Bild: Bautafel der Wohnhaussanierung "Tschechenring"

smart façade - energetische Potentiale von adaptiven Fassadensystemen

Ermittlung der energetischen Potentiale von adaptiven Fassaden­systemen unter Einsatz eines eigens dafür entwickelten Simulations­modells. Das dynamische Verhalten der physikalischen Eigenschaften von adaptiven Fassaden wird dabei von den NutzerInnen und den klimatischen Umgebungsbedingungen beeinflusst. Ziel ist die Abbildung einer adaptiven Fassade mit maximalem Komfort für die NutzerInnen bei gleichzeitig minimalem Energieeinsatz.

Kurzbeschreibung

Status

laufend

Kurzfassung

Ausgangssituation/Motivation

Die physikalischen Eigenschaften von Fassaden und Wänden der Gebäude unserer Städte sind derzeit kaum dazu in der Lage, auf klimatische Veränderungen oder individuelles NutzerInnenverhalten zu reagieren.

Dies gilt für variable Umgebungsbedingungen wie Klima, Lärm, Luftqualität, Licht als auch für schwankende Anforderungen an die klimatischen Bedingungen im Inneren des Gebäudes.

Physikalische Eigenschaften heutiger Fassaden, wie Wärmeleitfähigkeit, Licht- und Gesamtenergiedurchlassgrad oder Luftdurchlässigkeit, verhalten sich im Wesentlichen statisch und bleiben konstant, obwohl die Anforderungen an eine energieeffiziente Gebäudehülle im Tages- und Jahresverlauf deutlich variieren.

Bisherige Entwicklungen adaptiver Fassaden beschränken sich meist auf einen variablen Parameter, wie es etwa bei automatisierten Verschattungssystemen, Spezialverglasungen oder natürlichen Lüftungssystemen der Fall ist.

Diese wissenschaftliche Studie eröffnet, durch die Bestimmung der energetischen Potentiale von Fassadensystemen mit variablen, physikalischen Eigenschaften völlig neue Zugänge zur Entwicklung "smarter" Fassaden und "smarter" Fassadenkomponenten.

Inhalte und Zielsetzungen

Das Forschungsprojekt "smart façade" untersucht die energetischen Potentiale und Möglichkeiten von zukunftsorientierten "smarten" adaptiven Fassaden.

Die Studie erarbeitet die qualitativen und quantitativen Potentiale und Wirkungsweisen von "smarten" Fassaden, die durch die Möglichkeit von variablen physikalischen Eigenschaften maximale Energieeffizienz und maximale Behaglichkeit in Abhängigkeit von variablen klimatischen Umgebungsbedingungen und NutzerInnenverhalten erreichen.

Das beschriebene "smarte" Fassadenkonzept nutzt Wettervorhersagen, prognostiziertes zukünftiges NutzerInnenverhalten sowie die aktuellen Anforderungen und Randbedingungen um physikalische Eigenschaften anzunehmen, die zu energieoptimierter Performance und Behaglichkeit für die NutzerInnen führt.

Ziel der Forschung ist, eine klare Aussage zum energetischen Potential von Fassaden mit variablen Parametern für

  • Wärmeschutz (U-Wert),
  • Energiedurchlässigkeit (g-Wert),
  • Transmission (τ-Wert),
  • Wärmespeicherung (c-Wert),
  • Luftdichtheit (n-Wert) und dem
  • Feuchtedurchlassgrad (F-Wert)

sowie deren Kombination zu erhalten.

Methodische Vorgehensweise

Ein neuartiges und innovatives, dynamisches Simulationsmodell, das speziell für dieses Projekt entwickelt wird, liefert aussagekräftige Erkenntnisse über die Potentiale einzelner Parameter, als auch über synergetische Beziehungen zwischen den untersuchten Parametern. Die Studie dient als Grundlage zur Entwicklung und Umsetzung neuer Gebäudehüllen und deren Regelung.

Das modulorientierte Softwarepaket "Grasshopper" mit AddOns wie "Honeybee" und "Ladybug" basierend auf der CAD-Software "Rhinoceros" ermöglicht die Implementierung von Rechenkernen wie "EnergyPlus" oder "Radiance".

Die Oberfläche von "Grasshopper" als Schnittstelle zwischen den Rechenkernen, direkten algorithmischen Berechnungsmöglichkeiten oder Verwendung von "Matlab 18", bringt ideale Voraussetzungen zur Simulation von unkonventionellen Systemen mit sich.

Diese flexiblen Eigenschaften und die damit nahezu unbegrenzten Möglichkeiten in der Energieanalytik machen "Grasshopper" zum idealen Werkzeug, das beschriebene Simulationsmodell dieses Forschungsprojekts zu erstellen.

Erwartete Ergebnisse

Das Resultat der Arbeit führt zu Erkenntnissen über die energetischen Potentiale von standortspezifisch optimierten, adaptiven Fassaden und den damit verbunden Parametern und dient als wertvolle Grundlage zur Entwicklung von neuen Fassadenmaterialien und Fassadentypologien für unterschiedliche Klimaregionen und Gebäudenutzungen.

Das erarbeitete Simulationsmodell dient als Grundlage zur Regelung zukünftiger, realer, adaptiver Fassadensysteme, die in Stufe zwei des Forschungsprojekts mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie entwickelt und in der dritten Stufe umgesetzt werden sollen.

Projektbeteiligte

Projektleitung

TU Graz, Institut für Gebäude und Energie

Kontaktadresse

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

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