**Entwicklung gekoppelter Fassadentechnologien ausgehend von Gründach- und Hybridfassadenelementen zur Einbindung in KI-gestützte Gebäudeenergiekonzepte („GreenQ“)**

Hintergrund und Motivation

Die Anpassung an den Klimawandel sowie dessen Begrenzung führen zu zahlreichen Anforderungen im Gebäudebereich. Zum einen führen steigende sommerliche Temperaturen zu Überhitzungsproblemen in Gebäuden, welche zu begrenzen sind. Dabei kann eine Begrünung des Gebäudes helfen und zu einer Reduzierung des Klimatisierungsbedarfs führen. Zum anderen wird gefordert, dass Gebäude bis spätestens 2050 klimaneutral sein müssen (Klimaschutzgesetz 2024), um den Klimawandel zu begrenzen. Um dies zu erreichen, müssen Gebäude energieeffizienter werden und der verbleibende Energiebedarf muss über erneuerbare Energien gedeckt werden. Dabei wird eine Sektorkopplung zwischen Strom und Wärme notwendig.

Dabei werden neue Wärmequellen und Wärmesenken für elektrisch angetriebene Wärmepumpen gesucht.

Bei der Bewältigung dieser Anforderungen soll das beantragte Projekt helfen. Es sollen multifunktionale Fassadenelemente mit integrierter Gebäudebegrünung bzw. gekoppelter Glas-Glas PVT zur Unterstützung der Wärme- und Kälteversorgung des Gebäudes entwickelt werden.

Einerseits kann Gebäudebegrünung dazu beitragen den Klimawandel zu bremsen, da bei begrünten Gebäuden weniger Energie zur Innenraum-Klimatisierung benötigt, und dadurch weniger C0₂ emittiert wird, andererseits ist Gebäudebegrünung eine Maßnahme zur Anpassung an den fortschreitenden Klimawandel, da diese hilft die Temperaturen im Gebäudeinneren und in Außenbereichen während Hitzephasen zu reduzieren und somit die Lebensbedingungen von Menschen zu verbessern.

Projektziele

Hier betrachtete physikalische Effekte von Gebäudebegrünung sind:

Kühlung durch Verdunstung von Wasser über die Pflanzenoberfläche und das Substrat in dem die Pflanzen wachsen
Verschattung durch die Pflanzen
Vergrößerung der Wärmekapazität des Gebäudes
Verringerung von Wärmeverlusten des Gebäudes durch reduzierte Konvektionskoeffizienten an der Gebäudeoberfläche

Diese Effekte werden im Rahmen des Projekts von der HSWT untersucht. Direkte Messungen zur Bewertung des Einflusses von Gebäudebegrünung auf die Innentemperaturen von Gebäuden sind schwierig, da in der Regel nicht mehrere gleichartig Gebäude, die sich nur durch die Existenz bzw. Nichtexistenz von Gebäudebegrünung unterscheiden, für Messungen zur Verfügung stehen. Aus diesem Grund werden Messungen an Testgebäuden (siehe Abbildung 1) durchgeführt. Aus diesen Messungen und Laboruntersuchungen werden Parameter zu den oben genannten physikalischen Effekten ermittelt. Es wird ein physikalisches Modell für Gebäudebegrünung erarbeitet in dem die ermittelten Parameter genutzt werden, um über ein daraus erstelltes Software-Tool den Begrünungseinfluss auf realitätstreue Wohngebäude bewerten zu können. Mit Hilfe des erstellten Software-Tools werden die Gebäudebegrünungen dann für Real-Gebäude ausgelegt.

Dazu werden folgende Punkte bearbeitet:

Anpassung bestehender Teststände und neuer Laborversuche zur Untersuchung von Begrünungselementen auch an Fassaden und in Kombination mit Bewässerungssystemen
Entwicklung eines physikalischen Modells für Dach- und Fassadenbegrünungselemente in Kombination mit Bewässerungssystemen
Bestimmung von Modellparametern durch Teststandsmessungen und Laborversuche sowie Entwicklung und Validierung eines Berechnungs-Werkzeuges
Thermische Auslegung der Begrünungselemente sowie der Regelstrategie für Bewässerung und Hydraulik unter Verwendung des entwickelten Berechnungswerkzeuges
Bewertung der Messdaten von Projektpartnern

Versuchsstand (Testgebäude) zur Untersuchung von Dachbegrünung, Foto: HSWT

Besonderes Augenmerk liegt auf der Erarbeitung von Bewässerungsstrategien für die Begrünungen. Von der Art der Bewässerung hängt die Kühlleistung der der Begrünung ab. Weiter wird untersucht, wie die Kühlleistung durch angebundene hydraulische Systeme (Wärmeübertrager) in Gebäuden bestmöglich verteilt werden kann.