Solarfenster

Integration von Solartechnik

Solarfenster sind vorgefertigte „hybride Bauteile“, die als Fensterelemente solartechnische Anlagen aufnehmen und in die Gebäudefassade integrieren. Es können sowohl solarthermische als auch photovoltaische Solarmodule vorgesehen werden.

Durch die spezifischen Energiegewinne der integrierten Solartechnik können langfristig Herstellungsenergie und Investitionskosten ausgeglichen werden, wobei die außerordentliche Robustheit beider Systeme eine hohe Lebensdauer erwarten lässt.

Das Industriedesign der Solarfenster ist durch die Eintragung von zwei Geschmacksmustern in das Geschmacksmusterregister beim Deutschen Patent- und Markenamt unter dem Aktenzeichen 4 05 03 948.4 geschützt.

Veröffentlicht im Geschmacks- musterblatt Nr. 3 vom 10. Februar 2006.
(http://publikationen.dpma.de)



	Solarfenster [1] Solarthermie		Solarfenster [2] Photovoltaik
	Die Solarfenster werden mit ihrer spezifischen Technik Teil des Verbunds der Haustechnik und der Energieversorgung. Es handelt sich hierbei um eine Balkon-Fenster-Anlage mit integrierten solarthermischen Flachkollektoren [1], und um ein Fensterelement mit integriertem photovoltaischen Modul [2].

			Solarfenster [1] Solarthermie Parameter d. Kollektoren Bruttofläche [m²]: 2,375 Absorberfläche [m²]: 2,151 Aperturfläche [m²] 2,151 Gewicht [kg] ca. 60 Wärmeträgermedium [l] ca. 2 Anschluss [Ø mm] 22.

Applikation

Einbausituation

Die Solarfenster können beim Neubau von Wohngebäuden und bei der energetischen Modernisierung im Bestand zum Einsatz kommen. Mit ihrer flexiblen Konstruktion sind sie auf alle gängigen Wandaufbauten und Dämmstärken einstellbar.

Durch den hohen Vorfertigungsgrad kann generell eine schnelle Montage der Solarfenster am Einbauort erfolgen.

Im Vergleich zur herkömmlichen Applikation von Solartechnik in Form von Einzelbauteilen wird beim Solarfenster ein neues Design- und Architekturkonzept zur Gebäudeintegration etabliert. Als „Hybrid“ vereinigt das Solarfenster zwei Fassadenelemente in einem Bauteil.


			Wandaufbau Außenputz 2 mm Wärmedämmung 80 mm Betonwand 240 mm Innenputz 1,5 mm
Einbausituation beim Solarfenster mit solarthermischen Flachkollektoren		Einbausituation beim kleinen Solarfenster mit PV-Modul
Betontrennverfahren und Einbringen neuer Bauteile Neben Sanierungs- und Modernisierungsmaßnahmen an einem Wohngebäude in Stahlbeton-Plattenbauweise sollen hier zudem Umbauarbeiten in der Bausubstanz erfolgen, die die neuen standardisierten Bauteile in der Fassade vorsehen. Mit der Durchführung dieser Maßnahmen sind umfangreiche Eingriffe in die Baustruktur der Stahlbeton-Wandbaukonstruktion verbunden, denn es müssen vergrößernde Öffnungen zur Einordnung der Bauelemente bis auf die Fußbodenebene herausgeschnitten werden. Mechanische Trennverfahren (Sägen, Stemmen, Bohren) sind geeignet, die Anforderungen für die Betontrennarbeiten im Fertigteilbau zu erfüllen. So könnte hier Diamantsäge- und Diamantbohrtechnik zum Einsatz kommen (Geringeres Transportgewicht, schnelle Rüstzeiten und eine spezielle Kühlvorrichtung mit Wasserzufuhr und -ableitung).


Bauteilvorderseite	Bauteilschnitt	Bauteilrückseite

Bestandsgebäude

Plattenbau Sanierungskonzepte

Während seit 1990 im Bestand der Plattenbauwohngebäude vorwiegend Sanierungs- und Modernisierungsleistungen erbracht wurden, kommen nunmehr zunehmend Umbauarbeiten in dieser Bausubstanz zum Tragen, die durch eine Änderung der Wohnungsgrundrisse auf eine wesentliche Verbesserung der Wohnqualität abzielen. Strategien bestandsaufwertender Maßnahmen tragen dazu bei eine Stabilisierung der Siedlungen insgesamt zu erreichen.

Um die Attraktivität dieser Gebiete zu erhöhen, muss auch die Wohnumfeldgestaltung in die Sanierungskonzepte mit einbezogen werden. Rückbau, Umgestaltung und Umbau sowie Abbruch und die Wieder- und Weiterverwertung geeigneter Bauteile sind also gegenwärtig die Ansatzpunkte neuer planerischer Konzepte.



	Ansicht - Eingangsseite		Querschnitt
	Bestandsanalyse - Plattenbau Anfang der siebziger Jahre startete in der DDR ein groß angelegtes Wohnungsbauprogramm. Standardisiertes Bauen, industrialisierte Bauweise mit vorgefertigten Platten, sollte den akuten Mangel an Wohnraum beheben. Zumeist wurden die Plattenbauten städtebaulich als relativ geschlossene Siedlungen errichtet mit einer eigenen urbanen Infrastruktur. Plattenbauten weisen verschiedene Konstruktionssysteme und Laststufen auf. In einigen Gebäudetypen wurden asbesthaltige Materialien sowohl im Wohnungsinneren als auch im Außenwandbereich eingesetzt (Bauserie P2). Vor dem Rückbau bzw. Abriss der betroffenen Gebäude muss hier generell eine Asbestentsorgung durchgeführt werden. Arbeits-, Gesundheits- und Umweltschutzgerechte Lösungen bestehen für deren Ausbau. Zum Teil ergeben sich auch Probleme aus den neueren Sanierungsmaßnahmen. So zeigen einige mit Wärmedämmverbundsystemen energetisch ertüchtigte Plattenbauten Algenbildung auf den Bauwerksoberflächen. Daher müssen bei derartigen Maßnahmen die feuchtigkeitstechnischen Parameter der eingesetzten Beschichtungsprodukte berücksichtigt werden. Die im oberflächennahen Bauwerksbereich enthaltenen Wassermengen sollten hier möglichst geringfügig sein, um den Algen die Nährstoffkomponenten zu nehmen. Restrisiken der Fassadenveralgung werden durch algizid eingestellte Wirkstoffbeimengungen beeinflusst, die umweltverträglich sein müssen und nach Verordnungen entsprechend geregelt sind.

Umbaumaßnahmen

Unterstützende Energieversorger

Neben den baulichen Maßnahmen, die zur Erreichung der gesetzlich festgelegten Grenzwerte für die energetische Qualität eines Gebäudes führen (Hoher Dämmstandard, Vermeidung von Wärmebrücken, Herstellung von Luftdichtheit, Verbesserung der Anlagentechnik,...) unterstützen hier neue Bauteile mit integrierter Solartechnik die Energieversorgung des Wohnhauses als Teil des Haustechniksystems

So wird beispielsweise durch die Solarfenster mit integrierten solarthermischen Flachkollektoren Solarwärme zur Bereitung von Trinkwarmwasser (TWW) und zur teilsolaren Raumheizung erzeugt, durch die Fensterelemente mit integrierten photovoltaischen Modulen entstehen Gewinne an elektrischem Strom zur Rückeinspeisung in das Versorgungsnetz.

Planungsziel

Ziel der Planung ist es, eine Bestandsaufwertung sowohl hinsichtlich der Architekturqualität als auch der technischen Ausrüstung zu erreichen. D.h. höhere soziale Akzeptanz durch Verbesserung der Wohnqualität, Energieeinsparung durch den Einsatz ressourcenschonender Technologien und nicht zuletzt auch die Schaffung von qualifizierten Arbeitsplätzen bei Produktion und Applikation der Bauteile.



			Ansicht der Eingangsseite

	Fassadenausschnitt		Fassadenperspektive
	Fassadengestaltung Das Dämmsystem der sanierten Fassade soll eine farbige Beschichtung auf mineralischem Untergrund erhalten. Die äußeren Schichten sind hier jeweils mit ihren Festigkeitswerten weicher vorzusehen, um Rißschäden infolge von Spannungen zu vermeiden Für das Gebäude soll ein lichthaft warmer Gelbton verwendet werden. Im Verhältnis zu den kalten reflektierenden Farbflächen der Solarfenster sollen sie einen sachten Ausgleich bilden im Sinne einer harmonischen Farbgestaltung. Die Rhythmisierung der Fassade wird durch die Solarfenster bestimmt, die vergrößernd der früheren Einordnung der Fensteröffnungen in den Stahlbetonplatten folgen.·

Solarspezifische Haustechnik

Umweltwirkung

Spart im Vergleich zur elektrischen Warmwasserbereitung eine 6 m² große solarthermische Anlage Emissionen an CO2 von 1500 kg jährlich ein (2000 – 3000 kWh/a oder ~180 l WW/Tag), so sind es für dieses 2,151 m² große Kollektorfeld entsprechend 537,75 kg/a (700 – 1075 kWh/a oder ~ 80 l WW/Tag).* Auch im Vergleich zu anderen Energieträgern schont dieses autarke System Ressourcen durch die solare Erzeugung von Energie und schützt damit die Umwelt. Durch die Energienutzung vor Ort ist kein Transport notwendig, ebenso treten nur geringe Leitungsverluste auf. Da 1 – 1,5 m² Kollektorfläche pro Person zur vollständigen solaren Deckung des Warmwasserbedarfs von Mai bis September ausreichen* und für den restlichen Zeitraum eine Deckung von 60 – 80% durch Vorerwärmung des Brauchwasser erzielt wird, ist die Anlage optimal dimensioniert (1 Bauteil pro Wohnraum und Bewohner).

Bei Raumheizungsunterstützung kann der Heizenergiebedarfs pro Jahr, abhängig von Dämmstandard des Gebäudes und Ausrichtung der Anlage, um 10 – 70 % reduziert werden. So wird auch hier eine Steigerung der Energieeffizienz erreicht.

(*Quelle: Unternehmensvereinigung Solarwirtschaft e.V. (UVS))


	Systemdarstellung [1] Solare TWW-Bereitung und Heizungsunterstützung	Diagramm [2] Jahresverlauf der solaren Einstrahlung und des Wärmebedarfs in kWh/Monat (A_col ca. 10m²)


	Betriebscharakteristik von Kombisystemen Ein mögliches System kombinierter solarer TWW-Bereitung und Heizungs- unterstützung zeigt die Systemdarstellung oben [1]. Falls erforderlich wird der obere Teil des mit Heizungswasser gefüllten Speichers über einen zweiten Wärmeerzeuger nacherwärmt. Wichtigste Voraussetzung für die Kopplung mit einer Solaranlage ist hierbei das Vorhandensein einer Zentralheizung mit Wasser als Wärmeträger zur Verteilung der Heizwärme. Es ergeben sich deutliche Komfortgewinne , da der Heizkessel insbesondere im Sommer und in den Übergangszeiten wesentlich seltener in Betrieb genommen werden muss. Typische Kombisysteme können rund 25% der zur Gesamtwärmebereitstellung erforderlichen fossilen Energie einsparen. Wie das Diagramm oben [2] veranschaulicht, können die höchsten solaren Heizerträge in den Übergangszeiträumen erzielt werden, in denen weder mangelnde Solarstrahlung noch mangelnder Wärmebedarf die Solarsystemleistung beschränken. Im Frühjahr und Herbst sind die erforderlichen Heizleistungen relativ gering. Dies führt dann zu niedrigen Heizkreistemperaturen weit unterhalb des Auslegungsniveaus, die im Vergleich zu hohen Heizkreistemperaturen effektiver durch solares Nachheizen unterstützt werden können. Generell trägt also eine Senkung der Auslegungstemperatur des Heizkreises zur einer höheren Endenergieeinsparung bei. Durch die Maßnahmen der Gebäudesanierung können diese Temperaturen oft deutlich gesenkt werden.

Innenräume

Raumwirkung der Solarfenster

Die Abbildungen zeigen beispielhaft eine Einzimmerwohnung nach den Sanierungs- und Umbaumaßnahmen am Wohngebäude. Mit dem Einbau der neuen Fensterelemente wird zum einen die Fensterfläche vergrößert und zum anderen wird ein kleiner Balkonaustritt bereitgestellt.

Darüber hinaus ergibt sich durch die besondere Formgebung der Solarfenster eine ungewöhnliche Raumwirkung in den dahinter angeschlossenen Räumen.


	Innenperspektiven Regelgeschoss 1-Zimmer-Whg./Giebelseite

Umbauplanung für ein Wohngebäude in Stahlbeton- Plattenbauweise

Raumwerkzeug