Transparente Wärmedämmung
Gallerie
Die Entwicklung der transparenten Wärmedämmung
TWD
begann schon vor mehr als 20 Jahren durch den Einsatz von
Acrylschaumplatten. Inzwischen werden zahlreiche weitere
Materialien eingesetzt - von Glas bis zu Kunststoffen.
Im Vergleich zu einer normalen, außen aufgebrachten, opaken
Wärmedämmung wird bei der TWD die Sonneneinstrahlung
durch das Dämmmaterial hindurchgelassen. An der tragenden Wand wird
die Sonne absorbiert und in Wärme umgewandelt. Da die TWD als
Wärmedämmung funktioniert, wird die Wärmeabgabe nach außen stark
behindert, ein Großteil der Sonnenenergie wird als Wärme in den
Raum hinter der TWD-Wand geleitet.
Unter der TWD wird die dunkle Absorberfläche einer schweren
Außenwand durch die Sonne auf etwa 45ºC erwärmt. An der inneren,
raumseitigen Oberfläche einer 24 cm dicken Wand werden 6 Stunden
nach der maximalen Sonneneinstrahlung Temperaturen von knapp 30ºC
erreicht. Bei einem Experiment von zwei Tagen erkannte man, dass
die TWD-Wand an sonnigen Tagen ab Mittag den Raum heizt. Folgt auf
einen sonnigen Tag ein sonnenarmer Tag, so reicht die gespeicherte
Sonnenenergie aus, um den Raum einen weiteren Tag lang mit Wärme zu
versorgen. Der Grund dafür ist die Speicherfähigkeit der Wand und
die mehrstündige Phasenverschiebung zwischen maximalem
Energieeintrag in die Wand und der Abgabe in den Raum.
Folgende Werkstoffe werden derzeit angeboten:
- Glas oder Kunststofffolien
- Schaumkunststoffe aus Polycarbonat
- transluzente Granulate
- Mineralfasern oder Glasröhrchen
- parallel zur absorbierenden Schicht
- senkrecht zum Absorber
- Kammerstrukturen
- homogene Strukturen,
die auch ein unterschiedliches solares Verhalten aufweisen.
Die Entwicklungen beim Einsatz von transparenter Wärmedämmung im
Gebäudebereich hat zu verschiedenen Funktionstypen geführt, die
sich auf Grund der Wärmeübertragung vom Absorber an die
Speicherwand und der Wärmeabgabe der Solarfassade an das Gebäude
unterscheiden lassen:
- passive Wandheizungssysteme mit passiven TWD-Massivwandsystemen
- konvektive Massivwandsysteme
- Hybridsysteme mit Luft oder Wasser als Wärmeträger, mit oder
ohne Außenwand als Speicher
- Direktgewinnsysteme durch Verglasungen mit TWD.
- der Absorber als Elementrückwand oder Oberfläche der
Außenwand
- der Rahmen zur Aufnahme der TWD oder ein
TWD-Verbundsystem
- sowie eine Regeleinrichtung als Hinterlüftung oder eine Verschattung.
Eine andere Methode liegt darin, den Strahlungseintrag in die Außenwand bzw. in den Raum durch Sonnenschutz zu regeln. Bekannte, nicht variable Verschattungen sind Überstände oder feststehende Lamellen, die jedoch die diffuse und - in den Übergangsmonaten durch Teilverschattung - die direkte Einstrahlung reduzieren; dadurch treten Effizienzminderungen ein. Eine weitere bekannte Verschattung stellt die Fassadenbegrünung dar, deren Wirkung stark vom Blattanwurf bzw. -wachstum und der Blattdichte abhängt.
Praktisch alle Sonnenschutzmaßnahmen wie Rollos, Plisseestores oder Jalousien kommen als variable Abschattungen zum Einsatz, die je nach Ausführung vor den TWD-Elementen montiert oder in diese integriert werden, und den g-Wert im geschlossenen Zustand um 60 bis 80% reduzieren. Externe Verschattungen müssen witterungsbeständig ausgeführt sein, niedrigemittierende Beschichtungen können die Funktion von integrierten Verschattungen zum zusätzlichen nächtlichen Wärmeschutz erweitern, der den k-Wert eines TWD-Elementes um ca. 30 bis 40% verbessert. Integrierte Verschattungen werden wegen der besseren Zugänglichkeit und des niedrigeren g-Wertes meist vor der TWD-Schicht eingebaut. Grundsätzlich sind auch drehbare, dem Sonnenstand nachgeführte integrierte Lamellen einsetzbar, die im Regelfall nicht über die komplette Länge auf- oder zugefahren werden und deshalb auf Grund der kleinen Bewegungen eine höhere Betriebssicherheit aufweisen. Bei entsprechender Oberflächenbeschaffenheit und Form der Lamellen ist eine Strahlungsdurchlässigkeit von ca. 85% erreichbar.
Beim Entwurf einer Fassade ist darauf zu achten, dass bauliche Maßnahmen die TWD-Flächen während der Heizperiode so wenig wie möglich verschatten. Ertragsminderungen bis zu 20% durch Schattenwurf bzw. die Verkleinerung des Aperturwinkels sind die Folge. Auch Fassaden- und Gebäudeversprünge wie z. B. in Reihenhauszeilen haben diesen Effekt.
Beim großflächigen Einsatz von TWD-Direktgewinnsystemen ist - wie bei allen Verglasungen - eine kontinuierliche Regelung des Licht- bzw. Strahlungseinfalls erforderlich. Dabei sind mit beleuchtungstechnischen Anforderungen einerseits und energetischen Belangen andererseits oftmals gegensätzliche Optimierungsziele die Folge. Außenliegende verstellbare Lamellen als Sonnenschutz, die im Sommer nicht vollständig geschlossen werden, zusammen mit einem innenliegenden temporären Blendschutz im Winter stellen eine Lösungsmöglichkeit dar, wenn TWD im Sehfeld eingesetzt werden soll. Eine gute Raumplanung, d.h. die Trennung von TWD und Sichtbereich in der Fassade sowie die richtige Anordnung von Arbeitsplätzen, reduziert die Anforderungen an Sonnen- und Blendschutz.
Inzwischen gibt es auch sich selbst optisch regelnde TWDs oder solche mit thermisch, optisch oder elektrisch schaltbarem Sonnenschutz.
Einige prinzipielle Möglichkeiten des Sonnenschutzes, der aber auch die Element-konstruktion und -tiefe maßgeblich beeinflusst, wurden schon erwähnt. Praktische Auswahlkriterien sind:
- der Komfort: saisonaler Sonnenschutz oder Regelung nach dem
tatsächlichen Wärmebedarf, wobei die Regelstrategien diesbezüglich
optimiert werden müssen;
- der Wartungsaufwand
- die Lebensdauer
- gestalterische Aspekte
- die Kosten und die Wirtschaftlichkeit
- sowie lichttechnische, energetische Effektivität
und
- die ökologische Gesamtbilanz
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