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24 / Solabs ® 2 – Regenerative Energiegewinnung durch solaraktives Fassadenmodul für den Industrie- und Gewerbebau
Diese Kleinserie der solaraktiven Module wird Bestandteil eines
Gebäudeversorgungssystems sein. Die Erprobung wird aktuell durch
die Erstellung und den Betrieb eines Referenzgebäudes mit einem
Zielkunden und Systempartner vollzogen. In einem letzten Schritt werden
die Erkenntnisse und gewonnenen Daten dazu genutzt werden, den
optimalen Kundennutzen in diesem komplexen Szenario zu ermitteln.
Hieraus leitet sich dann das weitere Vorgehen ab.
Vom Fassadenelement zum Absorber
Ein klassisches Sandwich-Fassadenelement besteht aus einer
Außen- und Innenschale, die in der Regel jeweils aus bandlackiertem
Qualitätsstahl hergestellt sind und einen Dämmkern umschließen. Die
Außenseite kann – je nach Anforderung – entsprechend profiliert sein.
In / Bild 1 / ist ein Sandwichprodukt in Form einer Explosionszeichnung
dargestellt.
Um die Energie, die durch die solare Strahlung auf der Gebäudehülle
platziert wird, optimal zu absorbieren, ist es notwendig, den Lack der
Außenschale mit einem möglichst hohen Absorptionskoeffizienten
zu wählen. Klassischerweise zeigen die dunklen Farbtöne – je nach
Pigmentierung des Lackes – einen hohen Absorptionswert. In / Bild 2 /
ist das solare Spektrum als orange Kurve dargestellt, wobei die
Wellenlänge und die Intensität (linke Ordinatenachse) aufgetragen sind.
Für den gewählten Farbton ist die Absorption (rechte Ordinatenachse,
invers) über der Wellenlänge aufgetragen. Dabei gilt: Je höher der
Absorptionskoeffizient, desto besser der Eintrag der Sonnenenergie
in die Oberfläche. Das hier verwendete Lacksystem hat eine solare
Absorption > 90 % und erscheint anthrazitgrau, also ein Farbton, der im
Industrie und Gewerbebau gerne eingesetzt wird.
Die Energie, die in die Oberfläche eingebracht wird, wird nun über
ein mit einem Wärmeträgermedium gefülltes Rohrleitungssystem abgeführt.
Das Rohrleitungssystem steht in Kontakt mit der Außenschale,
sodass die Wärme, die zunächst auf die Außenschale einwirkt, über
die Verbindung zwischen Außenschale und Rohr, abgeführt werden
kann. In / Bild 3 / ist der prinzipielle Aufbau des Fassadenmodules als
Explosionszeichnung dargestellt.
Bild 1 / Explosionszeichnung eines Sandwichproduktes
Innenschale
Dämmkern
Außenschale
Das Herausführen des Rohrleitungssystems auf der Rückseite des
Fassadenmoduls hat den Vorteil, dass das Element an unterschiedlichen
Positionen einer Fassade platziert werden kann. So kann es
aufgrund der dunklen Farbgebung als gestalterisches Element für das
Fassadenerscheinungsbild genutzt werden. Augenscheinlich lassen sich
zudem die solaraktiven von den solarinaktiven Elementen bei gleicher
Farbgebung und Oberfläche nicht unterscheiden, sodass für den
Betrachter die Fassade das gewohnte Erscheinungsbild zeigt.
Neben dem gestalterischen Aspekt kann es auch notwendig
sein, die Elemente aufgrund ungünstiger Umgebungsverhältnisse,
z.B. Verschattung durch angrenzende Gebäude, an optimalen Stellen
zu positionieren. Das Element bietet mit diesem Aufbau eine gute
Möglichkeit des individuellen Einsatzes hinsichtlich der Position in der
Fassade. Dabei wird das Modul auch dem gestalterischen Anspruch von
Kunden und Architekten gerecht.
Der Energieeintrag durch die Sonne kann je nach Wetterlage und
in Abhängigkeit der geographischen Lage beträchtlich sein. Auch
diffuse Strahlung erzeugt bereits einen signifikanten Eintrag, sodass
das Fassadenmodul nicht ausschließlich auf die Direktstrahlung angewiesen
ist. Dies bedeutet, dass auch an bedeckten Tagen Energie
zur Verfügung steht. In / Bild 4 / ist beispielhaft eine Thermographie-
Aufnahme eines solaraktiven Fassadenelementes im stationären
Zustand durch Eintrag diffuser Strahlung gezeigt (das Element ist nicht
in Betrieb, die Energie an der Oberfläche wird nicht abgeführt).
Vielfältige Kombinationsmöglichkeiten
Um die Energie der Fassadenoberfläche zu nutzen, ist es notwendig,
die solaraktiven Fassadenmodule in eine Systemtechnik einzubinden.
So sind theoretisch zwei Anwendungs-Szenarien denkbar:
Brauchwasservorwärmung oder Heizungsunterstützung. Die Fassade
ist jedoch aufgrund des Sonnenstandes in den Wintermonaten deutlich
besser geeignet für eine Heizungsunterstützung, auch vor dem
Hintergrund, dass Gewerbe- und Industriegebäudedächer in der Regel
einen geringen Neigungswinkel haben. Neben der oben beschriebenen
architektonischen Integration in die Fassade muss nicht über eine nach-
Intensität Solarstrahlung
1
0
Solarspektrum
Lacksystem
Außenschale
0,4 2,5
Wellenlänge [µm]
Bild 2 / Normiertes solares Spektrum (orange) und wellenlängenabhängige
Absorptionseigenschaften des verwendeten Lacksystems (blau)
Absorption
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
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