Innovatives Fassadensystem

Innovatives Fassadensystem

 

Fassadensysteme, die mittels der Nutzung von Sonnenenergie zur Brauchwassererwärmung und zur unterstützenden Erzeugung von Heizwärme herangezogen werden, leisten einen beträchtlichen Beitrag zur Energieeinsparung. Die Unterscheidung dieser Fassadensysteme erfolgt in
- aktive
- passive und
- hybride Systeme.

 

Bei aktiven Systemen wird die am Absorber gewonnene Energie mittels Pumpen oder Ventilatoren weitertransportiert. Beispiele hierfür sind die solare Zuluftvorerwärmung oder die solarthermische Warmwasseraufbereitung.

 

Solare Zuluftvorerwärmung Hier werden Luftkollektoren zur Vorerwärmung der Zuluft in Lüftungsanlagen eingesetzt. Siehe unter Luftkollektoren

Solarthermische Warmwasseraufbereitung Näheres hierzu unter Solare Trinkwassererwärmung

 

Passive Systeme

Die passive Nutzung der Sonnenenergie erfolgt durch Gebäudekomponenten. Das Fenster stellt hierbei das wichtigste und zugleich effektivste passive Bauelement bzw. System dar. Es ist ein fester Bestandteil der Gebäudehülle und wird nicht bewegt oder verändert.
Neben Fenstern zählen auch Wintergärten und Atrien, die Glas-Doppelfassaden (GDF) sowie die transparente Wärmedämmung (TWD) zu den passiven Systemen.

Variation der Fenstergröße Die Veränderung der Fenstergröße beeinflusst den Heizwärmebedarf. Zwar erhöhen sich durch die größeren Fensterflächen die Solargewinne, jedoch, bedingt durch die Qualität des Fensters, ebenfalls die Wärmeverluste. Die passiven Energiegewinne sind ebenso abhängig vom Energiedurchlassgrad der Verglasung (siehe Hochwertige Verglasung) sowie der Orientierung des Fensters. Bei größeren Fenstern sollte auf die unerwünschte sommerliche Überhitzung ein besonderes Augenmerk gelegt werden (Sonnenschutz!).

Wintergarten Die energetische Wirkung hinsichtlich der Energieeinsparung hängt sehr von der Nutzung ab. Sind die Türen zwischen Wintergarten und Wohnraum geschlossen, wenn die Lufttemperatur im Wintergarten unter der des Wohnraumes liegt, trägt der Wintergarten in der Regel zur Energieeinsparung bei, andernfalls kann er aber auch zu erheblichem Mehrverbrauch führen.

Atrium Gegenüber freistehenden Gebäuden weisen Gebäude mit Atrium kleinere Transmissionswärmeverluste auf. Die Raumlufttemperatur im Atrium liegt infolge der Solargewinne über der Außenlufttemperatur und beheizt somit das Gebäude zusätzlich. Wenn die Belüftung des Gebäudes ebenfalls über das Atrium erfolgt, können Lüftungswärmeverluste und damit der Heizenergieverbrauch zusätzlich reduziert werden. Die gewonnene Nutzfläche ist ein weiteres Argument für das Atrium.

Glasdoppelfassade (GDF) Durch die Einstrahlung der Sonnenenergie entsteht im Luftraum zwischen der inneren und äußeren Glasfassade ein Zwischenklima, das gegenüber der Außenluft ein höheres Temperaturniveau aufweist, was zu reduzierten Transmissionswärmeverlusten des zu beheizenden Raumes führt und damit den Heizenergiebedarf senken kann. Probleme können entstehen, wenn vor allem im Sommer die aufgeheizte Luft im Fassadenzwischenraum nicht schnell genug abgeführt werden kann.
Der entstehende Hitzestau macht das Öffnen der Innenfenster unmöglich - dadurch kann eine Zu- und Abluftanlage notwendig werden und unter Umständen auch die Kühlung des Gebäudes. Die zusätzliche Anlagentechnik erfordert wiederum erhöhte Investitionskosten und erhöht den Primärenergieverbrauch. Die bauphysikalische Komplexität von Glasdoppelfassaden führt in der Fachwelt noch immer zu kontroversen Diskussionen und unterschiedlichen Darstellungen von ein und demselben Gebäude.
	Transparente Wärmedämmung (TWD) Näheres hierzu unter Innovative Techniken: TWD

 

Hybride Fassadensysteme sind eine Kombination aus aktiven und passiven Fassadensystemen, die es ermöglichen, während strahlungsreicher Tageszeiten Wärmeüberschüsse zu sammeln und zu speichern. Die gespeicherte Energie kann sofort oder erst zu einem späteren Zeitpunkt zur Raumerwärmung abgerufen werden.
Die hybrid-transparente Wärmedämmung (HTWD) und die Bauteilaktivierung über Luft oder Wasser wurden in den letzten Jahren so weit entwickelt, dass sie durch ihren Einsatz zur Heizenergiereduzierung beitragen können.

Hybrid-transparente Wärmedämmung (HTWD) Um im Sommer Überhitzungen zu vermeiden, muss transparente Wärmedämmung außenseitig ein Sonnenschutz - bewegliche Verschattungselemente oder Glasperlenputz zur Reduzierung des Energiedurchlassgrades - angebracht werden. Folglich kann somit nie die gesamte einstrahlende Sonnenenergie tatsächlich genutzt werden. Dieser Nachteil wird durch HTWD ausgeglichen. Ein zwischen der transparenten Dämmung und der massiven Außenwand angebrachter Absorber nimmt die Überschussenergie auf und führt sie über einen Solekreislauf einem Speicher zu, wodurch das gesamte Solarenergieangebot ganzjährig optimal nutzbar wird.
Bauteilaktivierung durch Luft bzw. Wasser Bei der Bauteilaktivierung wird die im Kollektor aufgenommene Sonnenenergie in Gebäudeteilen gespeichert und später zur Gebäudebeheizung herangezogen. Der Energietransport vom Kollektor zum Bauteil erfolgt über einen geschlossenen Luftkreislauf mittels Ventilator. Zeitversetzt führt das Speicherbauteil dem Raum die gespeicherte Wärme wieder zu. Die Bauteilaktivierung durch Wasser ist vom Prinzip her mit der Bauteilaktivierung durch Luft identisch. Anstelle von Luft wird Wasser im Kollektor erwärmt und mittels Pumpe zum Speicher im Gebäudeinnern geführt.

 

Transparente Wärmedämmung

Transparente Wärmedämmung

 

Die transparente Wärmedämmung (TWD) verbessert nicht nur den Wärmeschutz einer Außenwand, sondern ermöglicht darüber hinaus auch solare Wärmegewinnung.

 

Die Abbildung zeigt das Funktionsprinzip einer TWD-Wand im Vergleich zu einer Wand
mit opaker Wärmedämmung.

 

 

Die auf eine transparent gedämmte Wand auftreffende Solarstrahlung wird durch die Dämmschicht transmittiert und an der dunkel gefärbten Außenoberfläche (Absorber) der inneren Wandschale absorbiert und in Wärme umgewandelt. Die davor liegende Dämmschicht bewirkt, dass ein Großteil der gewonnenen Wärme in die innere Wandschale eingeleitet wird. Abhängig von der vorhandenen solaren Strahlungsintensität der Außenlufttemperatur wird dadurch der Transmissionswärmeverlust reduziert oder der Wärmestrom sogar von außen nach innen umgekehrt. Die transparent gedämmte Wand wirkt in diesem Fall als Heizung. Dabei dient die innere Wandschale als Wärmespeicher und reguliert in Abhängigkeit von ihrer Wärmekapazität die Zeitverzögerung des Wärmetransports von außen nach innen.

Hochwertige Verglasung

Hochwertige Verglasung

 

Verglasungen üben einen erheblichen Einfluss auf die Energiebilanz eines Gebäudes aus, da auch die Wärmestrahlung am Energietransport mitbeteiligt ist. Für die energetische Bewertung einer Verglasung sind der U-Wert und der g-Wert maßgeblich.

U-Wert

Der Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) ist ein Maß für den Wärmedurchgang durch Bauteile unter Berücksichtigung der Wärmedurchlässigkeit der einzelnen Bauteilschichten und der Wärmeübergänge an den Bauteiloberflächen. Er setzt sich wie folgt zusammen:

 

Je kleiner der U-Wert ist, desto weniger Wärme gelangt durch das Bauteil - in diesem Fall die Verglasung - d. h. es geht weniger Energie durch die Verglasung verloren.

g-Wert

Die zweite Angabe zur Kennzeichnung von Verglasungen ist der Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert). Er setzt sich zusammen aus der direkten Strahlungstransmission und der sekundären Wärmeabgabe nach innen (Raumseite).
Der Strahlungstransmissionsgrad beschreibt den durchgelassenen Anteil der Gesamtstrahlung durch die Verglasung.
Als sekundäre Wärmeabgabe wird der Anteil an Wärmeabgabe bezeichnet, der durch das Glas in Form von Strahlung und Konvektion wieder abgegeben wird.

Der Gesamtenergiedurchlassgrad gibt demzufolge an, wie viel Energie im Raum tatsächlich ankommt. Je kleiner der g-Wert ist, desto geringer ist der Energieeintrag in den Raum.
Wird der g-Wert größer, erhöht sich der Energieeintrag in den Raum. Dieser Effekt wird im Winter gewünscht, im Sommer kann dies jedoch zu hohen Raumlufttemperaturen führen.

Wärmedurchgang durch eine Doppelverglasung Eine ideale Verglasung für den winterlichen Wärmeschutz weist einen niedrigen U-Wert und einen hohen g-Wert auf.

 

Darstellung des Gesamtenergiedurchlassgrades in Abhängigkeit des Wärmedurchgangskoeffizienten für verschiedene Verglasungen   Aus der Grafik ist zu erkennen, dass mit einer Verringerung des U-Wertes gleichzeitig auch eine Reduzierung des g-Wertes einhergeht.

 

Verschiedene Arten hochwertiger Verglasungen

 

Zweischeiben-Wärmeschutzverglasung WSV / Wärmedämmglas
Nach der ersten Energiekrise Anfang der 70er Jahre wurde mit der Entwicklung von Wärmeschutzverglasungen mit dem Ziel begonnen, den Verbrauch von Heizenergie zu reduzieren.
Die Verglasung zeichnet sich durch einen niedrigen U-Wert und gleichzeitig hoher Licht- und Sonnenenergiedurchlässigkeit aus.
Das Wärmeschutzglas / Wärmedämmglas ist ein Isolierglas mit mindestens einer im Scheibenzwischenraum beschichteten Oberfläche (= Position B im Bild "Wärmedurchgang"). Bei der Herstellung wird die Glasscheibe mit einer dünnen Edelmetallschicht (Low-E-Beschichtung auf Basis von Gold, Silber oder Kupfer) bedampft. Diese Schicht reflektiert die Wärmestrahlung und reduziert somit die Wärmetransmission durch das Fenster von innen nach außen.
Zusätzlich zur Low-E-Beschichtung wird der Scheibenzwischenraum bei hochwertigen Wärmeschutzgläsern mit einem Edelgas (z. B. Argon, Krypton, Xenon) gefüllt, das eine wesentlich geringere Wärmeleitfähigkeit als Luft hat. Daraus resultieren geringere Wärmeverluste durch Wärmeleitung und Konvektion nach außen.

 

Dreischeiben-Wärmeschutzverglasung

Hierbei sind drei Scheiben und somit zwei Zwischenräume kombiniert. Diese Aufteilung unterbricht die Konvektion im Scheibenzwischenraum und reduziert somit den Energietransport. Der Aufbau ist ähnlich einer Zweischeiben- Wärmeschutzverglasung (Bedampfung mit einer Edelmetallschicht). Durch den erhöhten Aufwand in der Konstruktion und an Material kommt es zu Mehrkosten im Vergleich zu anderen Wärmeschutzverglasungen.

 

Sonnenschutzverglasung

Mit dem Einsatz von Ganzglasfassaden in der Architektur begann die Entwicklung der Sonnenschutzverglasung. Diese Art der Verglasung hat die Aufgabe, möglichst viel Sonnenenergie vom Raum abzuhalten und eine unnötige Aufheizung des Raumes zu verhindern. Dies geschieht durch Absorption und/oder Reflexion, daher unterscheidet man zwischen Absorptions- und Reflexionsgläsern.