Inbetriebnahme in Schweizer Testgebäude

Innovative Fassade kombiniert Komfort und Energiegewinn

Außenhülle regelt solare Gewinne. © Roman Keller

Das Labor für Sonnenenergie und Bauphysik der École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) sucht nach Wegen, wie die Energiegewinnung an der Gebäudehülle maximiert und dabei der Komfort im Innern optimiert werden kann. Wie beide Bedürfnisse unter einen Hut gebracht werden können, zeigen sie in "SolAce", der neuesten Unit im Forschungs- und Innovationsgebäude NEST auf dem Empa-Campus.

Ähnlich einem Schmetterlingsflügel schimmert die grün-blaue Fassade der NEST-Unit "SolAce" im Sonnenlicht. Es handelt sich um kombinierte Wohn- und Arbeitsräume auf knapp 100 Quadratmetern. "SolAce soll über die Fassade mehr Energie produzieren als die Unit im Jahresverlauf braucht und gleichzeitig optimalen Komfort zur Verfügung stellen", erklärt Jean-Louis Scartezzini die Zielvorgabe. Der EPFL-Forscher ist Direktor des Labors für Sonnenenergie und Bauphysik; von ihm stammt die Idee zur neusten NEST-Unit.

Zur Erreichung der genannten Ziele vereinen die Forschenden mehrere aktive und passive Fassadenelemente, deren zugrundeliegenden Technologien aus dem Labor in Lausanne hervorgegangen sind. Einige dieser Technologien sind mittlerweile über Start-ups und durch Kooperationen mit Wirtschaftspartnern kurz vor der Kommerzialisierung, bei anderen dauert der Weg noch etwas länger. "Im NEST haben wir die einzigartige Möglichkeit, die verschiedenen Technologien im Zusammenspiel und in einer realen Umgebung zu untersuchen", sagt Scartezzini.

Die positive Energiebilanz der Unit soll durch die Produktion von Solarstrom und Warmwasser direkt an der Fassade erreicht werden. Dazu kommen Photovoltaikmodule sowie solarthermische Kollektoren mit einer neuartigen farbigen Verglasung auf Basis von Nanotechnologie zum Einsatz. Mit dem Ziel, die Integration von Photovoltaikanlagen in die Gebäudehülle zu fördern, indem über verschiedene Farben eine grössere architektonische Freiheit geboten wird, forschte ein Team an der EPFL seit fast 20 Jahren an farbgebenden Beschichtungen.

Den Forschern unter der Leitung von Andreas Schüler war klar, dass eine Beschichtung möglichst geringe Energieverluste verursachen darf. Absorbierende Farbpigmente kamen nicht in Frage. Stattdessen rufen nun Nano-Dünnschichten mit einer Dicke von 5 bis 200 Nanometern auf der Innenseite der Verglasung so genannte Interferenz-Farbeffekte hervor, wie sie etwa auch auf einer Seifenblase oder eben auf den Flügeln eines Schmetterlings auftreten. "Da die Nano-Beschichtung sehr transparent ist, entstehen praktisch keine Absorptionseffekte und nur sehr geringe Energieeinbussen", erklärt Schüler. Diese inzwischen patentierte Technologie wird zurzeit vom Spin-off "SwissINSO" zur Marktreife gebracht und kommt im NEST in einer grün-blauen Variante zur Anwendung.

Neben Arbeitsplätzen für vier Personen bietet "SolAce" auch einen Wohnbereich mit Küche und Schlafmöglichkeiten für zwei Personen. Um das Versprechen von optimalem Komfort einzulösen, versuchen die Forschenden die individuelle Wahrnehmung der Nutzer mit Hilfe eines neuartigen Vision-Sensorsystem nachzuempfinden. Die prototypischen Sensoren messen aus der Sicht der Benutzer – zum Beispiel einer arbeitenden Person am Schreibtisch – die Beleuchtungsverhältnisse und die Blendeffekte. Die Echtzeit-Überwachung wird dazu genutzt, die Beleuchtungs- und Beschattungssysteme optimal zu steuern.

So genannte zirkadiane Beleuchtung, die sich am Tagesrhythmus orientiert, soll die Bewohner und Benutzer der Unit "SolAce" zudem in ihren Leistungs-, aber auch in ihren Erholungsphasen unterstützen. Diese Beleuchtung simuliert das Sonnenlicht im Tagesverlauf und fördert damit den natürlichen Wach-Schlaf-Rhythmus.

Innovative Fenstergläser sollen einen zusätzlichen Beitrag zu einem behaglichen Wohn- und Arbeitsklima leisten – vor allem aber dazu führen, dass der Energieverbrauch für die Heizung im Winter und für die Kühlung im Sommer geringer wird. Für das menschliche Auge unsichtbare Mikrospiegel in einem Polymer-Film im Innern der Gläser lenken im Winter das hochwillkommene Licht für eine gleichmässige Ausleuchtung an die Decke im Innern der Unit und sorgen damit auch für ein natürliches Aufwärmen der Räume. Im Sommer sorgen die gleichen Spiegel dafür, dass die Sonnenstrahlen von den Gläsern abgelenkt werden und sich die Räume nicht zusätzlich aufheizen. Die neuartige Verglasung wurde an der EPFL ebenfalls unter der Leitung von Andreas Schüler entwickelt. Für die Herstellung erster Prototypen nutzten die Forschenden einen Präzisionslaser der Empa in Thun.

Mittlerweile arbeitet das Team zusammen mit BASF Schweiz an einem industriellen Herstellungsprozess. Sobald erste Fenstergläser verfügbar sind, sollen diese in die "SolAce"-Fassade eingebaut werden. Der Sehkomfort der neuen Gläser wird dann von Forschenden des EPFL-Labors für Leistungsintegriertes Design vor Ort gemessen. Bis es soweit ist, kommen Referenzscheiben zum Einsatz, die Vergleichswerte liefern werden. Quelle: EPFL / pgl

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