Passwort vergessen?  |  Anmelden
 |  Passwort vergessen?  |  Anmelden
Suche

Donnerstag, 21. Februar 2019

forschung

Prototyp einer solar optimierten Wohnung

Von Fabian Kurmann | 18. Oktober 2018 | Ausgabe 42

Im neuen Wohnungsmodul Solace werden in der Schweiz mehrere Solarfunktionen der Fassade und des Wohnraums parallel getestet.

BU Nest Solace
Foto: Roman Keller

Hinter der blauen Fassade des neuesten Wohnungsmoduls Solace im Forschungsgebäude Nest verbergen sich Solarkollektoren und Photovoltaikzellen.

Das Forschungsgebäude „Nest“ der Schweizer Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa in Dübendorf hat Zuwachs bekommen. Nach dem Wohnmodul „Urban Mining and Recycling“ aus komplett wiederverwerteten Baustoffen (s. VDI nachrichten 8/2018) wurde Ende September ein weiteres temporäres Modul namens Solace fertiggestellt. Diesmal geht es um die Nutzung der Sonnenenergie. Einerseits, um damit in der Fassade Strom zu erzeugen; andererseits, um über Beleuchtung und Temperaturregelung das Wohnklima zu verbessern.

Funktionsweise der Mikrospiegel im Fenster

Die Fassade des Gebäudes schimmert mal grün, mal blau – je nach Blickwinkel. Hinter den beschichteten Glasscheiben verbergen sich Photovoltaikzellen und Solarkollektoren. Die Farbe entsteht hier ähnlich wie auf Schmetterlingsflügeln oder Seifenblasen. Nano-Dünnschichten mit einer Dicke von 5 nm bis 200 nm auf der Innenseite der Verglasung rufen sogenannte Interferenzfarbeffekte hervor. „Da die Nano-Beschichtung sehr transparent ist, entstehen praktisch keine Absorptionseffekte und nur sehr geringe Energieeinbußen“, erklärt Forschungsleiter Andreas Schüler. So gelangt trotz der Farbigkeit viel Licht zu den Solarmodulen. Würde, wie in Wandfarbe, die Färbung durch Pigmente erzeugt, würden diese einen Teil der Energie absorbieren.

Foto: Empa

Im Winter (oben) steht die Sonne tiefer und das Licht trifft flacher auf die Mikrospiegel (rot) zwischen den Fensterscheiben (blau). So gelangt das Sonnenlicht durch eine schmale Lücke zwischen den Mikrospiegeln in den Raum. Im Sommer (unten) ist der Winkel steiler und die Mikrospiegel reflektieren die Strahlen. So wärmt sich der Raum weniger auf.

Fast 20 Jahre lang forschte ein Team an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) an solchen farbgebenden Beschichtungen. Das Ziel war, es Architekten einfacher zu machen, Photovoltaikanlagen in die Gebäudehülle einzubauen, denn verschiedene Farben bieten eine größere architektonische Freiheit. Ausgestattet mit dieser Fassade, soll das Modul mehr Energie produzieren, als es im Jahresverlauf verbraucht. Sowohl Solarstrom wie Warmwasser werden direkt in der Gebäudehülle erzeugt.

„Im Nest haben wir die einzigartige Möglichkeit, die verschiedenen Technologien im Zusammenspiel und in einer realen Umgebung zu untersuchen“, sagt Jean-Louis Scartezzini, Direktor des Labors für Sonnenenergie und Bauphysik an der EPFL. Wenn es nach dem Ideengeber der Solace-Wohneinheit geht, sollten auch Temperatur und Lichtverhältnisse optimiert werden.

Zu diesem Zweck versuchen die Forschenden die individuelle Wahrnehmung der Nutzer mithilfe eines neuartigen Vision-Sensorsystems nachzubauen, das ähnlich auf Helligkeit reagiert wie das menschliche Auge. Die prototypischen Sensoren messen aus der Sicht der Benutzer – zum Beispiel einer am Schreibtisch arbeitenden Person – die Beleuchtungsverhältnisse und die Blendeffekte. Die Helligkeitswerte werden in Echtzeit überwacht. Mithilfe dieser Daten wird versucht, die Beleuchtungs- und Beschattungssysteme optimal zu steuern. Wird also ein bestimmter Blendwert überschritten, kippen die Lamellenjalousien so, dass das Licht zur Decke geleitet wird.

Die Beleuchtung ist so geregelt, dass sie die Lichtfarbe im Tagesverlauf nach Vorbild des Sonnenlichts verändert. Auf diese Weise soll es einen natürlichen Wach-Schlaf-Rhythmus fördern. So sollen die Bewohner von Solace in ihren Leistungs- und in ihren Erholungsphasen unterstützt werden.

Auch die Fenstergläser besitzen eine Besonderheit. Für das menschliche Auge unsichtbare Mikrospiegel lenken in einem Polymerfilm im Innern der Gläser im Winter Licht für eine gleichmäßige Ausleuchtung an die Raumdecke und sorgen damit auch für ein natürliches Aufwärmen der Räume. Im Sommer sorgen dieselben Spiegel dafür, dass die Sonnenstrahlen von den Fensterscheiben abgelenkt werden und sich die Räume nicht zusätzlich aufheizen. So sollen die Scheiben dabei helfen, dass der Energieverbrauch für die Heizung im Winter und für die Kühlung im Sommer geringer wird.

Die Scheiben mit Mikrospiegeln sind jedoch noch nicht verfügbar und sollen erst später eingebaut werden. Dann wird auch der Sehkomfort damit gemessen. Im Moment sind normale Fensterscheiben verbaut, die als Referenz Vergleichswerte liefern sollen. Schüler und sein Team arbeiten derzeit mit dem Unternehmen BASF Schweiz an einem industriellen Herstellungsprozess für die Mikrospiegelscheiben.

Wie alle anderen Module im Nest wird auch das Modul Solace bewohnt werden. In einer ersten Phase halten sich hauptsächlich Forschende in den Räumen auf. Sie überwachen die installierten Systeme und Technologien und passen sie den Gegebenheiten an. „Danach werden wir die Unit als Wohn- und Arbeitsumgebung für Gäste der Empa nutzen“, sagt Rico Marchesi, Innovationsmanager im Nest. Neben Arbeitsplätzen für vier Personen bietet Solace auf knapp 100 m2 auch einen Wohnbereich mit Küche und Schlafmöglichkeiten für zwei Personen.