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Solarthermische Fassadenelemente

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme hat in Zusammenarbeit mit Gewerken thermoaktive Bauteilsysteme (TABS) entwickelt, die Solarenergie für nachhaltige Wärmeerzeugung nutzen.

Foto, Detailansicht der Oberflächenstruktur eines Elements aus Ultra-Hochleistungsbeton

Ansatz

Im Forschungsprojekt TABSOLAR hat das Frauenhofer ISE modulare Bauteile aus Ultrahochleistungsbeton (UHPC) für die Anwendung als solarthermische Fassaden, verglaste Variante, oder als thermoaktive Bauteilsysteme im Gebäudeinnern (TABS), unverglaste Variante, hergestellt. Im Inneren des Bauteils befinden sich mehrfach verzweigten Kanäle durchströmt von Solarfluid, welches die Wärme aus der Umgebung und der Sonneneinstrahlung aufnimmt.

Das Ziel von TABSOLAR ist die Integration von architektonisch gestaltbaren, solarthermisch aktiven Gebäudehüllen unter Einbezug von Wärmepumpen und weiteren Komponenten in integrierte Systemlösungen. Die solarthermischen Fassadenelemente sind geräuschlos und platzsparend. Sie eignen sich daher als Alternative für herkömmlichen Außenlufteinheiten von Luft-Wasser-Wärmepumpen an Neu- und Bestandsbauten, wenn diese aufgrund von Aufstellmöglichkeiten und Geräuschentwicklung nicht installiert werden können.

In den ersten Projektphasen wurde zur Herstellung und Konzipierung der Bauteile geforscht. In TABSOLAR III von 2020 bis 2023 lag der Fokus auf der gesamten Wertschöpfungskette von Planung über Installation bis zum Betrieb.

  • 65% Erneuerbare Energien
  • Energieeffizienz
  • Innovation

Datenblatt:

Themenfeld
Erneuerbare Energien


Art der Innovation
Bauteil


Reifegrad
Forschung


Initiator
Hochschule / Unternehmen

Herausforderungen

Herkömmliche solarthermische Module besitzen separate Rohrleitungen für die Wärmeleitflüssigkeit. Bei den solarthermischen Fassaden sollten die Kanäle jedoch in die Module aus Hochleistungsbeton integriert werden. Dafür mussten Gussformen entwickelt werden, die trotz verzweigter Kanalstruktur optimalen Durchfluss gewährleisten. Das neue Gießverfahren in TABSOLAR III verhindert den Verschluss der Kanäle, die Verbindung der Module miteinander sowie die Diffusion der Flüssigkeit. Für die Marktreife wird eine semi-automatische Produktion angestrebt, die diese Lösungsansätze integriert. Damit die integrierte Solartechnik frühzeitig mit der Baubranche zusammengebracht wird, wurden im Projekt TABSOLAR seit Beginn Planung, Montage und Betrieb mit allen beteiligten Gewerken gemeinsam umgesetzt.

Kanalstruktur auf der Rückseite des thermoaktiven Bauteils

Ziele & Erfolge

Die modularen, solarthermischen Bauteile verbinden eine flexible Fassadengestaltung mit der Nutzung von erneuerbaren Energien zum Heizen, Kühlen und für die Trinkwasser-Erwärmung auf bisher wenig genutzten Oberflächen von Gebäuden. Besonders im Winter, wenn der Bedarf an Heizwärme hoch ist, sind solarthermische Lösungen in der Fassade bei tiefliegender Sonne von Vorteil. Die verzweigte Kanalstruktur ist vergleichbar mit der Struktur von Blättern oder Blutbahnen und ermöglicht durch ihre Dichte und Integration in das Bauteil einen gleichmäßigen Wärmedurchfluss bei geringem Energieaufwand für die Wärmepumpe.

Zukünftig sollen solarthermischen Fassadenelemente neben vorgehängten hinterlüfteten Fassaden auch für Wärmedämmverbundsysteme oder Sandwich-Konstruktionen entwickelt werden.

Oberflächenstruktur des Ultra-Hochleistungsbetons

Zahlen & Daten

Die in TABSOLAR II für die entwickelten Produkte vorgenommene Lebenszyklusanalyse zeigt, mit 90 bis 130 Kilogramm CO2 pro Quadratmeter entstehen weniger Emissionen als bei Fassaden mit Standard-Kollektoren. Die Amortisationszeiten sehen ebenfalls vielversprechend aus. Detailliertere Informationen bietet der Schlussbericht des Forschungsprojektes TABSOLAR II:

TABSOLAR II – Solarabsorber und andere thermisch aktive Bauteile aus Ultrahochleistungsbeton (UHPC) (PDF / 14,7 MB)

Aufgrund ihrer Flexibilität kann die solarthermische Aktivierung die Einsatzmöglichkeiten für erneuerbare Energien steigern und damit insgesamt CO2-Einsparungen erreichen. Zukünftig werden Pilotanwendungen und wissenschaftliche Studien die Erreichung von Einsparungen von CO2-Emissionen und weiteren Umweltwirkungen quantifizieren.

Vergleich des bei der Herstellung und Entsorgung entstehenden Treibhauspotenzials verschiedener Varianten der TABSOLAR-Produktfamilien mit einer passiven UHPC-Verkleidung und einem Standard-Kollektor, jeweils als vorgehängte hinterlüftete Fassade, sowie einem Wärmedämmverbundsystem (WDVS)

Akteure, Links & Praxis

Ihr persönlicher Kontakt

Michael Hermann


Fraunhofer ISE

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Foto, Nahaufnahme von mehreren Stecknadeln in einer Pinwand, die mit Bindfäden untereinander verbunden sind.
Akteure

Projektträger

Verbundpartner

Assoziierte Firmen

Unterauftragnehmer

Praxisbeispiele

Demonstrationsgebäude des Projekts TABSOLAR III

Im Rahmen des Forschungsprojekts TABSOLAR III soll das solarthermische System erstmalig im Rahmen einer Fassadensanierung in einem Zweifamilienhaus in Kassel eingesetzt werden.

Weitere Infos