Glass profiles in the facade - development of a solar optimised facade system

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Aktivierung der Fassade zur Einsparung von elektrischer Energie und zur aktiven Nutzung von Solarenergie. Sie soll als Beitrag zur Ressourcenschonung und aktiver Nutzung erneuerbaren Energien dienen und das Interesse von Industrie und Architekten für die Nutzung der Fassadenflächen vorallem von Bürogebäuden wecken. Neben den Bemühungen der Architekten und Energieplaner den Energieverbrauch von Gebäuden, hier im Speziellen von Verwaltungsgebäuden, durch eine konsequente Dämmung der Gebäudehüllen und den Einsatz von geeigneten Sonnenschutzmaßnahmen zu minimieren, gibt es die parallele Entwicklung von verschiedenen Systemen zur Tageslichtnutzung. Diese sollen einerseits den Verbrauch an elektrischer Energie reduzieren und andererseits die Behaglichkeit der Nutzer erhöhen. Die Reduzierung von elektrischer Energie wird in dieser Arbeit durch die Nutzung des Tageslichts mit Hilfe von Glasprofilen und -rohren erfolgen. Zur aktiven Solarenergienutzung werden Vakuumröhren in die Fassade integriert. Es gibt die Vision einer transparenten Fassade, die Energie spart, nutzt und sammelt. Hierbei werden die Glasprofile und -rohre, die sich auf der Grundlage der Untersuchungen als funktionsfähige Profile zur Tageslichtnutzung herausgestellt haben, mit auf dem Markt erhältlichen Vakuumröhren zu einem Fassadensystem gefügt und in Fassadenkonstruktionen integriert. Es wird ein Fassadensystem entwickelt, das jeder Büroeinheit ermöglicht ihre Fassade solartechnisch zu aktivieren bei gleichzeitigem Prestigegewinn für den Nutzer. Die Ergebnisse im Rahmen dieser Arbeit zeigen, dass hinsichtlich Nutzung des Tageslichts der Einsatz der Glasprofile als transparenter Sonnenschutz bei gleichzeitiger Diffuslichtlenkung am sinnvollsten ist. Diffuses Licht steht im Gegensatz zur direkten Strahlung auch bei bewölktem bzw. bedecktem Himmel zur Verfügung. Systeme, die mit direktem Licht arbeiten funktionieren gerade dann, wenn der Bedarf am größten ist, nicht. In Zukunft wird die aktive Nutzung erneuerbarer Energien in Gebäuden eine zentrale Rolle spielen. Die Diskrepanz zwischen dem weltweiten Bedarf an Energie und den Vorkommen der fossilen Rohstoffe wird in den nächsten Jahren immer größer werden. Diese Lücke muss durch die Nutzung erneuerbarer Energien geschlossen werden. Für Solarthermie ist eine ähnliche Entwicklung wie bei Photovoltaikanlagen zu erwarten. Die Photovoltaik betreffend wurden auf politischer Ebene deutliche Signale gesetzt, die eine aktive Solarenergienutzung in der Gebäudehülle unterstützen. So bringt der im Moment vorliegende Entwurf zum EEG (Erneuerbare Energien Gesetz) zum Ausdruck, dass gebäudeintegrierte Anlagen eine erhöhte Vergütung und die fassadenintegrierten Systeme den Höchstsatz bekommen. Ein Entwurf für das EEG die Solarthermie betreffend ist in Arbeit.The present work is about utilizing the building façade in order to reduce the consumption of electricity by actively using solar energy. This work aims to contribute to the conservation of scarce resources and to be proactive in the use of renewable energies. Hopefully this initiative will awaken the interest of both industry and architects for the energy efficient use of building facades. This initiative is particularly relevant to office buildings. Besides the efforts of architects and energy-planners to minimize the energy consumption of buildings with the insulation of building surfaces along with adequate sun protection measures, there is a parallel development of alternative systems aiming to utilize the daylight. These systems have the dual benefit of a reduction in the consumption of electric energy as well as an increase in the comfort of the users. The added benefits from the active use of solar energy are achieved by incorporating both glass sections and glass pipes into the façade. Glass profiles and pipes have already proved themselves as well-working profiles for the exploitation of daylight. This technology combined with vacuum-tubes that are already on the market, creates an integrated façade system that gives the impression of a transparent surface while it actively saves, uses and collects energy. Thus a system is being developed that makes it possible for each office unit to activate their façade solar-technically. As well as increasing the utility of the individual user, the system offers added prestige. The results within the framework of this work show that with regard to the utilization of daylight, the use of glass profiles as transparent sun protection with simultaneous steering of diffuse light is the most sensible. Unlike direct radiation, diffuse light is available also when the sky is clouded. Systems working with direct light are least efficient when they are be most needed. In future the active use of renewable energies in buildings will have a central role. The discrepancy between the worldwide need of energy and the existing fossil energies will continue to broaden in the next years. This gap must be closed by using more renewable energies. As for solar thermal energy one has to expect a similar development as with photovoltaic installations. Concerning the photovoltaic, on a political level, photovoltaic technologies have been given clear signals supporting the active use of solar energy for building-surfaces. The current existing draft for the EEG (law concerning renewable energies) shows that installations integrated into the building are sponsored by a higher reimbursement and the systems integrated into the facades receive the maximum rate. The draft for the EEG concerning solar thermal energy is currently in preparation