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Wenn wir den Begriff Windenergie hören, dann denken wir wohl als allererstes an die großen Windräder, welche wirkmächtig immer mehr unsere Landschaften dominieren. Aber man kann Windenergie auch ganz anders nutzen, eine Energienutzung im Sinne des Simple Smart Buildings. Und da gilt es, den Blick über unsere Grenzen hinaus zu werfen. Eine der Strategien der Simple Smart Buildings ist ja die, dort hinzuschauen, wo die Probleme, welche gerade auf uns zukommen oder bei uns aufzutreten beginnen, wo diese Probleme schon lange vorherrschen und welche Strategien die Menschen dort entwickelt haben, um diese Probleme zu lösen und welche dieser Strategien aufgegangen sind. Und ob eine Strategie aufgegangen ist, sieht man ganz einfach daran, wie lange sich die Lösung in der Realität hält. Und da lohnt sich der Blick in den Nahen Osten, wenn es darum geht, die Überhitzung von Gebäuden klug zu bewältigen. Es gibt im vor allen Dingen persischen Bereich den sogenannten Badgir. Der übersetzt so viel wie Wind-Fänger bedeutet, ein Wind Turm. Das ist ein Bau Typus, dessen Entwicklung sich aufgrund schriftlicher Quellen bereits im alten Ägypten fixieren lässt, der dann von der persischen Architektur rezipiert wurde und sich dann in weiterer Folge über den ganzen arabischen Raum, über den islamischen Raum verbreitet hat. Diese Windtürme sind, so denke ich ein sehr interessantes und kluges System. Ein Ansatz wie man die Windenergie simple smart nutzen kann. Um dieses System zu erklären, glaube ich, ist es fast am geschicktesten, dass man mit dem Kamin beginnt, dass man mit der Kamin Wirkung beginnt.

Dieser Kamin, das ist eines dieser Elemente des Badgir. Also, es ist einerseits der Kamin und dann kommen noch zwei weitere Effekte dazu. Das ist einerseits der Staudruck des Windes und in weiterer Folge die Anwendung adäquater Kühl-Prozesse. Aber zuerst einmal zum Kamin. Wie funktioniert ein Kamin? Wir kennen ja Kamine als Rauchfang, wo, wenn wir einheizen oder Rauch, die Abgase, die im Ofen entstehen, über Dach ausgeleitet werden. Wir heizen im Regelfall im Winter. Und da ist die Situation so: Die Außenluft ist kalt. Der Kamin, der sich ja zu einem großen Teil im Gebäude befindet und der ja durch die heißen Rauchgase durchströmt wird. Der Kamin ist warm. Es besteht also eine Temperaturdifferenz zwischen dem Kamin und der Außenluft. Ist die Temperaturdifferenz so, dass der Kamin, das Mauerwerk des Kamins wärmer ist, so erwärmt sich natürlich auch die Luft im Inneren des Kamins. Wenn sich die Luft erwärmt, entfernen sich die Moleküle voneinander und das spezifische Gewicht des Gases sinkt, das heißt die Luft. Die Gase im Kamin werden leichter, die sind leicht als die umgebende Luft. Also steigen die Gase im Kamin auf und es entsteht eine Bewegung von unten nach oben. Dieser Effekt kann aber im Sommer genau umgekehrt sein: Wenn ein Gebäude gut gekühlt ist, das Mauerwerk des Kamins gut kühl ist, dann ist natürlich die Luft im Kamin kühler als die heiße Außenluft der Umgebung. Und dann geschieht natürlich genau der umgekehrte Effekt Dann sinkt die Luft im Kamin ab, weil die kalte Luft im Kamin dichter und damit schwerer ist als die Umgebungsluft.

Dieser Kamin, das ist eines dieser Elemente des Badgir. Also, es ist einerseits der Kamin und dann kommen noch zwei weitere Effekte dazu. Das ist einerseits der Staudruck des Windes und in weiterer Folge die Anwendung adäquater Kühl-Prozesse. Aber zuerst einmal zum Kamin. Wie funktioniert ein Kamin? Wir kennen ja Kamine als Rauchfang, wo, wenn wir einheizen oder Rauch, die Abgase, die im Ofen entstehen, über Dach ausgeleitet werden. Wir heizen im Regelfall im Winter. Und da ist die Situation so: Und dann entsteht natürlich an der Stelle an der Oberseite des Kamins durch das Einsinken der kalten Luft ein Unterdruck, und dieser Unterdruck zieht die Luft nach, sodass die warme Luft von außen, von oben durch den Kamin strömt und so, wenn unten der Kamin geöffnet ist, die kalte Luft förmlich unten ausrinnt. Also sie wird kalt, weil sie natürlich im Kamin abgekühlt wird. Sie entzieht dem Mauerwerk des Kamins Wärme. Wenn der Prozess weitergeht, dann wird natürlich das Mauerwerk des Kamins immer wärmer und der Effekt des Absinken wird immer schwächer. Das gilt es auch bei diesen Systemen natürlich immer zu berücksichtigen. Diese Temperatur Gefälle und dieses Wissen gilt es klug einzusetzen. Also das ist einmal die Kamin Wirkung, die zum selbst regulierten Durchströmen eines Kamins eines senkrechten Schachtes genutzt werden kann. Der zweite Effekt und das steckt jetzt viel mehr im Namen in Fänger drinnen, das ist der Staudruck. Das heißt, wenn der Wind; Stellen wir uns jetzt einmal den Wind horizontal wehend vor. Wenn dieser Wind eine gebaute Fläche, die Wand eines Gebäudes oder die Wand eines Turms anströmt, entsteht natürlich durch dieses Anströmen ein Druck und die Luft staut sich an dieser Fläche. Das kann man insofern klug nutzen, indem man an der Oberseite des Kamins eine Fläche anbringt, die 45 Grad schräg geneigt ist. Das heißt, der Wind strömt an diese schräge Fläche waagrecht an, wird durch die Schrägstellung in die Senkrechte umgeleitet, das heißt der Wind wird eingefangen, wird in den Kamin gepresst und das kann sogar gegen die zuvor beschriebene Kaminwirkung stärker sein.

Dieser Kamin, das ist eines dieser Elemente des Badgir. Also, es ist einerseits der Kamin und dann kommen noch zwei weitere Effekte dazu. Das ist einerseits der Staudruck des Windes und in weiterer Folge die Anwendung adäquater Kühl-Prozesse. Aber zuerst einmal zum Kamin. Wie funktioniert ein Kamin? Wir kennen ja Kamine als Rauchfang, wo, wenn wir einheizen oder Rauch, die Abgase, die im Ofen entstehen, über Dach ausgeleitet werden. Wir heizen im Regelfall im Winter. Und da ist die Situation so: Und das kennen wir ja auch bei unseren Rauchfängen das manchmal auftritt zu Beginn des Einheizen. Schwierig ist, wenn entsprechend der Wind in den Rauchfang hinein bläst und den Rauch, was natürlich ein sehr unerwünschter Effekt ist, aus dem Ofen heraus ins Zimmer drückt. Diesen Effekt kann man natürlich ganz gezielt einsetzen und jetzt geht es bei diesen Badgirs natürlich in eine nächste Entwicklungsstufe. Man hat eben nicht nur einen Schacht wie bei unseren Kaminen, sondern die Grundausstattung eines Badgirs sind zwei Schächte und das ist ein Schacht, der in Windrichtung steht, wo der Wind eingeleitet wird und ein zweiter Schacht, der im Lee steht, also auf der windabgewandten Seite, dort, wo die Luft ausgeleitet wird. Dieses Prinzip funktioniert, wenn es eine Windrichtung gibt, also wenn der Wind immer von einer Seite oder fast immer, was bei uns so als die Wetter Seite bezeichnet wird. Also wenn der Wind im Regelfall hauptsächlich von Westen weht, dann ist es natürlich sinnvoll, diesen Badgir hier so auszurichten, dass die Einströmöffnung, die Windfangöffnung eben an der windzugewandten Seite, im Luv gebaut wird und die Ausströmöffnung auf der Leeseite, auf der windabgewandten Seite. Da gibt es aber dann Weiterentwicklungen und wir finden hochentwickelte Badgirs, die dann aus vier oder sogar acht Schächten bestehen, wo man dann zwei bzw. vier verschiedene Windrichtungen nutzen kann.

Dieser Kamin, das ist eines dieser Elemente des Badgir. Also, es ist einerseits der Kamin und dann kommen noch zwei weitere Effekte dazu. Das ist einerseits der Staudruck des Windes und in weiterer Folge die Anwendung adäquater Kühl-Prozesse. Aber zuerst einmal zum Kamin. Wie funktioniert ein Kamin? Wir kennen ja Kamine als Rauchfang, wo, wenn wir einheizen oder Rauch, die Abgase, die im Ofen entstehen, über Dach ausgeleitet werden. Wir heizen im Regelfall im Winter. Und da ist die Situation so: Und jeweils so wie der Wind strömt, strömt er dann genau in den Schacht ein, der zum Wind hin ausgerichtet ist. Aber da sind wir natürlich dann schon bei komplexeren Systemen. Dann geht es aber weiter und dann kommen wir zur Nutzung von physikalischen Effekten, die als das sogenannte Bernoulli Paradoxon oder auch als der Effekt bekannt ist, der für das sogenannte Venturi Rohr verwendet wird. Das ist, wenn Flüssigkeiten oder Gase ausströmen und im Strömungskanal eine Verengung stattfindet, dann erhöht sich dort, wo der Strömungskanal verengt ist, die Geschwindigkeit. An der Stelle, wo die Strömungsgeschwindigkeit steigt, dort sinkt der Druck ab. Dieses Phänomen kann natürlich ganz gezielt dazu genutzt werden, um bewusst Unterdruck zu erzeugen. Und mit Unterdruck kann man natürlich dann die Luft in ganz bestimmte Bereiche des Hauses ziehen. Also das heißt, wenn wir Schächte haben, in denen Unterdruck herrscht, dann saugen die die Luft weg. Also auch das ist noch ein Effekt, der bei diesen sehr, sehr klug konstruierten Windtürmen eingesetzt wird. Und dann gilt es natürlich, die Temperaturunterschiede des Tages zu nutzen. Im Regelfall ist es ja so, dass man den Windturm zum Kühlen verwendet, das heißt man sucht die warme Außenluft, die warme Luft des Tages in diesem System abzukühlen. Und das funktioniert durch die Speichermasse des Windturms. Und es gibt jetzt natürlich immer diese äußere Gestalt, dieser Windtürme. Da ist ja der Name Turm. Das stimmt schon, die kann man sich so vorstellen, ja, teilweise wie der Kirchturm einer kleineren Landkirche. Und diese Türme besitzen natürlich entsprechend große Speicher-Masse. Und durch diese Speicher-Masse gelingt es letztlich die Temperatur maximal um zwölf Stunden zu verschieben. Das heißt wir können letztlich die Kühle der Nachtluft in der Mauermasse in der Bauwerksmasse dieses Windturms einspeichern. Das ist letztlich eine Frage der Berechnung. Zu schauen, wie viel Wind strömt durch? Wie groß ist meine Öffnung? Wie viel Energie kann ich in das System eintragen? Wie viel kühle Energie steht mir in der Nacht zur Verfügung? Und das zweite, die zweite Überlegung, die hier natürlich ganz maßgeblich ist, sind die Baustoffe. Denn diese Windtürme im Orient sind natürlich in erster Linie aus Lehm errichtet. Also wenn man sich die anschaut, das sind ja einerseits auch wunderschöne Objekt. Ich finde, ich habe zu Beginn dieser Episode von diesen wirkmächtigen Windrädern gesprochen, die die Landschaft beherrschen. Wenn man sich jetzt einerseits Bilder dieser Windräder ansieht und Bilder dieser Windfänger, dieser Badgirs, da denke ich schon, das sieht man auf den ersten Blick, was schön ist und was man eigentlich lieber stehen haben möchte. Das ist jetzt ein Gedanke, aber wenn unsere Windräder deutlich größer als die Kirchtürme werden, dann denke ich, stimmt irgendwas in der Maßstäblichkeit nicht mehr. Aber das ist jetzt ein Nebengedanke. Diese aus Lehm errichteten Windtürme, da haben wir, und das gefällt mir so gut; Da ragen aus der Fassade horizontale Hölzer. Es ist sieht fast so aus, als wenn Zahnstocher in diesem Bauwerk stecken und das sind die Träger sogenannter Kraggerüste. Eine Gerüstform, die übrigens bei uns auch bis in die mittlere Neuzeit durchaus üblich war, dass man nicht, wie es heute üblich ist, ein stählernes Gerüst für ein Gebäude aufstellt, sondern dass man einfach während des Mauer-Vorgangs Hölzer in die Wand einbaut, welche dann vielleicht einen Meter [und] 20 [Zentimeter] aus der Wand herausragen. Dann mauert man weiter. Dann sind diese Hölzer natürlich sehr fest im Mauerwerk verbunden und dann kann man auf die einfach Pfosten auflegen und so sich draufstellen und hat so die Gerüstebene mitgebaut. Bei uns war es üblich diese Kraggerüste dann, wenn die Mauer verputzt wird; und da wurde von oben nach unten verputzt, dann sukzessive wieder abzubauen. Bei diesen orientalischen Badgirs, da sind die Gerüst Hölzer diese Hölzer stecken geblieben, so dass man jederzeit, sobald es erforderlich ist, einfach wieder ein Gerüst aufbauen kann. Einfach die Gerüst Pfosten auflegen und an der Fassade arbeiten. Also ein sehr, sehr effektives System. Und ich finde es ja auch sehr spannend vom Optischen, dass man auch zeigt, wie ein Objekt zu warten ist. Also auch einerseits dies, diese Spannung zwischen der fertiggestellten, sehr plastisch bildnerisch wirkenden Gestalt des Objekts und dann diese ganz, ganz feinen Kraghölzer oder proportional feinen Hölzer, welche dann aus der Fassade herausragen. Also das finde ich einen sehr, sehr spannenden Gegensatz, ein sehr, sehr schönes Bild. Rein vom praktisch her kann man natürlich; Lehmbau ist eine doch so einfach erlernbare Kulturtechnik und Lehm ist so gut beherrschbar, dass hier die meisten Menschen in der Lage sind, die erforderlichen Wartungsarbeiten selbst durchzuführen.

Aber es ist nicht nur die Qualität der Wartbarkeit dieser Lehm Objekte. Es gibt da einen, denke ich, für die Funktion, für die Kühlfunktion noch viel wichtigeren Effekt und das ist die Porosität des Mauerwerks. Das gilt übrigens auch für Kalk. Lehmputze wie auch Kalkputze besitzen diese Porosität. Und wenn jetzt dieses Objekt einerseits aus Lehm oder aus Kalk verputzten Mauerwerk besteht und auch innen einen Lehm Putz oder einen Kalk Putz besitzt, so hat diese Mauerwerksstruktur und diese Oberflächenstruktur eine sehr hohe Porosität. Und mit dieser Porosität ist noch ein zusätzlicher Effekt möglich und das ist das spannende Phänomen der Kapilar-Kondensation. Es gibt also in der Kapillare, das sind diese feinen Haar Röhrchen, da herrschen ja andere physikalische Gesetze als in unserem Makrobereich. Es gilt aber diesen Grundsatz. Prinzip ist, es gibt immer ein Strömen von warm zu kalt und es gibt immer das Strömen von den großen zu den kleinen Kapillaren. Und da passiert jetzt folgender Effekt: Wenn eben in der Nacht durch die kühle Nachtluft jetzt der Badgir durchströmt wird, dann kühlt ja die Oberfläche an der Innenseite ab. Dann ist ja die Oberfläche kühler als der Kern des Mauerwerks. Und im ganzen System - und besonders Lehm kann das besonders gut - ist Feuchtigkeit gespeichert und es gibt natürlich auch im Inneren des Bauteils einen Dampfdruck.

Wenn aber jetzt die Oberfläche innen kälter ist, gibt es automatisch einen Dampf Strom von warm nach kalt. Und sobald jetzt dieser Dampf Strom in die oberflächlichsten Kapillaren kommt, kondensiert der Wasserdampf dort in diesen oberflächlichen Kapillaren und durch befeuchtet die Oberfläche des Innenputzes des Schachtes. Und jetzt können Sie sich schon, glaube ich, gut vorstellen: wärmere Luft als die Oberfläche durchströmt dieses System. Diese Luft hat noch die Möglichkeit, Feuchtigkeit aufzunehmen. Und in genau diesem Moment, wenn eben das in den Kapillaren kondensierte Wasser von der Luft aufgenommen wird, entsteht sogenannte Verdunstungs-Kälte. Das Phänomen der adiabaten Kühlung und die einströmenden Luft wird durch diesen Effekt noch zusätzlich gekühlt. Also das sind alles Dinge die hier zusammenspielen, die Speichermasse, das Material, die Kapillaren. Und wenn man es jetzt so im Weiten durchdenkt, ein hochkomplexes System, aber ein hochkomplexes System, wo ich keine Elektronikspezialistin brauche, die das reparieren kann, wenn ich da jetzt wieder den Gegenentwurf unserer Windräder stelle, das sieht ja ganz anders aus. Wer ist schon in der Lage, ein Windkraftwerk zu reparieren? Wer ist in der Lage ein Windkraftwerk herzustellen? Einen Badgir aus Lehm. Den kann ich mit lokalen Wissen mit lokalen Fertigkeiten herstellen und warten. Seine Lebensdauer, das ist belegt, das sind mehrere 100 Jahre. Ich glaube nicht, dass in mehreren 100 Jahren die heute von uns errichteten Windkraftanlagen noch Bestand haben werden. Es ist auch, denke ich, ein ganz anderer Zugang.

Wenn aber jetzt die Oberfläche innen kälter ist, gibt es automatisch einen Dampf Strom von warm nach kalt. Und sobald jetzt dieser Dampf Strom in die oberflächlichsten Kapillaren kommt, kondensiert der Wasserdampf dort in diesen oberflächlichen Kapillaren und durch befeuchtet die Oberfläche des Innenputzes des Schachtes. Und jetzt können Sie sich schon, glaube ich, gut vorstellen: Wir können natürlich auch mit einer Windkraftanlage elektrische Energie herstellen, mit dieser elektrischen Energie ein Kühlaggregat betreiben, eine Wärmepumpe betreiben. Aber eigentlich forme ich die Energie ständig um und ich denke, bei jeder Umformung wird der Komplexitätsgrad höher und es findet natürlich auch immer ein Energieverlust statt. Wenn ich jetzt diese simple, smarte Anlage, des Windturms verwende, dann nutze ich ja den Wind, die Luft, so wie sie ist. Da brauche ich keinerlei technisch komplexe Veränderungen, sondern ich nutze letztlich Eigenschaften der Materialien, die dann selbstregulierend, je nach Temperatur-Differenzen, je nach Anström-Richtung des Windes selbst, ohne menschliches oder geringes menschliches Zutun, die gewünschten Effekte erzielen. Das menschliche Zutun besteht bei diesen Wind Turm Anlagen letztlich darin, dass man bei ganz bestimmten Situationen ganz bestimmte Öffnungen verschließt oder eben öffnet. Und das ist Erfahrungswissen, was ich jetzt mit physikalischen Hintergrund beschrieben habe. Das war ja den Errichtern diese Objekte, so wie es wir jetzt verstehen, naturwissenschaftlich, nicht bekannt. Aber sie wussten, dass es funktioniert und sie wussten, und auch dieses Wissen wurde natürlich über Generationen weitergegeben, wie man das System bedient und wie man dieses System wartet. Dann gibt es noch einen weiteren Effekt, der bei diesem Kühlsystem und natürlich ist. Jetzt sind die Räume des Hauses durch Schächte mit diesen Badgirs verbunden. Und da gibt es natürlich auch einen ganz wichtigen Faktor in diesen orientalischen Häusern. Das sind ja Hofhäuser. Das ist das Prinzip des Atrium-Hauses. Also nicht wie unser Haus, das in die Mitte des Grundstücks gebaut ist und von einem Garten umgeben ist, sondern diese Objekte sind an die Grundstücksgrenzen gebaut, und in der Mitte ist dieser Hof und der Hof ist begrünt. Und dieser begrünte Hof erzeugt natürlich auch entsprechende Verdunstungskälte oder die Pflanzen des begrünten Hofes erzeugen diese Verdunstungskälte, diese Art der Kälte und das in Kombination mit dem Badgir. Das schafft dann wirklich das gute Kühle im Raumklima. Es gibt ein, vielleicht jetzt noch ergänzend, es ist Standard in diesen Innenhöfen, sofern das Wasser verfügbar ist, dass es da natürlich auch einen Brunnen gibt, ein Brunnen, der rinnt, wo natürlich auch hier noch zusätzliche Verdunstungskälte entsteht. Jetzt gibt es aber viele Beispiele, wo das System Badgir noch einmal erweitert wird, und zwar mit einem sogenannten Qanat verbunden wird. Auch der Qanat ist ähnlich wie der Badgir ein eigentlich uraltes technisches System, quasi, das sind unterirdische Bewässerungskanäle. Die werden meistens in hügeligen Regionen angelegt, wo unterirdisch, vom Grund des Brunnens führt nicht nur ein vertikaler Schacht nach oben, sondern ein Schacht horizontal, oder besser gesagt mit leichtem Gefälle nach unten führt ein [Stollen] horizontal weg und dieser horizontale [Stollen] geht oft über mehrere Kilometer, bis er dann eben, wenn der Hügel abfällt, irgendwann einmal an die Oberfläche kommt. Und dort wird dann das austretende Wasser zur Bewässerung der Felder genutzt. Also man holt sich aus den Hügeln, aus den Bergen unterirdisch das Wasser, um es dann auf die Felder zu leiten.

Wenn aber jetzt die Oberfläche innen kälter ist, gibt es automatisch einen Dampf Strom von warm nach kalt. Und sobald jetzt dieser Dampf Strom in die oberflächlichsten Kapillaren kommt, kondensiert der Wasserdampf dort in diesen oberflächlichen Kapillaren und durch befeuchtet die Oberfläche des Innenputzes des Schachtes. Und jetzt können Sie sich schon, glaube ich, gut vorstellen: Aber jetzt gibt es eben nicht nur diesen mehr oder weniger horizontalen Stollen mit leichtem Gefälle nach außen und den vertikalen Schacht dort, wo die Quelle ist, sondern es gibt mehrere vertikale Schächte, die im Verlauf des Qanats immer wieder von oben nach unten zu dem unten fließenden Wasser führen, um auch an diesen Stellen Wasser entnehmen zu können. Und jetzt gibt es tatsächlich Systeme, wo über diesen Schächten zum Qanat Badgirs errichtet sind. Es ist das System dann so komplex das in einem Badgir hier die Luft eingeleitet wird, dann wirklich nach unten in den Qanat strömt und dann horizontal über das dort fließende Wasser streicht und erst beim nächsten Schacht wieder nach oben in den zweiten Badgir geleitet wird und von dem aus ausströmt. Vorher wird es natürlich durch das Haus geleitet, das heißt man nutzt zusätzlich auch noch die Verdunstungskälte des unterirdisch im Qanat fließenden Wassers. Und das denke ich, ist wirklich ein faszinierendes Modell, wie man zwei kluge, simple, smarte Systeme noch miteinander verbindet. Und da denke ich, kann man wirklich sehr viel lernen, wie wir unsere Probleme in der Zukunft lösen können. Wir können uns wirklich diese bewährten Systeme aus heißen Regionen sehr gut anschauen. Wir haben jetzt das physikalische, das bauliche Wissen, warum die gut funktionieren. Und wir können mit unseren Ressourcen, mit unserem Wasserreichtum diese Systeme noch optimieren. Und ich persönlich sehe im klugen Einsatz solcher Systeme unglaubliches Zukunftspotenzial, wie wir sehr, sehr energieeffizient angenehm gekühlte Häuser schaffen können.