Mittagssonne auf Knopfdruck

Wie gut sch¨¹tzt das neue Baumaterial vor der Mittagshitze in Marrakesch? Wie muss die neue Fassade gedruckt werden, damit es im Berliner Winter nicht zu kalt und im Sommer nicht zu heiss wird?

ETH-Forschende k?nnen das nun eins zu eins simulieren, in einem silbergrauen Bau auf dem H?nggerberg, dem Zero Carbon Building Systems Lab. Das Labor wurde von Arno Schl¨¹ter, ETH-Professor f¨¹r Architektur und Geb?udesysteme, initiiert.

F¨¹r Geb?ude, die die Sonne nutzen

In dem neuen Labor k?nnen Forschende einfacher und schneller testen, wie sich neu entwickelte Geb?udesysteme, -teile und -materialien unter verschiedenen klimatischen Bedingungen bew?hren. Der Sonnenstand, die Zusammensetzung der Strahlung, die Temperatur und Luftfeuchtigkeit k?nnen so reguliert werden, dass sie einem fast beliebigen Punkt auf der Erde entsprechen, an einem beliebigen Tag im Jahr.

Das Herzst¨¹ck des Labors ist eine Weltneuheit: Eine k¨¹nstliche Sonne aus hunderten von starken Leuchtdioden, befestigt an einem schwenkbaren Arm, dank dem die Anlage den Lauf der Sonne an verschiedenen Orten auf der Welt imitieren kann. Der Simulator entwickelte Schl¨¹ters Gruppe in Zusammenarbeit mit Partnern aus der Industrie.

Neben dem Raum mit der k¨¹nstlichen Sonne gibt es auf der S¨¹dseite des Geb?udes zwei weitere Testzellen, die dem nat¨¹rlichen Sonnenlicht und dem Aussenklima ausgesetzt sind.

Bauteile schneller testen

Speziell an dem Labor ist, dass sich die Aussenw?nde, Decken oder B?den der drei Forschungszellen austauschen und mit Prototypen best¨¹cken lassen. Auf diese Weise lassen sich Geb?udeteile, die zum Beispiel im robotischen Fertigungslabor nebenan entwickelt werden, sofort in voller Gr?sse auf ihre Leistungsf?higkeit testen und schneller weiterentwickeln.

So auch eine halbtransparente Fassade aus gedrucktem Polymer, die das Sonnenlicht durch ihre Struktur je nach Einfallswinkel abschirmt oder passieren l?sst. Entwickelt wird sie von Schl¨¹ters Gruppe zusammen mit Forschenden aus der Gruppe der ETH-Professoren Fabio Gramazio und Matthias Kohler sowie jener von Benjamin Dillenburger im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunktes (NCCR) Digitale Fabrikation.

Bald getestet werden sollen auch 3D-gedruckte Bauteile f¨¹r Fassaden, die dank einer ausgekl¨¹gelten Makrostruktur Sonnenw?rme passiv von der Fassade ins Innere von Geb?uden leiten k?nnen oder nach Bedarf auch isolierend wirken.

Weiterentwickelt wird im Labor zudem die adaptive Solarfassade aus Schl¨¹ters Gruppe. Ihre beweglichen Solarpanels richten sich nach dem Sonnenstand und maximieren dadurch den Energiegewinn. Sie k?nnen zudem Schatten spenden oder die Sonnenstrahlen passieren lassen, sodass weniger Heiz- oder K¨¹hlenergie ben?tigt wird.

Im Zero Carbon Building Systems Lab soll das intelligente System anhand der Interaktionen von Benutzer:innen lernen, die Panels so auszurichten, dass ein Maximum aus Energiegewinnung und Komfort resultiert. Weil die Forschungsr?ume begeh- und bewohnbar sind, kann auch das Verhalten von Nutzer:innen mit einbezogen und ausgewertet werden.

Auf dem Weg zu klimaneutralen Geb?uden

Das Labor soll dazu beitragen, dass Geb?ude in der Herstellung und im Betrieb klimaneutral werden. Schl¨¹ter sagt dazu: ?Wenn man die Treibhausgas-Emissionen von Geb?uden senken will, spielen Materialien, Geb?udetechnik und das Verhalten der Bewohner eine Rolle. Im Zero Carbon Building Systems Lab k?nnen wir das Zusammenspiel dieser Faktoren erforschen.?

In dem Labor sollen verschiedene Disziplinen miteinander forschen: Architekt:innen und Bauingenieur:innen mit Informatiker:innen und Materialwissenschaftler:innen. Auch soll es f¨¹r die Ausbildung der Studierenden eine wichtige Rolle spielen, Doktorierende und Masterstudierende etwa sollen dort Raum f¨¹r Experimente finden und am Beispiel lernen, wie klimaschonende Geb?ude entwickelt werden k?nnen. Zudem soll das Labor auch externen Forschern und f¨¹r Industriepartnerschaften offenstehen.