Fassadensysteme

An abgespannten Stahlseilen sind Dünnschicht-Solarzellen an der adaptiven Fassade befestigt. (Photo: ETH Zürich / Marco Carocari)

Energiewende

Experimentierfeld für Energiefassaden

Beim «House of Natural Resources» der ETH Hönggerberg sind verschiedene neue Technologien zum ersten Mal im Einsatz. Als Forschungsprojekte dienen eine adaptive Solarfassade, Fassadenregelung und Benutzerinteraktion, Soft Robotic Actuators sowie bewegliche Holzelemente für Solarfassaden.

Sechs Professoren aus den Instituten für Baustatik und Konstruktion, für Baustoffe sowie für Technologie in der Architektur waren mit ihren Wissenschaftlern an der Projektierung des Hauses beteiligt und haben ihre Forschungsprojekte direkt am Bau realisiert. Gemeinsam wollen sie nun die von ihnen entwickelten Technologien über einen längeren Zeitraum testen. Dazu ETH-Präsident Lino Guzzella zum speziellen Neubau: «Das House of Natural Resources (HoNR) ist ein schönes Beispiel für gelebte Interdisziplinarität. Es zeigt, wie der einheimische Rohstoff Holz nachhaltig und technisch raffiniert eingesetzt werden kann.»

Eine als Versuchsfeld dienende Fassade mit für das Wohlbefinden der Benutzer entscheidenden Faktoren haben die Wissenschaftler an die südseitige Aussenwand auf die Gebäudehülle montiert. Damit kann Strom gewonnen und mitgeholfen werden, den Energiebedarf für das Heizen und Kühlen des Gebäudes zu regulieren. An der Südfassade ist eine adaptive Solarfassade installiert, die sich aus einem Feld von 50 rhombenförmigen, mit Dünnschicht-Photovoltaikzellen beschichteten Elementen zusammensetzt und als Kraftwerk und Sonnenschutz dienen. Entwickelt worden ist das System vom Team des Lehrstuhls Architecture and Building Systems von Arno Schlüter. Gemäss seinen Angaben werden die meisten heutigen Fassaden der Dynamik der Wärmezustände kaum gerecht. Dafür nennt Schlüter die Tatsache, dass sie statisch sind und nicht auf die sich verändernden inneren und äusseren Zustände reagieren. Somit sind sie nicht in der Lage, die Potenziale auszuschöpfen, die sich aus den wechselnden Bedingungen ergeben.

Die beweglichen Module aus Dünnschicht-Solarzellen lassen sich mittels druckluftgesteuerten Antrieben bewegen. Dank diesen als Soft Robotics bezeichneten, aus Silikon gefertigten Aktuatoren richten sich die Solarzellen nach dem Sonnenstand aus, passen sich aber auch an den Wärme- und Lichtbedarf des Hauses und insbesondere dem Verhalten der Nutzer an.
«Wie sich die neuen Technologien bewähren, soll auch der Alltag zeigen. Wir werden genau dokumentieren, wie die Nutzer mit dem Gebäude zufrieden sind», erklärt Projektleiter Andrea Frangi, Professor für Holzbau am Institut für Baustatik und Konstruktion der ETH Zürich. Er erhofft sich von den Erkenntnissen des Projekts auch Impulse für die Schweizer Holzverarbeitungsindustrie.

Adaptive Solarfassade

Nachdem die adaptive Fassade im HoNR erfolgreich installiert worden ist, wird sich die Forschung auf deren Regelung ausrichten. Untersuchungen werden zeigen, wie die Position der einzelnen Module verändert werden muss, damit ein optimales Gleichgewicht zwischen Energieerzeugung und Verringerung der Wärmeeinträge hergestellt werden kann. Zudem wird erforscht, wie die adaptive Fassade, die aus mehreren Modulen aufgebaut ist, einfach mit dem Benutzer interagieren kann. Das soll die Frage beantworten, wie die Mensch-Maschine-Schnittstelle aussehen muss, damit der Benutzer seine Wünsche am einfachsten der Fassade kommunizieren kann, ohne dass ein komplexes System aufgebaut werden muss. Des Weiteren wird die Lichtregelung in den Büros untersucht, indem die adaptive Fassade als aktives Element betrachtet wird, um Tageslicht in den Raum zu leiten.

Der vollständige Artikel ist in der Haustech-Ausgabe 11/2015 erschienen.