2003-01: Solare Architektur
Thermische Kollektoren
Prinzipiell müssen bei den Außenwand- und Dachkonstruktionen von Bauwerken die Wärme-, Feuchte- und Schallschutzanforderungen der einschlägigen Normen und Bauordnungen eingehalten werden.
Gebäudeintegrierte Solaranlagen: Bauphysik und Architektur
Es ist daher Aufgabe des Planers, Konstruktionen und Details zu entwickeln, welche diese Anforderungen weitgehend erfüllen, sodass es einerseits zu keinen Bauschäden durch Feuchtigkeit von innen und außen und andererseits zu geringen Energieverlusten bzw. Überwärmungen im Raum kommt.
Die bauphysikalischen Vorgaben für einen idealen Wandaufbau sind in der Abbildung 1 zusammengefasst.
Durch das heutige verstärkte Energiebewusstsein der Menschen werden Neubauten mit höherem Dämmstandard ausgestattet und Altbauten verstärkt thermisch saniert. Somit bietet sich die Chance, speziell auch bei Altbauten gleichzeitig Fassadenkollektoren einzuplanen.
Diese können für Warmwasser und/ oder Heizung verwendet werden. Die Ausrichtung der Kollektoren soll annähernd nach Süden sein. Geringere Wirkungsgrade durch den vertikalen Einbau werden durch größere Flächen kompensiert.
Bei der Planung von nicht hinterlüfteten Kollektoren ist die Kollektordämmung gleichzeitig die Wanddämmung, d. h. der Kollektor ist ein integrierter Bestandteil der gesamten Außenwand.
Durch die Anordnung einer solchen Kollektoranlage an der Außenseite einer Wand können nun diese Vorgaben eines idealen Wandaufbaues in bauphysikalischer Hinsicht nicht mehr vollständig eingehalten werden.
Es wird daher derzeit in bauphysikalischer und hochbautechnischer Hinsicht mit instationären Berechnungsmethoden und Pilotprojekten untersucht, welche Aufbauten nachweisfrei in Massiv- und Leichtbauweise für nicht hinterlüftete Kollektoranlagen geeignet sind (siehe Artikel von Bergmann und Müller, Seite 7).
Bauphysikalische Anforderungen:
- keine durchgehenden Fugen nach außen
- Wand nach innen kontinuierlich fester
- Wand von außen nach innen dampfdichter
- Materialien von innen nach außen besser wärmedämmender
- Wand soll nach innen wärmespeichender (schwerer) werden
Wärmeverluste bzw. Überwärmung
Die Planung der gesamten Wärmedämmdicke einer Außenwand (Wand + Kollektor) muss einerseits zumindest den Mindestanforderungen der Bauordnungen entsprechen und andererseits so dimensioniert sein, dass es zu keiner wesentlichen Überwärmung im Rauminneren kommt.
Prinzipiell ist der Wärmeverlust im Winter bei integrierten Fassadenkollektoren von innen nach außen speziell am Tag immer geringer als bei Vergleichsaußenwänden, da die Lufttemperatur im Kollektor stets höher ist als die Außenluft. Die geringere Temperaturdifferenz zwischen innen und außen verringert die Heizkosten.
Feuchtigkeit in der Wandkonstruktion
Feuchtigkeitsanreicherungen in der Außenwand können durch mehrere Ursachen entstehen. Einerseits durch Baufeuchtigkeit in den ersten Monaten, speziell in der Massivbauweise und andererseits durch eindringende Feuchtigkeit von innen oder außen. Während die Feuchtigkeit von außen (Regen etc.) durch konstruktive Maßnahmen zu verhindern bzw. zu minimieren ist, ist auf die Abhaltung der Feuchtigkeit durch Diffusion und Luftdurchströmung von innen besonderes Augenmerk zu legen.
Durch die relativ diffusionsdichten Materialien eines Kollektors an der kalten Außenseite einer Wand kann Wasserdampf nach außen nur bedingt abgeführt werden. Eine Austrocknung muss daher hauptsächlich, ähnlich wie bei Wärmedämmverbundsystemen, nach innen erfolgen.
Schädlich ist eine Kondensation im Bauteilinneren insbesondere immer dann, wenn das Kondenswasser nicht gespeichert werden kann, Baustoffe durch Kondensat geschädigt werden oder das angesammelte Kondenswasser im Sommer nicht vollständig austrocknen kann.
Farbgestaltung des Absorbers
Mit den von Architekten bevorzugt gewünschten Farben rot, blau und silbergrau werden im Rahmen eines EU-Projektes derzeit Farbentwicklungen und Emissionsmessungen durchgeführt (siehe Artikel von Bergmann und Müller, Seite 7). Somit hat zukünftig der Planer die Möglichkeit, die Kollektoren in sein Fassadenfarbkonzept miteinzubeziehen.
Ausführung und Größe der Kollektoren
Da die Kollektoren in der Fassade für jedermann aus der Nähe sichtbar sind, muss auf eine exakte Ausführung des Kollektors geachtet werden. Eine nicht fachgemäße Ausführung und Fertigung des Kollektors und Absorbers wirkt optisch störend und ist daher nicht gewünscht.
Es wird zukünftig unter Umständen notwendig sein, speziell bei der Montage an Altbauten individuelle Fassadenkollektorabmessungen herzustellen, da unterschiedliche Rastermasse und Fassadengliederungen vorhanden sind.
Zusammenfassung und Ausblick
Da die Kollektordämmung gleichzeitig einen Teil der Wanddämmung darstellt, sind lediglich geringe zusätzliche Herstellungs- bzw. Sanierungskosten einer Außenwand zu erwarten. Der Wärmeverlust durch die Außenwand ist im Winter durch die meist höheren Temperaturen im Kollektor gegenüber der Außentemperatur geringer. Ein Überhitzen des dahinterliegenden Raumes ist nach derzeitigen Stand nicht zu erwarten.
Da durch die Anbringung von nicht hinterlüfteten Kollektoranlagen ein Austrocknen großteils nach innen stattfindet, sollte beim Bezug keine übermäßig große Baufeuchte mehr vorhanden sein. Nach derzeitigem Stand sind bei diffusionstechnisch abgestimmten Außenwandbauteilen und fachgerechter Ausführung keine Bauschäden durch Feuchtigkeit zu erwarten.
Mit der Möglichkeit in Zukunft verschiedene Absorberfarben zu verwenden, sollte für die Architekten ein besonderer Anreiz geschaffen werden, diese verstärkt in ihr Fassadenfarbkonzept sowohl für den Neubau als auch für den Altbau einzusetzen.
Abbildung 1
Prinzipielle Anforderungen an die Außenwand: d = Wanddicke; m = Dampfdiffusionswiderstand; m * d = diffusionsäquivalente Luftschichtdicke sD [m]; l = Wärmeleitfähigkeit [W/(m*K)]
Literatur
TU-Graz, Institut für Hochbau und Industriebau (2000), Thermische Bauphysik; Wärmeschutz - Feuchteschutz - Mensch und Klima
Kießl, K., Krus, M. und Künzel, H.M: Weiterentwickelte Mess- und Rechenansätze zur Feuchtebeurteilung von Bauteilen. Praktische Anwendungsbeispiele. Bauphysik 15 (1993), H. 2, S. 61 -67
Künzel, H. M: Verfahren zur ein- und mehrdimensionalen Berechnung des gekoppelten Wärme- und Feuchtetransports in Bauteilen mit einfachen Kennwerten. Diss. Universität Stuttgart (1994)
*) Dipl.-Ing.. Karl Höfler ist Lehrbeauftragter an der Technischen Universität Graz, technischer Ausbau und führt ein technischen Büro für Bauphysik, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein! [^]