Elektrisierte Fassade : Fassadenbestromung

Auf den ersten Blick wirkt das Stahlseil-Netz, das die Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich umspannt, wie eine kunstvolle Installation eines experimentierfreudigen Architekten. Bei genauerem Hinsehen, sind die einzelnen Solarpaneele, die in das Netz verwoben sind, zu erkennen. Es handelt sich dabei um ein einzigartiges Fassadensystem, das Arno Schlüter, Professor für Gebäudesysteme, gemeinsam mit seiner Gruppe am ETH Zürich entwickelt hat. Die Solarpanels sind beweglich und können sich damit jederzeit der Sonne entgegenrichten. Gleichzeitig wirken sie als eine Art Vorhang und spenden dem Innenraum Schatten. „Das Fassadensystem eignet sich damit besonders für transparente Fassaden, da hier die Sonneneinstrahlung reguliert und damit der Energiehaushalt des Raumes dahinter gesteuert werden kann“, erklärt Schlüter im Gespräch mit HLK.

Die auf dem leichten Seilnetz befestigten Paneele können einzeln angesteuert und von einem weichen pneumatischen Element vertikal und horizontal bewegt werden. Weichheit bedeutet aber nicht gleich Schwäche: Im Falle eines Sturms sorgt ein festes U-Gelenk dafür, dass die Elemente stark genug versteifen, um auch einem Sturm standhalten zu können. Gesteuert werden die Solarmodule von einem Algorithmus. „Die Fassade folgt dabei einem gewissen Verhalten, das für eine möglichst hohe Energieeffizienz sorgen soll. Unser Endziel ist, dass die Fassade selbstständig lernt und Energiekonsum- und Produktion eigenständig regelt“, so der Professor. Trotz der eingestellten Modi ist aber auch eine Nutzerinteraktion möglich. Schlüter hofft jedoch, dass eine solche Interaktion nur selten notwendig sein wird: „Ich denke nicht, dass ein Nutzer der Fassade ständig sagen will, was sie tun soll.“

Je mehr von außen in das System eingegriffen wird, umso stärker wird der Energiehaushalt gestört, denn das Fassadensystem richtet die Solarpaneele automatisch der Sonne entgegen. Analysen der Forschungsgruppe zeigen: Mit den beweglichen Paneelen kann an einem klaren Sommertag rund 50 Prozent mehr Energie erzeugt werden als mit statischen Fassaden-Paneelen. Gleichzeitig können die beweglichen Elemente zu Einsparungen bei Heizung und Kühlung führen und damit den Gesamtenergiebedarf reduzieren. Auch das regelt der Algorithmus: Er erkennt wie der Raum gerade genutzt wird und optimiert das Klima dementsprechend. Um zu eruieren, um wieviel sich der Energiebedarf eines Raumes theoretisch reduzieren lässt, haben die Forschenden anhand der Daten aus einem Prototypen mehrere Szenarien simuliert. In ihrer Analyse hat die Forschungsgruppe die Klimazonen dreier Städte simuliert: Kairo, Zürich und Helsinki. In jeder Stadt simulierten sie zudem jeweils einen Büro- und einen Wohnraum. Das Ergebnis: In Büros kann mit dem Fassadensystem mehr Energie eingespart werden als in Wohnräumen. Außerdem ist das System in warmen Zonen ergiebiger als in kalten, am meisten aber in gemäßigten Klimazonen wie in Mitteleuropa. Arno Schlüter resümiert: „Je variabler die Rahmenbedingungen, desto grösser sind die Vorteile der adaptiven Fassade.“

Ein Szenario stach bei den Versuchen besonders heraus: In einem Bürohaus, das nach neuesten Gebäudestandards in einer gemäßigten Zone errichtet wurde, konnte die Fassade 115 Prozent der benötigten Energie erzeugen – und das, obwohl der Raum dort sowohl ein ganzes Jahr über Heiz- oder Kühlbedarf hat. Ähnlich gute Ergebnisse konnten für ein 1920 erbautes Bürogebäude in Kairo erzielt werden. Hier wird die Energie vor allem für Verschattung und Kühlung benötigt. Die Anlage erzeugte 114 Prozent der benötigten Energie. Die Untersuchungen der Forschungsgrupp belegen damit, dass sich das Fassadensystem für Neubauten und Bestandsgebäude eignet. „Wir möchten den Widerspruch zwischen Komfort und Energieeffizienz bei Gebäuden auflösen“, sagt Arno Schlüter. „Der energieeffizienteste Raum wäre theoretisch nämlich einer ohne Fenster. Es freut uns deshalb zu zeigen, dass wir mit einer intelligenten Schnittstelle zwischen dem Innen- und Außenraum ein ideales Raumklima und zugleich sogar einen Energie-Überschuss produzieren können.“

Derzeit suchen die Forscher nach den passenden Partnern, mit denen das Fassadensystem vielfältig umgesetzt werden kann. Wie viel eine derartige High-Tech-Fassade kosten könnte, wollte Arno Schlüter nicht bekanntgeben. Anhand der Bauteile geht der Professor jedoch von keinen sonderlich hohen Kosten aus: „Wir arbeiten mit einfachen Stahlbauteilen, Dünnschichtsolarmodulen auf Aluminiumplatten und einer einfachen Elektronik. Das ist insgesamt alles nicht sehr teuer, ein Gesamtpreis ist aber dennoch schwer abzuschätzen.“ Da die Fassade das gesamte Energiesystem reguliert, sollen die Kosten aber vielfältig abgedeckt werden, meint Arno Schlüter.