Forschungsprojekte

Für die erfolgreiche Umsetzung der Energiewende bedarf es smarter und integraler Lösungen zur alternativen Erzeugung von Energie am Gebäude. Die integrierte Nutzung von Solarenergie besitzt hierbei große Potentiale. Ziel des Projektes ist die Konzeption eines solaradaptiven Fassadenprinzips „Polybox“, welches die passive und aktive Solarenergienutzung in die architektonische Gestalt integriert. Das System „Polybox“ stellt dabei ein konstruktives und gestalterisches Prinzip dar, welches ganz unterschiedlich konfiguriert werden kann und damit auf spezifisch energetische, konstruktive oder gestalterische Belange reagieren kann. Ein wesentlicher Aspekt dabei liegt auf der Berücksichtigung thermodynamischer Effekte volatiler solarer Erträge. Neben einer hohen architektonischen Flexibilität werden zugleich auch Lösungen zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit solarenergetischer Systeme aufgezeigt.

Methodisch werden hierfür drei Maßstabsebenen – Gebäude, Hülle, konstruktiver Bauteilaufbau – bearbeitet:

Zur energetischen, ökologischen und monetären Bewertung von Integrationsmöglichkeiten thermischer und elektrischer Solarenergie wird ein Gebäudeenergiemodell entwickelt, mit welchem alle wesentlichen Energieströme unterschiedlicher Gebäudetypen, Fassadenkonfigurationen und Anlagentechniken bilanziert und miteinander verglichen werden können.

Für die Quantifizierung von solaren Strahlungserträgen der Gebäudehülle werden umfangreiche typologische Untersuchungen vorgenommen. Hierfür werden anhand von Strahlungssimulationen spezifische solare Strahlungsprofile („solarer Fingerabdruck“) für die gängigen Gebäudetypen – punktförmiger Bau, Hochhaus, Zeilenbau, hofförmiger Bau und Halle vorgenommen. Baustrukturelle und energetische Kennwerte werden in einen eigenen Typologiekatalog einbeschrieben. Die ermittelten Strahlungsprofile fließen in das Gebäudeenergiemodell zur Bilanzierung möglicher aktiver Gewinne ein.

Zur Bilanz thermischer Energieströme bei der passiven Nutzung von Solarenergie in der Fassade werden dynamische Simulationen unterschiedlicher Bauteilaufbauten durchgeführt. Hier wird neben der Simulation gängiger „Standard“ Bauteilaufbauten auch Varianten des im Rahmen des Projektes entwickelten solaradaptiven Fassadenprinzips „Polybox“ simuliert. Die Ergebnisse des bauteilbezogenen Variantenvergleichs fließen ebenfalls in das Gebäudeenergiemodell zurück.

In einer beispielhaften Anwendung wird das Prinzip „Polybox“ für den Einsatz an einer Bürofassade konfiguriert und energetisch bewertet. Hierfür wird ein Entwurf inklusive Energiebilanzen, und ein Fassadenmodell im Maßstab M1:5 als prototypisches Mock-Up realisiert. Begleitet werden die Untersuchungen auch hinsichtlich Wirtschaftlichkeits- und Lebenszyklusbewertungen.

Das Projekt wird interdisziplinärer Kooperation zwischen den Fachgebieten Entwerfen und Nachhaltiges Bauen (ENB) von Prof. Christoph Kuhn, Immobilienwirtschaft und Baubetriebswirtschaftslehre (bwl) von Prof. Dr. Andreas Pfnür und der Goldbeck New Technologies GmbH (GB). Darüber hinaus sind dem Projekt mehrere studentische Forschungsmodule (FM) angelagert.

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