Verbundvorhaben smartskin

"Entwicklung von selbstregulierenden Sonnenschutzkomponenten für die Gebäudehülle auf Basis des thermischen Formgedächtniseffektes"

In diesem Projekt soll ein energieautark funktionierendes Verschattungssystem entwickelt werden, mit dem Ziel der Reduzierung des Energiebedarfs zur Raumklimatisierung sowie der kompletten Einsparung der Betriebsenergie in Gebäuden. Hierfür ist eine thermosensitive Aktorik auf Basis des Formgedächtniseffektes zu entwickeln, die das Verschattungssystem den Umge-bungsbedingungen entsprechend reguliert. Gleichzeitig soll ein Eingreifen des Nutzers teilweise ermöglicht werden z. B. im Winter, um trotz nicht benötigtem Überhitzungsschutz einen bedarfsgeregelten Blendschutz zu ermöglichen.

Hintergrund:

Laut EU-Parlament muss jedes Mitgliedsland der Europäischen Union bis 2020 sicherstellen, dass alle öffentlichen Bauten als Niedrigstenergiegebäude ausgeführt werden. Aus diesem Grund müssen ganzheitliche Energiekonzepte entwickelt werden, die den Primärenergieverbrauch des Gebäudes erheblich reduzieren. Gleichzeitig hat der Kühlenergiebedarf bei Gebäuden in den vergangenen Jahren rasant zugenommen. Das stetige Wachstum der innerstädtischen Bevölkerung und der herrschende Platzmangel hatten in den vergangenen Jahren zur Folge, dass zunehmend hochgeschossige platzeffiziente Bauten Einzug im Stadtbild erhielten. Derartige Hochbauten haben auf Grund der oft fehlenden oder unzureichend auf die tatsächliche Strahlungssituation angepassten Verschattung enorme Probleme mit Überhitzung durch die hohen solaren Strahlungsgewinne in den Sommermonaten.

Vor allem im Nichtwohnungsbau kommen dann Klimatisierungsanlagen zum Einsatz, um der sommerlichen Überhitzung entgegenzuwirken. Internationale Studien gehen davon aus, dass es von 1990 bis 2020 zur Vervierfachung des Kühlbedarfs kommen wird. Aus dieser Entwicklung resultieren immense ökologische Probleme. Richtlinien, wie die Europäische Gebäuderichtlinie fordern daher einen erhöhten Einsatz von passiven Maßnahmen zur Gebäudekühlung, um gerade den hohen elektrischen Energieverbrauch von Klimaanlagen weitestgehend zu reduzieren, wenn nicht gar komplett einzusparen. Energieautarke Systeme haben hier ein sehr großes Zukunftspotenzial.

Sonnenschutz ist, wie auch der Eintrag von Tageslicht und gewollten Strahlungsgewinnen z. B. im Winter, eine primäre Fensterfunktion. Während zur Erfüllung letzterer Aufgaben ein Fenster ohne oder zumindest mit geöffneten Verschattungselementen benötigt wird, muss zum Schutz vor Überhitzung oder auch als Blendschutz ein Verschattungssystem geschlossen werden. Der Wechsel zwischen den beiden Zuständen kann automatisch oder manuell angeregt werden. Im Falle einer manuellen Bedienung ist das System einfach konzipiert und die Installation relativ kostengünstig, jedoch gestaltet sich die Betriebsphase weniger energieeffizient. Ein automatisch gesteuerter Sonnenschutz hingegen führt zu erheblichen Mehrkosten in der Erstinvestition, gefolgt von einem durch die Systemkomplexität bedingten hohen Wartungsaufwand.

Der Einsatz gut ausgelegter Verschattungssysteme kann den Bedarf an Kühlenergie um bis zu 75 % minimieren. Am effizientesten arbeiten außenliegende Verschattungssysteme. Besonders hoch fällt die Einsparung aus, wenn sich das Verschattungssystem optimal an die Klimabedingungen anpassen würde. Der Markt stellt uns hierzu nur teilweise passende Verschattungsprodukte zur Verfügung. Diese konventionellen Systeme bergen einen hohen Wartungsaufwand, der Betriebsenergiebedarf ist hoch und die teilweise noch fehlerhafte Steuerung aus ökologischer und ökonomischer Sicht problematisch.

Quelle Text: Auszug aus Verbundvorhaben smartskin; Quelle Bild: COLT