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Anlagentechnik in Fassaden

Stand: Januar 2023
Außenansicht der Erneuerbare-Energien-Modulfassade mit raumhohem Photovoltaik-Element.

Durch Fassadenmodule mit integrierter Gebäudetechnik, zu denen die Fraunhofer-Institute für Bauphysik (IBP) sowie für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE) forschen, lässt sich erneuerbare Energie in der Gebäudehülle gewinnen und vor Ort nutzen. Damit wird eine energieeffiziente Sanierung allein durch den Fassadenaustausch möglich.

 

Module mit integrierter Technik

Die Erneuerbare-Energien-Modulfassade, in Kurzform EE-Modulfassade, ist so ausgestattet, dass sie die dahinterliegenden Räume heizen, kühlen und lüften kann. Dafür sind in die aus EE-Modulen bestehende Gebäudehülle ein Photovoltaikelement zur Energieerzeugung, eine Wärmepumpe zum Heizen und Kühlen in kleinstem Format sowie ein Lüftungsgerät mit Wärmerückgewinnung integriert. Durch den hohen Vorfertigungsgrad der Module, die mit allen notwendigen Bauteilen ausgestattet sind, ist ein Einsatz dieser Technik in der Breite anwendbar und zwar sowohl im Neubau wie auch bei der nachhaltigen und energieeffizienten Sanierung von Bestandsgebäuden.

Energetische Sanierung durch Fassadenaustausch

Die energetische Sanierung eines Gebäudes mit dieser Technik bedeutet, dass die Bestandsfassade durch eine EE-Modulfassade ausgetauscht wird. Es müssen dabei keine neuen Leitungen für Gebäudetechnik im Inneren verlegt werden, denn die Räume werden durch die dezentrale Technik in der Gebäudehülle beheizt, gekühlt und belüftet. Damit diese Versorgung auch in Zeiten garantiert ist, in denen kein Strom durch die Photovoltaikanlage erzeugt werden kann, muss die Fassade über einen weiteren Stromanschluss verfügen. Eine einzelne Technikeinheit der EE-Modulfassade hat eine Breite von 1,25 Metern und eine Tiefe von 30 Zentimetern und kann einen 24 Quadratmeter großen Raum versorgen.

Herzstück der Technikeinheit: die Wärmepumpe

Die PV-Anlage versorgt die Technikkomponenten mit Strom. Eine davon ist die Wärmepumpe, die Wärme und Kälte produziert und die intelligent gesteuert wird. Aus einer Einheit Strom generiert sie drei bis vier Einheiten Wärme. Über einen Ventilatorkonvektor, der hinter dem PV-Element montiert ist, entzieht sie der Außenluft Wärme und gibt sie, ebenfalls über einen Ventilatorkonvektor, als Heizwärme an den dahinterliegenden Raum ab. Für die Kühlungsfunktion ist es der umgekehrte Prozess: sie entzieht der Innenluft Wärme und führt diese an die Außenluft ab. Eine integrierte dezentrale Lüftungseinheit regelt den Luftwechsel und die Wärmerückgewinnung. Dafür wird vergleichsweise weniger Strom gebraucht, denn aufgrund einer zielgerichteten Verschaltung der Luftklappe ist nur ein Ventilator für beide Prozesse notwendig. Dabei wird zyklisch zwischen Zu- und Abluftbetrieb abgewechselt. Darüber hinaus sorgen Vakuum-Dämmelemente mit hoher Dämmleistung für Wärmeschutz.

Wärmepumpen

Eine Wärmepumpe entzieht der Umwelt thermische Energie, um Wärme für die Gebäudebeheizung oder Warmwasserbereitung zur Verfügung zu stellen. Mit grünem Strom betrieben funktionieren Wärmepumpen auf Basis erneuerbarer Energien.

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Schnelle Montage an Gebäuden in Skelettbauweise

Für die Sanierung mit einer EE-Modulfasse sind Gebäude geeignet, die von 1950-1990 in Skelettbauweise errichtet wurden. Dabei handelt es sich meistens um Büro-, Verwaltungs- und Schulgebäude. Bei dieser Baukonstruktion werden die Geschossdecken nicht durch tragende Wände, sondern von Unterzügen und Stahlbetonstützen gehalten. Daher können bei einem Austausch der Fassade, z. B. im Rahmen einer Sanierung, die alten Fassadenelemente (Außenwand) ohne Probleme demontiert und die neuen EE-Fassadenmodule, die die Höhe eines Geschosses umfassen, vor der Gebäudestruktur eingehängt werden.

Diese Form der energetischen Sanierung senkt den Stromverbrauch im Gebäude drastisch: Weist ein Bürogebäude in Skelettbauweise aus den Jahren 1950-1990 durchschnittlich einen Verbrauch von 3.200 Gigawattstunden (GWh) pro Jahr auf, so ist der Verbrauch nach der Sanierung auf 600 GWh gesunken.

Forschung läuft

Ansicht des hinter der Erneuerbare-Energien-Modulfassade liegenden Versuchsraumes inklusive der Messtechnik.

Das Verbundforschungsvorhaben der Fraunhofer-Institute für Bauphysik IBP und für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE zielt darauf ab, eine kostengünstige modulare Sanierungs- und Neubaufassade zu entwickeln, und wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert. Projektpartner sind die Implenia Fassadentechnik GmbH für die Konstruktion der EE-Modulfassade, die Lare GmbH Luft- und Kältetechnik für die Entwicklung der Wärmepumpe sowie die LTG AG im Bereich dezentraler Lüftung.

Gute Konditionen für Markteinführung

Durch das innovative Konzept sind bei der neuen EE-Modulfassade Wärme- und Sonnenschutz optimal aufeinander abgestimmt bei gleichzeitig geringem Bedarf an Energie und hohem Nutzungskomfort. Der hohe Vorfertigungsgrad der Module und die Möglichkeit, sie in standardisierter Ausführung und auf Masse produzieren zu können, optimiert Kosten-und Terminsicherheit für Investoren. Der Aufwand bei der Installation einer EE-Modulfassade und die Abstimmungserfordernisse an der Baustelle sind vergleichsweise gering. Die Montage bzw. der Austausch der Fassadenmodule benötigt nur wenige Stunden und das Verfahren erfordert keinen Auszug der Personen, die die Räume nutzen. Die innovative Technik ermöglich insofern, dass die Bedingungen für eine zukünftige Markteinführung günstig und niedrigschwellig sind und ihr Einsatz flächendeckend zum Tragen kommen kann.

Alles in allem übernimmt eine multifunktionale Fassade eine effiziente, wirtschaftliche und klimafreundliche Energieversorgung des Gebäudes dank intelligenter Steuerung und kann ein Hebel sein auf dem Pfad zur Klimaneutralität im Gebäudesektor sein.

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