Geometrie & Tragverhalten
Die Vorteile runder Formen gegenüber rechtwinkligen im Vergleich.
A) Die Grösse aller Flächen z.B eines Gebäudes (Dach, Wände, Boden) affektieren die Energiesumme erheblich.
Folgende Erläuterungen sollen zeigen, dass sphärische Formen bedeutende Vorteile haben in Bezug auf Oekologie, Oekonomie und Resistenz gegenüber starken Winden.:
1. Die Form der Bodenfläche
Das Verhältnis zwischen der Bodenfläche eines Gebäudes zu seinem Umfang ist ausschlaggebend für die Menge an Energieverlust (Wärme/Kälte Austausch) entlang der Fundation.
Wie in Figur 1 zu sehen ist, bildet ein Kreis ein kleineres Umfang / Bodenflächen Verhältnis als ein Quadrat, Rechteck oder zusammengesetztes Rechteck. Bei gleicher Fläche von 144m² ist ein Dom effizienter, weil er mit 42.39m weniger Umfang aufweist als rechtwinklige Grundrisse, hier im Vergleich das Quadrat mit 48.0m und das T mit 61.8m.
2. Die Form der Gebäudeoberfläche
Die äussere Form bestimmt das Verhältnis von der Bodenfläche zur Oberfläche. Je weniger Oberfläche bzw. Gebäudehülle gebaut werden muss, desto geringer sind die Investitionen.
Je weniger Flächen den Elementen ausgesetzt sind, desto weniger Energieaustausch (Wärme/Kälte) findet statt.
Wie in Figur 2 zu sehen ist, exponiert die Kuppelform weniger Oberfläche als rechtwinklige Bauformen, bei gleichen Bodenflächen.
B) Die Resistenz einer Struktur gegenüber aufprallender Luft ist verantwortlich für einen grossen Teil des Energieverbrauchs.
Die Menge der in ein Haus ein- und austretenden Energie (Kälte/Wärme) hängt von dessen Dämmung und Dichtigkeit ab.
Es kommt zu einem proportionalen Ansteigen der Energiebewegung zwischen innen und aussen, wenn sich Winde (Abkühlung) entwickeln. Je weniger Resistenz, bzw. Angriffsfläche eine Form (Dom) bietet, desto geringer wird der Luftdruck und somit der Verlust an konditionierter Luft sein, das den Aufwand an Dämmung stark verringert.
Ergänzend addieren sich die Vorteile von Oberfläche und Resistenz. Rechtwinklige Formen bilden Barrieren gegenüber angreifenden Winden und bedingen ausserdem die Entwicklung beträchtlicher Sogwirkungen auf der Oberfläche der Gebäuderückseite (pos. und neg. Windkräfte). Die Kombination dieser Kräfte bewirkt eine grössere Aufnahme von äusserer und Abgabe von innerer Temperatur und erfordern somit mehr Dämmmaterial.
Figur 3 illustriert die Verteilung der aufprallenden Luft bei einer sphärischen Form im Vergleich zu einer rechtwinkligen.
C) Durch die Luftzirkulation innerhalb einer Struktur wird der Isolationsbedarf mitbestimmt.
Wie bereits betont, ist es einerseits die Abdichtung und andererseits die Leitfähigkeit der eingesetzten Materialien für die Qualität des Mantels ausschlaggebend. Je besser der Isolationscharakter ist, desto weniger Energie wird gebraucht. Da gibt es allerdings eine Grenze, wo die Werte kaum noch verbessert werden können.
Die gekrümmte Form des Dom Hauses trägt auf natürliche Weise zu einer Luftzirkulation im Inneren bei. In einer rechtwinkligen Struktur steigt die warme Luft und bildet je nach Niveau unterschiedlich warme Schichten, die sich an der Decke stauen. Im Dom Haus steigt die Luft entlang der gebogenen Wand und zirkuliert nach unten. Die Wärme, die in die Restluft zurückströmt, hebt die Temperatur. Da es zu weniger Luftstau kommt, der gleichzeitig auch Wärmeverlust bedeutet, ist es möglich den Isolationscharakter auf die geringeren Anforderungen anzupassen. Die Voraussetzung für eine offene Luftzirkulation wird durch eine von der Hülle unabhängige Innenarchitektur erreicht, d.h. es gibt keine von den Wänden getragenen Decken bzw. Böden sondern offene Galerien.
Figur 4 zeigt das Fliessen warmer Luft innerhalb eines Dom Hauses sowie innerhalb rechtwinkliger Häuser mit einer oder zwei Etagen.
Das Tragverhalten der Bögen
Erklärung zum Unterschied der Statik einer tragenden Horizontale, Beispiele eines tragenden Bogens und eines Balkens - aus dem Buch: "Kuppeln aller Zeiten - aller Kulturen" von Erwin Heinle und Jörg Schlaich
Der Bogen nützt die Axialkräfte effizienter aus.
Folgt die Achse eines Bogens exakt der zu seiner Belastung gehörenden Stützlinie, wird er tatsächlich nur durch axiale Druckkräfte, beansprucht, also ideal. Die Druckkräfte wirken somit in jedem Querschnitt genau mittig, es gibt keine Momente und eine gleichmässige Spannungsverteilung. Dadurch kann seine Dicke konstant gehalten werden. Die ungünstige Wirkung des Eigengewichts kann aufgehoben werden.
Horizontale tragende Formen können die Axialkräfte nicht nutzen
Wegen der Biegekräfte ist das Verhältnis von Dicke des Werkstoffes zu der zu überbrückenden Spannweite sehr gross. Die Masse trägt, entsprechend dem Druck- und der Zugfestigkeit. Diese Strukturen müssen einen erheblichen Teil ihres Eigengewichts mittragen. Das muss zu der Beanspruchung durch Druckkräfte dazugerechnet werden.
