Poly2Facade - Innovative thermisch selbst regulierende Solarfassaden durch den Einsatz funktionaler Polymere

Das gegenständliche Projekt zielt auf die Erarbeitung eines effizienten Konzepts und dessen Umsetzung in Form einer Anwendungsdemonstration zur Begrenzung der in Gebäuderäumlichkeiten durch fassadenintegrierte solar-thermische Kollektoren im Stagnationsfall entstehenden hohen Temperaturen mit Hilfe von funktionalen Polymeren ab.

Kurzbeschreibung

Status

laufend (Start: 4/2012)

Kurzfassung

In der verstärkten Nutzung von Fassadenflächen zur Energieerzeugung, -verteilung und -speicherung liegt ein hohes Potenzial zur Verbesserung der Energieeffizienz von Gebäuden, was aufgrund der großen Fassadenfläche, insbesondere für den Hochbau gilt. Eine derartige multifunktionale Fassade, die sich durch einen hohen Vorfertigungsgrad auszeichnet sowie austauschbar konstruierte, funktionale und variable Module zur Energieerzeugung umfasst, wird seit 2008 im 5-jährigen K-Projekt „Multifunctional Plug & Play Façade“ (MPPF) entwickelt.

Im Zuge eines intensiven, mehr als einjährigen Monitorings, des ersten Prototypen einer direkt integrierten, nicht vorgehängten, solarthermischen Fassade für Alu/Stahl-Glasfassaden konnte die wesentliche technische Schwierigkeit einer solchen Konstruktion identifiziert werden: Im Stagnationsfall des solarthermischen Systems treten an der Gebäudeinnenwand viel zu hohe, für Menschen nicht mehr behagliche, Temperaturen auf.

Im Rahmen des gegenständlichen Forschungsvorhabens, das als Side-Projekt im non-K-Bereich des MPPF konzipiert ist, wird daher eine nachhaltige, technisch ausgefeilte und wirtschaftlich sinnvolle Lösung zur Begrenzung der maximal auftretenden Temperaturen erarbeitet und erprobt. Diese beinhaltet im Wesentlichen ein Überhitzungsschutzkonzept auf Basis funktionaler Polymere, welche in verschiedenen Teilen der solar-thermischen Fassadenelemente eingebaut werden. Methodisch umfasst dies Modellrechnungen zur Ermittlung von optimalen Materialparametern und zur Optimierung des Wandaufbaus, die Entwicklung neuartiger Latentwärmespeicher und farbiger thermotroper Schichten aus polymeren Werkstoffen sowie Anwendungsdemonstrationen sowohl im Labormaßstab als auch in einer Testfassade, welche die Qualität der entwickelten Lösung im realen Gebäudefall belegen sollen.

In Projektjahr 1 wurde ein Simulationsmodell entwickelt, welches CFD und 1-dimensionale Simulationen verknüpft und eine automatisierte Optimierung der Materialparameter zulässt. Die hohe Geschwindigkeit des Simulationsmodells erlaubte die Durchführung umfangreicher Parameterstudien. Damit wurden optimierte Materialparameter für Latentwärmespeicher und thermotrope Schichten berechnet. Simulationen mit den optimierten Parametern zeigen klar, dass mit beiden Strategien die Überhitzung im Stagnationsfall effektiv verhindert werden kann. Aufbauend auf diesen Ergebnissen werden derzeit maßgeschneiderte Latentwärmespeicher und thermotrope Überhitzungsschutzschichten auf Polymerbasis entwickelt. Anschließend werden mittels Prüfstandmessungen am Sonnensimulator vielversprechende Funktionsmuster ausgewählt, welche schließlich zur Anwendungsdemonstration in die MPPF-Test-Fassade eingebaut werden.

Ein Monitoring der Testfassade wird abschließend die Leistungseffizienz der angestrebten Überhitzungsschutzlösung belegen. Nach erfolgreichem Projektabschluss sind umfassende (theoretische und experimentelle) Erkenntnisse über das Überhitzungsschutzpotenzial von funktionalen Polymeren für Gebäude mit fassadenintegrierten Solarkollektoren zu erwarten. Zudem werden maßgeschneiderte, architektonisch ansprechende (bunte) thermotrope Schichten als Überhitzungsschutz für Fassadenkollektoren sowie maßgeschneiderte Latentwärmespeicher auf Polymerbasis mit variabler Wärmeleitfähigkeit für die Wärmedämmung von Gebäuden mit fassadenintegrierten Solarkollektoren vorliegen.

Projektbeteiligte

Projektleitung

Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Prüfung der Kunststoffe, Montanuniversität Leoben

Projekt- und Kooperationspartner

Austrian Institute of Technology GmbH
Forschungszentrum für integrales Bauwesen AG
Polymer Competence Center Leoben GmbH
Lehrstuhl für Kunststoffverarbeitung, Montanuniversität Leoben
Lehrstuhl für Chemie der Kunststoffe, Montanuniversität Leoben

Kontaktadresse

Dr. Katharina Resch
Otto Glöckel-Straße 2
A-8700 Leoben
Tel.: +43 (3842) 402 2105
E-Mail: katharina.resch@unileoben.ac.at
Web: www.kunststofftechnik.at