Innovative Fenster, Fassaden und Verglasungen Energieeffizienz und Mechatronik als Zukunftsaufgabe Das Wort des Jahres 2007 Klimawandel ist Ausdruck für die weltweite Diskussion um Energieeinsparung und CO 2 -Reduzierung. Es geht darum, den Gebäudebestand mit technischen Innovationen energieeffizienter zu machen und auf erneuerbare Energien auszurichten. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) hat u. a. zur besseren Energienutzung bei Gebäuden das Forschungsprogramm Energieoptimiertes Bauen (EnOB) initiiert. Es geht um die Entwicklung neuer Materialien (z. B. Vakuum- Isolationsglas, Vakuum-Isolationspaneele, Phasen-Wechsel-Material, energieeffiziente Heiz- und Kühlsysteme) aber auch um die Analyse der Gebäude im Betrieb. Im Projekt EVA (Evaluierung von Energiekonzepten) wurden deshalb über 20 Büro- und Produktionsgebäude untersucht. Als Ergebnis zeigte sich, dass eine umfassende Planung, die Evaluierung und Optimierung des Gebäudebetriebs, die Information und aktive Einflussnahme der Gebäudenutzer sowie intelligente Steuerungssysteme von großer Bedeutung sind. Dies gilt besonders für Nichtwohngebäude, bei denen bis zu 90 % der notwendigen Energie für Strom, Haustechnik und Klimatisierung aufgewendet werden müssen. Die Anforderungen an zukünftige Fenster-, Fassaden- und Verglasungen lassen sich daraus wie folgt ableiten: Intelligente Steuerung von Sonnenschutz, Lichtlenkung und Lüftung bei gleichzeitiger manueller Bedienbarkeit für Nutzer, Optimierung des sommerlichen Wärmeschutzes, Nutzung der Sonnenenergie, Energieeinsparung durch Anbindung der Gebäudehülle an die Haustechnik. Reduzierung des Kunstlichteinsatzes durch bessere Tageslichtnutzung, Bessere wärmedämmende Eigenschaften (U-Wert), Minimierung der Lüftungswärmeverluste. Wohnräume müssen aus gesundheitlichen und bauphysikalischen Gründen belüftet werden. Bei Niedrigenergiegebäuden (Jahresenergieverbrauch von
ca. 60 Kwh/m²a) können die Lüftungswärmeverluste über 50 % betragen, sodass die Energieeffizienz durch eine Wärmerückgewinnung der Abluft verbessert werden sollte. Zukünftige Lüftungskonzepte für Fenster werden den Einsatz motorischer Beschläge, Außenluftdurchlässe sowie dezentraler Lüftungsgeräte erfordern, um eine nutzerunabhängige Mindestlüftung sicherzustellen. Die ift-richtlinie Fensterlüfter Teil 1 Leistungseigenschaften bietet eine objektive Grundlage für den Vergleich und die Ausschreibung von Produkten, Teil 2 der Richtlinie wird Einsatzempfehlungen für verschiedenste Randbedingungen treffen und die Planung der Lüftungseinrichtungen erleichtern. Sonnenschutz und Lichtlenkung spielen bei der Planung von Fenstern und Glasfassaden eine zentrale Rolle, denn sie verhindern eine Überhitzung des Gebäudes und verringern Energieaufwendungen für Kühlung und Kunstlicht. Die Einsparungspotenziale werden aber nur durch intelligente und flexible Systeme wirksam, die auf tages- und jahreszeitliche Einflüsse reagieren und eine Fehlbedienung durch Nutzer ausschließen, etwa Kunstlichteinsatz bei aktiviertem Sonnenschutz. Systeme, die zum Einsatz bereit stehen sind: Verbesserter außenliegender Sonnenschutz, Sonnenschutz im SZR, optimierte Sonnenschutzverglasung sowie Lichtlenk- und Blendschutzelemente (Prismen, hochreflektierende Lamellen im Isolierglas), lichtstreuende Verglasungen (geätzte, emaillierte, bedruckte Gläsern sowie holographisch/optische Elemente), Elektrochrome und gasochrome Verglasungen. Intelligente Bauelemente Im Auto haben wir uns an den Einsatz von Elektronik gewöhnt und möchten Zentralverriegelung oder elektrische Fensteröffnung nicht mehr missen. Die Elektronik eröffnet neue Möglichkeiten ein Gebäude bedarfsgerecht und energiebewusst zu steuern. Das Fenster und der Sonnenschutz übernehmen als steuerbare Elemente dabei in der Gebäudehülle eine zentrale Rolle. Alleine die Rückkopplung mit der Haus- und Heiztechnik ergeben nach Untersuchungen des ift Rosenheim auf Basis der EN 15323 Energieeffizienz von Gebäuden Einfluss von Gebäudeautomation und Gebäudemanagement Einsparungen des Heizenergiebedarfs von 5%. Neben der Energieeinsparung bieten automatisierte Bauelemente auch Vorteile für Bedienkomfort und Sicherheit. Heute werden diese als Einzelkonstruktionen aus Wirtschaftlichkeitsgründen nur für Pilotprojekte oder in Sonderbauten eingesetzt. Eine Marktdurchdringung hat noch nicht stattgefunden, weil
Unsicherheiten über die Einsatzmöglichkeiten, Normen und Anforderungen sowie praktische Umsetzungs- und Schnittstellenprobleme existieren. Hier setzt das ift-forschungsprojekt Grundlagen für die Planung und Ausführung mechatronischer Bauelemente an, bei der folgende Aspekte untersucht werden: Anforderungen elektrotechnischer Normen und Regeln, Leitungsführung und Auswahl im/am Bauelement, Anforderungen der Produktnorm EN 14351-1, Anforderungen bei Einsatz in der Gebäudehülle, Verhalten bezüglich elektromagnetischer Verträglichkeit, Schnittstellen, Parameter und Übergabepunkte zu anderen Gewerken (Stecker, Steuerungsdaten usw.), Einheitliche Kennzeichnung der Leitungen bzw. Belegung des Steckers, Einheitliche Kenndaten für Ausschreibungen, Beschreibung unterschiedlicher Ansteuerungskonzepte. Für die weitere Marktdurchdringung von mechatronischen Bauteilen sind Standardisierungen notwendig. Das langfristige Ziel sind Plug-and-Play- Lösungen wie beim Computer. Dies wird aber nur funktionieren, wenn Hardware (Fenster, Antriebe, Sensoren, Leitungen, Stecker etc.) und Software (BUSProtokolle, Übergabeparameter bei der Kommunikation etc.) dies unterstützten. Ausblick Die Bauelemente der Zukunft werden technisch anspruchsvoller werden und viele Eigenschaften haben, die den Wohnkomfort und die Energieeffizienz positiv beeinflussen. Das Ziel zukünftiger Entwicklungen wird die intelligente Verknüpfung der Eigenschaften sein. Neue Konstruktionen bedürfen daher noch stärker als bisher einer gründlichen Entwicklung, Prüfung und Erprobung. Zur Umsetzung sind flexible Prüfprogramme, geringe bürokratische Hürden und zeitnahe Zulassungsverfahren nötig. Treten massive Schäden bei Produkten in fertig gestellten Gebäuden auf, wird ein neues Produkt schnell diskreditiert. Autor:
, ist als Leiter PR & Kommunikation am ift Rosenheim tätig.
Bild 1 Energiegewinnfenster als Fenster der Zukunft Bild 2 ift Forschungsprojekt Grundlagen für Planung und Ausführung mechatronischer Bauelemente
Bild 3 g-wert Prüfung komplexer Bauteile mit kalorimetrischen Messverfahren Bild 4 Langzeitprüfung innovativer Sonnenschutzeinrichtungen Bild 5 High-Tech-Fenster müssen viele Anforderungen erfüllen