Flüssige Gebäudehülle schützt vor Hitze und Kälte

Man stelle sich ein solches Gebäude vor: Wenn im Sommer die Sonne scheint, sorgen eine intelligente Fassade und ebensolche Fenster für angenehme Kühle im Inneren. Im Winter dagegen bleibt es behaglich warm, auch ohne dass eine zusätzliche Heizung notwendig ist.

Was nach ferner Zukunftsmusik klingt, könnte bereits in wenigen Jahren Realität werden. Die Grundlagen dafür hat jetzt ein Team von Materialwissenschaftlern im Rahmen eines an der Friedrich-Schiller-Universität Jena koordinierten Forschungsvorhabens gelegt.

Das Konsortium aus Universitäten und Industrieunternehmen hat dafür intelligente Fassaden- und Fenstermodule entwickelt, die den Wärmefluss in Gebäuden regulieren können. In der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Advanced Science“ stellen die Wissenschaftler Prototypen ihrer Entwicklung vor (DOI: 10.1002/advs.201600362).

„Die grundlegende Idee besteht darin, Gebäude in eine sehr dünne, flüssige Hülle zu kleiden“, erläutert Prof. Wondraczek das Prinzip. Die Flüssigkeit diene dabei zunächst als Puffer- und Speichermedium für Wärme, kann darüber hinaus aber auch weitere Funktionen wie zum Beispiel einen Farbwechsel oder solarthermischen Wärmeaustausch übernehmen.

Konkret sieht das Konzept der Jenaer Forscher so aus, dass Glasmodule von der Dicke einer normalen Fensterscheibe mit dünnen Kanälen versehen werden, durch die eine farblose Speicherflüssigkeit auf Wasserbasis fließt. Die nur wenige Millimeter tiefen und breiten Kanäle verlaufen parallel und sind bei Anpassung der optischen Eigenschaften der Flüssigkeit im Glas kaum sichtbar.

Eine solche Scheibe kann dann im Prinzip eine oder mehrere beliebige Scheiben einer herkömmlichen Doppel- oder Dreifachverglasung ersetzen. Notwendig werden hierbei allerdings zusätzliche Flüssigkeitskanäle und Anschlüsse in der Rahmenkonstruktion, an denen derzeit mehrere der Industriepartner arbeiten.

„Die Module lassen sich einerseits als Fensterverglasung einsetzen, wofür eine möglichst geringe Sichtbarkeit der Kanalstrukturen entscheidend ist. Andererseits können sie direkt in Gebäudefassaden integriert werden“, so Wondraczek.

In ihrer vorgelegten Arbeit, die im Rahmen eines von der Europäischen Union geförderten Projekts entstanden ist, demonstrieren die Forscher, dass das Prinzip der Wärmeregulierung funktioniert: Wärmebildaufnahmen und weitere Untersuchungen an ersten Glasmodulen belegen, dass – durch den kontinuierlichen Flüssigkeitsfluss durch die Kapillaren – je nach Anwendungsziel Wärme sowohl aufgenommen als auch abgegeben werden kann.

Binnen weniger Minuten können so Temperaturschwankungen ausgeglichen werden, wobei die Glasmodule und Fenster als großflächige Kühler, Heizer oder Luftwärmetauscher zum Beispiel für den Betrieb einer Wärmepumpe verwendet werden können. Ihre Ergebnisse haben die Forscher zudem durch Computersimulationen untermauert.

Was sich im Laborversuch als aussichtsreich erwiesen hat, soll nun auch im großen Maßstab getestet werden. Bereits in wenigen Wochen werden erste Modellgebäude mit den Modulen in der Größe realer Fenster ausgestattet. Neben Prüfständen in Skandinavien wird dabei auch in Südeuropa sowie in Jena und Weimar getestet. Diese Versuche werden etwa ein Jahr umfassen, wobei unterschiedliche Jahreszeiten und Wetterbedingungen abgedeckt werden sollen.

In Jena werden die Arbeiten am Otto-Schott-Institut für Materialforschung sowie am erst kürzlich eingerichteten Zentrum für Energie und Umweltchemie (CEEC Jena) koordiniert. Neben den an der Prototypenentwicklung beteiligten Partnern, der Bauhaus Universität Weimar sowie der SCHOTT Technical Glass Solutions GmbH besteht das Konsortium aus elf weiteren Partnern. Die europäische Kommission fördert die Entwicklung mit einem Gesamtvolumen von etwa 5,9 Millionen Euro.

Original-Publikation:
Heiz B. P. V. et al. Ultra-thin fluidic laminates for large-area façade integration and smart windows, 2016, Advanced Science, DOI: 10.1002/advs.201600362).

Kontakt:
Prof. Dr. Lothar Wondraczek
Otto-Schott-Institut für Materialforschung der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Fraunhoferstr. 6, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 948500
E-Mail: lothar.wondraczek[at]uni-jena.de

http://www.uni-jena.de