Multifunktionale Energiefassaden - IKZ

SON N EN EN ERG I E
Solarfassaden
Multifunktionale Energiefassaden
Eine Symbiose aus Architektur und Energiegewinnung
Aufgrund der anhaltend steigenden Energiepreise, Ressourcenbegrenzung und zunehmenden Umweltbelastung nimmt das energieoptimierte Bauen sowie die nachhaltige Energieversorgung einen wachsenden Stellenwert ein. Die Frage, welche Rolle die Gebäudehülle und speziell die Fassaden bei der Energieversorgung übernehmen kann, rückt bei Architekten, Bauherrn und Fachplanern
bereits in der Vorentwurfsphase zunehmend in den Mittelpunkt.
Das Marktsegment für fassadenintegrierte
Solarthermie, Heiz-, Kühl-, Wärmerückgewinnungs- sowie Be- und Entlüftungskomponenten verzeichnet eine steigende
Nachfrage. Neben den gebäudeintegrierten
PV-Fassaden (GIPV-Fassaden) werden zunehmend auch multifunktionale Fassaden
mit dezentral und modular integrierten
HKL-Technologien eingesetzt.
Im Bereich der architektonischen und gebäudetechnischen Konzeption von Verwaltungs- und anderen Objektbauten zeichnet
sich zunehmend eine Trendwende über die
architektonische Funktion hinaus zur
ganzheitlichen Energie- und Klimakonzepten ab. Die Tendenzen gehen dazu über,
die Investitions- und Betriebskosten zu
senken und den Aufwand sowie die Raumkubatur der Energiezentralen, Durchbrüche und Schlitze für Energietrassen auf ein
Minimum zu reduzieren.
Fassadenintegrierte Solarsysteme (Solarthermie und Photovoltaik) sowie multi-
es aber sein, die TGA-Komponenten nicht
nur funktional effizient und konstruktiv
richtig in die Gebäudehülle zu integrieren,
sondern dass diese Bauteile auch ästhetisch wirksam in ein architektonisches Gesamtkonzept eingebunden werden.
An der Gebäudehülle angeordnete solartechnische Systeme bilden ein wichtiges
Element des solaren Bauens und avancieren zwischenzeitlich zum Bestandteil
energieeffizienter Gebäude. Die am Markt
erhältlichen Systeme stehen für Effizienz
wie auch für Eleganz. Zudem sehen etliche
Architekten, Bauherren und Investoren die
Investition als innovative Produkte an, wobei die Integration als ein Symbol für den
technischen Fortschritt (Imagepflege) angesehen wird.
GESTALTUNGSELEMENTE MIT
FASSADENINTEGRIERTER SOLARTHERMIE
Bei der gebäudeintegrierten Solarthermie
(Flächen-, Vakuumröhren- oder CP-Kollektoren sowie Luftkollektoren) müssen, wie
bereits zahlreiche Designerpreise verdeutlichen, neben den rein quantitativen Zielsetzungen auch qualitative Ansprüche
erfüllt werden. Zur Integration von fassadenintegrierten Solarkollektoren bieten
sich großflächige Büro- und Verwaltungssowie Industriegebäude, aber auch Mehrfamilienhäuser an.
Die Isolar-Energy Glas, Wolfhagen, stellt
mit der „Sonnenfassade“ eine Neuentwicklung in Form eines fassadenintegrierten
Vollglassolarkollektors vor. Aus einem 3Fassadenintegrierter Kollektor „Ritter XL Sofach-ISO wurde ein Isolierglas-Solarkolleklar“.
tor konstruiert, der in konventionellen
Bild: Ritter Energie- und Umwelttechnik
Fassaden- und Fensterelemente montiert
werden kann. Der Absorber wurde hierbei
funktionale und dezentrale TGA- komplett in den ISO-Verbund integriert.
Modulkomponenten können ein architekto- Der fassadenintegrierte Solarthermiekollenisch attraktives und zudem wirtschaftlich tor „XL-Solar“ von Ritter Energie- und Umprofitables Ergebnis bewirken. Die Multi- welttechnik, Dettenhausen, sammelt das
funktionalität unterstreicht hierbei auch Sonnenlicht vor der Fassade und verschatdie Modernität der Architektur. Ziel muss tet die angrenzenden Räume vor der direk-
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ten Sonneneinstrahlung. Ein in die
Fassadenprofile integriertes Rohrsystem
führt die gewonnene Solarwärme auf kurzen Wegen dem Gebäude zur Brauchwarmwassererwärmung
und
zur
Heizungsunterstützung zu.
Der von Hydro Building Systems, Ulm, in
Kooperation mit der Ritter Energie- und
Umwelttechnik entwickelte Fassadenkollektor „CPC Office/System Wicona“ wurde
als ästhetisch und konstruktiv integraler
Bestandteil eines Bürofassadensystems
(„Wicona“) mit dem Designer Award der
Intersolar 201 0 ausgezeichnet. Die wichtigen technischen Aspekte wie visuelle
Transparenz, gleichmäßige Raumausleuchtung, Wärmeschutz und Sonnenschutz werden in diesem Produkt
kombiniert.
Der Fassadenkollektor „CPC Office/System
Wicona“ stellt konstruktiv eine echte Systemintegration dar und ist modular auf
große Fassaden adaptierbar. Er besitzt aufgrund der verwendeten CPC- Vakuumröhren eine sehr hohe Effizienz, wodurch die
Kühllast der angrenzenden Räume reduziert wird.
Der Kollektor sammelt das Sonnenlicht vor
der Fassade und schirmt die angrenzenden Räume vor direkter Sonneneinstrahlung ab. Aufgrund der geringen
Wärmeverluste kann Solarwärme mit hoher Temperatur (60 bis 90 °C) erzeugt
werden, die dann über das in die Fassadenprofile integrierte Rohrsystem auf kurzen Wegen dem Gebäude zur Verfügung
gestellt wird. Der solar erzeugte Wärmegewinn kann zur Brauchwarmwasser- und
Heizungsunterstützung aber auch zur solaren Kühlung verwendet werden.
Ein geringer Anteil des Sonnenlichts
dringt durch die Perforation des CPC-Reflektors ins Gebäude und ermöglicht eine
gleichmäßige blendarme Raumausleuchtung sowie visuelle Transparenz für den
Nutzer. Durch die geeignete Wahl der Per-
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foration des Spiegels wird einerseits der für Bürogebäude
wichtige Sonnenschutz, andererseits die hohe Effizienz des
Kollektors sichergestellt.
Die hoch wärmegedämmte
Glasfassade sorgt für geringen
Energieverbrauch während der
Heizperiode. Die zu öffnenden
Fensterflügel der Fassade ermöglichen eine freie Belüftung
und eine einfache Reinigung
der Glasflächen.
SOLARLUFTKOLLEKTORFASSADE
Bei den unterschiedlichen Systemvarianten von Solarthermieanlagen von Grammer Sola
werden in der Regel Flachkollektoren und Hochleistungs-Vakuumröhrenkollektoren
verwendet. Diese Kollektortypen verwenden ein Wasser-Glykol-Gemisch
als
Wärmeträgermedium. Weniger
verbreitet sind dagegen die
luftdurchströmten Kollektoren,
die u. a. auch sehr effizient in
der Raumluftvorwärmung verwendet werden. Der Raum wird
bei luftgeführten Solaranlagen
zusätzlich zur Wärme noch
mit Außenluft versorgt, was Fassadensäulen-Gerät Typ „FVM“, Bild: LTG Aktiengesellschaft
den wohnhygienischen Ansprüchen und den Behaglichkeitskriterien bauten Raumes und damit auf die gesamte
entgegen kommt.
Gebäudeinvestition.
Eine besonders aussichtsreiche Anwen- Bei den dezentralen Lüftungsgeräten wird
dung der Solarluftkollektortechnik zeigt die Außenluft durch einen Fassadenspalt
sich in den Hallenbädern, weil gerade in angesaugt. Eine im Geräteunterteil direkt
diesem Nutzungsbereich ein fast ganzjäh- am Außenlufteintritt positionierte Abriger Heizenergiebedarf bei gleichzeitig sperrklappe mit Federrücklaufventil vergroßen hygienisch erforderlichen Luft- schließt bei inaktivem Gerätezustand und
wechselraten erforderlich wird.
Spannungsausfall die Außenluftöffnung.
Solarluftkollektorenfassaden finden zahl- Nachdem die Außenluft mittels Feinstaubreiche Anwendungen in Sporthallen, La- filters gereinigt wurde, durchströmt sie
ger- und Produktionshallen, Verkaufs- einen mechanisch selbsttätigen Volumenhallen aber auch in Bürogebäuden und stromregler, der den Außenvolumenstrom
Schulen.
auf einen eingestellten Maximalwert limitiert. Danach durchströmt die Luft eine
FASSADEN- UND FENSTERBRÜSTUNGSWärmerückgewinnungskomponente.
In
INTEGRIERTE RLT-GERÄTE
Strömungsrichtung folgend ist ein ZuluftDie raumlufttechnischen Systeme zu de- radialventilator angeordnet, der die Zuluft
zentralisieren und in oder an die Fassade durch den Wärmeübertrager mit Heiz- und
zu verlegen, bringt in vielen Projekten Kühlfunktion durch die bauseitige BrüsVorteile für die Gestaltung, Flexibilität und tungsverkleidung quellluftartig in den
Wirtschaftlichkeit. Der Platzbedarf für Raum fördert. Die Abluft wird oberhalb
Technikzentralen und Luftleitungen ent- des Gerätes durch die Brüstungsverkleifällt oder wird je nach Systemvariante dung abgesaugt, über einen Grobstaubfildrastisch reduziert. Dies hat einen wesent- ter geführt und gereinigt. Danach
lichen Einfluss auf die Nutzung des um- durchströmt die Luft den Wärmeübertra-
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Solarfassaden
ger zur Rückgewinnung der Abwärme.
In energetisch sinnvollen Fällen, z. B. während der Übergangszeit sowie zum Vereisungsschutz, wird eine motorische Klappe
geöffnet und die Wärmerückgewinnungeinheit umgangen. Der Fortluftventilator
erzeugt die zur Luftförderung notwendige
Druckdifferenz. Eine motorische Absperrklappe mit Federrücklaufantrieb verschließt bei inaktivem Gerätezustand und
Spannungsausfall die Fortluftöffnung des
Gerätes.
Das dezentrale Fassadenlüftungsgerät Typ
„FLH“ von Emco, Lingen, wurde aus energieeffizienten Gründen mit Wärmerückgewinnung entwickelt. Das „Emcovent“
arbeitet in vier Luftleistungsstufen, womit
sich der erforderliche Außenluftanteil
selbst bei stark genutzten Räumen, wie
z. B. Klassenzimmern oder Schulungssälen, mit nur wenigen Geräten sicherstellen
lässt. Die Außenluft wird direkt über die
Fassade angesaugt und durch einen
Kreuzstrom-Plattenwärmeübertrager
(Wärmeübertragungs-Wirkungsgrad bis
zu 60 %) geführt. Die zwei in den „Emcovent“ integrierten und regelungstechnisch
gekoppelten EC-Radialventilatoren passen
bei Druckschwankungen an der Fassade
ihre Drehzahl an.
YIT Germany – Krantz, Aachen, Aachen
hat ein Lüftungsgerät für die Außenluftzufuhr von der Fassaden- bzw. Fensterbrüstung entwickelt, das alle Einbauten für die
selbstständige Luftförderung-, Lufterwärmung und -kühlung, Wärmerückgewinnung
sowie
die
Außenund
Fortluftanschlüsse und zugeordneten Luftklappen enthält. Das Gerät ist zudem mit
einem Luftdurchlasssystem für vertikale
Fassadenabschirmung und individuell einstellbarer Luftströmung zum fassadennahen
Arbeitsplatz ausgestattet sowie
insbesondere für den Einsatz für Räume
mit unterschiedlichen Nutzungsanforderungen geeignet.
Das RLT-Gerät vom Typ „FVM“ der LTGAktiengesellschaft, Stuttgart, bietet aufgrund der dezentralen Integration in die
Fassadensäulen etliche Vorteile.
Für den Bauherrn ergeben sich Vorteile,
wie
• maximales Mietflächenangebot,
• niedrige Investitionskosten der Grundinstallation,
• je nach Mieterwunsch (Nutzerwunsch)
modulare Nachrüstbarkeit von statischer Heizung über Umluft-Fancools bis
zur Klimaanlage,
• niedrige Energiekosten durch hocheffiziente Antriebstechnologie und Wärmerückgewinnung,
• individuelle Flexibilität der Nutzer,
• hoher technischer Komfort und Nutzerakzeptanz, z. B. durch den Einsatz
spezieller Luftfilter für Allergiker.
Für den Fachplaner ergeben sich die Vorteile, wie
• sämtliche RLT-Funktionen sind in einem
Gerät integriert (Außenluftversorgung;
Abluft- und Außenluftfilter F7; Außenschalldämpfer; Heizen-Kühlen-Umluftbetrieb;
Wärmeund
Feuchterückgewinnung),
• LON-fähige Regelung für optimalen Betrieb mit programmierbaren Nutzungsprofilen.
Als Alternative bieten sich die Fassadenbrüstungsgeräte vom Typ „Univent Typ
FVS“ an. Beide Fassadensystemeinheiten,
Fassadensäulengerät „Typ FVM“ und das
Fensterbrüstungsgerät vom Typ „Univent
FVS“ können von jedem Raum individuell
geregelt werden.
Das Fassadenbrüstungsgerät vom Typ
„FSL“ von TROX, Neukirchen-Vlyn, wurde
als Zu- und Abluftgerät mit Sekundärluftfunktion mit folgenden Komponenten konzipiert:
• Wärmerückgewinnung und quellluftartige Luftführung,
• Wärmeübertragereinheit zum Kühlen
und Heizen,
• energieeffiziente Radialventilatoren mit
Leistungsanpassung in drei Ventilatorstufen,
• geregelter/begrenzter Außenluftstrom,
unabhängig vom Winddruck,
• Zu- und Abluftbetrieb, Sekundärluftbeimischung möglich,
• Kühlleistung: bis 460 W; Heizleistung:
bis 800 W.
gration entwickelt. Die „E2-Integralfassaden“ werden mit integrierten Konzepten
für Kühlung, Belüftung, Wärmenutzung
und Klimatisierung ausgeführt.
WIRTSCHAFTLICHKEIT
Für Neubauten sowie Sanierungs- bzw.
Modernisierungskonzepte sollte bereits
während der Vorplanung mithilfe von Simulationsprogrammen
eine Evaluation (Bewertung) der unterschiedlichsten multifunktionalen TGA-Systemvarianten zur Fassadenintegration
hinsichtlich der Investitionskosten und der
Energieanalyse durchgeführt werden. Nur
mit Unterstützung dieser Simulationsergebnisse lässt sich eine Aussage über die
effektiven Energieeinspareffekte und letztlich auch die Amortisation der innovativen
Technischen Gebäudeausrüstung (TGA) erstellen.
Die Bereitstellung von Raumkubaturen für
Energiezentralen,
Energieversorgungsschächte und -trassenführungen sowie den
damit verbundenen statischen, brandschutztechnischen und akustischen Problemen wirken einem energieoptimierten
Bauen sicherlich negativ entgegen. Demgegenüber bieten multifunktionale und dezentrale
TGA-Systemfindungen,
insbesondere für Büro- und Verwaltungsgebäude, etliche Vorteile:
• Gestaltungsfreiheit mit dezentraler
Technikkonzeption,
• Vermietbarkeit durch flexible Flächenaufteilung der Mietbereiche,
• spezifizierte Energieabrechnung mit bedarfsgeführter, energieeffizienter Gebäudeautomation (Raumregelungen),
etc.
Letztlich rechnet sich der Einsatz dezentraler TGA-Systeme allein aufgrund der
minimierten Energie- und Betriebskosten
sowie durch die kurze Amortisationszeit
und optimierten Nutzungskomfort.
Autor: Dipl.-Ing. Eric Theiß
Für die Architektur ergeben sich Vorteile,
wie
• minimaler Platzbedarf zur Integration in
einschaliger Fassade (Breite 400 mm,
Tiefe 1 60 mm, Höhe 2680 mm),
• freie Raumgestaltung und architektoni- Als Beitrag zur aktiven Energieerzeugung
sche Gestaltung der Verkleidung.
für Bürogebäude hat Schüco International,
Bielefeld, parallel zur GIPV auch Systeme
der multifunktionalen TGA-Fassadeninte-
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