Fassadenmodul ermöglicht "minimalinvasive" Gebäudesanierung

Noch ist die Sanierungsquote im Gebäudesektor zu gering, um die geplante Klimaneutralität bis 2045 in Deutschland zu erreichen. Ein Schritt zur Beschleunigung der Entwicklung kann ein größerer Vorfertigungsgrad der Bauteile sein. Forschende vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP und für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE entwickeln dazu ein Fassadenmodul, das die technische Gebäudeausrüstung (TGA) integriert, um die dahinter liegenden Räume zu heizen, zu kühlen und zu lüften.

Herzstück des Moduls ist eine Photovoltaik-Anlage, die mit einer Kleinstwärmepumpe als hocheffizientem Wärme- und Kälteerzeuger kombiniert ist, sowie ein dezentrales Lüftungsgerät mit Wärmerückgewinnung. Alle erforderlichen Bauteile sind dabei in dem EE-Modul-Fassadenelement untergebracht, wodurch ein hoher Vorfertigungsgrad erreicht wird. Eine einzelne Technikeinheit der EE-Modulfassade ist 1,25 m breit und 30 cm tief. Jede Einheit kann einen etwa 24 Quadratmeter großen Raum versorgen.

Die integrierte PV-Anlage erzeugt Strom und versorgt damit die Anlagenkomponenten wie etwa die Wärmepumpe. Diese fungiert zugleich als Wärme- und Kälteerzeuger und zeichnet sich durch eine intelligente Regelung der Energieströme aus. Aus einer Einheit Strom kann sie drei bis vier Einheiten Wärme produzieren. Über einen im Luftspalt hinter dem PV-Element montierten Ventilatorkonvektor entzieht sie die Wärme der Außenluft und gibt sie ebenfalls über einen Ventilatorkonvektor als Heizwärme an den dahinterliegenden (Büro-)Raum ab. Muss sie kühlen statt heizen, wird der Kreislauf umgekehrt, dabei entzieht sie die Wärme der Innenluft und führt sie an die Außenluft ab.

Ein "atmendes" Lüftungsgerät minimiert den Stromverbrauch

Eine integrierte dezentrale Lüftungstechnikeinheit regelt den Luftwechsel und die Wärmerückgewinnung. Durch eine gezielte Verschaltung von Luftklappen wird nur ein Ventilator benötigt, wodurch sich der Stromverbrauch minimiert. Das Lüftungsgerät wechselt dabei zyklisch zwischen Zu- und Abluftbetrieb und führt damit quasi eine Atmung aus. Darüber hinaus sorgen Vakuumdämmelemente für den Wärmeschutz.

"Die neue EE-Modulfassade bietet einen exakt aufeinander abgestimmten Wärme- und Sonnenschutz bei gleichzeitig geringem Energiebedarf und hohem Nutzungskomfort", betont Michael Eberl, Wissenschaftler am Fraunhofer IBP. Etwa 25 bis 30 Prozent aller Bürogebäude wurden von 1950 bis etwa 1990 in Skelettbauweise errichtet. Sie weisen zusammen einen Verbrauch von 32 Mrd. kWh pro Jahr auf. "Mit unserer EE-Modulfassade lässt sich der Verbrauch auf 0,6 Mrd. kWh senken. Auch die geringe Sanierungsquote von einem Prozent pro Jahr ließe sich durch den hohen Vorfertigungsgrad steigern", so Kaiser.

Wobei die Sanierung mithilfe der EE-Modulfassade quasi "minimalinvasiv" erfolgen soll. "Wir renovieren nicht das komplette Gebäude, sondern nur die Fassade. Die alte Fassade wird künftig durch neue industriell vorgefertigte Module mit integrierter Anlagentechnik ersetzt, was sie somit multifunktional macht und an die neuen Energiestandards anpasst", erläutert Jan Kaiser, Projektleiter und Wissenschaftler am Fraunhofer IEE. 

Da sich die Module vorfertigen lassen, können sie von der Stange produziert werden. Planer und Investoren erhalten dadurch eine hohe Kostensicherheit und einen klar definierten Kostenrahmen. Der Austausch erfolgt in nur wenigen Stunden. Da die Heiz- und Lüftungstechnik bereits integriert ist, müssen keine neuen Rohre im Gebäudeinneren verlegt werden. Die Fassade muss nur über einen Stromanschluss verfügen, um auch in Zeiten ohne PV-Strom die Räume klimatisieren und lüften zu können. Der Installations- und Abstimmungsaufwand an der Baustelle sinkt. Die Nutzer der Räume müssen während der Sanierung im Idealfall nicht einmal ausziehen.