TechAdZero - Schlüsseltechnologien für adaptive Fassaden von Niedrigstenergie-Hochhäusern

Motivation

In Europa schreibt die Richtlinie zur Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden vor, dass ab dem Jahr 2021 alle Neubauten den „nearly zero energy building“ (nZEB)-Standard erreichen, also nahezu energieneutral sein müssen. In China wurde 2019 mit der Norm GB/T 51350 "Technical Standard for Nearly Zero Energy Consumption Buildings" eine ähnliche Zielsetzung formuliert.

Die Gebäudehülle spielt bei energetischen Betrachtungen von nZEBs eine zentrale Rolle. Einerseits kann sie zur aktiven Energieproduktion mit Hilfe von fassadenintegrierten Technologien - von Photovoltaik über solarthermische Kollektoren und Luftkollektoren bis hin zu Bioreaktoren - beitragen, andererseits fungiert die Gebäudehülle als thermische Schnittstelle zwischen dynamisch wechselndem Innen- und Außenklima. Bislang werden Fassaden so konzipiert, dass sie diese Aufgabe vorwiegend als „statische Barriere“ erfüllen. Abgesehen von Sonnenschutzelementen, welche meist manuell oder von singulären, automat­isierten Steuerungen angetrieben werden, verfügen Fassaden von Hochhäusern in der Regel über keine dynamischen Funktionalitäten. Folglich sind aktuelle Gebäude nicht in der Lage, sich adäquat auf dynamisch wechselnde Anforderungen einzustellen, weder auf externe noch auf interne. Externe Anforderungen ergeben sich durch die sich tageszeitlich, jahres­zeitlich und witterungsbedingten stetig ändernden Umweltbedingungen betreffend Einstrahlung, Temperatur, Luftqualität oder Windlasten. Interne Anforderungen resultieren aus der Gebäudenutzung, dem Komfortbedürfnis der anwesenden Nutzer*innen und gebäudeenergetischen Aspekten. Eine adaptive Fassade ist in der Lage, aktiv und optimal auf diese fluktuierenden Ansprüche zu reagieren, zwischen ihnen zu vermitteln und vorhandene Ressourcen optimal zu nutzen. Auf diese Weise kann einerseits die Energieeffizienz erhöht werden, indem Verluste minimiert bzw. Energie gewonnen wird, andererseits kann gleichzeitig die thermische und visuelle Innenraumqualität für die Nutzer*innen erhöht werden, indem die natürlich verfügbaren, variablen Quellen gezielt genutzt werden und die bestehende konventionelle Haustechnik dynamisch abgestimmt wird.


Ergebnisse

Das Gesamtpotential von adaptiven Hochhaus-Fassaden wird im Kontext unterschiedlicher Klimazonen erforscht. Dabei stehen folgende Ziele im Vordergrund:

• Die Konzipierung, Entwicklung und Bewertung von parametrischen Simulations- und Bewertungsmethoden, welche in der Lage sind, die dynamischen, multiparametrischen Eigenschaften von adaptiven Fassaden in unterschiedlichen - für Österreich und China relevanten - Klimazonen abzubilden.
• Die Entwicklung und Erforschung von geeigneten Technologiekombinationen mit derzeit geringem Technologiereifegrad, sowie von optimierten, intelligenten Steuerungsstrategien.
• Die Erarbeitung von Design-Guidelines für die Entwicklung adaptiver Fassaden unter Berücksichtigung von lokalem Klima, sowie von energetischen, technologischen, ästhetischen, architektonischen und Komfort-relevanten Gesichtspunkten.
• Die Entwicklung von neuen, geeigneten Test- und Monitoring-Methoden, welche in der Lage sind, das dynamische Verhalten aller relevanten Eigenschaften gezielt zu erfassen.
• Der Nachweis der Leistungsfähigkeit der neuen Methoden und Ansätze durch Labortests von Funktionsmustern adaptiver Fassadenelemente.
• Die Entwicklung von neuen, geeigneten Test- und Monitoring-Methoden, welche in der Lage sind, das dynamische Verhalten aller relevanten Eigenschaften gezielt zu erfassen.Vorbereitung der Grundlagen für die Umsetzung der Projektergebnisse im Labormaßstab für die weitere Umsetzung im österreichischen Use Case "Post City Linz" und weiteren Use Cases in China.