Temperaturausgleich durch flüssige Gebäudehülle

Forschungsteam der Uni Jena
Forschungsteam der Uni Jena

Intelligente Fassaden sollen zukünftig im Gebäudeinneren für angenehme Kühle im Sommer und wohlige Wärme im Winter sorgen. Diese Idee gibt es bereits seit längerem. Einen neuen Ansatz für die Umsetzung stellten in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Advanced Science“ Materialwissenschaftler aus Jena vor. Das Konsortium aus Universitäten und Industrie-unternehmen entwickelte intelligente Fassaden- und Fenstermodule, die den Wärmefluss in Gebäuden regulieren können. Was nach ferner Zukunftsmusik klingt, könnte bereits in wenigen Jahren Realität werden.

„Die grundlegende Idee besteht darin, Gebäude in eine sehr dünne, flüssige Hülle zu kleiden“, erläutert Prof. Wondraczek das Prinzip.

Wie funktioniert das Konzept?

Kurz gesagt: eine Flüssigkeit zirkuliert durch dünne Kanäle im Glas. Sie dient dabei zunächst als Puffer- und Speichermedium für Wärme, kann darüber hinaus aber auch weitere Funktionen wie zum Beispiel einen Farbwechsel oder solarthermischen Wärmeaustausch übernehmen.

Dazu konzipieren die Forscher Glasmodule von der Dicke einer normalen Fensterscheibe, die 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 könnte im Praxiseinsatz eine oder mehrere beliebige Scheiben einer herkömmlichen Doppel- oder Dreifachverglasung ersetzen. Notwendig wären dabei 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. Die Glasmodule und Fenster können dabei als großflächige Kühler, Heizer oder Luftwärmetauscher zum Beispiel für den Betrieb einer Wärmepumpe verwendet werden. Ihre Ergebnisse haben die Forscher zudem durch Computersimulationen untermauert.

Testlauf in der Praxis

Nach erfolgreichen Laborversuchen, sollen nun Praxistests folgen. Erste Modellgebäude in Skandinavien, Südeuropa sowie in Jena und Weimar werden bereits in wenigen Wochen mit den Modulen in der Größe realer Fenster ausgestattet. 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.

Quelle: https://www.uni-jena.de – Aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Advanced Science“ (DOI: 10.1002/advs.201600362).

Forschung – Materialwissenschaft 
Temperaturausgleich durch flüssige Gebäudehülle
Intelligente Fassaden sollen zukünftig im Gebäudeinneren für angenehme Kühle im Sommer und wohlige Wärme im Winter sorgen. Diese Idee gibt es bereits seit längerem. Einen neuen Ansatz für die Umsetzung stellten in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Advanced Science“ Materialwissenschaftler aus Jena vor. Das Konsortium aus Universitäten und Industrieunternehmen entwickelte intelligente Fassaden- und Fenstermodule, die den Wärmefluss in Gebäuden regulieren können. Was nach ferner Zukunftsmusik klingt, könnte also bereits in wenigen Jahren Realität werden. 
„Die grundlegende Idee besteht darin, Gebäude in eine sehr dünne, flüssige Hülle zu kleiden“, erläutert Prof. Wondraczek das Prinzip. 
Wie funktioniert das Konzept?
Kurz gesagt: eine Flüssigkeit zirkuliert durch dünne Kanäle im Glas. Sie dient dabei zunächst als Puffer- und Speichermedium für Wärme, kann darüber hinaus aber auch weitere Funktionen wie zum Beispiel einen Farbwechsel oder solarthermischen Wärmeaustausch übernehmen. 
Dazu konzipieren die Forscher Glasmodule von der Dicke einer normalen Fensterscheibe, die 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 könnte im Praxiseinsatz eine oder mehrere beliebige Scheiben einer herkömmlichen Doppel- oder Dreifachverglasung ersetzen. Notwendig wären dabei 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. Die Glasmodule und Fenster können dabei als großflächige Kühler, Heizer oder Luftwärmetauscher zum Beispiel für den Betrieb einer Wärmepumpe verwendet werden. Ihre Ergebnisse haben die Forscher zudem durch Computersimulationen untermauert.
Testlauf in der Praxis
Nach erfolgreichen Laborversuchen, sollen  nun Praxistests folgen. Erste Modellgebäude in Skandinavien, Südeuropa sowie in Jena und Weimar werden bereits in wenigen Wochen mit den Modulen in der Größe realer Fenster ausgestattet. 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. 
Quelle: https://www.uni-jena.de – Aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Advanced Science“ (DOI: 10.1002/advs.201600362).
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Tags: Materialwissenschaft, Flüssige Gebäudehülle, intelligente Fassade, Universität Jena, Materialforschung
Kurztext: Materialwissenschaftler stellen den Prototypen für intelligente Fassaden vor die durch eine flüssige Gebäudehülle für Temperaturausgleich sorgt
Bildunterschrift:   Ein Forschungsteam der Uni Jena entwickelt Glasmodule, die den Wärmefluss in Gebäuden regulieren soll  ©Jan-Peter Kasper, Universität Jena

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