Thermoaktive Vorhangfassade

Ausgangs­situation

Dem Gebäude­sektor kommt beim Klima­schutz eine Schlüssel­funktion zu – 40% des End­energie­verbrauches und etwa ein Drittel der Treib­hausgas­emissionen werden durch diesen verursacht. Mehr als der Verkehrs­sektor. Dabei werden etwa zwei Drittel des End­energie­verbrauchs der Gebäude für die Heizung benötigt.

Gegen­wärtig wird das Einspar­potential von Gebäuden nur un­zureichend genutzt, lediglich etwa 30% der Potentiale werden aus­geschöpft. Um die lang­fristigen Klima­schutz­ziele erreichen zu können, müsste der Primär­energie­bedarf von Neu­bauten und sanierten Alt­bauten um die Hälfte gesenkt werden. Mit lediglich 1% ist auch die Erneuerungs­rate der Gebäude­hüllen zu niedrig.

Gebäude­fassaden haben neue Aufgaben zu erfüllen:

Ver­besserte Wärme­dämmung, Blend­schutz, Schutz vor Über­hitzung der Räume, Energie­produktion, Lüftung- & Kühlung, Schall­schutz, ästhetische Eigen­schaften wie auch Modularität im Bau und Funktio­nalität bei der Sanierung sollen die Wirtschaft­lichkeit und die Wert­erhaltung unterstützen.

In Zusammen­arbeit mit Dritten entstand der inno­vative Ansatz einer „Thermo­aktiven Vorhang­fassade“ auf Basis eines modularen Aluminium­träger-­Fassaden-­Systems. Ziel des Systems ist die Aus­rüstbar­keit von Neu- wie auch Alt­bauten bei der Unter­stützung zum Mehr- oder Energie­plushaus.

Endenergieverbrauch (in %)

  • restliche Verbraucher
  • Gebäude

Verbraucher in Gebäuden (in %)

  • andere Verbraucher
  • Heizung

Durchschnittlicher Wohngebäudewärmeverbrauch

Deutschland 138kWh/m²
Thüringen 120kWh/m²
Passivhausstandard 15kWh/m²

Der durch­schnittliche Wohn­gebäudewärme­verbrauch in Deutschland lag 2007 bei etwa 138 kWh/m² pro Jahr, in Thüringen immerhin 120 kWh/m². Das ist dennoch acht Mal mehr, als der Passiv­haus­standard der auf dem G8-Gipfel in Heiligen­damm als Welt­norm bis 2030 beschlossen wurde.

Thermoaktive Vorhangfassade

Ausgangs­situation

Dem Gebäude­sektor kommt beim Klima­schutz eine Schlüssel­funktion zu – 40% des End­energie­verbrauches und etwa ein Drittel der Treib­hausgas­emissionen werden durch diesen verursacht. Mehr als der Verkehrs­sektor. Dabei werden etwa zwei Drittel des End­energie­verbrauchs der Gebäude für die Heizung benötigt.

Gegen­wärtig wird das Einspar­potential von Gebäuden nur un­zureichend genutzt, lediglich etwa 30% der Potentiale werden aus­geschöpft. Um die lang­fristigen Klima­schutz­ziele erreichen zu können, müsste der Primär­energie­bedarf von Neu­bauten und sanierten Alt­bauten um die Hälfte gesenkt werden. Mit lediglich 1% ist auch die Erneuerungs­rate der Gebäude­hüllen zu niedrig.

Gebäude­fassaden haben neue Aufgaben zu erfüllen:

Ver­besserte Wärme­dämmung, Blend­schutz, Schutz vor Über­hitzung der Räume, Energie­produktion, Lüftung- & Kühlung, Schall­schutz, ästhetische Eigen­schaften wie auch Modularität im Bau und Funktio­nalität bei der Sanierung sollen die Wirtschaft­lichkeit und die Wert­erhaltung unterstützen.

In Zusammen­arbeit mit Dritten entstand der inno­vative Ansatz einer „Thermo­aktiven Vorhang­fassade“ auf Basis eines modularen Aluminium­träger-­Fassaden-­Systems. Ziel des Systems ist die Aus­rüstbar­keit von Neu- wie auch Alt­bauten bei der Unter­stützung zum Mehr- oder Energie­plushaus.

Endenergieverbrauch (in %)

  • restliche Verbraucher
  • Gebäude

Verbraucher in Gebäuden (in %)

  • andere Verbraucher
  • Heizung

Durchschnittlicher Wohngebäudewärmeverbrauch

Deutschland 138kWh/m²
Thüringen 120kWh/m²
Passivhausstandard 15kWh/m²

Die Idee

Auf Basis uns bekannter Pfosten­riegel­systeme mit speziellen Kammer­systemen wurde das Prinzip weiter- bzw neu entwickelt. Durch die vor­konfektionierte Bau­weise entsteht durch vereinfachte Produzier­barkeit eine hohe Wert­schöpfung und Qualitäts­sicherung. Das System ist einfach elementierbar und ebenso in Innen­bereichen denkbar.

Die Montage der Scheiben in das Rahmen­system ist flexibel, auch Photo­voltaik-­Elemente sind hierbei denkbar.

Im Grund­aufbau besteht das Fassaden­system aus vor­konfektionierten Aluminium­rahmen, Isolier­gläser und einer großen Hohl­kammer, die an den Heiz- und Lüftungs­kreislauf angeschlossen wird.

Die Isolier­glasscheiben erfüllen eine besondere Aufgabe: Sie fangen von außen Wärme­strahlung auf und isolieren auf ihrer Innen­seite. Die in der Hohl­kammer somit „gefangene“ Wärme wird über einen Luft­austausch der Nutzung zugeführt. Während das Gebäude isoliert ist, wird Wärme­strahlung durch die Sonne aufgefangen und ebenso in den Heiz­kreislauf gebracht.

Im Winter wird durch das System zusätzliche Energie durch die Sonnen­einstrahlung genutzt und gespeichert, gleichzeitig das Gebäude isoliert.
Im Sommer reguliert das System die Wärme­einstrahlung. Die entstandene thermische Energie kann hierbei über Sorptions-­Kältemaschinen bei besonders niedrigen Leistungs­bereich in Kälte umgewandelt werden und der Gebäude­klimatisierung zugeführt werden.

In Kombination mit weiterer Umwelt­technik soll ein möglichst autarker Heiz- und Kühl­betrieb realisierbar werden.

Die Idee

Auf Basis uns bekannter Pfosten­riegel­systeme mit speziellen Kammer­systemen wurde das Prinzip weiter- bzw neu entwickelt. Durch die vor­konfektionierte Bau­weise entsteht durch vereinfachte Produzier­barkeit eine hohe Wert­schöpfung und Qualitäts­sicherung. Das System ist einfach elementierbar und ebenso in Innen­bereichen denkbar.

Die Montage der Scheiben in das Rahmen­system ist flexibel, auch Photo­voltaik-­Elemente sind hierbei denkbar.

Im Grund­aufbau besteht das Fassaden­system aus vor­konfektionierten Aluminium­rahmen, Isolier­gläser und einer großen Hohl­kammer, die an den Heiz- und Lüftungs­kreislauf angeschlossen wird.

Die Isolier­glasscheiben erfüllen eine besondere Auf­gabe: Sie fangen von außen Wärme­strahlung auf und isolieren auf ihrer Innen­seite. Die in der Hohl­kammer somit „gefangene“ Wärme wird über einen Luft­austausch der Nutzung zugeführt. Während das Gebäude isoliert ist, wird Wärme­strahlung durch die Sonne auf­gefangen und ebenso in den Heiz­kreislauf gebracht.

Im Winter wird durch das System zusätzliche Energie durch die Sonnen­ein­strahlung genutzt und gespeichert, gleich­zeitig das Gebäude isoliert.
Im Sommer reguliert das System die Wärme­einstrahlung. Die entstandene thermische Energie kann hierbei über Sorptions-­Kältemaschinen bei besonders niedrigen Leistungs­bereich in Kälte umgewandelt werden und der Gebäude­klimatisierung zugeführt werden.

In Kombination mit weiterer Umwelt­technik soll ein möglichst autarker Heiz- und Kühl­betrieb realisierbar werden.

Entwicklung

Die ein­schalige Bau­weise des zu Grunde liegenden Pfosten-­Riegel­systems wurde bereits am Büro­gebäude Crispen­dorf der ALTEC Solar­technik AG erprobt. In Zusammen­arbeit mit der Energie­planung Thüringen wurde hierbei über ein Infra­net ein offener Daten­austausch eingerichtet und ein arbeits­fähiges Doppel­kammer-­Gesamtgerüst durch ALTEC entwickelt.

Parallel dazu plante die Energie­planung Thüringen eine Klima­kammer, die am entsprechenden Stand­ort eingerichtet wurde. Die Kammer simuliert Ein­strahlung in den jeweiligen Jahres­zeiten inklusive Wind­bedingungen auf der einen Seite, einen Innen­raum auf der anderen Seite – getrennt von den ersten Proto­typen der zukünftigen Vorhang­fassade.

In der Test­reihe wurden Ver­halten verschiedenster Glas­typen, Zirkulations­verhalten in der Lüftungs­kammer, verschiedene Luft­leit­bleche und Temperatur­entwicklungen mess­technisch aufgenommen, ausgewertet und verglichen.
Auf Basis dieser Unter­suchungen erfolgte die Ent­wicklung der finalen System­lösung.

Funktionsschema thermoaktive Vorhangfassade

Entwicklung

Die ein­schalige Bau­weise des zu Grunde liegenden Pfosten-­Riegel­systems wurde bereits am Büro­gebäude Crispen­dorf der ALTEC Solar­technik AG erprobt. In Zusammen­arbeit mit der Energie­planung Thüringen wurde hierbei über ein Infra­net ein offener Daten­austausch eingerichtet und ein arbeits­fähiges Doppel­kammer-­Gesamtgerüst durch ALTEC entwickelt.

Parallel dazu plante die Energie­planung Thüringen eine Klima­kammer, die am entsprechenden Stand­ort eingerichtet wurde. Die Kammer simuliert Ein­strahlung in den jeweiligen Jahres­zeiten inklusive Wind­bedingungen auf der einen Seite, einen Innen­raum auf der anderen Seite – getrennt von den ersten Proto­typen der zukünftigen Vorhang­fassade.

In der Test­reihe wurden Ver­halten verschiedenster Glas­typen, Zirkulations­verhalten in der Lüftungs­kammer, verschiedene Luft­leit­bleche und Temperatur­entwicklungen mess­technisch aufgenommen, ausgewertet und verglichen.
Auf Basis dieser Unter­suchungen erfolgte die Ent­wicklung der finalen System­lösung.

Funktionsschema thermoaktive Vorhangfassade

Thermoaktive Fassade von ALTEC Solartechnik

Modellversuch

Die finale Vorhang­fassade wurde am ALTEC-Standort in Crispen­dorf erfolgreich realisiert und erprobt. Während die ALTEC Solar­technik AG Produktion der Aluminium­bestandteile übernahm, plante die Energie­planung Thüringen die Ein­bindung des Lüftungs­systems inklusive Wärme­tauscher, Erd­wärme­speicher und Sorptions-­Kälte­maschine. Der Modell­versuch wurde dank der beständig zuströmenden empirischen Daten Basis weiterer mess­technischer Betrachtungen zur mathematisch korrekten Berechnung des Gesamtsystems.

Fassade ALTEC Solartechnik
Thermoaktive Fassade von ALTEC Solartechnik

Modellversuch

Die finale Vorhang­fassade wurde am ALTEC-Standort in Crispen­dorf erfolgreich realisiert und erprobt. Während die ALTEC Solar­technik AG Produktion der Aluminium­bestandteile übernahm, plante die Energie­planung Thüringen die Ein­bindung des Lüftungs­systems inklusive Wärme­tauscher, Erd­wärme­speicher und Sorptions-­Kälte­maschine. Der Modell­versuch wurde dank der beständig zuströmenden empirischen Daten Basis weiterer mess­technischer Betrachtungen zur mathematisch korrekten Berechnung des Gesamtsystems.

Fassade ALTEC Solartechnik