smart façade - energetische Potentiale von adaptiven Fassadensystemen

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Ausgangssituation/Motivation

Physikalischen Eigenschaften von Fassaden und Wänden von Gebäuden, welche in der Lage sind, auf klimatische Veränderungen oder individuelles Nutzerverhalten zu reagieren, stehen im Zentrum der Forschungsarbeit „smart façade".

Die speziellen Eigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit, solare Wärmegewinne, Energiedurchlassgrad, Lichtdurchlassgrad oder Porosität von Fassaden, verhalten sich bei konventionellen Fassaden im Wesentlichen statisch und bleiben konstant, obwohl sich die Anforderungen an eine energieeffiziente Wand bei unterschiedlichen, klimatischen Randbedingungen deutlich unterscheiden. Die Entwicklung adaptiver Fassadensysteme, deren physikalische Eigenschaften in Abhängigkeit äußerer Einflussfaktoren stehen, versprechen einen hohen Grad an Reduktion des Energiebedarfs durch gleichzeitige Erhöhung der Behaglichkeit von Büro- und Wohnräumen.

Bisherige Entwicklungen adaptiver Fassaden beschränken sich auf einen variablen Parameter wie beispielsweise automatisierte Verschattungssysteme und Sonnenenergiespeicher durch spezielle Wandsysteme oder Spezialverglasungen. Die vorliegende wissenschaftliche Studie eröffnet neue Zugänge zur Entwicklung smarter Fassaden und smarter Fassadenkomponenten.

Inhalte und Zielsetzungen

Ein innovatives dynamisches Simulationsmodel, welches speziell für dieses Projekt entwickelt wurde, liefert aussagekräftige Erkenntnisse bezüglich der energetischen Potentiale und Möglichkeiten von adaptiven Fassadensystemen. Das Simulationsmodell dient gleichzeitig als virtuelles Modell zur Regelung von adaptiven Fassaden und liefert dabei die nötige Intelligenz zur Steuerung für zukünftig umgesetzte, adaptive Fassadensysteme.

Methodische Vorgehensweise

Die Manipulation und Unterbrechung von üblicherweise linear verlaufenden Simulationsprozessen marktüblicher Softwarewerkzeuge für die thermische Gebäudesimulation steht im Zentrum des vorliegenden Forschungsprojektes. Dem Simulationsprozess konnten intelligente Selektions- und Optimierungsprozesse (Loops) vorgeschaltet werden. Diese wurde durch die Verwendung von Komponenten der graphisch-algorithmischen Software Grasshopper erreicht. Auf die Simulationssoftware EnergyPlus konnte über Komponenten des Grasshopper-Add-On Honeybee zugegriffen werden.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Die aus dem Forschungsprojekt hervorgegangene Grasshopper-Simulationsdefinition ist ein voll funktionsfähiges Simulationswerkzeug zur Untersuchung adaptiver Fassadensysteme. Die Flexibilität des Werkzeugs lässt die Reduktion des Komplexitätsgrades, eine Weiterentwicklung bzw. einen Ausbau der zu berücksichtigten Parameter zu.

Die Auswertung der Simulationsergebnisse erfüllt die Erwartung über das Einsparungspotential durch adaptive Fassadensysteme. Die Effekte auf den Energieverbrauch sind bei Bürogebäuden als auch Wohngebäuden beachtlich.

Ausblick

Das Ergebnis des Forschungsprojekts, insbesondere die oben erwähnte Simulationsdefinition bildet ein starkes Fundament für aufbauende Forschungsprojekte, welche zum Ziel haben, smarte Fassadensysteme der Zukunft zu entwickeln.

Projektleitung

TU Graz, Institut für Gebäude und Energie

Prof. Brian Cody, DI Sebastian Sautter
Rechbauerstrasse 12
A-8010 Graz
Tel.: +43 (316) 873 4751
E-Mail: ige@tugraz.at
Web: www.ige.tugraz.at