Die Gebäudehülle bietet großes Potenzial, um den Energieverbrauch und die CO₂-Emissionen im Gebäudesektor zu reduzieren. Einen neuen Ansatz dafür liefert das Forschungsprojekt „EnergySkin“ der Technischen Hochschule Köln (D). Entwickelt wurde ein thermisch-dynamisches Fassadensystem, das nicht nur als Dämmschicht wirkt, sondern aktiv zur Regulierung der Oberflächentemperatur beiträgt.
Kern des Prototyps ist ein Heizelement in Form einer transparenten Beschichtung auf einer Glasscheibe. Diese erwärmt die Fassade und gleicht das Temperaturgefälle zwischen Innenraum und Außenluft aus. Ein zusätzliches Isolierglas verstärkt die Dämmwirkung. Sensoren und ein Mikrocontroller steuern die Heizleistung bedarfsgerecht.
In das Glasmodul integrierte Solarzellen liefern einen Teil der benötigten Energie. Überschüssiger Strom kann an sonnenreichen Tagen in einer Batterie gespeichert werden. Eine vollständige Energieautarkie ist allerdings nicht möglich, weshalb das System weiterhin einen Netzanschluss benötigt.
Einfache Montage und recyclingfähige Komponenten
Auch bei der Konstruktion wurde auf eine möglichst ressourcenschonende Umsetzung geachtet. Eine Pfosten-Riegel-Konstruktion ermöglicht die Montage mittels Schrauben und Dübeln. Das System ist als Plug-and-Play-Lösung ausgelegt. Einzelne Komponenten können ausgetauscht und repariert werden. Glas und Aluminium sind zudem recyclingfähig.
Im Rahmen der Entwicklung untersuchte das Forschungsteam die bauphysikalischen Anforderungen, Wärmeflüsse und den Energiebedarf. Simulationen und Praxistests im TGA-Labor sowie in einer Klimakammer der TU Dresden dienten dazu, den Prototyp schrittweise zu optimieren. Dabei konnten die Forschenden nachweisen, dass das Montagesystem keine zusätzlichen Wärmebrücken verursacht. Untersucht wurden außerdem der optimale Abstand zwischen Fassadenmodul und Wand sowie dessen Auswirkungen auf den Feuchtetransport im Mauerwerk.
Die Ergebnisse zeigen, dass sich das System energetisch besonders für Fassaden mit Ost-Süd- und West-Süd-Ausrichtung eignet, da dort eine höhere Sonneneinstrahlung genutzt werden kann.
Potenzial für weitere Entwicklungen
Für künftige Entwicklungsstufen sehen die Forschenden mehrere Ansatzpunkte. Eine KI-gestützte Regelung könnte den Energiebedarf präziser prognostizieren und die Effizienz weiter verbessern. Darüber hinaus ließe sich der Luftspalt zwischen Modul und Gebäudehülle an heißen Tagen zur Kühlung nutzen.
Auch organische Photovoltaikmodule könnten künftig eine Rolle spielen. Sie sind leichter als konventionelle Siliziumzellen und weisen ein geringeres Treibhausgaspotenzial sowie Vorteile bei der Recyclingfähigkeit auf. Ihr Wirkungsgrad ist derzeit allerdings noch nicht ausreichend.
Über das Projekt
Das Projekt „Entwicklung eines energieneutralen Fassadensystems zur außenliegenden Wandtemperierung“ (EnergySkin) wurde von Prof. Dr. Pietro Di Biase und dem wissenschaftlichen Mitarbeiter Max Stoppel vom Institut für Technische Gebäudeausrüstung der TH Köln durchgeführt. „EnergySkin“ wurde von der TH Köln gemeinsam mit der Dobler Metallbau GmbH, der Flachglas Sachsen GmbH und der TU Dresden (alle Deutschland) umgesetzt. Die Förderung des Teilprojekts der TH Köln erfolgte durch das deutsche Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM). Die Fördersumme betrug rund 208.000 Euro, die Projektlaufzeit etwas mehr als zwei Jahre.
