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Ästhetische Gebäude-Integration
Ästhetische Gebäude-Integration
Mit Einführung des EE WärmeG (Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz) vom 01.01.2009 ist die Einbindung von regenerativen Energiequellen in die Wärmeerzeugung bei der Errichtung von Neubauten Pflicht geworden. Der Anteil kann je nach Gebäudestandard variieren. Die Umsetzung dieser gesetzlichen Auflage kann über unterschiedliche Kombinationsmöglichkeiten
der technischen Gebäudeausrüstung erfolgen, wovon Jörg Wollenweber berichtet.
Häufig genutzte Bauteile für die Deckung des geforderten regenerativen Energieanteils sind Solarthermieanlagen. Diese werden in den meisten Fällen als Aufdachanlagen montiert, oder als aufgeständerte Systeme an oder neben dem Gebäude platziert. Hüllflächenintegrierte und damit in den Entwurfsprozess aufgenommene energiegewinnenden Systeme sind verschwindend gering. Dabei bietet die Einbindung solcher Systeme ein hohes Maß an Gestaltungsmöglichkeiten, die das architektonische Erscheinungsbild entscheidend prägen können. Zudem können ästhetisch ansprechende Lösungen die planerischen Möglichkeiten darstellen und die Akzeptanz in der Bevölkerung fördern. Mit der aktuellen Initiative e-Mobilität der Bundesregierung wird das Thema der dezentralen Energiegewinnung wieder gefördert und zentral in den Blickpunkt der Gesellschaft gestellt. Im Zusammenhang mit der Speicherung von überschüssigem Strom zur Aufladung von Elektroautos, kann dies im Bereich der innerstädtischen Mobilität zu einer Unabhängigkeit der Nutzer führen. Jeder Betreiber einer Photovoltaikanlage könnte seine eigene „Tankstelle“ nutzen. Diese Art der Initiativen ist wichtig für eine Steigerung der dezentralen Strom und Wärmeerzeugung. Die solarthermischen Anlagen sowie Photovoltaikanlagen können als substituierende Bauelemente Anforderungen der eigentlichen Dach- und Fassadenbauteile übernehmen. Die Integration stromerzeugender Systeme in die Gebäudehülle wurde bis Ende 2009 auch durch die Energieeinspeisevergütung mit 5 ct als Bonus zu generellen Vergütungen netzgekoppelter Anlagen belohnt.
Solarthermiesysteme
Eine installierte solarthermische Anlage trägt grundsätzlich schon zu einer möglichen Autarkie in der Wärmeversorgung eines Gebäudes bei. Im Bereich der Solarthermie können folgende Systeme unterschieden werden: wassergeführten Kollektoren, luftgeführte Kollektoren und Hybridsysteme. Hybridsysteme sind Photovoltaikanlagen mit integrierten Luftkollektoren, diese stehen noch am Anfang und sind bisher selten als gebaute Systeme zu realisiert. Bei einer jährlich eingestrahlten Energiemenge von etwa 1.000 KWh/m² beträgt der Kollektorertrag bei wassergeführten Flachkollektoren ca. 300–400 KWh/m²a. Dies entspricht einem Nutzungsgrad von 30 %– 40 %. Eine übliche Kollektorgröße von 6 m² kann somit ca. 2.000 KWh Energie pro Jahr bereitstellen. Allerdings fällt die Energie größtenteils im Sommer an, wo diese im Wesentlichen der Warmwasserbereitung zugute kommt. Die Kollektorarten unterscheiden sich im Wesentlichen in ihren Wirkungsgraden, die von ca. 40 % bei offenen Absorbern, über ca. 65 % bei Flachkollektoren bis hin zu ca. 80 % bei Vakuum- Röhrenkollektoren reichen.
Photovoltaik
Das Feld der Photovoltaikzellen kann in zwei Bereiche unterteilt werden: kristalline Zellen und in Dünnschichtzellen. Bisher sind kristalline Zellen die am weitesten verbreitete Technologie. Am häufigsten werden sie in Aufdachanlagen verwendet. Der Einsatz als fassadenintegriertes Modul ist bisher selten. Gegenüber kristallinen Zellen hat die Dünnschichttechnologie den Vorteil, dass der Herstellungsprozess material- und energiesparender ist, da hier weniger Prozessschritte erforderlich sind. Eine energetische Amortisation der Dünnschichtzellen erfolgt nach ca. 2–3 Jahren, kristalline Zelle benötigen ca. 3–4 Jahre.
Einbaumöglichkeiten
Die Einbaumöglichkeiten von Solarthermie- und Photovoltaikanlagen sind vielfältig. Im Bereich der Photovoltaik sind die Integrationsbemühungen bereits weiterentwickelt. Diese reichen von der Dachintegration über die Fassadenintegration bis zur Photovoltaikzellen, eingebettet in Glas-Glas- Modulen, als Überkopfverglasung oder als im Scheibenzwischenraum integrierte Verschattung von vertikalen und horizontalen Verglasungen. Des Weiteren gibt es starre Verschattungen über Fensterbereichen bis hin zur vollständigen Fassadenausführung aus Photovoltaikmodulen. Diese können als fest installierte oder aber als bewegliche Elemente die Fassade entscheidend mitgestalten und Funktionen aus den haustechnischen Anforderungen erfüllen. Die Fassadenhinterlüftung, die für viele Photovoltaikzellen zur Temperaturregulierung erforderlich ist, um eine gleich bleibende Leistung zu ermöglichen, kann für die gesamte Verkabelung, aber auch für Bauteile aus anderen technischen Bereichen genutzt werden. Solarthermische Flachkollektoren können im Bereich von opaken Fassadenbereichen und Balkonbrüstungen oder als bewegliche Elemente, die zur Verschattung von dahinter liegenden Räumen dienen, integriert werden. Vakuumröhrenkollektoren finden im Brüstungsbereich oder als Verschattung im Bereich von transparenten Elementen Verwendung.
Kosten/Wirtschaftlichkeit
Die Kosten für eine Integration von energiegewinnenden Systemen in die Gebäudehülle werden durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst. Ein wesentlicher Punkt ist hierbei die Frage, ob die energieerzeugende Fassade oder das energieerzeugende Dach auch die gesamten Belange der auf sie wirkenden Witterung aufnehmen muss. Die Photovoltaik sowie die Solarthermie sind in der Regel teurer als Fassadenmaterialien, die im Normalfall eingesetzt werden. Eine Kompensation der Kosten kann aber über die direkte Nutzung des erzeugten Stroms und die entsprechende zusätzliche Einspeisevergütung, die Einspeisung der gewonnenen Energie in das öffentliche Netz, oder im Fall von Solarthermie über die selbstgenutzte Wärme und damit die Minderaufwendungen im Bereich der Wärmeerzeugung erfolgen. Seit dem 03.05.2010 ist das Marktanreizprogramm der Bundesregierung für erneuerbare Energien gestoppt. Dies hat zur Folge, dass die Förderungen für die Wärmeerzeugung mit regenerativen Quellen entfallen. Die Auswirkungen dieser Haushaltssperre sind derzeit noch nicht absehbar. Der weitere Ausbau der Nutzung regenerativer Energien zur Wärmeerzeugung wird aber sicherlich hierdurch beeinträchtigt werden. Der Strommarkt ist von dieser Haushaltssperre nicht betroffen.
Ausblick
Immer mehr Hersteller und Anbieter von Photovoltaikanlagen erkennen die Chancen, mit energieerzeugenden Systemen Fassaden zu gestalten und auf Dauer vielleicht sogar einen entsprechenden Markt zu generieren. Die Forschung im Bereich der Integration von energiegewinnenden Systemen in die Gebäudehülle nimmt ebenfalls weiter zu. Die Projekte der TU Darmstadt für den internationalen Studentenwettbewerb Solar Decathlon der Jahre 2007 und 2009 in Washington sind gebaute Forschungsprojekte, die durch das Bundesbauministerium gefördert wurden, und international hohe Anerkennung finden. Derzeit laufen die Vorbereitungen zum europäischen Solar Decathlon, der vom 18.06. bis zum 27.06.2010 in Madrid stattfinden wird. Die insgesamt vier deutschen Beiträge stammen von Studierenden der Hochschulen Wuppertal, Berlin, Stuttgart und Rosenheim. In Hamburg wird im Rahmen der internationalen Bauausstellung zurzeit ein weiteres Projekt der TU Darmstadt realisiert. Hierbei handelt es sich um einen hochschulinternen Studentenwettbewerb, der seitens der Fa. Velux ausgelobt wurde. Aufgabe war die Umplanung und Ergänzung eines Bestandsgebäudes unter der Vorgabe eines späteren CO2-neutralen Betriebes. Dies wird unter anderem durch die Verwendung solarthermischer Module und semitransparenter Glas-Glas-Module mit polykristallinen Zellen, die eine 72-prozentige Belegung haben, erreicht.
wollenweber@ee.tu-darmstadt.de
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