Solarthermie in der Fassade

Gebäude sind für ca. 45 % des Weltenergieverbrauchs und somit auch für einen Großteil des CO2-Ausstoßes verantwortlich. Eine Klimakatastrophe kann nur abgewendet werden, wenn auch Gebäude weniger Energie verbrauchen, in der Lage sind erneuerbare Energien zu nutzen und im besten Fall über ihren eigenen Bedarf hinaus Energie produzieren. Dieser Paradigmenwechsel wird nur zeitnah eintreten, wenn einem signifikanten Teil der industrialisierten Welt eine attraktive Alternative mit Vorzügen gegenüber bisherigen Systemen zur Verfügung gestellt wird. Tausende von wahllos auf Dächer montierte Photovoltaik oder thermischen Solar Kollektoren sind abschreckend und werden der Einführung Erneuerbarer Energien langfristig schaden. Solares Bauen ist nicht nur ein technisches, sondern vor allem auch ein architektonisches Thema.

Das Institut für Baukonstruktion und Entwerfen, Lehrstuhl 2 und das IBK Forschung + Entschiklung der Universität Stuttgart beschäftigt sich seit über einem Jahrzehnt mit der Konzeption und der Durcharbeitung innovativer Komponenten für Gebäude. Der integrative Ansatz ist stets ein wesentlicher Faktor um die Leistungsfähigkeit zu steigern.

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Fassadenbauteils, welches die Funktionen Sonnenschutz, Energiegewinnung und Tageslichtnutzung übernimmt und in Fassadensysteme vollständig integriert und flexibel angewandt werden kann. Wichtig ist hierbei, eine einwandfreie technische Funktion, hohe Zuverlässigkeit, Wartungsfreundlichkeit und flexible Gestaltungsmöglichkeiten mit hoher architektonischer Qualität zu verbinden. Gestalterisch soll somit eine ganz neue Art von Kollektorfassade entstehen, die bei gleichzeitiger Gewinnung von Energie freie Ausblicke für die Büromitarbeiter nach außen bzw. den Lichteinfall von außen nach innen erlaubt.

Die auf dem Markt verfügbaren Vakuumröhrenkollektoren sind bisher für den Einsatz auf dem Dach konzipiert. Der Sammler aus Kupfer befindet sich in einer gedämmten Verkleidung aus Aluminium, die eine mögliche Integration in die Fassade unmöglich macht. Bei der Dachmontage des Kollektors ergibt sich eine Verlustfläche. Die Fugen zwischen den Röhren sind energetisch nicht nutzbar. Beim Einbau in die Fassadenfläche werden 100% der auftreffenden Solarstrahlung genutzt. Gleichzeitig ermöglicht der Abstand zwischen den Röhren die gewünschte Teildurchsicht von innen nach außen bzw. umgekehrt.Im Laufe der Untersuchungen kristallisiert sich immer mehr heraus, dass aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten eine Anpassung der Rohrlängen an verschiedene Büroraster nicht passieren wird. Um dieses Problem umgehen zu können, wurde eine Art "Kammprinzip" entwickelt.

Im vertikalen Raster der Glasrohre wird nur jede zweite Achse belegt. Verschiebt man diese um ein Höhenraster zueinander, so kann man den Abstand der integrierten Pfosten frei von einander wählen. Die Veränderung des Pfostenabstandes drückt sich in dem Maß der Überschiebung der von links und rechts kommenden Glasrohre aus. Dies bedeutet, dass an den Fassadenpfosten nur in jedem zweiten Höhenraster eine Vakuumröhre angeschlossen wird, dafür aber beidseitig. Mit dem entwickelten "Kammprinzip" kann die Systemfassade auf jedes beliebige Büroraster angepasst werden. (Abbildungen dazu, die Erklärung vereinfachen)

Das bereits erläuterte "Kammprinzip" muss weniger technisch als optisch überprüft werden. Zu diesem Zweck wurde ein Fassaden mock-up mit "Kammprinzip" im Maßstab 1:1 gebaut. Der Prototyp wurde am ITW in Stuttgart vermessen und im Oktober 2008 auf der glasstec in Düsseldorf ausgestellt.

 

Laufzeit: 2009 - 2010
IBK2
Solites - Forschungsinstitut für solare und zukunftsfähige thermische Energiesysteme

 

Vermessung Prototypen:

Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik der Universität Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. H. Müller

 

Lichttechnische Vermessung:

FGHK der TU München
Prof. Dr.-Ing. Tina Wolf

 

Indstriepartner:

Ritter Energie- und Umwelttechnik GmbH & Co. Kg
Karlsbad

Frener & Reifer Metallbau GmbH
Brixen, Italien

Wicona / Hydro Building Systems GmbH
Ulm

Metallbau Früh GmbH
Umkirch

 

Fördermittelgeber und Projektorganisation:

Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit

Forschungszentrum Jülich GmbH

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