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Internationaler Förderpreis "Textile Strukturen für neues Bauen"

E2D-Studierende erfolgreich in der Kategorie "Umwelt und Ökologie"

 
Energie Effizienz Design
Modell des flexiblen thermischen Kollektors (Abb.: Brandl, Fingler, Gülzow)
Modell des flexiblen thermischen Kollektors (Abb.: Brandl, Fingler, Gülzow)

Studiengang

Energie Effizienz Design - E2D (M.Eng.)

Projektbeschreibung

Bei dem internationalen Förderpreis "Textile Strukturen für neues Bauen 2013" im Rahmen der Frankfurter Weltleitmesse "Techtextil" haben die Studierenden Hannes Brandl, Maurice Fingler und Friedrich Gülzow des Masterstudiengangs "Energie Effizienz Design - E2D" den 2 Preis in der Kategorie "Umwelt und Ökologie" gewonnen. Ihre Arbeit "Trans2Skin" entwickelt einen neuartigen adaptiven thermischen Kollektor als zweite Gebäudehaut. Betreut wurde die Arbeit von Prof. Sahner, Prof. Dr. Hellwig und Prof. Dr. Müller.

 

Aus der Jurybegründung:

"Die Integration von solarer Aktivtechnik in textile Gebäudehüllen beschäftigt die Forschung schon seit langem. Die bisherigen Lösungsansätze konnten jedoch noch keine Marktrelevanz erreichen, weder im Bereich der Fotovoltaik noch der Solarthermie. Diese Arbeit beschäftigt sich mit einem neuartigen, nicht abgedeckten und nicht wärmegedämmten thermischen Kollektor, bei dem ein Fluid durch jeweils fünf parallel angeordnete, transparente Röhren geführt wird, die wiederum mittels eines GFK-Materials zu einem gewebeartigen Streifen gefügt werden.

Viele dieser Streifen werden dann vertikal zu einem Behang kombiniert, der als zweite Haut vor der thermischen Fassade eines Gebäudes angeordnet, verschiedene Aufgaben übernehmen kann (z.B. Sonnenschutz und Energiegewinnung) und das Gebäude auch in seiner Gestaltung prägt. Durch Verdrehung der einzelnen Streifen kann der Behang gezielt in bestimmten horizontalen Abschnitten geöffnet werden, um z.B. einen gezielten Durchblick zu erlauben.

Die Jury honoriert die Beschäftigung mit dem Thema der Gewinnung thermischer Energie in einer textilen Hülle und sieht in der Arbeit ein Anwendungspotenzial, das über die gezeigte Neubausituation (vollverglaste Fassade) hinausgeht und z.B. im Gebäudebestand anwendbar sein kann."

Visualisierung eines Einsatzes am Gebäude mit Verdrehung der Lamellen (Abb.: Brandl, Fingler, Gülzow)
Visualisierung eines Einsatzes am Gebäude mit Verdrehung der Lamellen (Abb.: Brandl, Fingler, Gülzow)

Aus der Jurybegründung:

"Die Integration von solarer Aktivtechnik in textile Gebäudehüllen beschäftigt die Forschung schon seit langem. Die bisherigen Lösungsansätze konnten jedoch noch keine Marktrelevanz erreichen, weder im Bereich der Fotovoltaik noch der Solarthermie. Diese Arbeit beschäftigt sich mit einem neuartigen, nicht abgedeckten und nicht wärmegedämmten thermischen Kollektor, bei dem ein Fluid durch jeweils fünf parallel angeordnete, transparente Röhren geführt wird, die wiederum mittels eines GFK-Materials zu einem gewebeartigen Streifen gefügt werden.

Viele dieser Streifen werden dann vertikal zu einem Behang kombiniert, der als zweite Haut vor der thermischen Fassade eines Gebäudes angeordnet, verschiedene Aufgaben übernehmen kann (z.B. Sonnenschutz und Energiegewinnung) und das Gebäude auch in seiner Gestaltung prägt. Durch Verdrehung der einzelnen Streifen kann der Behang gezielt in bestimmten horizontalen Abschnitten geöffnet werden, um z.B. einen gezielten Durchblick zu erlauben.

Die Jury honoriert die Beschäftigung mit dem Thema der Gewinnung thermischer Energie in einer textilen Hülle und sieht in der Arbeit ein Anwendungspotenzial, das über die gezeigte Neubausituation (vollverglaste Fassade) hinausgeht und z.B. im Gebäudebestand anwendbar sein kann."

Fassadenschnitt, Detail Fußpunkt Lamellen (Abb.: Brandl, Fingler, Gülzow)
Fassadenschnitt, Detail Fußpunkt Lamellen (Abb.: Brandl, Fingler, Gülzow)

Aufbau

Zentrales Element der Konzeption sind die vor der thermischen Gebäudehülle platzierten Lamellen mit einer Höhe von 3 Geschossen. Sie bestehen aus einem flexiblen und Licht reflektierenden GFK Trägerelement mit einseitig integrierten Röhren, durch die - nach wechselnden Anforderungen - ein Wärmetransport-Fluid geführt wird. Dieses tritt in Austausch mit sowohl einem Wärme- als auch einem Kältespeicher im Gebäudeinneren.

Nicht nur das GFK-Verbundmaterial als Träger der Röhren ist textil, auch die Gesamtstruktur der Lamelle bildet sich als Geflecht aus Medium führenden Röhren und beschichteten Folien.

Durch gezielte Verdrillung unterschiedlicher Art lassen sich über 3 Geschosse hinweg sehr viele unterschiedliche Verschattungskombinationen erreichen. Durch die Gewebestruktur wird an den konkav gewölbten Flächen Licht diffus gestreut und reflektiert, während die konvex gekrümmten Abschnitte Licht und Strahlungsenergie direkt in die Röhren fokussieren.

Funktionsweise Winter, System mit außenliegenden Lamellen, Wärme- und Kältespeicher (Abb.: Brandl, Fingler, Gülzow)
Funktionsweise Winter, System mit außenliegenden Lamellen, Wärme- und Kältespeicher (Abb.: Brandl, Fingler, Gülzow)

Funktionsweise Winter

Am Tag werden die wasserführenden Röhren durch eine passende Verdrehung der Lamellen zur Sonne ausgerichtet. Die gewünschte Belichtung wird durch den Anstellwinkel reguliert. Die Gewebestruktur lenkt durch Reflexion diffuses Licht in den Raum. Gleichzeitig wird durch den den Paraboleffekt der GFK-Trägerelemente Strahlungsenergie in den Röhren konzentriert. Ähnlich gewöhnlicher Solarthermie lädt das erwärmte Medium einen heizungsunterstützenden Solarpufferspeicher. Der Heizwärmebedarf reduziert sich dadurch in der Heizperiode.

Funktionsweise Sommer, System mit außenliegenden Lamellen, Wärme- und Kältespeicher sowie PCM Kühldecken (Abb.: Brandl, Fingler, Gülzow)
Funktionsweise Sommer, System mit außenliegenden Lamellen, Wärme- und Kältespeicher sowie PCM Kühldecken (Abb.: Brandl, Fingler, Gülzow)

Funktionsweise Sommer

Die Lamellen richten sich mit der reflektierenden Seite zur Sonne aus. Licht fällt diffus in den Raum, die wasserführenden Röhren werden vor direkter Strahlung geschützt. Das lediglich durch Umgebungswärme und Wärmeleitung im Paneel erwärmte Medium wird genutzt für den Warmwasserkreislauf im Gebäude. Nachts wird der Wärmespeicher abgekoppelt, der Kältespeicher angeschlossen. Die Röhren werden nach Außen gedreht, das durchströmende Medium gibt die überschüssige Energie aus dem Gebäudeinneren durch Abstrahlung gegen den kalten Nachthimmel und durch Transmission ab.

Der Kältespeicher wird entladen. Mit dem kalten Medium im Kältespeicher werden am Tag die PCM Kühldecken mehrmals entladen. Dadurch erreichen die Kühldecken mehrfach höhere Kühlleistungen bei geringerer Größe sowie Einsparungen bei Material und Kosten.

Analyse zu Potenzialen und Nutzungen (Abb.: Brandl, Fingler, Gülzow)
Analyse zu Potenzialen und Nutzungen (Abb.: Brandl, Fingler, Gülzow)

Klimatische Potenziale und Nutzungsanforderungen

Das Diagramm analysiert und bildet die Überlagerungen klimatischer Potenziale mit den jeweiligen Anforderungen der Nutzer ab. Betrachtet werden dabei die 4 Jahreszeiten als Extrema der thermischen Zustände. Zur differenzierten Betrachtung werden für jede Jahreszeit der Nacht-Fall betrachtet, sowie ein sonniger, warmer Tag und ein kühler, bewölkter Tag. Dargestellt werden die inneren Anforderungen (DIN EN 15251), die mittels äußerer Potentiale direkt bzw. durch Übertragung zwischen Tag und Nacht gedeckt werden können.

Lichtsimulation der Innenräume bei unterschiedlichen Lamellenständen (Abb.: Brandl, Fingler, Gülzow)
Lichtsimulation der Innenräume bei unterschiedlichen Lamellenständen (Abb.: Brandl, Fingler, Gülzow)
 

Ansprechpartner

Prof. Dipl.-Ing. Georg Sahner

Architektur und Bauwesen

Telefon: 

+49 821 5586-3116

Fax:

+49 821 5586-3110

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Joachim Müller

Architektur und Bauwesen

Telefon: 

+49 821 5586-2114

Fax:

+49 821 5586-3110