Flüssige Hülle heizt und kühlt Gebäude

Doktoranden der Universität Jena untersuchen den Prototyp eines Glasmoduls, das den Wärmefluss in Gebäuden regulieren soll. (Bild: J.-P- Kasper)

Doktoranden der Universität Jena untersuchen den Prototyp eines Glasmoduls, das den Wärmefluss in Gebäuden regulieren soll. (Bild: J.-P. Kasper / FSU)

Material­wissen­schaftler der Universität Jena entwickelten einen völlig neuen Prototyp für intel­ligente Fassaden vor. Die Glasmodule enthalten eine zirkulierende Flüssig­keit und können den Wärmefluss in Gebäuden regulieren. Wenn im Sommer die Sonne scheint, sorgen eine intelli­gente Fassade und ebensolche Fenster für angenehme Kühle im Inneren. Im Winter dagegen bleibt es behaglich warm, auch ohne dass eine zusätz­liche Heizung notwendig ist.

Was nach ferner Zukunftsmusik klingt, könnte bereits in wenigen Jahren Realität werden. Die Grundlagen dafür hat jetzt ein Team von Material­wissenschaft­lern im Rahmen eines an der Friedrich-Schiller-Univer­sität Jena koordinierten Forschungs­vorhabens gelegt. Das Konsortium aus Univer­sitäten und Industrie­unternehmen hat dafür intelligente Fassaden- und Fenster­module entwickelt, die den Wärmefluss in Gebäuden regulieren können.

„Die grund­legende Idee besteht darin, Gebäude in eine sehr dünne, flüssige Hülle zu kleiden“, erläutert Lothar Wondraczek das Prinzip. Die Flüssig­keit diene dabei zunächst als Puffer- und Speicher­medium für Wärme, kann darüber hinaus aber auch weitere Funktionen wie zum Beispiel einen Farbwechsel oder solar­thermischen Wärme­austausch übernehmen. Konkret sieht das Konzept der Jenaer Forscher so aus, dass Glasmodule von der Dicke einer normalen Fenster­scheibe mit dünnen Kanälen versehen werden, durch die eine farblose Speicher­flüssigkeit auf Wasser­basis fließt. Die nur wenige Millimeter tiefen und breiten Kanäle verlaufen parallel und sind bei Anpassung der optischen Eigen­schaften der Flüssigkeit im Glas kaum sichtbar. Eine solche Scheibe kann dann im Prinzip eine oder mehrere beliebige Scheiben einer herkömm­lichen Doppel- oder Dreifach­verglasung ersetzen. Notwendig werden hierbei allerdings zusätzliche Flüssigkeits­kanäle und Anschlüsse in der Rahmen­konstruktion, an denen derzeit mehrere der Industrie­partner arbeiten.

„Die Module lassen sich einerseits als Fenster­verglasung einsetzen, wofür eine möglichst geringe Sichtbarkeit der Kanal­strukturen entscheidend ist. Andererseits können sie direkt in Gebäude­fassaden integriert werden“, so Wondraczek. Nun demon­strierten die Forscher, dass das Prinzip der Wärme­regulierung funktioniert: Wärmebild­aufnahmen und weitere Untersuchungen an ersten Glas­modulen belegen, dass durch den kontinuierlichen Flüssig­keitsfluss durch die Kapillaren je nach Anwendungs­ziel Wärme sowohl aufgenommen als auch abgegeben werden kann. Binnen weniger Minuten können so Temperatur­schwankungen ausgeglichen werden, wobei die Glasmodule und Fenster als groß­flächige Kühler, Heizer oder Luftwärme­tauscher zum Beispiel für den Betrieb einer Wärmepumpe verwendet werden können. Ihre Ergebnisse haben die Forscher zudem durch Computer­simulationen untermauert.

Was sich im Laborversuch als aussichts­reich erwiesen hat, soll nun auch im großen Maßstab getestet werden. Bereits in wenigen Wochen werden erste Modell­gebäude mit den Modulen in der Größe realer Fenster ausgestattet. Neben Prüf­ständen in Skandi­navien wird dabei auch in Südeuropa sowie in Jena und Weimar getestet. Diese Versuche werden etwa ein Jahr umfassen, wobei unter­schiedliche Jahreszeiten und Wetter­bedingungen abgedeckt werden sollen. In Jena werden die Arbeiten am Otto-Schott-Institut für Material­forschung sowie am erst kürzlich einge­richteten Zentrum für Energie und Umwelt­chemie CEEC Jena koordiniert. (Quelle: FSU Jena)

Referenz: B. P. V. Heiz et al.: Ultrathin Fluidic Laminates for Large-Area Façade Integration and Smart Windows, Adv. Sc., online 21. November 2016; DOI: 10.1002/advs.201600362

Link: Otto-Schott-Institut für Materialforschung, Friedrich-Schiller-Universität Jena

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