Methodik der Produktentwicklung

Solaraktives Fassadensystem zur Altbausanierung – Konstruktion und energetische Optimierung eines Sanierungssystems aus Kunststoff für den Wohnungsbau

von Dipl.-Ing. Architekt Martin Zeumer

Betreuer Prof. Anett-Maud Joppien (Referentin), Prof. Johann Eisele (Korreferent), Prof. Manfred Hegger (Erstbetreuer bis 2015)

Der Gebäudebestand stellt eines der größten wirtschaftlichen Potenziale der deutschen Gesellschaft dar. Mit einer Dimension von rund 10 Billionen Euro liegt der Wert des deutschen Gebäudebestandes etwa beim Vierfachen des jährlichen deutschen Bruttoinlandsproduktes – Tendenz gleichbleibend oder leicht steigend. Diese Qualität des Bestands gilt es zu erhalten, zu entwickeln und zukunftsfähig zu machen.

Ziel der Arbeit ist die Überprüfung der Potenziale energieeinsparender, solaraktiver Fassadensanierungssysteme aus Kunststoff für den Wohnungsbau in Deutschland. Dies beinhaltet konstruktive Fragen, z.B. wie ein solches System aufwandsreduziert bei hoher Toleranzaufnahme am Untergrund befestigt wird, energetische Fragen, z.B. wie die über solaren Energieeintrag erzeugte Energie effizient vom Gebäude genutzt wird, und gestalterische Fragen, wie das System im Zusammenspiel mit dem zu sanierenden Bestand als eine architektonische Gesamtheit wirkt. Denn in einem integralen, solaraktiven Fassadensystems zur Sanierung liegt der spezifische Lösungsbeitrag im intelligenten Zusammenspiel seiner technischen Elemente. Förderlich für den Systemeinsatz ist z.B. eine hohe technische Flexibilität zur Nutzung der vorhandenen technischen Gebäudeausstattung. Die neuartige Gebäudehülle soll vielfältige energetische Zustände zulassen (z.B. Wärmeerzeugung, -haltung und -abfuhr) und die Gebäudetechnik mit diesen umgehen können. Dabei können zu gewissen Zeitpunkten durchaus deutliche Leistungsverluste in Kauf genommen werden, wenn die notwendige technische Leistung bedarfsgerecht erzeugt werden kann. Darüber hinaus bedarf es unterschiedlicher konstruktiver und gestalterischer Ausformungen des Fassadensystems.

In Bezug auf die Materialwahl eignen sich Kunststoffe besonders für ein solches Fassadensystem. Dabei spielen einerseits die durch Hersteller leichte Abänderbarkeit von energetischen Kennwerten, die leichte Verarbeitbarkeit des Materials und die Kosteneffizienz eine entscheidende Rolle. Ausgehend von der Flexibilität von Kunststoffen, der gestalterischen Vielfalt beim Bauen mit Kunststoffen und deren wirtschaftlichem Einsatz ergibt sich ein hohes potenzielles Anwendungsspektrum für das solaraktive Fassadensystem.

Die Inhalte der Arbeit erstrecken sich über die gesamte Entwicklungsphase und berühren eine Vielzahl von rahmengebenden Faktoren sowie technische und konstruktive Grundlagen. Gemäß der wissen¬schaft¬lich üblichen Ansätze der jeweils einwirkenden Faktoren werden dazu unterschiedliche Mittel für die Analyse der jeweiligen Fragestellung gewählt. Bei der gesamten Arbeit handelt es sich damit um eine – zum Teil schnelle – Abfolge von Untersuchungen, die in das übergeordnete Ziel der Entwicklung eingebunden sind. Sie werden unter dem Blickwinkel des solaraktiven Fassadensystems in Abhängigkeit gesetzt und ergeben in Summe das zur Entwicklung notwendige Wirkungsgefüge.

Ausgehend von den grundlegenden energetischen Effekten definiert die Arbeit zunächst über Literaturstudien zur rechtlichen Situation, zum aktuellem Zustand des Bestandes und dem Verhalten von Bauherren die Anforderungen an das zukünftige Produktsystem.

Zentrale Methoden in der Entwicklung sind dabei der morphologische Kasten (bzw. Zwicky-Box) sowie die Multifaktorenanalyse, die auf den „Vester'schen Papiercomputer“ zurückgehen. Sie bietet einerseits die Möglichkeit, die ergebnisoffene Suche nach Aspekten der Produktentwicklung zu fördern, andererseits die Lösungsfindung klar nachvollziehbar zu machen. Sie mündet in eine detaillierte Darstellung des entwickelten Systems. Zur Validierung wurde eine thermische Simulation erstellt und diese mit einer gleichartigen Berechnung nach DIN 4108 verglichen. Damit konnte einerseits nachgewiesen werden, dass eine Sanierung mit dem solaraktiven Sanierungssystem energetische Qualitäten über Neubaustandard in Deutschland möglich macht. Andererseits zeigt sich, dass ein Nachweis nach DIN 4108 mit den dort möglichen technischen Eingaben ausreichend ist, um für das System stichhaltige energetische Kennwerte zu ermitteln.

Kontakt: Martin Zeumer zeumer@ee-concept.de

Der ehemaliger Mitarbeiter des FG ee und des FG eub ist mittlerweile beim Spin-off Unternehmen des Fachgebiets – der ee concept GmbH – beschäftigt.