Auslegung und architektonisch funktionale Gestaltung des textilbasierten leicht steuerbaren Funktionselements zur Wärmeabsorption (RaumConTex - AktivWall)

Projektlaufzeit:

03/2014 - 02/2016

Projektleitung (Fakultät):

Herr Prof. Dr. rer. nat. Hardy Müller (Automobil- und Maschinenbau)

Kontakt:

Herr Prof. Dr. rer. nat. Hardy Müller

+49 (3765) 5521 37
Hardy.Muellerfh-zwickaude

Kooperationspartner:

Rühr GmbH Gardinen & technische Gewirke, Schauenstein
fzmb GmbH - Forschungszentrum für Medizintechnik und Biotechnologie, Bad Langensalza
ICM Institut Chemnitzer Maschinen- und Anlagenbau e. V.
Textilausrüstung Pfand GmbH, Lengenfeld

Fördermittelgeber:

BMWi

Stichworte bzw. Deskriptoren:

Energiegewinnung, solare Absorption, Lichtleitung, Verschattung, Architektur

Situation

Die energetische Gebäudesanierung zur Einsparung von Energie und Steigerung der Effizienz des Energieverbrauchs wurde in den letzten Jahren in Deutschland maßgeblich vorangetrieben. Die rechtlichen Rahmenbedingungen hierfür bilden die Energieeinsparverordnung (EnEV 2009) und die Anforderungen der EU-Gebäude¬richtlinie 2010. Die Durchführung von energetischen Maßnahmen wurde zur Pflicht für die Eigentümer von Gebäuden bei Neu- sowie Umbau.

Meist wird dabei durch Wärmedämmungen und durch Abdichtungen von Fenstern und Öffnungen eine fortschreitende „Verpackung der Gebäude“ erzielt. Ein einfacher selbst-regulatorischer Austausch und/oder Zwischenspeicherung von Wärme und Feuchtigkeit über Wand und Fenster und über die Dämmschichten ist nicht mehr gegeben. Im Sommer führt erhöhte Sonneneinstrahlung zur Aufheizung der Räume und damit zu einem gestörtem Behaglichkeitsgefühl und Wohlempfinden. Durch Isolationsmaßnahmen wird zwar der Wärmeeintrag an heißen Tagen reduziert, doch könnte man diese Wärmemenge an Tagen bzw. Tageszeiten mit kühleren Temperaturen wieder gebrauchen. Im Winter sollte aus auch möglich sein, die reduzierte Sonneneinstrahlung zur Ausleuchtung der Räume und zur Einsparung von Wärmeenergie zu nutzen.

Zwar gibt es für das erforderliche Energie- und Strahlungsmanagement verschiedene Lösungen, doch sind diese durch einen hohen Investaufwand, geringe Flexibilität und selten durch eine gute Adaptierbarkeit bei verschiedenen Gebäudetypen gekennzeichnet.

Aufgabe

Im Projekt soll ein technisches System entwickelt werden, durch das ein effizienter Umgang mit natürlich vorhandener Wärme- und Lichtstrahlung an Industrie- und Wohngebäuden ermöglicht wird. Dabei sollen die vorhandenen Fenster- und Wandflächen optimal genutzt werden und mit alternativen Systemelementen auch gestalterisch neue Möglichkeiten erschlossen werden. Dabei ist eine Verbindung von Wärmekollektor- und Lichtleit- und Verschattungselementen zu schaffen.

Der erste Projektschwerpunkt setzt sich mit der Entwicklung eines Wärmeabsorbers (Einheit A) auseinander, der nicht wie bei den am Markt üblichen Systemen als zusätzliche Objekt am oder in der Nähe des Gebäudes installiert wird, sondern im architektonischen Kontext funktionell und gestalterisch mit der Gebäudefassade in Verbindung steht.

Im Teilprojekt war es die Aufgabe ein textiles Absorptionselement zu entwickeln, das gegenüber am Markt etablierter Systeme ausreichende Absorptionseigenschaften zur Nutzung der Energiepotentiale der Solarstrahlung besitzt, sich in den Gebäudekontext integrieren lässt und damit zur Fassadengestaltung genutzt werden kann und unter Umständen auch im Kostenbereich Vorteile besitzt.

Die Lichtregulierung über Fenster und Verglasungsfronten an Gebäuden ist in vielen Fällen nicht ausreichend gelöst. Einfallendes Licht führt oft zur Blendwirkung an Arbeitsplätzen und die Verschattungssysteme sind nicht ausreichend genug regulierbar. Starke Verschattung führt oft zur Nutzung der elektrischen Beleuchtung, die auf Grund der Arbeitsplatzverordnungen ausreichend regulierbar ist, aber einen nicht notwendigen zusätzlichen Energieverbrauch verursacht. Teure und aufwendige Lichtleiteinrichtungen über Spiegelsysteme etc. sind nur besonderen Gebäudekonstruktionen vorbehalten.

Innerhalb des Forschungsprojekts sollten neue Strukturen und Systeme entwickelt werden, die eine regulierbare prozentuale Verschattung zulassen. Mit Hilfe von dreidimensionalen textilen Strukturen, die reflektive Oberflächen enthalten, sollte außer der Verschattungsfunktion auch die Lichleitfunktion integriert werden, die es ermöglicht das einfallende Sonnenlicht blendfrei und in ausreichender Menge in den Raum zu projizieren.

Ergebnis

Auf dem Markt haben sich im letzten Jahr einige Produkte, in neuen Designmustern für Fenstern und Fassade etabliert. Dies hat gezeigt, dass der im Projekt aufgegriffene Aspekt, der Umsetzung funktionaler Verschattungsflächen unter neuen Designansprüchen, eine Weiterentwicklung der bisherigen Möglichkeiten bietet. Die im Projekt aus den entwickelten Funktionsprinzipien hergestellten Prototypen heben sich in der Herstellungstechnik und vor allem in einer erweiterten Funktionalität von den auf dem Markt erhältlichen Produkten ab. Neben der Regulierung des einfallenden Sonnenlichtes können durch die Funktionalisierung der textilen Oberfläche, weitere Funktionen umgesetzt werden. Durch die reflektierende Beschichtung der Textilien regulieren die Verschattungsflächen gleichzeitig den Wärmeeintrag in das Gebäude. Die entwickelten Ausrüstungsverfahren erweitern das Einsatzspektrum um beispielsweise Feuchträume oder Problemmikroklimabereiche an Fassadenöffnungen.

Die Anordnung der Verschattungselemente ermöglicht die Erzeugung von geschlossenen Strukturen und liefert komplett blickdichte Flächen. Bei einer anderen Positionierung zueinander entstehen offene Muster, die den Lichtdurchlass regulieren. Aus den unterschiedlichen Anordnungen ergibt sich eine variable und vielseitige Gebäudegrafik. Durch die Weitentwicklung der Funktionselemente mit integrierten, klappbaren Reflexionsbereichen wird eine blendfreie Lichtlenkung in das Gebäude ermöglicht und so eine Nutzung des Sonnenlichtes erzeugt werden.

Zur Nutzung der Wärmeenergie des Sonnenlichts wurden Strahlungsabsorber in Form von textilen Verbundelementen entwickelt, die eine kostengünstige Alternative zu den gegenwärtig verwendeten TiNOX®-Materialien darstellen. Die Reflexions- und Absorbereigenschaften der Textilien wurden mit dem im Projekt entwickelten Dreieckselement zusammengeführt. Dadurch gelingt es, sowohl den Wärmeeintrag der Sonnenstrahlung zu nutzen und die Wärmeenergie über ein Wärmetauscherelement abzuführen oder in einer Speicherschicht vorzuhalten. Das Dreieckselement trägt durch verschiedene Drehpositionen und horizontale vertikale und diagonale Montage zur Gestaltung der Gebäudehülle bei. Durch die weitere Kombination mit den Lichtleit- und Verschattungselementen entsteht ein interaktives und wandelbares Design der Fassade.