Gebäude - ästhetischer Energiesammler statt dröge Energieschleuder

(31.7.2007) Den globalen Klimawandel einzudämmen ist eine große Herausforderung für die Menschheit. Gebäude sind für rund 45 Prozent des Weltenergieverbrauchs verantwortlich. Deshalb ist es eine wichtige Aufgabe, Gebäude zu entwerfen, die neben energiesparender Bauweise auch in der Lage sind, erneuerbare Energie zu nutzen oder sogar über ihren eigenen Bedarf hinaus zu produzieren. Die Architekten und Wissenschaftler des Lehrstuhls 2 für Baukonstruktion und Entwerfen (IBK2) der Universität Stuttgart entwickeln deshalb zusammen mit Projektpartnern Fassaden für Bürogebäude mit integrierter Solarenergietechnik. Wichtig ist ihnen dabei, dass diese auch ästhetischen Ansprüchen genügen.

Ziel der Forscher ist eine aktive Fassade, die in Bezug auf Dämmung, Verschattung und aktive Nutzung solarer Baukomponenten leistungsfähiger ist als bisherige Systeme. Architektonische Gesichtspunkte wie die Gestaltung der Fassade, der Einfluss der Lichtwirkung im Innenraum und der freie Ausblick für die Gebäudenutzer stehen neben energetischen Ergebnissen und technischen Realisierungsmöglichkeiten im Vordergrund. Zudem soll das System vollständig in die Fassade integriert werden können. Die Wissenschaftler um den Architekten Prof. Stefan Behling haben eine Lösung gefunden, die diesen Anforderungen entspricht - und an Schücos E² Fassade erinnert, deren Entwicklung Prof. Behling im Übrigen auch begleitet hat (siehe Beitrag vom 6.2.2007). Die Stuttgarter Wissenschaftler verwenden in diesem Fall aber Vakuumröhren als Sonnenkollektoren, die nach dem so genannten Kammprinzip angeordnet sind. In eine Glasfassade integriert, könnten die Vakuumröhren der Firma Schott-Rohrglas GmbH unterschiedlichste Funktionen wie Energiegewinnung für ...

• eine Warmwasserbereitung und/oder
• die Raumheizung sowie
• für eine solare Kühlung übernehmen.

Sie bieten zugleich Sonnenschutz durch eine Teilverspiegelung der Röhre sowie durch die Abfuhr der anfallenden Wärme und lassen gleichzeitig durch ihre transparente Bauweise den Ausblick nach draußen und den Einfall des Tageslichtes zu. Die Röhren sollen dabei so angebracht werden, dass der integrierte Spiegel optimal zur einfallenden Strahlung ausgerichtet ist.

Messungen mit einem Modell und Simulationsrechnungen ergaben Jahresenergieerträge des Fassadensystems ...

• von bis zu 500 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr mit Bezug auf die Aperturfläche, das ist die Röhrenfläche, die die Energie absorbiert, und
• bis zu 340 kWh/(m²a) mit Bezug auf die Brutto-Fassadenfläche.

Diese Werte zeigen das viel versprechende energetische Potenzial des Fassadensystems. Je weiter der Abstand von Röhre zu Röhre ist, desto geringer fällt natürlich der Energieertrag aus, zudem beeinflusst der Röhrenabstand den Sonnenschutz und den verbleibenden Anteil an Tageslichteinfall. Großen Einfluss auf den Energieertrag hat auch der Röhrenanstellwinkel: Je stärker das Spiegelhalbrund der Röhre aus der vertikalen Fassadenposition verdreht wird, desto mehr Solarstrahlung wird auch bei höheren Sonnenständen empfangen. Der Vorteil bewirkt, dass das Fassadensystem mit Vakuumröhren bei Bezug auf Aperturfläche einen um rund 35 Prozent höheren Energieertrag als eine effiziente Flachkollektor-Fassade erbringt. Die Forscher entwickeln nun einen funktionsfähigen Prototyp, bei dem die Zu- und Ableitungen in die Fassadenpfosten integriert sind.