Gebäudeintegration von Photobioreaktoren zur Mikroalgenzucht : Voraussetzungen, Einsatzgebiete und Nutzungsmöglichkeiten in der Architektur

Abstract

Das vorrangige Ziel der Gebäudeintegration von Photobioreaktoren (in Folge PBR) dieser Arbeit ist die Erweiterung ihrer Anwendungsgebiete in den Fachbereich der Architektur zur Verbesserung des Verhältnisses zwischen deren Kosten und Wertschöpfung.<br />Um die Potentiale der PBR-Fassade bestmöglich auszunützen, muss die Nachfrage nach Funktionen gegeben sein, die dem PBR neue Einsatzgebiete erschließen und dabei keine aufwändigen Adaptionen erfordern.<br />Um die Synergieeffekte zu optimieren, wird in dieser Arbeit vorgeschlagen, den PBR in einen größeren Stoff- und Energiekreislauf einzubinden, als den eines Einzelgebäudes. Eine Einheit aus Aufenthaltsgebäuden und Lebensmittelproduktionsstätten kombiniert mit energetischer Infrastruktur und Abfallmanagement soll sich in seinen Stoff- und Energiezu- und -abflüssen zu einem geschlossenen Kreislauf ergänzen. Diese Einheit wird hier als "nachhaltige Stadtzelle" bezeichnet.<br />Es wurden vier Varianten zur Integration in die Fassade entwickelt, die alle zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften mit isolierender Verglasung und einem Latentwärmespeicher ergänzt wurden. Diese sind:<br />- das PBR-Wandelement für Skelettbau - die PBR-Verkleidung für Massivbau - die PBR-Doppelfassade zur akustischen Sanierung - das PBR-"Klimaelement" als Überhitzungsschutz Die folgenden möglichen Anwendungsgebiete für fassadenintegrierte PBRen wurden mittels Literaturvergleich, rechnerischer Abschätzung und persönlicher Beurteilung untersucht und bewertet:<br />Raumluftaufbereitung, Emissionsminderung, Abwasseraufbereitung, Gewinnung von Energie in Form von Wärme und Biomasse, Wärmespeicherung, thermischer Schutz, Wärmequelle, Wärmesenke, Beschattung, Lichtstreuung, Schall-, Witterungs- und Sichtschutz, Raumabschluss, Repräsentation, didaktische Wirkung und Gestaltung.<br />Hierbei zeigten sich die Anwendung zur Gewinnung von Energie in Form von Wärme und Biomasse, zur Wärmespeicherung, zum thermischen Schutz, als Wärmequelle, als Schall- und Witterungsschutz, als Raumabschluss und zur Repräsentation als besonders vielversprechend; die Anwendung zur Raumluft- und Abwasseraufbereitung, zur Nutzung der didaktischen Wirkung und zur Gestaltung als geeignet; und zur Emissionsminderung, als Wärmesenke, zur Beschattung und Lichtstreuung und als Sichtschutz, als bedingt geeignet.<br />

The main goal of the building integration of photobioreactors (PBR) in this thesis is to extend their application areas into the field of architecture in order to improve their ratio between their cost and value creation.<br />To maximise the potential of PBR façades, there must be demand for functions providing new fields of application. However, expenses for adaption should be kept to a minimum.<br />In order to achieve optimised synergetic effects, this thesis proposes that integrating the PBR into a more expansive cycle of materials and energy will yield better results than if limited to a single building. A unit of buildings for residential and food industry purposes, combined with energy infrastructure and waste management, would together create a functional cycle, enabled by the inflows and outflows of materials and energy. This thesis will refer to such a unit as "sustainable city cell".<br />Four options for integration in the façade were initially developed. All of these were equipped with insulating glass and latent heat storage for thermal improvement. These are:<br />- the PBR wall element for frame constructions - the PBR cladding for solid constructions - the PBR double façade for acoustic improvement - the PBR "climate element" for protection against overheating The following fields of application were then analysed and evaluated based on research, calculation estimations and personal judgement:<br />ambient air treatment, emission reduction, wastewater treatment, energy production in the form of heat and biomass, heat storage, thermal insulation, heat source, heat sink, sun shading, light dispersion, noise, weather and view protection, partition, representation, didactic impact and design. Hereby, the application areas of energy production in the form of heat and biomass, heat storage, thermal insulation, heat source, noise and weather protection, partition and representation were recognised as particularly promising options; ambient air treatment, wastewater treatment, didactic impact and design as appropriate options; and emission reduction, heat sink, sun shading, light dispersion and view protection as moderately appropriate options.<br />