und braucht eine eigene Antwort“.

Diese grundsätzliche Voraussetzung zum Entwurf eines Hauses erfordert also Rahmenbedingungen, ein Szenario, ein Bild vor Augen, damit man dem Problem ‒ im Falle dieser Arbeit ist es eine Naturka-tastrophe ‒ eine Lösung entgegensetzen kann.

Zwei Dinge sprachen bei der Szenarienwahl für eine von Hurrikanen gefährdete Landschaft. Zum einen, weil ich im Herbst 2004 zum ersten Male in meinem Leben einen Taifun, also die japanische und verreg-nete Variante eines Hurrikans, miterleben musste. Zum anderen, was später noch von Wichtigkeit sein sollte, sind es meine Erfahrungen mit dem Wind in hohen Lüften und turbulenter Bodennähe, wie ich sie als Segelflieger kennenlernen durfte.

4. 1 ALLGEMEINE ARCHITEKTURPLANUNG

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4. 2 SZENARIO: HURRIKAN AUF WEITER FLUR

Das fiktive Land hat zuvor keinen Hurrikan gesehen. Seit einer geraumen Zeit ‒ man hörte es schon von den Klimatologen ‒ verschieben sich die Klimazo-nen, und Hurrikane sind auf einmal ein Thema, das nicht nur auf hoher See oder in tropischen Gefilden interessieren.

Das Grundstück für das im Teil 6 entworfenen Baus befindet sich auf dem Lande oder in der Vorstadt, die den starken Winden besonders ungeschützt gegenüberstehen, die keinen Schutz durch Bäume, hohe Gebäude oder ähnlichem haben. Unser Sze-nario besteht aus einer unbebauten Wiese, einer wunderschönen, quadratmetergünstigen, vielleicht sogar hügeligen Landschaft auf weiter Flur, einer Landschaft jedoch, die von nun an Jahr für Jahr von diversen Hurrikans heimgesucht wird.

4. 2 SZENARIO: HURRIKAN AUF WEITER FLUR

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5. DIE IDEE: NICHT GEGEN DEN WIND

5. 2. 1 DIE IDEE: NICHT GEGEN DEN WIND

Die Grundidee, einem Hurrikan in irgendeiner Form zu trotzen, bringt uns an den Anfang dieser Arbeit zurück: Der Vogelflug und das aerodynamische Ver-halten von Flügeln und Tragflächen. Als ich vierzehn war, nahm ich Segelflugunterricht und lernte diese windschnittigen Vehikel schätzen. Besonders die Kunststoffflieger mit ihren filigranen Flächen und der Haube aus Plexiglas haben immer einen Reiz auf mich ausgeübt - vielleicht, weil ich selber nur in einem etwas älteren Holzflugzeug namens AS-K13 geschult wurde. Nach meinen ersten drei Alleinflü-gen durfte ich auf die schlankere Ka8 umsteigen. Es war ein schnelleres Flugzeug, denn durch seine flachere Flügelform bot es der Luft weniger Wider-stand.

Links: State Of The Art. Die selbststartende ASH-25.Rechts: Damals hatte ich Drahthaare.


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Der Flugsportclub Hannover attestieren Segelfug-zeugen im Vergleich zu anderen Geräten „Beste cw-Werte. Was den Luftwiderstand angeht, gibt es wohl kein Menschen tragendes Sportgerät, dass vergleichbar gute cw-Werte hat. Formel 1 Wagen sind z. B. im Vergleich zu Segelflugzeugen einfach nur plump und schlecht.“

cw-Wert: Der Strömungswiderstandskoeffizient (cw-Wert) ist ein dimensionsloses Maß für den Strö-mungswiderstand eines von einem Gas umström-ten Körpers im Vergleich zu dem Widerstand, den ein anderer Körper gleicher Querschnittsfläche, aber anderer Form erfährt.


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Einige andere cw-Werte:

0,08 Tragflügel beim Flugzeug0,39 Mercedes M-Klasse0,37 Smart ForTwo0,36 Subaru Forester0,32 VW Golf V0,31 Jaguar XJ0,28 Mercedes CLK Cabrio (je nach Modell)0,29 Opel Vectra A0,26 Toyota Prius0,25 Audi A 21,4 Fallschirm1,1 Scheibe, Wand0,8 Lkw0,78 Mensch, stehend0,7 Motorrad, unverkleidet0,5 Cabrio offen, Motorrad verkleidet0,45 Kugel0,34 Halbkugel0,05 Tropfenform


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Windkanaltests sind sehr aufwendig und teuer. Al-lerdings gibt es bereits viele Studien über das Strö-mungsverhalten von Gegenständen, die die selben Eigenschaften haben sollen wie das dem Hurrikan standhaltendem Haus. Diese werden einen realen Windkanaltest des Gebäudes nicht ersetzen kön-nen, zeigen aber gemeinsame Probleme und Ziele auf.

Das Institut für Informatik der Universität Leipzig si-muliert auf rechnerischem Wege Windkanäle: „Die Strömung um Autos wird von den Verwirbelungen durch die Karosserie geprägt. Das Ziel der Ingeni-eure liegt in der Regel darin, diese Verwirbelungen klein zu halten, da sie den Windwiderstand und so-mit den Energieverbrauch von Autos in aller Regel erhöhen“.

Der Windwiderstand, also quasi der Windlastdruck, ist auch bei Gebäuden ein Problem.


(Abb. Universität Leipzig)

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„Daneben möchte man bei höheren Geschwindig-keiten auch einen gewissen Druck nach unten auf die Strasse erzeugen, um die Strassenlage des Fahr-zeugs zu verbessern. Wie in den Bildern zu sehen, verursachen etwa Radkästen und Außenspiegel zwangsweise Verwirbelungen, die sich nicht ganz vermeiden lassen“.

Auch bei Gebäuden gibt es das Problem der Verwir-belungen und das Problem des Sogs nach oben.

Ist es nicht denkbar, dem Gebäude eine Form zu ge-ben, die für weniger Luftwiderstand sorgt und so-mit Beschädigungen des Daches vermeidet?


(Abb. Universität Leipzig)

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An dieser Stelle ein erster Entwurf, der die Thematik Luftwiderstand beinhaltet.

Diese erste Variante nannte ich „Streamline-Loft“. Hierbei ergab sich ein großes Problem: Der Hurrikan kann von jeder Seite angreifen. Also muss das Ge-bäude rund werden. Flach und rund mit maximaler Raumausbeute.


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Auch Mercedes-Benz forscht an der perfekten Form für ein stromlinienförmige Autos. Mit einem Blick zur Natur, genauer gesagt: zum Kofferfisch, wurde das Konzeptfahrzeug „Mercedes-Benz bionic car“ ins Leben gerufen.

Zur Entwicklung und Idee sagen die bionischen Au-tobauer: „Die erste Teilaufgabe, der sich die Inge-nieure des Mercedes-Benz Technology Centers und der DaimlerChrysler-Forschung widmeten, lautete Aerodynamik. Im Wind- und Wasserkanal unter-suchten sie, wie die Merkmale des lebendigen Vor-bilds auf ein Automobil übertragen werden können. Die Ergebnisse sind beeindruckend: Trotz seiner kantigen Statur besitzt der Kofferfisch fast ebenso gute strömungstechnische Qualitäten wie ein trop-fenförmiger Grundkörper, der unter Fachleuten als Maßstab für die aerodynamische Idealform gilt. Bei freier Anströmung hat dieser Stromlinienkörper ei-nen Luftwiderstandsbeiwert (cW-Wert) von 0,04. Mit einem originalgetreuen Modell des Kofferfi-sches erzielten die Mercedes-Ingenieure zuerst mit-tels Computerberechnung und später im Windka-nal einen Wert, der diesem Idealkörper recht nahe kommt: cW 0,06 - ein hervorragendes Ergebnis“.


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Das „Mercedes-Benz bionic car“: Mehr Fisch, weni-ger Energieverbrauch, bessere Umwelt, mehr Fisch.

(Abb. Mercedes Benz)

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Wo nun liegt der Unterschied zwischen einem Se-gelflugzeug, einem Kofferfisch und einem Haus? Das Haus kann sich nicht fortbewegen, bzw. sollte dieses nicht können.

Sieht man sich die Trümmerhaufen nach einem Hurrikan an, so wird aber deutlich: Manche Dach-konstruktionen können sehr wohl fliegen. Der Wir-belsturm verursacht einen Windsog, dem kaum ein Dach standhält. Die durch den Sog entstehende Zugkraft ist zu stark für die meisten Dächer. Viele Dächer haben Auskragungen, also hervorstehende Bauteile, die den Windangriff sogar noch begünsti-gen.

Nicht nur der Sog (also eine Zugkraft) eines Hurri-kans sorgt für Schäden, sondern auch die Windlast (Druck). Die Windlast drückt gegen Fenster, Wände und andere Flächen, die vertikal angebracht wur-den.

Das I.F.I. Institut für Industrieaerodynamik GmbH an der FH Aachen schreibt über Windlasten: „Wind ist eine Naturgewalt, die nicht ständig auf ein Bauwerk wirkt. Man unterscheidet folgende Wirkungsrich-tungen: Winddruck und Windsog. (...) Aus experi-mentellen Versuchen wurde erkannt, dass die Wir-kung des Windes von dessen Stärke (Staudruck in Abhängigkeit der Windgeschwindigkeit) und von der Gebäudeform abhängig ist. Niedrige Gebäude werden vom Wind nicht ganz so stark angeströmt wie hohe Gebäude. Das wird in der Berechnung zu-grunde gelegt.


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Erst vor etwa 120 Jahren begannen Ingenieure das Wissensgebiet des Windes und der damit zusam-menhängenden Luftströmung zu erforschen bzw. bei ihren Planungen zu beachten. Zuvor wurde oft die Windkraft unterschätzt. Das führte dazu, dass das Auftreten von Stürmen allein oder in Verbindung mit anderen ungünstigen Einwirkungen Schäden oder Zerstörung von Bauwerken verursachte.

Heute ist der Lastfall ein wesentlicher Bestandteil bei der Bemessung von Gebäuden. Häufig kommt die Lastkombination Wind und Schnee zum tragen. Beim Nachweis von Verbindungsmitteln ist eben-falls der Wind, in Form von Windsog nicht zu unter-schätzen. Ziel der Beachtung des Lastfalls Wind ist auf jeden Fall sturmsichere Gebäude als Zufluchts-ort zu schaffen.“

Man erkennt die Spuren des Sogs und des Drucks deutlich an zerstörten Dächern und Wänden.


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Wolfgang Send vom Deutschen Institut für Luft- und Raumfahrt e.V. schreibt in seinem Artikel „Auftrieb und Wirbeldichte beim Fliegen“ einen für diese Stu-die sehr wichtigen Satz:

Wirbel sind die Voraussetzung fürdie Entstehung von Auftrieb.


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5.2.2 FUNKTION, FORM,ASSOZIATION

5. 2. 2 FUNKTION, FORM, ASSOZIATION

Ein Exkurs in die assoziative Welt der Bilder zur Ein-stimmung auf den anschliessenden Entwicklungs-teil.

Die Auswahl folgender Bilder wurde bestimmt von Funktionsfragen, Formfragen, Fragen nach einer Analogie zur Natur, Fragen zur Strömung, kurzum: Fragen, die die diese Arbeit begleitet haben.

Es dreht sich um runde Formen, es geht um runde Gebäude, die keine Funktion in ihrer runden Form innhaben, es werden Bilder aus der Natur gezeigt, Objekte, die sich um den Wind drehen und auch solche, die gerade dieses vermeiden wollen.

Wir beginnen mit einem herkömmlichen Ei.


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Das „Weltstadthaus” in Köln von Renzo Piano:Eine runde Form ohne Funktion?

Tropfen ziehen sich durch die Kohäsionskraft zu einer annähernd runden Form zusammen.

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Wirbel gibt es überall, auch im All.

Wirbel drehen sich aufgrund der Corioliskraft auf der nördlichen Hemisphäre gegen den Uhrzeigersinn.

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Hurrikane können mehrere hundert Kilometer groß werden und werden deswegen „großskalig” genannt.

Wirbel und Spiralen gibt es überall.Auch in uns.

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Das Kunststoffhaus „Futuro” von Matti Suuronen. Die stylishen 70er hatten nicht nur eine schöne Formen.

Die Aussenwände aus faserverstärkten Kunststoffmodu-len werden uns an späterer Stelle wieder begegnen.

(Abb. Build Magazin)

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Die Firma U.S.Bunkers, Inc. wappnet ihr Volk bzw. ihre Soldaten mit einem Bunker gegen fast alle Katastrofen.

Auch andere Farbgebungen des „Bunkers” haben eine mittlerweile präventiv abschreckende Wirkung.

(Abb. U.S.Bunkers, Inc.)

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Zwei Landschaftsgrafiken der Experimental-Architekten „R&Sie”.

Gebäude in die Landschaft einzubinden ist für viele Ar-chitekten erstrebenswert.

(Abb. R&Sie)

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Die Erdhäuser vom Architekten Peter Vetsch haben mich inspiriert.

Erdhäuser können erstaunlich hell sein. Ausserdem sind sie gut klimatisiert und sparen Dämm- und Heizkosten.

(Abb. Peter Vetsch)

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Diese Erdhaussiedlung sieht sehr schlumpfig aus!

Dieser Bau ähnelt den ersten Entwürfen für dieses Pro-jekt. Der große Unterschied liegt in den Hauskanten.

(Abb. u. Grüne Architektur)

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Horizontale Luftwirbel: Als glattgeschliffene Lentiwolke können diese Wellen sichtbar werden.

Ist die Düne eine nachahmenswertes Analogie? ‒ Jein. Zwar formt der Wind eine Düne. Der Sand aber auch.

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Aerodynamiker beschäftigen sich bei Autos auch mit dem Problem des Auftrieb unterhalb des Autos.

Dünen können vom Wind in die eine und auch andere Richtung verweht werden.

(Abb. o. Strömungsmechanik, Abb. u. Webgeo)

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6.0 bunga_low

6. 0 ANMERKUNGEN ZUM BUNGA_LOW

DER GRUNDGEDANKE:

Kein Strömungsabriss > keine Wirbelkeine Wirbel > kein Auftriebkein Auftrieb > kein Sogkein Sog > kein kaputtes Dach.

Es geht es also darum, eine möglichst stromlinien-förmige und weiche Form für das Gebäude zu fin-den, die dem Wind keine Kanten oder Angriffsflä-chen bietet. Die endgültige Formfindung kann nur mittels Verifikationen eines Windkanals oder einer Windkanal-Simulationen erfolgen. Da diese Mittel nicht gegeben waren, werden im Folgenden gewis-sermaßen „gefühlte“ Formen und Varianten vorge-stellt. Es werden verschiedene Erscheinungen des bunga_low angeboten, die allesamt das Ziel haben, den Strömungsabriss zu verhindern.

Durch das Prinzip des runden und flachen Bauens ergibt sich die innenarchitektonische Frage der op-timalen Raumausnutzung. Sieht man sich die Ar-chitektur allerorts an, sollte man denken, daß der Mensch ein rechteckiges Wesen ist! Die Raumver-drängung des Menschen wurde von Vitruv bis zum Bauhaus in rechteckigen Formen bemessen (ob-wohl der vitruvische Mann ja sowohl im Quadrat wie auch im Kreis gezeichnet wurde).

Aber: Haben wir uns nicht alle schon einmal neun Monate in einer runden Form sehr wohl gefühlt?

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6. 0 ANMERKUNGEN ZUM BUNGA_LOW

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6. 1 BUNGA_LOW

6. 1 BUNGA_LOW

Das bunga_low ist ein Gebäude, das sich dem Hurri-kan widersetzen soll, besser: Das sich dem Hurrikan anpassen soll. In Sandwich-Bauweise hergestellt und mit glasfaserverstärktem Kunststoff und hurrik-ansicheren Fenstern bestehend wird dieser Leicht-bau im Erdreich verankert und mit schwungvollen Erdwällen versehen, die für eine Abwendung des Stömungsabrisses an den (im bunga-Falle ja nicht mehr vorhandenen) Hauskanten Sorge tragen sol-len.

Das bunga_low ist als Ferienappartement oder klei-nes Einfamilienhaus konzipiert.

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6.2 bunga_town

6. 1 BUNGA_LOW

6. 2 BUNGA_TOWN

Bei der Planung einer Siedlung ist wichtig, daß die einzelnen Objekte gut miteinander verbunden sind. Nicht nur die Transportwege, sondern auch die In-frastruktur verlangt nach einer Lösung des kleinsten Weges.

Anfänglich habe ich mit den Formen des Goldenen Schnitts experimentiert, in der Hoffnung, durch die-ses Harmoniegesetz die Architektur, den Menschen und die Natur verbinden zu können. Die Versuche ergaben allerdings nicht die gewünschte, perfekte Raumaufteilung zwischen den bunga_lows, da die Intervalle des Goldenen Schnitts sich stetig teilen und eine Erweiterung erschweren.

Erst eine auf das Hexogon basierende „geometri-sche Ableitung des Systems Zentraler Orte” nach dem deutschen Geographen Walter Christaller brachte eine theoretische Vorlage für die sinnvolle Strukturierung einer neu zu gründenden Siedlung, die folgende Merkmale aufweisen soll:

- Expansionsmöglichkeiten nach allen Seiten- Kleine (Fuss-) Wege zur „bunga_big-mama“: Ein sich in der Planung befindlicher, zentraler Mut-terbau, der das vitale Zentrum der Siedlung darstellt und eine U-Bahn-Station beherbergen soll- Die bungas sollen gut vernetzt sein und sich trotz-dem nicht in das Sichtfeld in die Ferne einschrän-ken.

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7.1 MATERIAL

7. 1. 1 MATERIAL: EXTENSIVE BEGRÜNUNG

(Abb. Web04)

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ZEICHEN SETZEN, ERDKAPUZE ÜBERZIEHEN.

Im Vordergrund steht das Symbol. Die Verwendung von möglichst viel Grünfläche soll, eingebettet in eine futuristische Anmutung, Zeichen setzen und den Menschen sagen, daß das Ende der rohstoff-plündernden Ära gekommen ist, beziehungsweise bald kommen müsste. Das bunga_low ist ein Kind des Klimawandels, und das will es nach aussen tra-gen. Die Konstruktion geht weg vom artfremden Quadrat und bedient sich mit seiner organischen Form der Sprache der Natur und Umwelt. Das Haus trägt seine Erdkapuze mit Stolz, denn eine Erdkapu-ze zu tragen ist gut. Es hat nämlich sehr praktische Vorteile.

STATT KLIMAANLAGE

Extensive Begrünung wird auch „ökologische Kli-maanlage“ genannt. Dieser angenehme kühlende Effekt tritt lediglich für die direkt darunter liegen-de Etage ein. Beim bunga_low handelt es sich um einen tiefen Bau mit nur einer Etage, die somit auf eine teure Klimaanlage verzichten kann.


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ENERGIESPAREN

Die Isolation der extensiven Dachbegrünung redu-ziert Heizkosten. Die Schicht muss dafür nicht dick sein. 10 cm genügen.

WENIG INSTANDHALTUNGSKOSTEN

Eine extensive Begrünung bedarf nur weniger Pfle-ge. Es ist ein natürliches, nachwachsendes Dach. Der Regen hält es am Leben.

INDIVIDUALISMUS

Das Dach kann mit allerlei Farben ausgeschmückt werden. Und zwar Jahr für Jahr mit einer neuen Blu-menfarbe. Die extensive Begrünung hat einen Mut-terboden von nur 10 cm und kann zwei mal im Jahr begärtnert werden.

EINFÜGEN IN DIE LANDSCHAFT

Optisch kaum zu erkennen; nur die beglaste Front und das Bulleye lassen menschliches Leben in dem Hügel erahnen. Das Landschaftsbild wird nicht ge-stört, sondern um das Leben bereichert.


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WENIGER VERSIEGELTE OBERFLÄCHE

Schaut man sich die Erde von der Stadt aus an, muss man lange suchen, bis man Erde statt Stadt ent-deckt. Das statistische Bundesamt sagt, daß in der Bundesrepublik mehr als 12,4 % der Fläche stark ver-siegelt sind. Und täglich kommen 160 Fußballfelder an neuversiegelter Fläche hinzu. Der schweizer Ver-band für Dachbegrünung sagt: „Während der Som-mermonate speichern Beton- und Steinmassen die Wärme der Sonne und verhindern die nächtliche Abkühlung. Die Stadt wird zum ’Backofen.’ Dachgär-ten bringen ’Landluft’ in die Städte. Die Begrünung legt sich wie ein schattierender, kühlender Mantel über die Dachfläche, und verhindert so die Aufhei-zung des Baukörpers“.

Ich korrigiere: Es heißt ja wohl „Erdkapuze“, und nicht „kühlender Mantel“.


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EXTENSIVE BEGRÜNUNG IM ÜBERBLICK

Hier nun einige der Vorteile einer extensiven Be-grünung in Kürze, zusammengetragen von der eco-world, einem Portal für ökologische Fragen (Slogan: „um welten besser leben!“):

- die Kühlung der darunterliegenden Räume erspart die Klimaanlage,- die Isolationswirkung reduziert Heizkosten,- der Schallschutz verbessert das Wohn- oder Arbeitsklima,- die Staub- und Schadstoffbindung verbessert das Klima,- die Flora ist eine Augenweide für den Betrachter,- die extensive Begrünung erfordert nur eine geringe Pflege,- Dachbegrünung schützt vor elektromag- netischer Strahlung,- eine evtl. anrechenbare Ausgleichsfläche spart ebenfalls Kosten,- die Verlängerung der Lebensdauer der Dach- abdichtung um das 2-3-fache bringt erheb- liche Kosteneinsparung,- Verbesserung der Ökobilanz


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7. 1. 2 MATERIAL: MISCANTHUS-BETON

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Miscanthus, das Chinaschilf, ist ein Alleskönner: als Rohstoff für Beton oder andere Baustoffe im Haus-bau, auch für tragende Teile, als Basis hochwertiger Kunststoffe für den Autokarosseriebau, als Tee zum Entwässern des Organismus ‒ und schließlich als Brennstoff zur Energiegewinnung in Kraftwerken. Miscanthus hat die Eigenschaft, daß er unempfind-lich gegen Umwelteinflüsse wie Nässe, Salze und Schimmel ist. Er absorbiert den Schall so gut, „dass der TÜV zunächst vermutete, seine Messgeräte sei-en defekt“ (WDR, 2005).

Dieser Pflanzenbeton hat also viele Vorteile, im Falle der Konstruktion eines bunga_low sind die Verwen-dungen als- tragendes Gerüst (verstärkt mit angeklebten GFK-Lamellen gegen die Zugspannung),- Fundament und- Gründungsmaterialvorstellbar.

Desweiteren ist, alternativ zur leichteren, aber kos-tenintensiveren GFK-Beplankung, eine Verwen-dung von Miscanthus-Beton für die gewölbte De-cke denkbar.


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7. 1. 3 MATERIAL: GFK

Das Tragwerk muss einer großen Zugkraft stand-halten, wenn der Hurrikan am Dach rüttelt. Glasfa-serverstärkter Kunststoff (GFK) hat die Eigenschaft, daß es großem Zug standhält. Ein Synergie-Effekt ergibt sich bei der Verwendung von GFK-Trägern: Sie sind leicht und müssen dementsprechend weni-ger Druckkräfte in die Fundamente ableiten, an die sie unter der Erde montiert werden.

Die dänische Firma Fiberline bietet auf ihrer Home-page einen Kalkulator an, mit dem man die Last und die Form des Trägers bestimmen kann (die Berech-nungen für das bunga_low waren zum Zeitpunkt des Vordiploms leider noch nicht verfügbar). Im Fal-le des bunga_lows sollte ein stabiler T-Träger ver-wendet werden.

Hier abgebildet ist eine robustere Trägerlösung aus Stahl und Beton für größere bunga_bigs.

7. 1. 3 MATERIAL: GFK

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7. 1. 3 MATERIAL: GFK - BEPLANKUNG

Die modularen Planken, die von innen an das Trag-werk montiert werden, haben die Anforderung, dem Sog eines Hurrikans standzuhalten. Sie müssen also viel Zugkräfte aushalten können. Ausserdem sollen sie leicht sein, damit ihr Eigengewicht (und andere Lasten) und der daraus resultierende Druck nicht zu groß wird.

Die Lösung könnte abermals GFK sein. Glasfaser-verstärkter Kunststoff ist nicht mehr so teuer, wie er einmal war. Aber er wird immer besser und billiger. Es gibt qualitative Unterschiede des Materials (kurz-faserige oder langfaserige Komponenten), die je nach Größe des bunga_lows variieren können und sich somit den Gegebenheiten anpassen.

GFK ist ein ausgesprochen stabiles und leichtes Material. Es zeichnet sich gegenüber anderen Ma-terialien durch eine hohe Resistenz gegenüber UV-Strahlung, Wasser, Öl, sowie gegen mechanischen Beschädigungen aus.

Durch Serienproduktion können die Module verbil-ligter hergestellt bzw. laminiert werden. Herr Worf von der Firma B&S-Kunststoffe empfahl eine Anfer-tigung der Module mit Wabenstruktur ‒ ein weite-rer Pluspunkt für Statik und Dämmung des raum-schiffartigen bunga_lows.

7. 1. 3 MATERIAL: GFK - BEPLANKUNG

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7. 1. 4 MATERIAL: KOHLEFASER-LAMELLEN

Bei einer Tragwerklösung mit einem Skelett aus Mis-canthus-Beton (anstelle der kostenaufwendigeren GFK-Träger-Lösung) ergibt sich das Problem, daß der Beton zwar viel Druck halten kann, aber kaum Zugkräfte. Zwar kann der Beton die verkehrende und ruhende Traglasten (z.B. Schnee) halten, aber die Sogkräfte eines Hurrikans ziehen das Dach nach oben.

Eine effiziente und kostengünstige Lösung bietet die Firma StoCretec / S&P Reinforcement auf ihrer Homepage vor. StoCretec stellt Kohlefaser-Lamel-len her, die enorme Zugkräfte halten und im Auto-bahnbrückenbau verwendet werden, um den tra-genden Beton zu unterstützen.

Diese nur wenige Millimeter dünnen Bauteile sind einfach zu verarbeitende Lamellen und Sheets aus Kohlefaser können die Schub-, Zug-, Druck- und Biegezugfestigkeit tragender Bauteile deutlich über 100 Prozent verbessern. Mit einer speziellen Soft-ware (S&P Reinforcement) lassen sich die statischen Daten im Vorfeld exakt errechnen. Sogar an schwer zugänglichen Stellen lassen sich die dünnen Bautei-le einfach montieren.

7. 1. 4 MATERIAL: KOHLEFASER-LAMELLEN

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7. 1. 4 MATERIAL: KOHLEFASER-HEIZELEMENTE

Ein neues Produkt zeigt Made in Clay, aus Berlin. Die Trockenbauplatte aus Lehm ist ein komplettes Naturprodukt, wirkt wärmeregulierend und feuch-tigkeitsausgleichend, hält die Raumfeuchtigkeit auf rund 55 Prozent und ist ideal für Allergiker.

Für dieses Produkt gab es im Frühjahr von der AIT die Auszeichnung für ein Produkt von hoher archi-tektonischer Qualität. Die Trockenbauplatte ist in mehreren Varianten erhältlich, so zum Beispiel in Kombination mit Kohlefaserplatten, die im Passiv-hausbereich erfolgreich eingesetzt werden können. Für das bunga_low wäre der Einsatz der Kohlefaser-Heizelemente in Sandwichbauweise gut vorstell-bar.

Die Kohlefaser-Heizelemente werden über einen Stromanschluss aktiviert und versorgen den Raum mit Wärme.

Durch die Lehmtrockenbauplatte erfolgt eine opti-male Temperierung im Winter. Für einen Überhit-zungsschutz des Raumklimas im Sommer gibt es die Lehmbauplatte mit einem Latentwärmespei-cher, der die Hitze absorbiert und im Gegenzug die Kühle der Nacht speichert und tagsüber abgibt.

7. 1. 4 MATERIAL: KOHLEFASER-HEIZELEMENTE

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7. 1. 5 MATERIAL: HURRIKANSICHERES GLAS

Der amerikanische Forscher Khanna der Universität von Missouri hat hurrikansicheres Glas entwickelt.

Die Fensterscheiben mit einer Schicht hochgradig widerstandsfähiger Glasfasern können mehr als das Doppelte an Belastung aushalten wie herkömmli-che Scheiben. Das fiberglasverstärkte Fenster ist zu-dem leichter und preiswerter.

Wie normales Fensterglas bestehen die Scheiben aus drei Schichten. Doch anstelle der sonst in der Mitte zwischen zwei Glasschichten verwendeten Plastikschicht, setzte der Ingenieur von der Missouri in Columbia einen mit Fiberglas verstärkten Kunst-stoff ein. “Wie bei jeder Scheibe haben wir das so konstruiert, dass wenn die äußere Schicht bricht, die mittlere Schicht aus dem glasfaserverstärkten Poly-mer die Kraft ableitet und die innere Glasschicht in-takt bleibt”, erklärt er.

Da der Wind bei einem Hurrikan mit bis zu 200 Stun-denkilometern über die Landschaft fegt, können Steine und Gegenstände stark beschleunigt werden und Geschwindigkeiten von mehr als hundert Kilo-metern in der Stunde erreichen. Solche Geschosse können normale Fenster mühelos durchschlagen und ernsten Schaden anrichten. “Unser neues Glas könnte diese Zerstörungen dramatisch senken”, ver-spricht Khanna. Der Forscher meint, dass die neuen Scheiben schon bald ein neuer Standard für die In-dustrie werden könnten (Wissenschaft.de 2006).

7. 1. 5 MATERIAL: HURRIKANSICHERES GLAS

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7. 1. 5 MATERIAL: NANO-CLEANER ‒ LUTOS-EFFEKT

Die ersten Blüten der Bionik!

Die wohl populärste Errungenschaft unserer Lieb-lingswissenschaft nennt sich Lotusblüten-Effekt. Klar, der Markt ist auf einmal voll von diesen nanomo-lekular aufbereiteten Allesreinigern. Bei Recherchen für eine Beschichtung der bruchsicheren Fenster des bunga_lows habe ich mit Thomas Strömsdör-fer von nano-cleaner.com über das Projekt geredet, und ob das vom bunga_low verwendete Material mit seinem Lotus-Reiniger zu beschichten sei. Ein ehrliches „Es kommt darauf an“ war die Antwort, die bis zur abschliessenden Materialwahl wohl so im Raume stehen bleibt. Grundsätzlich sei es aber kein Problem, Kunststoffe mit dieser oder einer anderen Beschichtungsart zu versehen.

Das ist gut für die Fenster, auf denen schon mal ein fester Vogelpups parken könnte.

7. 1. 5 MATERIAL: NANO-CLEANER ‒ LUTOS-EFFEKT

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7. 1. 6 MATERIAL: SOLARZELLEN

Wegen Energie werden Kriege geführt.

Es ist Zeit zum Umdenken, alternative Energiequel-len müssen gefunden werden ‒ wir müssen weg vom Öl. Das sagen nicht nur Ökos und Politiker, die Angst um die vitalen Interessen ihres Volkes haben, sondern auch das Volk. Diese Gemeinsamkeit hat seltenheitswert (denn deutsche Winter sind nicht selten heizwert). Die Entscheidung neuer Hausbau-er, Passivhäuser oder sonstige Energiesparhäuser zu bauen, ist eine gute Entscheidung für Umwelt, Geldbeutel und nachfolgende Generationen.

Das bunga_low unterstreicht seinen grünen Cha-rakter nicht nur durch die Erdkapuze, sondern auch durch aktive Energiegewinnungssysteme. Die nach Süden ausgerichteten, nicht als Fenster gewünsch-ten Modulflächen können und sollen als Platz für So-larzellen dienen, in der Zukunft können aber auch, wenn bezahlbar, transparente Solarzellen verwen-det werden.

Abschliessend zwei große Zahlen mit noch größe-ren Unterschieden:

Jährliche Sonnenenergie: 1 5000 000 x 10¹² kWhWeltenergiebedarf: 300 x 10¹² kWh

7. 1. 6 MATERIAL: SOLARZELLEN

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7. 1. 7 KONSTRUKTIONSANSATZ

Die Konstruktion wird in Umfang und Tiefe indi-viduell und vom Standort abhängig zu berechnen sein. Gleiches gilt für das Fundament und die Trag-lastberechnungen. Das Hauptmaterial für die Aus-senhaut (die Beplankung) ist glasfaserverstärkter Kunststoff. Die modularen Platten werden, ebenso wie die Fenster, von innen an das Tragwerk an-gebracht. Das Tragwerk ist optional aus Stahlbe-tonträgern oder ebenfalls aus GFK, da es weniger Druck- als Zugkräfte halten muss.

Damit die Zugkräfte gehalten werden können, sind für die Befestigung Beton-Anker vorgesehen.

7. 1. 7 KONSTRUKTIONSANSATZ 102

8. FAZIT

8. FAZIT

Was als Dokumentation exotischer Gebäude anfing, nahm seinen Lauf. Es wurden Ideen beobachtet und entwickelt, diskutiert und skizziert, bis endlich eine Idee aufkam, die mich vom Vogelflug über Blumen und Bauten zum „aerodynamischen” Haus führte.

In den Recherchen konnte ich die Felder der Archi-tektur, der Strömungsmechanik, der Gebäude-Aero-dynamik, der Baustatik und der Landschaftsgärtne-rei nur für einen kurzen Moment streifen. Ich denke, dass eine etwaige Weiterführung dieser Studie nur in einem interdisziplinären Team mit Vertretern dieser Bereiche Sinn machen kann. Bereits in der Recherche hat es mir Vergnügen bereitet, verschie-dene Disziplinen und ihre funktionalen Stellenwert innerhalb des Projekts kennenzulernen und in die Arbeit zu integrieren.

Ohne den Blick über den Tellerrand zu führen, wäre dieses Projekt nicht ansatzweise vorstellbar gewe-sen. Ich freue mich auf kommende Gespräche, in denen die Idee „bunga_low“ auch weiterführend besprochen werden kann.

8. FAZIT 105

9. QUELLEN- UND BILDANGABEN


Werner Nachtigall und Kurt G. Blüchel, 2000: „Das große Buch der Bionik”, Deutsche Verlags-Anstalt, Stuttgart/München.(Im Text: Nachtigall 2000)

Günter Brinkmann und Hans Zacher, 1999: „Die Evolution der Segelflugzeuge”, 2. Auflage, Bernard & Graefe Verlag, Bonn.(Im Text: Brinkmann 1999)

James Wines, 2000: „Grüne Architektur”, Benedikt Taschen Verlag GmbH.

Le Corbusier, 2003: „Der Modulor”, 8. Auflage 2003, Deutsche Verlags-Anstalt GmbH, Stuttgart.

Annette Schmidt, Lena Bloemertz, Elisi Macamo, 2005: „Linking Poverty Reduction and Disaster Risk Management”, GTZ, Eschborn Verlag.(Im Text: GTZ, 2005)

Albers, Dommel, Montaldo-Ventsam, Nedo, Übe-lacker, Wagner, 2000: „Der Zentralheizungs- und Lüftungsbauer”, Verlag Handwerk und Technik GmbH, Hamburg.(Im Text: Albers, 2000)

Vitruv, 2004: „De Architectura Libri decem”, neuge-setzte und überarbeitete Ausgabe für Marix Verlag, GmbH, Wiesbaden 2004 nach der Ausgabe Berlin 1908.

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Kleines Wörterbuch der Architektur, 2005, 10. Au-flage, Reclams Universal Bibliothek.

Le Corbusier, 2003: „Der Modulor”, 8. Auflage 2003, Deutsche Verlags-Anstalt GmbH, Stuttgart.

Rechenberg, 2001: „Vom Wesen, Wert und Werden der Bionik”, PDF, Vorlesung Bionik I 2001, TU-Berlin

http://www.bionik.tu-berlin.de/user/michaels/pro-jekt.html, http://www.bionik.tu-berlin.de(Im Text: TU-Berlin)

http://www.uni-saarland.de/fak8/bi13wn/wabio-nik.htm#BM6(Im Text: Uni Saarland)

http://www.baumarkt.de/b_markt/fr_info/erdbeb.htm#1

http://www.alexander-schleicher.de

http://www.fg-lb.de/flugphysik.html

http://de.wikipedia.org/wiki/Cw-wert

http://www.wissenglobal.de/Cw-Wert.html

http://www.ifi-aachen.de/cms.php?id=100&PHPSESSID=0f87476af5e33e34f0819c19d3db5968

108


http://www.buffalo.edu/reporter/vol27/vol27n21/f2.html

http://www.dradio.de/dlf/sendungen/wib/232191/?drucken

http://www.veka.de/homepage/newsletter/de/d93fe879db7bbe25c12570dd005059df.htm

http://www.atmosphere.mpg.de/enid/Spezial__Sept__5_Wirbelstuerme/C__Entstehung___Eigen-schaften_4xc.html

http://www.katrinadestruction.com/images/v/hur-ricane/apuscg_050829C3550N_05BV4.jpg.html

http://www.informatik.uni-leipzig.de/bsv/Forsc-hung/Stroemungsdynamik/BMW/

http://www.bauarchiv.de/baulex/article.php?sid=7317

http://www.gruendach.at/content/presse/pres-seartikel_show_details.php?artikel_id=13

http://www.eco-world.de/scripts/basics/econews/basics.prg?a_no=5631

http://www.wissenschaft.de/wissen/news/228601

http://www.wdr.de/tv/service/bauen/in-halt/20021018/b_3.phtml

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http://www.invasive.org/images/1536x1024/2307210.jpg

http://www.as-erdenwerke.at/uploads/media/ew_hartberg_wuerfel_gesamt.jpg

http://dsc.discovery.com/convergence/engineer-ing/pyramidcity/interactive/interactive.html

http://imgsrc.hubblesite.org/hu/db/2001/10/im-ages/a/formats/1024_wallpaper

http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/image/0409/ivan_iss_big.jpg

http://www.webgeo.de/beispiele/rahmen.php?string=1;g_010;2;;;;

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10. GLOSSAR

10. GLOSSAR

Aerodynamik:Teil der Strömungslehre, beschreibt das Strömungs-verhalten von Gasen. Sog, Vortrieb, Auftrieb und Stirnwiderstand sind Phänomene der Aerodynamik

cw-Wert (Strömungswiderstandskoeffizient):Der Strömungswiderstandskoeffizient ist ein rela-tives, dimensionsloses Maß für den Strömungswid-erstand eines von einem Gas umströmten Körpers im Vergleich zu dem Widerstand, den ein anderer Körper gleicher Querschnittsfläche, aber anderer Form erfährt.

Fluid:Gase und Flüssigkeiten werden zu Fluiden zusam-mengefasst, weil viele Eigenschaften von Gasen sich nur in ihrer Größenordnung (quantitativ), aber nicht grundsätzlich (qualitativ) von den Eigenschaften von Flüssigkeiten unterscheiden.

Strömungslehre (auch: Strömungsmechanik):Die Physik der Fluide. Auch die Bezeichnungen Flu-idmechanik oder Fluiddynamik werden anstelle von “Strömungslehre” verwendet.

Windsog:Die Kraftwirkung einer Windströmung an Ober-flächen. Technisch bedeutsam ist er insbesondere an Gebäudeteilen, wie Fassaden und Dächern. Ur-sache: Der Luftdruck der ruhenden Luft im Gebäu-deinneren oder innerhalb des Bauteiles selbst (typ-

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10. GLOSSAR

isch: Dämmstoffe) ist höher als der Luftdruck in der vorbeiströmenden Luft. Wo sich die Windströmung an den Gebäudekanten ablöst, bilden sich sogver-stärkende Wirbel.

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11. DANKSAGUNGEN UND VORSTELLUNG

11. DANKSAGUNGEN UND VORSTELLUNG DER GESPRÄCHSPARTNER

Muchas Gracias!

Prof. Horntrich, der Betreuer dieser Arbeit.

Jan Spreen, Architekt, wohnt in München und arbeitet dort mit seiner Frau Angela in ihrem gemeinsamen Architektur-Büro SPREEN ARCHITEKTEN

Olaf Winkler, Architekt, schreibt für die „build”, wohnt in Köln

Olaf Menzel, Landschaftsgärtner, gab mir grüne Tipps.

Matthias Maier, Dipl. Bauingenieur in Berlin und spe.

Günter Essen,vielen Dank für die Erdhaus-Besichtigung in Tunesien.

Mein Mitbewohner Markus Keck hat den BegriffGeonik erfunden. Danke, diese konnte ich für das Pro-jekt gut gebrauchen!

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EINVERSTÄNDNISERKLÄRUNG

Ich erkläre mich damit einverstanden, dass die Köln In-ternational School of Design die von mir eingereichte Arbeit zu Zwecken der Öffentlichkeitsarbeit unter Er-wähnung meines Namens nutzen darf. Alle Urheber-rechte bleiben bei mir.

Die Köln International School of Design wird die Arbeit nicht kommerziell nutzen und keiner kommerziellen Nutzung zustimmen, ohne dass ich mein ausdrückliches Einverständnis gegeben habe.

( ) einverstanden( ) nicht einverstanden

VERSICHERUNG

Hiermit versichere ich, Alexander Sin Fei Essen, dass ich die Arbeit selbstständig angefertigt habe und keine an-deren als die angegebenen und bei Zitaten kenntlich gemachten Hilfsmittel benutzt habe.

Köln, den 27. März 2006

Unterschrift:

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BLUMEN UND BAUTEN - kisd.dekisd.de/~alex/vd/BLUMENUNDBAUTEN.pdf · Bauten bis zum „bunga_low“. 2. BIONIK - EIN ÜBERBLICK. 2. ÜBERBLICK BIONIK 04 2. GESCHICHTE BIONIK Das alte