Die produktive Fassade

Am SPF Institut für Solartechnik der OST in Rapperswil wird an einem Bauteil gearbeitet, das zwei Debatten der Gegenwart zusammenführt. Es soll Gebäude im Sommer vor Überhitzung schützen und zugleich Strom erzeugen. Der Name des Projekts klingt technisch fast zurückhaltend: »PowerSlide«. Doch der motorisierte Schiebeladen mit integrierten PV-Modulen steht für eine größere Verschiebung: Die Gebäudehülle wird nicht mehr nur als Abschluss gedacht, sondern als Filter, Regler und Energiefläche.

In den Gesprächen mit Daniel Philippen und Mario Lehmann wird rasch klar, dass es dabei um mehr geht als um ein neues Produkt. Es geht um die Frage, an welcher Stelle Energieeffizienz in der Planung überhaupt beginnt. Nicht erst bei der Anlagetechnik, nicht erst im Nachweis, sondern viel früher: im Entwurf, in der Bauphysik, in der Logik der Fassade.

Philippen lenkt den Blick zunächst auf ein Problem, das erstaunlich banal klingt und dennoch gravierende Folgen hat: den Alltag im Gebäude. Tagsüber verschattete Fenster in leeren Wohnungen, dauerhaft gekippte Fenster im Winter, Heizkurven, die nie hinterfragt werden, und Raumtemperaturen, die mit den Annahmen der Planung wenig zu tun haben. Genau hier, so seine Beobachtung, verliert ein Gebäude oft jene Effizienz, mit der es einst berechnet wurde.

»In der Praxis wird die Haustechnik noch immer zu oft als Lösung verstanden, obwohl sie meist nur Symptome behandelt«, sagt Philippen. Der größere Hebel liege früher: bei einer kompakten Bauform, bei der klugen Setzung von Öffnungen, bei passiven solaren Gewinnen und bei der Frage, wie viel thermische Masse ein Gebäude mitbringt. Wer diese Grundlagen ignoriere, zwinge die Technik später dazu, architektonisch verursachte Defizite auszugleichen.

Lange war Energieeffizienz fast synonym mit Heizenergiebedarf. Das reicht heute nicht mehr. Mit den wärmeren Sommern ist der Hitzeschutz zu einem gleichrangigen Thema geworden – in Bürogebäuden mit großen Verglasungen teilweise sogar zum wichtigeren. Für Wohnbauten bedeutet das keine Ablösung, sondern eine doppelte Aufgabe: Winter und Sommer müssen zugleich gedacht werden.

»Die Herausforderung besteht heute darin, passive Wärmegewinne zu nutzen, ohne die Kontrolle über den sommerlichen Wärmeeintrag zu verlieren«, so Philippen. Genau an dieser Schnittstelle beginnt die Fassade zu arbeiten. Sie muss Licht hereinlassen, Aussicht ermöglichen, Blendung begrenzen, Aufheizung verhindern und dennoch auf wechselnde Orientierungen, Nutzungen und Jahreszeiten reagieren.

Gerade im Bestand gewinnt diese Präzision an Gewicht. Viele Gebäude, die noch vor wenigen Jahren als ordentlich konzipiert galten, reagieren empfindlich auf die Häufung heißer Sommer. Wird die Fassade saniert, ist außenliegender Sonnenschutz oft eine der wirksamsten und zugleich niedrigschwelligen Maßnahmen, um Überhitzung zu begrenzen, bevor zusätzliche aktive Kühlung ins Spiel kommt.

Was in Energienachweisen stimmig aussieht, bewährt sich im Betrieb längst nicht automatisch. Philippen verweist auf den »Performance Gap«, also die Differenz zwischen berechneter und tatsächlicher Performance. Besonders bei großen Glasflächen zeige sich diese Lücke deutlich: Rechnerisch versprechen sie viel Tageslicht, real werden sie oft stärker verschattet als erwartet – nicht aus technischer Laune, sondern weil Menschen an Bildschirmen sitzen, Blendung vermeiden wollen und Komfort anders definieren als das Simulationsmodell.

»Ein gutes Gebäude muss nicht nur gut geplant sein, sondern im Alltag robust funktionieren«, hält Philippen fest. Dazu gehören Puffer, eine leistungsfähige Hülle, eine sinnvolle Steuerung der Gebäudetechnik und, vor allem bei größeren Bauten, ein konsequentes Monitoring. Ohne Beobachtung und Nachjustierung bleibe selbst ein gut konzipiertes Gebäude unter seinen Möglichkeiten.

Gerade beim Sonnenschutz zeigt sich, wie nahe architektonische Qualität und energetische Performance beieinanderliegen. Statische Elemente können auf Südfassaden viel leisten. Sobald jedoch Ost- und Westorientierungen, unterschiedliche Nutzererwartungen oder wechselnde Klimabedingungen ins Spiel kommen, stoßen starre Lösungen an Grenzen.

Für Philippen ist deshalb klar: »Moderne Gebäude brauchen außenliegenden, beweglichen Sonnenschutz.« Nur so lasse sich auf Einstrahlung, Orientierung und Innenkomfort präzise reagieren. Im Bestand ist diese Einsicht besonders relevant. Dort lässt sich der sommerliche Wärmeschutz oft schon mit vergleichsweise einfachen Mitteln deutlich verbessern – vorausgesetzt, der Sonnenschutz sitzt außen, hält die Strahlung also dort ab, wo sie entsteht, und wird intelligent gesteuert. Automatisierung sei sinnvoll, sagt Philippen, weil Nutzer den Sonnenschutz nicht immer so bedienen, wie es thermisch sinnvoll wäre.

An diesem Punkt setzt das Projekt »PowerSlide« an, das die Rapperswiler Hochschule gemeinsam mit Griesser entwickelt. Die Idee ist bestechend einfach: Ein Schiebeladen, der ohnehin Teil der Fassade ist, wird mit PV-Modulen ausgerüstet und damit vom Verschattungselement zum Energiebauteil weitergedacht.

»Das reizvolle an diesem System ist die einfache Nutzung zusätzlicher Fassadenflächen«, sagt Lehmann, der das Projekt seitens OST verantwortet. Gerade vertikale Photovoltaik werde zunehmend interessant, weil sie in den sonnenärmeren Monaten relevante Erträge liefern könne. Während Dachanlagen im Sommer ihre Spitzen erreichen, spielen Fassaden ihre Stärken auch dann aus, wenn die Sonne tiefer steht. Im Fall des Schiebeladens kommt ein zweiter Nutzen hinzu: Das Element verschattet nicht nur, sondern produziert gleichzeitig Strom – und verbindet damit Komfort, Klimaschutz und Energieerzeugung in einem einzigen Bauteil.

Der Weg dorthin ist allerdings alles andere als trivial. Ein bewegliches PV-Element folgt anderen Regeln als eine fest installierte Fassadenanlage. Kabel müssen so geführt werden, dass Bewegung und Dauerhaftigkeit zusammengehen. Im Rahmen des Ladens herrschen enge Platzverhältnisse; dort sitzt die Elektronik, die kühl bleiben muss. Hinzu kommen Fragen nach Temperatur, Farbe, Einstrahlungswinkel, Gewicht und Wetterbeständigkeit.

»Wir entwickeln kein Demonstrationsobjekt für das Labor, sondern ein Bauteil für den Gebäudealltag«, sagt Lehmann. Entsprechend hoch seien die Anforderungen an Langlebigkeit, Wartungsarmut, Montage und Vorfertigung. Das Produkt müsse sich in bestehende Planungs- und Ausführungsprozesse einfügen, statt neue Komplexität zu erzeugen.

Besonders spannend sind die Zielkonflikte an der Schnittstelle von Technik und Gestaltung. Ein PV-integrierter Schiebeladen soll leicht sein, hagelfest, mechanisch belastbar und zugleich architektonisch überzeugend. Er soll Strom liefern, ohne gestalterisch wie ein Fremdkörper zu wirken. Und er soll möglichst elegant in unterschiedliche Fassadenbilder eingebunden werden können.

»Bauwerkintegrierte Photovoltaik (BiPV) gewinnt an Bedeutung. Nebst Elementen wie Multifunktionalität spielt dabei die Ästhetik eine zentrale Rolle: Die PV soll entweder möglichst unsichtbar sein oder bewusst als Gestaltungselement auftreten«, sagt Lehmann. Dazwischen liege ein weites Feld projektbezogener Entscheidungen. Ein rahmenloses Glas-Glas-Modul könne die Gesamtoptik schärfen und überzeugt bezüglich Robustheit, gehe aber mit höherem Gewicht einher. Größere Motoren würden schwerere Elemente erlauben, zögen jedoch Folgen für das Sortiment, die Konstruktion und die Umsetzung nach sich. Innovation an der Fassade heißt hier nicht, lediglich eine Komponente zu optimieren, sondern ein ganzes System neu auszubalancieren.

Für Architektinnen und Architekten ist das vielleicht die wichtigste Lehre aus der Zusammenarbeit zwischen Hochschule und Industrie: Solche Lösungen dürfen nicht erst am Ende eines Projekts an die Gebäudehülle angeheftet werden. Wer PV-integrierte Verschattungselemente sinnvoll einsetzen will, muss sie im Entwurf mitdenken.

»Wenn solche Systeme von Anfang an eingeplant werden, lassen sich Fassadenlogik, Öffnungsgrößen und Bewegungsräume sehr viel präziser darauf abstimmen«, erklärt Lehmann. Beim Schiebeladen heißt das: Die Fassade braucht schattenfreie Laufwege, passende Fensterformate und eine Orientierung, die Ertrag und Nutzung sinnvoll zusammenführt. Planung beginnt also nicht bei der technischen Integration, sondern bei der architektonischen Grundidee.

Für Philippen bedeutet das zugleich, Energiekennwerte und thermische Simulationen nicht erst zum Schluss als formale Kontrolle heranzuziehen. Gerade bei größeren Vorhaben sollten sie schon in frühen Phasen zeigen, welche räumlichen Entscheidungen später Heiz- und Kühlbedarf treiben.

Gerade deshalb verweist das Projekt weit über das konkrete Produkt hinaus. »PowerSlide« ist nicht nur eine Entwicklung im Bereich Sonnenschutz, sondern ein Beispiel dafür, wie sich die Planungskultur im Bauen verschiebt. Energieeffizienz wird nicht mehr allein als Nachweis, sondern als Entwurfsparameter verstanden. Die Fassade ist nicht länger nur Oberfläche, sondern Teil der energetischen Infrastruktur eines Gebäudes.

Daniel Philippen formuliert das als kulturelle Aufgabe: »Energieeffizienz sollte nicht als regulatorische Last verstanden werden, sondern als Qualitätsmerkmal zukunftsfähiger Gebäude.« Mario Lehmann ergänzt die produktseitige Perspektive: »Wenn sich das Fassadenpotenzial mit geringem Zusatzaufwand erschließen lässt, entsteht eine sehr einfache und zugleich zukunftsfähige Form der Energieproduktion.« Zwischen diesen beiden Sätzen liegt die Richtung, in die sich das Bauen bewegt: weg von der nachträglichen Optimierung, hin zu Häusern, deren Hülle von Anfang an mehr kann – schützen, moderieren, erzeugen.

Daniel Philippen ist Co-Teamleiter SPF Gebäude & Thermische Netze am SPF Institut für Solartechnik der OST und beschäftigt sich mit Fragen der Bauphysik, des thermischen Komforts und der Energieeffizienz von Gebäuden im Entwurf und im Betrieb.

Dr. Mario Lehmann ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter am SPF Institut für Solartechnik der OST und befasst sich mit Photovoltaik sowie der Integration von Energieerzeugung in Bauteile und Fassaden.

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