Wenn Häuserfassaden Wärme erzeugen

Wenn Häuserfassaden Wärme erzeugen

Ein interessantes Projekt auf dem Weg zur «Energiewände» läuft derzeit im südhessischen Ober-Ramstadt: Dort werden an der Gebäudefassade des Baufarben- und Dämmsystem-Herstellers DAW SE neuentwickelte solarthermische Streifenkollektoren auf ihre Alltagstauglichkeit geprüft.

Gebäudefassade des Baufarben- und Dämmsystemherstellers DAW mit solarthermischen Streifenkollektoren
Gestaltung und Energiegewinnung im Einklang: Die energetisch aktivierten Fassadenkollektoren lassen sich mit Fassadenprofilen von Caparol kombinieren. (Bild: DAW SE/Caparol – Fotograf Karim Donath, Mainz)

Der Name «ArKol» steht im durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Forschungsprojekt für «Architektonisch hoch integrierte Fassaden-Kollektoren».

Nutzung von Häuserfassaden zur Wärmeerzeugung

Hintergrund des Vorhabens ist die Nutzung von Häuserfassaden zur Wärmeerzeugung – ein unerlässlicher Schritt auf dem Weg hin zur Energiewende. Die neuentwickelten Streifenkollektoren für Fassaden bieten gegenüber der bekannteren solaren Nutzung von Dachflächen eine Reihe von Vorteilen: So passt beispielsweise das Einstrahlungsprofil bei Heizungsunterstützung der Innenräume besser zum tatsächlichen Energieverbrauch. Dies ist vor allem im Winter der Fall, wenn die Sonne niedriger steht und die Fassade dadurch in einem günstigeren Winkel angestrahlt wird als das Dach. Die Folge: Es kann mehr Sonnenlicht eingefangen und der Ertrag für den höheren Heizbedarf genutzt werden.

Agraffenprofile zur Fixierung der solarthermischen Streifenkollektoren an der Gebäudefassade
Vorgehängte hinterlüftete Fassade mit Sammelkanal (Mitte): Die Montage der Solarkollektoren gelingt einfach durch Einhängen in die Agraffenprofile. (Bild: DAW SE/Caparol – Fotograf Karim Donath, Mainz)

Im Sommer wiederum ist der Bedarf an Wärme deutlich verringert und beschränkt sich im Wesentlichen auf die Trinkwarmwassererwärmung. Kann der durch Kollektoren auf dem Dach erzeugte Überschuss nicht abgerufen werden, heizen sich die Kollektoren stark auf und belasten Material und Solarfluid. Demgegenüber unterliegen Fassadenkollektoren im Sommer durch die geringere Sonneneinstrahlung an der Wand einer geringeren Materialbelastung als auf dem Dach, was eine längere Lebensdauer ermöglicht.

Von Vorteil sind die baulichen Gegebenheiten im urbanen Raum: Hier steht an Fassaden von hohen Gebäuden vielerorts wesentlich mehr Fläche zur Verfügung als auf den Dächern – die überdies oft auch noch für die Überfahrt von Fahrstuhlschächten und weitere technische Aufbauten benötigt werden. Somit ist das Flächenpotenzial für die Wärmegewinnung um ein Vielfaches höher als bei Dachkollektoren. Auch hinsichtlich der Energieeinsparverordnung (EnEV) sind Fassadenkollektoren für Planer, Architekten und Bauherren interessant, z. B. für Mehrfamilienhäuser: Da sich bei Gebäuden die Erträge regenerativer Energien mit der Primärenergiebilanz verrechnen lassen, ermöglichen diese Kollektoren den Einsatz geringerer Dämmstoffstärken bei der Wärmedämmung für gleichwertige Dämmungseffekte (sogenannte «U-Werte»). Ausserdem entfällt mit den voluminösen Dämmmaterialien der unerwünschte «Schiessscharteneffekt».

Agraffenprofile zur Fixierung der solarthermischen Streifenkollektoren an der Gebäudefassade
Vorgehängte hinterlüftete Fassade mit Sammelkanal (Mitte) zur Wärmeaufnahme und Agraffenprofilen zur Fixierung der Kollektoren. (Bild: DAW SE/Caparol – Fotograf Karim Donath, Mainz)

Vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten

Das Neue am Konzept des Streifenkollektors sind variable Gestaltungsmöglichkeiten gepaart mit einer vereinfachten Hydraulikplanung und Montage. Im Gegensatz zu bisherigen Kollektoren sind diese vergleichsweise leicht montierbaren Streifenkollektoren flexibel hinsichtlich Grösse, Farbe, Abstand, Anzahl und Ausrichtung an der Fassade. Darüber hinaus tragen die Fugen zwischen den einzelnen Kollektoren zur architektonischen Gestaltung der Fassade bei. Somit erschliesst sich neben Wetterschutz und «Gesicht» eines Gebäudes die Dimension der Energiegewinnung.

Projektgruppe «ArKol» für Architektonisch hoch integrierte Fassaden-Kollektoren
Führten das «ArKol»-Projekt (von links): Johannes Pellkofer, IBK2; Paul Denz, Priedemann Facade Lab; Puttakhun Vongsingha, Priedemann Facade Lab; Dr. Thomas Loewenstein, DAW SE; Dr. Roland Falk, Kompetenzzentrum für Ausbau und Fassade; Dr. Michael Hermann, Fraunhofer ISE; Dr. Severin Beucker, Borderstep Institut; Hannes Seifarth, Fraunhofer ISE und Thomas Nürnberger, DAW SE (Bild: DAW SE/Caparol)

Funktionsweise Energiefassade

Am Demonstrationsobjekt in Ober-Ramstadt wurden die von Firma Wagner Solar gefertigten Streifenkollektoren an einer Unterkonstruktion einer vorgehängten hinterlüfteten Fassade (VHF) ohne komplizierte Hydraulik und mit variabler Anordnung befestigt. Eine geeignete Unterkonstruktion lässt sich sowohl an Neubauten wie etwa auch problemlos im Rahmen einer Sanierung installieren, und vor allem auch mit Wärmedämm-Verbundsystem-Fassaden kombinieren. Die streifenförmigen Kollektoren selbst werden anschliessend «trocken» mit einem Sammelkanal, der gleichzeitig als Montageschiene fungiert, verbunden. Die gewonnene Wärme innerhalb des Kollektors wird dabei über Wärmerohre (sogenannte «Heatpipes») zur Seite transportiert und über die verschraubte Anschlussstelle an den Sammelkanal übertragen. Die einzelnen Kollektoren benötigen keinen hydraulischen Anschluss sind einfach und flexibel in der Handhabe.

Diese «Plug & Play»-Lösung spart Bauzeit durch geringeren Abstimmungsbedarf der betroffenen Gewerke während der Ausführung. Dadurch ist es auch Fassadenbauern, Malern und Stuckateuren möglich, solche «haustechnischen» Systeme in der Fassade umzusetzen. Wie übliche Solarkollektoren weisen auch die Streifenkollektoren eine Wärmedämmung sowie Frontverglasung auf und nutzen spektralselektiv beschichtete Absorber, sodass Solarstrahlung gewonnen wird und die Wärmeverluste gering gehalten werden.

Projektgruppe «ArKol» für Architektonisch hoch integrierte Fassaden-Kollektoren
Das «ArKol»-Forschungsprojekt steht unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Kooperation mit der DAW SE, dem Priedemann Facade-Lab, dem Borderstep-Institut für Innovation und Nachhaltigkeit, dem Kompetenzzentrum Ausbau und Fassade, sowie dem Institut für Baukonstruktion Lehrstuhl 2 (IBK2) der Universität Stuttgart und wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. (Bild: DAW SE/Caparol)

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