Fassaden können als Wärmewände der Solarthermie eine neue Anwendung bieten. Das zeigen eine solarthermische Jalousie und ein Streifenkollektor, die ein Forschungskonsortium im Projekt ArKol unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) entwickelt hat.
ArKol-Kollektoren heizen effizient und ästhetisch
„Das große Flächenpotenzial von Fassaden für die Wärmeerzeugung nutzen und gleichzeitig Architekten mehr Gestaltungsfreiheit geben“, beschreibt Michael Hermann, Fraunhofer ISE-Koordinator für Innovationsprozesse, das Ziel des Projekts ArKol. Solarthermische Fassaden weisen seiner Ansicht nach gegenüber der klassischen Aufdachinstallation von Sonnenkollektoren eine Reihe von Vorteilen auf: „So passt das Einstrahlungsprofil bei Heizungsunterstützung der Innenräume besser zum tatsächlichen Energieverbrauch.“ Im Winter, wenn die Sonne niedriger steht, würde eine Fassade in einem günstigeren Winkel angestrahlt als ein Dach. Sie könne daher einen höheren Ertrag liefern. Im Sommer dagegen, wenn der Wärmebedarf deutlich geringer ist und sich im Wesentlichen auf die Trinkwassererwärmung beschränkt, würden Fassadenkollektoren weniger angestrahlt. „Sie erzeugen daher weniger überschüssige Wärme, was die Materialbelastung von Kollektor und Fluid verringert und eine längere Lebensdauer ermöglicht“, erklärt Hermann. In Städten mit hohen Gebäuden stünden zudem mehr Fassaden- als Dachflächen zur Verfügung.
Um die Sonnenwärme in Fassaden effizient und ästhetisch ansprechend nutzen zu können, hat das Fraunhofer ISE multifunktionale Solarfassaden für transparente und opake Gebäudehüllen entwickelt. Als Industriepartner haben mit DAW ein Hersteller von Baubeschichtungen und mit Priedemann Façade-Lab ein auf die Fassadenentwicklung spezialisiertes Unternehmen am Projekt ArKol mitgewirkt. Außerdem das Borderstep-Institut für Innovation und Nachhaltigkeit, das Kompetenzzentrum Ausbau und Fassade und das Institut für Baukonstruktion der Universität Stuttgart beteiligt.
Solarthermische Jalousie dient als multifunktionales Fassadenelement
Verglasten Fassaden enthalten häufig Jalousien zwischen den Scheiben. In dem Zwischenraum kann sich die Luft durch die Sonneneinstrahlung auf bis zu 100 Grad Celsius erwärmen. Die neu entwickelte solarthermische Jalousie führt die überschüssige Wärme ab. Der Solarthermie-Rollo lässt sich wie ein herkömmlicher Lamellen-Sonnenschutz bewegen. Bei Bedarf lässt er sich komplett nach oben ziehen, um das Sonnenlicht durch die Glasscheiben scheinen zu lassen. „Die solarthermische Jalousie kann als multifunktionales Fassadenelement für ein angenehmes Raumklima und guten Blendschutz sorgen und gleichzeitig den Energiebedarf für Warmwasserbereitung und Klimatisierung verringern“, sagt Projektleiter Simon Häringer.
In die Lamellen des Sonnenrollladen sind Wärmerohre, sogenannte Heat-Pipes, integriert. Gleichzeitig fungieren die Lamellen als Absorber. Sie sind über eine schaltbare thermische Kopplung trocken mit einem seitlich verlaufenden Sammelkanal verbunden. Es fließt keine Flüssigkeit direkt von den Wärmerohren in den Sammler. „Dank dieses Wärmeübertragungskonzepts können die Lamellen durch einfaches Lösen des Kontakts wie herkömmliche Jalousien bewegt werden“, erklärt Häringer. Die solarthermische Jalousie eignet sich vor allem für Doppelfassaden, da sie in deren Zwischenraum vor Witterung geschützt ist.
Streifenkollektoren bieten flexible Gestaltungsmöglichkeiten
Der ebenfalls im Projekt ArKol entwickelte Streifenkollektor bietet gegenüber klassischen Bauarten ein hohes Maß an Flexibilität hinsichtlich Ausrichtung, Farbe und Größe. Er bietet sich damit laut Teilprojektleiterin Katharina Morawietz als gestalterisch attraktives Bauelement an. Die streifenförmigen Kollektoren lassen sich in unterschiedlichen Längen stufenlos auf einer Unterkonstruktion positionieren.
Übliche Fassadenbekleidungen können die Bereiche zwischen den einzelnen Kollektorstreifen in beliebiger Höhe ergänzen. „Technisch möglich wird das dadurch, dass die Wärme, die durch Sonneneinstrahlung auf dem spektralselektiv beschichteten Absorber im Kollektor entsteht, durch Wärmerohre zur Seite transportiert und dort trocken an den Sammelkanal übertragen wird“, erklärt Morawietz. Da nur der Sammelkanal von einem Solarfluid durchströmt werde, würden die einzelnen Kollektoren keinen hydraulischen Anschluss benötigen.
Die Kollektoren werden mit marktüblichen Agraffen in die Unterkonstruktion einer vorgehängten hinterlüfteten Fassade eingehängt. Das Konzept eignet sich sowohl an Neubauten als auch bei Sanierungen. „Diese Plug-and-play-Lösung erleichtert die Abstimmung der Gewerke im Bauprozess und schafft klare Schnittstellen für Installation und Haftung“, sagt Morawietz. Auch die vereinfachte Hydraulikplanung erleichtere Fassadenbauern, Stuckateuren und Malern die Umsetzung.
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