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
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
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.
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.
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.
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.
