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Schlagwort: Gebäudefassaden

  • Studie zeigt Chancen für Fassadenbegrünung und Solarpanels

    Studie zeigt Chancen für Fassadenbegrünung und Solarpanels

    Im Rahmen des Projekts GreenPV hat ein Forschungsteam der Hochschule Luzern innovative Lösungsansätze für die Gestaltung von Gebäudefassaden entwickelt. Ziel war es, die Potenziale von Photovoltaikanlagen (PV) und Begrünung zu erforschen, um den steigenden Herausforderungen durch die Klimaerwärmung zu begegnen. Eine speziell für Planer und Bauherren entwickelte Broschüre fasst die Erkenntnisse und Empfehlungen des Projekts zusammen.

    Die Bedeutung dieser Forschung wird deutlich, wenn man sich die Prognosen des National Center for Climate Services ansieht: Die Jahresmitteltemperatur in der Schweiz könnte bis Ende des 21. Jahrhunderts um bis zu 5,4 Grad ansteigen. Dies wird nicht nur den Energiebedarf, insbesondere für Kühlung, erheblich erhöhen, sondern auch die Behaglichkeit in Gebäuden beeinflussen. Photovoltaikanlagen können genau dann Energie liefern, wenn sie am dringendsten benötigt wird, nämlich bei intensiver Sonneneinstrahlung. Gleichzeitig bieten begrünte Fassaden eine sinnvolle Alternative in urbanen Gebieten, wo neue Grünflächen rar sind.

    Fassaden als ungenutztes Potenzial
    «Während auf Dächern die Vorteile von PV-Systemen und Begrünungen bereits vermehrt genutzt werden, bleiben Fassaden bisher weitgehend ungenutzt», erläutert Dr. Silvia Domingo, Forscherin an der HSLU. Dabei bieten Fassaden eine hervorragende Gelegenheit zur Energiegewinnung und Begrünung, ohne zusätzliche Flächen zu beanspruchen. Besonders in der kalten Jahreszeit erweisen sich PV-Anlagen an Südfassaden als besonders effizient, da sie den niedrigen Neigungswinkel der Sonne optimal nutzen können.

    Die Studie zeigt jedoch auch, dass es Hindernisse gibt, die einer breiteren Anwendung dieser Technologien im Wege stehen. Dazu gehören finanzielle Herausforderungen, fehlende Richtlinien und Bedenken hinsichtlich des Brandschutzes. Diese Faktoren sorgen oft für Verunsicherung bei Bauherren. Um dem entgegenzuwirken, hat das Forschungsteam eine Broschüre mit praxisnahen Empfehlungen für die Anwendung von PV-Anlagen und Begrünungen an Fassaden erstellt.

    Optische Aspekte und funktionale Synergien
    Ein weiteres Hindernis, das Dr. Domingo identifiziert, ist die ästhetische Wahrnehmung von Solarpanels an Gebäudefassaden. Schwarze Solarpanels entsprechen oft nicht den visuellen Vorstellungen der Bauherrschaften. Doch die Forschung zeigt, dass in Zukunft auch Solarpanels in verschiedenen Farben und Texturen erhältlich sein könnten, ohne signifikante Einbussen bei der Effizienz.

    Neben PV-Anlagen bieten begrünte Fassaden zahlreiche Vorteile, die weit über den Kühleffekt hinausgehen. Sie tragen zur Biodiversität bei, verbessern die Luftqualität, mindern die Schallausbreitung und fördern die Regenwasserretention. Diese Vorteile sind besonders in dicht bebauten städtischen Gebieten von grosser Bedeutung, wo sie die Lebensqualität erheblich steigern können.

    Die Kombination von Begrünung und PV-Anlagen
    Die HSLU-Studie zeigt, dass Begrünungen und PV-Anlagen an Fassaden oft gut kombiniert werden können, um Synergien zu nutzen. Während PV-Anlagen an unbeschatteten, höheren Fassadenbereichen für maximale Energiegewinnung sorgen, entfalten begrünte Flächen in bodennahen Bereichen ihre kühlende und lärmabsorbierende Wirkung. Diese Kombination trägt zu einem angenehmeren Quartierklima und einer klimafreundlichen Stromproduktion bei.

    Abschluss des Projekts GreenPV
    Das Projekt GreenPV, das im Dezember 2021 startete und bis Mitte 2024 lief, wurde von einem breiten Netzwerk an Unterstützern finanziert, darunter das Bundesamt für Energie (BFE) und verschiedene Stiftungen. Das Projektteam, unter der Leitung von Gianrico Settembrini, hat wertvolle Erkenntnisse gewonnen, die in einer Broschüre festgehalten sind und nun Planer, Bauherren und Interessierten zur Verfügung stehen.

    Mit den Ergebnissen des Projekts GreenPV liefert die HSLU einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Entwicklung im Bauwesen und zeigt auf, wie Begrünung und Solarpanels an Fassaden kombiniert werden können, um den Herausforderungen des Klimawandels effektiv zu begegnen.

  • «NEST bietet die ideale Umgebung, um unsere Innovation weiterzuentwickeln»

    «NEST bietet die ideale Umgebung, um unsere Innovation weiterzuentwickeln»

    Gebäude sind für mehr als 40 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs verantwortlich. Ein Grossteil wird dabei für die Sicherstellung des Nutzerkomforts aufgewendet – also für die Heizung und die Kühlung. Gerade im Hinblick auf die aktuellen Entwicklungen im Energiemarkt stellt sich die grosse Frage, wie wir unseren Energieverbrauch künftig decken können. Es müssen Wege gefunden werden, neue Energiequellen zu erschliessen und gleichzeitig den Energieverbrauch von Gebäuden zu senken. Einer davon könnte die bessere Nutzung der Fassadenflächen sein. 

    Das birgt durchaus Potenzial, da die Gebäudefassade nach wie vor mehrheitlich ungenutzt und gleichzeitig der zentrale Faktor ist, um Energie entweder ins Gebäude zu lassen oder diese drinnen zu behalten. Forschende der ETH Zürich haben deshalb im Rahmen der NEST-Unit HiLo eine Innovation entwickelt, mit der dieses Potenzial ausgeschöpft werden kann: eine adaptive Solarfassade, die nicht nur die Stromproduktion optimiert, sondern gleichzeitig auch den Energieverlust reduziert. An der eigentlichen Fassade angebracht, bildet diese eine Art zweite Haut für das Gebäude. Die Innovation trägt so auch den passenden Namen «Solskin». 

    Einfache Architektonische Einbettung 
    «Wir wollten eine Fassade entwickeln, die man sehr einfach an einem Gebäude installieren und optimal in die Architektur integrieren kann», erklärt Bratislav Svetozarevic die Idee hinter der Innovation. Er war von Anfang an massgeblich an der Entwicklung von «Solskin» beteiligt, zunächst 2014 als Doktorand in der «Architecture and Building Systems»-Gruppe von Arno Schlüter an der ETH Zürich und ab 2018 als Post Doc an der ETH und der Empa, wo er an verwandten Themen forschte. 

    «Solskin» besteht aus einer leichten Unterkonstruktion, die an der Fassade befestigt wird. Darauf montiert befinden sich kleine quadratische Dünnschicht-Solarpanels, die farblich an die bestehende Gebäudehülle angepasst werden können. So fügt sich die Solarfassade optimal in das jeweilige Gesamtbild des Gebäudes ein. Gleichzeitig lassen sich die Panels einzeln in alle Richtungen drehen. Denn hinter jedem Modul befindet sich eine Steuerungseinheit, die Svetozarevic und seine Kolleginnen und Kollegen im Laufe der Jahre entwickelt haben. Das Spezielle dabei: die Ausrichtung der Panels erfolgt mit Luftdruck. Die verwendeten Materialien sind sowohl robust wie auch flexibel, damit das System auch starken Windböen und Niederschlag standhält. 

    Realitätscheck 
    Die Idee der flexiblen Ausrichtung ist es, dass die Solarfassade dem Sonnenstand folgen kann und dadurch die Stromproduktion optimiert wird. Gleichzeitig dient «Solskin» auch dazu, das Gebäude im Sommer aktiv zu beschatten und so den Kühlbedarf zu reduzieren oder die Paneele zu öffnen und die Sonnenstrahlen in den Innenraum zu lassen und so im Winter Heizenergie zu sparen. 

    Die ersten Prototypentests an der ETH Zürich haben die Forschenden von der Anwendbarkeit der Innovation überzeugt. Doch würde die innovative Fassade auch an einem realen Gebäude funktionieren? Um die Antwort auf diese Frage zu finden, wurde «Solskin» an der Fassade der HiLo-Unit angebracht. «HiLo bot uns die Möglichkeit, unser System erstmals an einem belebten Gebäude zu installieren und zu testen. So waren wir in der Lage, die Nutzung und Akzeptanz der Nutzerinnen und Nutzer zu erfassen», erklärt Svetozarevic. Ein wichtiger Faktor, denn neben dem eigentlichen System haben die Forschenden auch einen Algorithmus entwickelt, der die Bedürfnisse der Personen, die in der HiLo-Unit arbeiten, erfasst und so neben der Optimierung der Produktion auch den Nutzerkomfort verbessern kann. Mithilfe der Daten aus dem Betrieb am NEST wird dieser nun weiterentwickelt. 

    Eine strahlende Zukunft 
    Die Ergebnisse der Prototypen und des Pilotprojekts am NEST zeigen eine klare Richtung: Mit «Solskin» lässt sich Energie einsparen – und zwar enorm. Während die Solarproduktion im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen um bis zu 40 Prozent gesteigert werden kann, ist bei der Heiz- und Kühlenergie im Vergleich zu einem konventionellen, nicht anpassungsfähigen Beschattungssystem eine Einsparung von bis zu 80 Prozent möglich. «Wir freuen uns, dass wir am NEST zeigen konnten, dass unser System funktioniert und welches Potenzial es aufweist», meint Svetozarevic strahlend. Von diesem Potenzial zeigten sich auch diverse Fachjurys überzeugt, die «Solksin» ausgezeichnet haben. Unter den Awards befindet sich auch der renommierte Watt d’Or, der vom Bundesamt für Energie jährlich verliehen wird. 

    Im nächsten Schritt geht es nun an die Kommerzialisierung. Zu diesem Zweck hat Bratislav Svetozarevic mit seinem Team 2022 das Spin-Off «Zurich Soft Robotics» gegründet und konnte bereits einen grösseren Auftrag an Land ziehen. Die Firma KELLER Druckmesstechnik AG in Winterthur möchte «Solskin» an ihrem neuen Produktionsgebäude anbringen – und zwar auf einer Gesamtfläche von 1’300m2. 

    Neben der Nutzung an neuen Gebäuden eignet sich die Innovation aber auch ideal für die Aufrüstung von älteren Bauten. Damit birgt «Solskin» grosses Potenzial den gesamten Gebäudepark energetisch zu optimieren und damit eine Antwort darauf zu geben, wie wir auch in Zukunft genügend Energie für den Betrieb unserer Gebäude generieren können.