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Ein neues Labor der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich ermöglicht es, praxisnah zu simulieren, wie verschiedene klimatische Bedingungen auf neue Gebäudeteile und -materialien wirken. Solche Fragen werden in Zeiten des Klimawandels immer dringlicher und sind ein wichtiges gebäudebezogenes Forschungsthema. Das weltweit einzigartige Testlabor auf dem ETH-Campus Hönggerberg, das Zero Carbon Building Systems (ZCBS) Lab, besteht aus mehreren Testräumen und einem Kontrollzentrum. In diesen Testräumen lassen sich Fassaden-, Dach-, Boden- und Wandelemente installieren und kontrolliert beheizen oder kühlen.

Kernstück des Labors ist eine künstliche Sonne aus hunderten, extrem starken Leuchtdioden. Damit können die Forschenden den Lauf der Sonne imitieren, um die Wirkung von Sonneneinstrahlung zu testen. Die Nachbildung der Sonne besteht aus spezifisch angeordneten, LED-betriebenen Lichtquellen, die mit verspiegelten Reflektoren gebündelt und an einem schwenkbaren Arm montiert sind. Das Gerät kann sowohl horizontal als auch vertikal bewegt werden, um den Lauf der Sonne an verschiedenen Orten weltweit zu imitieren.

Im Test: Schutz vor Mittagshitze und Temperaturwechseln

Klima und Sonneneinstrahlung verschiedener geografischer Standorte lassen sich nachbilden, die Leistungsdaten von Gebäudekomponenten in sehr viel kürzerer Zeit als bisher ermitteln. Die Sonne kann beispielweise auf Knopfdruck wie mittags in der Sahara scheinen oder wie im Januar in Berlin. So lässt sich im Maßstab 1:1 testen, wie gut ein neues Baumaterial z.B. vor der Mittagshitze in Marrakesch schützt oder ob es den Temperaturwechseln in Berlin standhalten würde. In der Klimakammer lassen sich der Sonnenstand, die Zusammensetzung der Strahlung, die Temperatur und Luftfeuchtigkeit so einstellen, dass sie einem nahezu beliebigen Punkt auf der Erde entsprechen, an einem beliebigen Tag im Jahr.

Ein erstes Testobjekt war die digital gedruckte Polymer-Fassade aus einem Projekt des NFS Digitale Fabrikation. Die optischen und thermischen Eigenschaften dieser halbtransparenten Fassade können individuell angepasst werden; dank einer ausgeklügelten Makrostruktur kann Sonnenwärme passiv von der Fassade ins Innere von Gebäuden geleitet werden. Andererseits kann das Material je nach Bedarf auch isolierend wirken. Die Tests mit der künstlichen Sonne gaben Aufschluss darüber, wann die Fassade lichtdurchlässig sein sollte, wann sie Sonnenlicht abhalten und wann sie Wärme durchlassen sollte. Die Ergebnisse führten zu einer Überarbeitung des Fassadendesigns und einer besseren Nutzung der Materialressourcen.

Adaptive Solarfassade für maximalen Energiegewinn

Derzeit wird in dem Labor eine adaptive Solarfassade weiterentwickelt, deren bewegliche Solarpaneele sich nach dem Sonnenstand richten und dadurch den Energiegewinn maximieren. Je nach Anforderung können sie auch Schatten spenden oder die Sonnenstrahlen passieren lassen, sodass weniger Heiz- oder Kühlenergie benötigt wird. Im Zero Carbon Building Systems Lab soll das intelligente System anhand der Reaktionen der Nutzenden lernen, die Panels so auszurichten, dass maximal Energie gewonnen und Komfort erzielt wird. Weil die Forschungsräume begeh- und bewohnbar sind, kann auch das Verhalten der Nutzer*innen berücksichtigt werden.

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