TEIL C

SolarhÄuser und solare Bauelemente

Schwerpunkt Solarfassaden (1)

Nun folgt ein Blick auf den aktuellen Stand bei Solarfassaden, die eine Art Sonderform der Solarenergienutzung bilden und zwischen Fenstern und konventionellen PV-Paneelen angesiedelt sind. Im Unterschied zu Fenstern müssen Fassadenelemente nicht transparent sein, andererseits möchten Architekten nur ungern Paneele mit sichtbaren Zellen verbauen, wie sie bei Aufdachanlagen üblich sind.

Die Fassade, als Schnittstelle zwischen Gebäude und Außenraum, spielt zudem unter energetischen Gesichtspunkten eine immer wichtigere Rolle. Gegenwärtige Fassaden sind meist statisch, sind für Spitzenbelastungen ausgelegt und damit oft überdimensioniert. Dem gegenüber stehen z.B. sensorische Fassadenmodule, die in Wechselwirkung mit der Umwelt stehen und auf funktionale Anforderungen eingehen können.

Neuere Ansätze können kinetische, visuelle, auditive, olfaktorische, gustatorische, druck-, berührungs-, vibration- oder temperaturempfindliche Fassadeninstallationen sein, ebenso wie architektonische Strukturen, die reagibel ist und den Gasaustausch, die Wind- bzw. Wasserdichtigkeit, die Energiegewinnung bzw. -speicherung, die Selbstreinigung, die Eigenheilung, die IR-Strahlung oder andere Einflußgrößen regeln.

Aus Gründen der besseren Übersicht habe ich auch die Informationen des Vorjahres hier mit aufgenommen.

Die 2001 gegründete Solarfirma Konakra Technologies Inc. aus Lowell, Massachusetts, schließt im Mai 2009 eine Vereinbarung mit der Arch Aluminum & Glass ab, um die neu entwickelten, organischen Power-Plastic-Folien, deren Massenproduktion im Oktober des Vorjahres begann, in Baustoffen, einschließlich Fenstern, zu verwenden.

Die zu diesem Zeitpunkt vorgestellten Prototypen bestehen aus Paneelen, bei denen die Solarzellen zwischen zwei Glasscheiben eingebaut sind. Die Zellen aus flexiblem Kunststoff können in verschiedenen Farben eingefärbt werden und erreichen einen Wirkungsgrad von 6,4 %, bislang allerdings nur im Labor. In den Paneelen eingebaut werden bislang nur etwa 3 % erreicht, was allerdings nur für die lichtundurchlässigen roten Power-Plastic-Folien gilt.

Eine grüne Version, die im Januar 2010 auf den Markt kommen wird, sollte hingegen einen Wirkungsgrad von 4 – 5 % zu erreichen. Ebenfalls für das nächste Jahr ist geplant, die bunten Folien transparent zu machen.

Bereits im November 2009 sollen bei einer Pilotprojekt-Installation namens Solar Curtain Wall die 48 W Solarmodule der Konakra mit einer Leistung von insgesamt 1,5 kW als Vorhangfassade (o. Vorhangwand) an einem Bürogebäude in Tamarac, Florida, montiert werden, um als lebendiges Labor genutzt zu werden.

Dabei soll mit opaken und transparenten Folien, mit verschiedenen Farben sowie mit verschiedenen Glasdesigns experimentiert werden. Es läßt sich allerdings nichts darüber finden, daß dieses Pilotprojekt tatsächlich umgesetzt wurde.

Tatsächlich dauert es bis zum im Juni 2011, bis die Konarka die erste Installation ihrer halbtransparenten BIPV-Fassadenelemente im neuen Werk der Firma in New Bedford, Massachusetts, installiert, und zwar sowohl an nach Süden als auch nach Osten ausgerichteten Wänden.

Die in der Übersicht 2008 beschriebenen Fassaden-Solarzellen der Firma SMIT, die wie künstlicher Efeu aussehen, sind ein Element des siegreichen Wettbewerbbeitrags der internationalen Design-Firma Leeser Architecture für ein Fünf-Sterne-Luxushotel in der Zayed-Bucht in Abu Dhabi.

Das Helix Hotel, dessen Grafiken im April 2009 in den Blogs erscheinen, besteht aus mehreren gestaffelten Bodenplatten, die aussehen, als würde ein Tellerstapel über dem Wasser schweben. Es wird 208 Zimmer und Suiten besitzen, die um die schneckenförmigen Etagen angeordnet sind, deren Maße je nach Höhe variieren.

Die Außenfläche des Hotels soll zum Teil mit dem Solar-Efeu GROW aus recycelbarem Polyethylen verkleidet werden, der Strom sowohl aus der Sonne als auch aus dem Wind erzeugen kann. Eine Fläche von rund 2,5 m² der Minipaneele soll dabei bis zu 85 W erwirtschaften.

Auch in diesem Fall ist bislang nichts von einer Umsetzung zu sehen.

Das Konzept noch weitaus phantasievollerer Fassadenelemente zur Stromerzeugung stammt von einem Team des kalifornischen Studio Formwork. Deren im Juni 2009 veröffentlichtes Konzept namens Solar-Skin ist ein leichtes und selbsttragendes System aus aufblasbaren Solar-Komponenten, die zusammengekoppelt werden können, um auch bei ineffizienten Altbauten zu ermöglichen, Solarstrom zu erzeugen.

Der aufblasbaren Einheiten der temporären Haut messen jeweils 120 cm in der Länge und 75 cm in der Breite und bestehen aus einem weißen Schaumstoff-Geflecht, in das parabolische Polymer-Reflektoren und auf Mylar gedruckte Dünnschicht-Solarzellen eingelassen sind. Das Konzept kommt zwar Mitte 2011 nochmals in die Presse, verwirklicht wurde es bisher aber nicht.

Eine einfachere Technologie, die zunehmend Interesse findet, sind übrigens belüftete Doppelhaut-Fassaden, die aus inneren und äußeren Glaswänden bestehen, mit einem dünnen Hohlraum dazwischen. Dieser bietet eine Isolierung, und Wärme, die in dem Hohlraum aufgenommen wird, kann verwendet werden, um kühlere Bereiche eines Gebäudes zu erwärmen.

Im Januar 2010 wird gemeldet, daß Architekturfirma Solomon Cordwell Buenz (SCB) aus Chicago den mit 20.000 $ dotierten nationalen Solar Wall Wettbewerb des U.S. Department of Energy (DOE) gewonnen hat. Der Siegerentwurf ist eine 32.000 m² große Solarfassade, welche die Südseite der DOE-Zentrale in Washington DC beschatten wird.

Als größte gebäudeintegrierte Solarstromanlage an einem US-Bundesgebäude soll die Sonnenwand nach Inbetriebnahme 200 kW Strom erzeugen. Das SCB-Design enthält zusätzlich zu den PV-Paneelen auch eine Solarthermieanlage für die Warmwasserversorgung. Die Kosten des Projekts werden noch nicht genannt, ebensowenig wie konkrete Termine.

Beim Update dieses Kapitels Ende 2019 läßt sich jedoch nichts darüber finden, daß das Projekt zwischenzeitlich realisiert worden ist.

Anfang 2010 präsentiert das Center for Architectural Science and Ecology (CASE) in New York seine neu entwickelte Integrated Concentrating (IC) Dynamic Solar Façade, mittels derer das Sonnenlicht von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang maximal erfaßt werden soll, und die den Gebäudenutzern dennoch maximale Außensicht und 80 % diffuses Tageslicht bietet. Ich habe es bereits im Kapitel über Sonnennachführungssysteme beschrieben (s.d.).

Das CASE ist eine von Prof. Anna H. Dyson in Manhattan im Jahr 2006 gegründete Forschungseinrichtung des Rensselaer Polytechnic Institute (RPI). Sie ist ein Gemeinschaftsprojekt mit dem Architekturbüro Skidmore, Owings and Merrill (SOM).

Förderer des IC-Projekts, an dem seit 2007 gearbeitet wird und bei dem als Miterfinderin wiederum Anna Dyson genannt wird, die auch mehrere Prototypen davon baut, sind das DOE, die NYSERDA und NYSTAR (s. ‚Dynamic Shading Window Systems with Integrated Concentrator Solar Modules‘, DOE Solar Energy Technologies Program Peer Review 2007 sowie 2009).

Das Rezeptoren-System der neuen Fassadenelemente besteht aus der Kombination einer miniaturisierten Konzentrator-Solarzelle, einem Tracking-System und Gläsern in Pyramidenform. Die Konzentratoren verwenden Fresnel-Linsen, um das einfallende Licht mit einer Stärke von über 400:1 auf hocheffiziente Mehrfachsolarzellen mit einem Wirkungsgrad von 39,4 % zu konzentrieren.

Die Glaspyramide wiederum steigert die Menge des verfügbaren Lichts und dient zusätzlich dazu, thermische Energie einzufangen. Diese wird über einen Kühlmittelstrom durch den Empfänger, an dem die Solarzelle montiert ist, aufgenommen, um für die Warmwasserbereitung, die Raumheizung oder auch für Absorptionskältekreisläufe genutzt zu werden.

Alle Teile zusammen sind auf einem Draht-Tracking-System aufgespannt, das es ihnen erlaubt sich mit der Sonne zu bewegen. Es wurde als Funktionsnachweis in mehreren Laborprototypen mit unterschiedlichen Zelltypen demonstriert. Die Rezeptoren des CASE lassen sich sowohl an bestehenden Gebäudefassaden anbringen, als auch in neue Designs integrieren.

Im August 2012 wird eine entsprechendes Präsentation veröffentlicht, in der auch das Modell eines eigenständigen Kollektors auf IC-Basis zu sehen ist, bei dem sich die Elemente alle innerhalb eines aufgeblasenen, luftgekühlten ETFE-Kissens befinden.

Nachdem die 2009 von dem CASE-Ingenieur Peter Stark und Christopher Sharples gegründete Firma HeliOptix LLC mit Sitz in New York die Lizenz zur Vermarktung des Systems erwirbt, wird im März 2010 ein 2,4 x 2,4 m großes Testmodul mit 64 Konzentratoren in der Fassade des neu eröffneten Center of Excellence in Environmental & Energy Systems (SyracuseCoE) der Syracuse University installiert. Das verglaste Fassadenelement liefert gleichzeitig elektrischen Strom, thermische Energie, verbesserte Tageslichtnutzung und reduzierte Sonneneinstrahlung.

Die HeliOptix mit ihrem Motto ‚Daylighting But Smarter‘ ist eine Partnerschaft zwischen dem 1989 gegründeten CPV-Hersteller Arzon Solar LCC aus Torrance, Kalifornien, und dem renommierten, 1996 gegründeten New Yorker Architekturbüro SHoP Architects, in das Sharples ebenfalls involviert ist und das ab 2011 die Geschäftsfelder SHoP Construction (Integrator zwischen Architekten und Auftragnehmern) und SHoP Envelope (als Ressource für Planer) verfolgt.

Von SHoP Architects kommen aber auch die Grafiken von Einsatzmöglichkeiten des IC-Systems. Sharples ist zudem Mitautor des CASE-Berichts ‚Dynamic Next Generation Façade Systems: Heliotrace and HeliOptix‘ von 2010. Was die Arzon Solar anbelangt, die sich weltweit führender Entwickler und Hersteller von kommerziellen Konzentrator-PV-Anlagen (CPV) bezeichnet, so befaßt sich diese primär mit Tracker-CPV-Systemen, weshalb sie auch im Kapitelteil Optimierungs- und Verstärkungstechniken präsentiert wird (Update in Arbeit).

Im Oktober 2011 kommt es zu einem Rechtsstreit zwischen der HeliOptix und dem RPI auf der einen Seite, und der Firma EnFocus Engineering Corp. (s.u.), der vorgeworfen wird, gegen das RPI-Patent über die konzentrierende Form von Solarenergiesammlung verstoßen zu haben, in dem neben Anna Dyson noch Michael K. Jensen und David N. Borton als Erfinder genannt werden (US-Nr. 7.190.531, beantragt 2004, erteilt 2007). Die Enfocus wird dabei als Konkurrent der HeliOptix bezeichnet, und dessen Produkt namens Diamond-Power Solar Panel als illegaler Nachbau. Anfang 2012 wird die Klage gütlich beigelegt, ohne daß weitere Details bekannt werden.

In den Folgejahren erscheinen mehrere Veröffentlichungen von Dyson, Nick Novelli und anderen zu ihren weiteren Forschungen an dem IC-System, die bis 2015 reichen. Kommerzielle Erfolge scheint es damit aber keine zu geben. Die Homepage der HeliOptix ist zwar weiterhin aktiv, es gibt aber keinerlei Hinweise für irgendwelche Umsetzungen.

Erst 2018 tauchten die HeliOptix-Dach- bzw. Fassadenelemente wieder auf, und zwar im Zusammenhang mit dem Projekt einer interdisziplinären Gruppe aus Ingenieuren, Architekten und Designern des Yale Center for Ecosystems in Architecture und der Architekturfirma Gray Organschi Architecture aus New Haven.

Anlaß dafür ist das Problem, daß heute eine Milliarde Menschen in ‚informellen Siedlungen‘ leben, oft ohne zuverlässige Versorgung mit Strom, Wasser, sanitären Einrichtungen oder Lebensmitteln. Zudem soll das Wohnungswesen inzwischen für 40 % des weltweiten Energieverbrauchs und mehr als ein Drittel der globalen Treibhausgasemissionen verantwortlich sein.

UN Environment and UN Habitat beauftragen das Team, diese Probleme mit einem Gehäuseprototyp zu lösen, der am UN-Hauptsitz in New York installiert werden soll. Als Reaktion darauf wird das Ecological Living Module (ELM) entworfen und gebaut, ein ca. 22 m² großes Haus, das anpassungsfähig, effizient und vollständig netzfern ist, wobei nachhaltige Materialien wie Holz, einfache Bautechniken und umweltfreundliche Technologien verwendet werden.

Die Form und Ausrichtung des Gebäudes wird optimiert, um unerwünschte solare Wärmeeinträge zu reduzieren, den Schornsteineffekt und die passive Belüftung zu fördern, ausreichend natürliches Licht zu liefern und die Sonneneinstrahlung für die konventionellen PV- sowie die integrierten, konzentrierenden HeliOptix-Systeme auf dem Dach zu maximieren. Damit können die Solarsysteme 100 % des Energiebedarfs des Gebäudes decken.

Auch der gesamte Wasserbedarf wird vor Ort gedeckt, indem 80 % des Regenwassers vom Dach aufgefangen, gespeichert und für Trinkwasser gefiltert werden. In den feuchten Sommermonaten ergänzt ein Entfeuchtungssystem das Regenwasser mit aus der Luft gewonnener Feuchtigkeit. Grauwasser wird recycelt, um Nahrungspflanzen zu bewässern, die an den Außenwänden des ELM über ein ausgeklügeltes Bewässerungssystem mit Wasser versorgt werden.

Das ELM wird in einer externen Produktionsstätte vorgefertigt und per LKW zur Baustelle transportiert, wo es als kompakter Container ankommt und innerhalb von zwei Tagen aufgebaut werden kann. Wenn das ELM in die industrielle Großproduktion überführt würde, könnte es bei unter 50.000 $ pro Stück vorgefertigt werden.

Besucher können das Innere des zweistöckigen Gebäudes, in dem ein Sofabett, eine Küchenzeile, ein Eßbereich, ein Lagerraum, ein Bad mit Dusche und kompostierender Toilette sowie ein über Stufen erreichbarer Schlafraum untergebracht sind, bis Mitte August besichtigen, danach wird das ELM abgebaut und in San Francisco ausgestellt. Neben dem Modell in den USA sind weitere Prototypen für Nairobi (Kenia) und Quito (Ecuador) geplant. Bei diesen kommt aufgrund der abweichenden klimatischen Bedingungen und der unterschiedlichen Höhenlage jedoch eine andere Bauart zum Einsatz.

Die o.e., im Jahr 2004 von Zhenghao Jason Lu zwecks Entwicklung einer Festkörperbeleuchtung gegründete EnFocus Engineering Corp. mit Sitz in Hayward, Kalifornien, war später auf die Solartechnik umgestiegen und hatte im Juli 2007 im Rahmen der Solar America Initiative des DOE als einer der ersten zehn Empfänger überhaupt 2,9 Mio. $ erhalten, um Prototypen ihrer Diamond-Power genannten Hochkonzentrations-Festpaneele und eine Pilotproduktionsanlage dafür zu bauen.

Hinzu kommen 1,02 Mio. $ an Unternehmensinvestitionen, so daß man hofft, bereits Anfang 2009 eine Jahresproduktionskapazität von 5 MW zu erreichen. Ein wichtiger Investor ist die Firma Inland Metal Industries, die auch die Prototypen für die EnFocus herstellt und montiert.

Die grundlegende Patentanmeldung der Firma – mit Lu als Erfinder – trägt den Titel ‚Radiant Energy Conversion System‘ (US-Nr. 20070070531, eingereicht 2006, veröffentlicht 2007). Den Grafiken und der Beschreibung nach besteht tatsächlich eine große Ähnlichkeit zu dem o.e. Patent der HeliOptix. Das Solarmodul der EnFocus enthält Dutzende optischer Module mit Linsen, die das Sonnenlicht auf die darunter liegenden Solarzellenbänder bündeln. Dabei leitet und streut das optische System das Sonnenlicht weiter, so daß es gleichmäßig in den Raum einfällt.

Das rund 45 kg schwere Solarmodul mißt 135 x 112 x 20 cm und kann bis zu 288 W erzeugen. Es verfügt über einen zweiachsigen Tracker, so daß die optischen Module den Bewegungen der Sonne den ganzen Tag über folgen. Die Linsen konzentrieren das Licht 400-ach auf Zellen aus Galliumarsenid und Germanium. Um die Komponenten vor Umweltschäden zu schützen, sind die Paneele in Glaskästen verpackt.

Im Juli 2011 bekommt die EnFocus beträchtlich Presse, als bekannt wird, daß Google plant, im September in einem seiner Silicon Valley-Bürogebäude als Testgelände den Prototyp eines Hightech-Dachfensters der Firma zu installieren. Neben dem Pilotprojekt plant Lu, zusätzliche 3 Mio. $ Risikokapital für die weitere Entwicklung aufzubringen, um die Technologie auf den Markt zu bringen.

Es läßt sich jedoch nichts darüber finden, daß einer dieser Pläne verwirklicht wurde. Danach verschwindet die EnFocus völlig, während der Kurzname von einem belgischen Softwareunternehmen genutzt wird.

Die im Jahr 2002 von dem Architekten Prof. Dietrich Alois Josef Schwarz gegründete GlassX AG mit Sitz in Zürich, die seit 2004 operativ ist, bringt ihr Solarglas GLASSXcrystal ab 2005 auch in Deutschland in den Handel, scheint es aber nicht besonders gut zu bewerben, denn ich selbst erfahre erst 2010 von dem Unternehmen, als dessen Produkt die USA – und damit viel Presse erreicht.

Mit  den von ihm entwickelten Fassadenbauelementen, die speichern, wärmen und kühlen, hatte Unternehmenschef Schwarz schon Mitte der 1990er Jahre in der Schweiz erste Solar- und Energiesparhäuser gebaut und im Laufe der Zeit viermal den Schweizer Solarpreis gewonnen. In Kooperation mit der ETH Zürich, dem deutschen Fraunhofer Institutes für Solare Energiesysteme (ISE), der EPF Lausanne und der Firma INGLAS GmbH war später langjährig intensive Grundlagenforschung und Produktentwicklung betrieben worden.

Ergebnis dieser weitgehend staatlich geförderten Forschungsprojekte sind einige inzwischen weltweit patentierte Produkte im Bereich intelligenter Glasfassaden. Das GLASSXcrystal-Solarglas beispielsweise vereint  sämtliche Komponenten, welche für die passive Sonnenenergienutzung benötigt werden, in einem einzigen Element: Transparente Wärmedämmung, Thermischer Speicher, Energieumwandlung und Überhitzungsschutz.

Dies geschieht, indem eine Schicht von Salzkristallen die Wärme der einstrahlenden Sonne speichert und bei Bedarf zeitverzögert als Strahlungswärme wieder an den Innenraum abgibt (Latentspeicher). Als Speichermedium wird ein Phasenübergangs-Material (Phase Change Material, PCM) in Form eines Salzhydrates verwendet, das hermetisch in Polycarbonat-Behältern eingeschweißt ist, welche zur Verbesserung der Absorptionswirkung grau eingefärbt sind.

Die Wärmespeicherung erfolgt durch Aufschmelzen des PCM, und beim Kristallisieren wird die gespeicherte Wärme wieder abgegeben. 15 mm des Materials können bei Raumtemperatur genauso viel Wärme aufnehmen wie eine 25 cm dicke Betonwand. Im flüssigen Zustand läßt das PCM mehr als 40 % des sichtbaren Lichts passieren, im festen Zustand noch etwa 25 %.

Zudem läßt ein in den Scheibenzwischenraum implementiertes Prismenglas die Sonnenstrahlung nur bei flachem Einstrahlungswinkel im Winter passieren. Die hochstehende Sommersonne mit Einfallswinkeln über 40° wird dagegen nach außen reflektiert, um den Raum vor Überhitzung zu schützen. Des weiteren sorgt der 3-fach-Isolierglasaufbau für eine hohe Wärmedämmung.

Raumseitig wird das Element durch ein Einscheibensicherheitsglas abgeschlossen, das mit einem keramischen Siebdruck nach Wahl bedruckt werden kann. Das das GLASSXcrystal weder mechanische Komponenten, noch elektronische Steuerungen enthält, hat es eine lange und wartungsfreie Nutzungsdauer sowie eine hohe Funktionssicherheit. Die Dicke der Elemente, die sich wie handelsübliche Isoliergläser verbauen lassen, beträgt 62 – 86 mm, bei bei einer maximalen Höhe von 3 m und einer maximalen Breite von 2 m.

Eines der ersten Objekte, die mit den GLASSXCrystal-Fassadenelementen ausgestattet wird, ist das 2004 in Domat/Ems errichtete Projekt Nachhaltig Alterswohnen. Nach dem Abbruch des ehemaligen Sägerei-Areals entstand dort in unmittelbarer Nachbarschaft zum Altersheim die Möglichkeit, das Angebot durch großzügige, behindertengerechte und uneingeschränkt nach Süden ausgerichtet Wohnungen zu ergänzen. Die Glas-Metall-Konstruktion wird mit dem Schweizer Solarpreis 2006 und dem DETAIL-Preis 2007 auszeichnet.

Weitere Projekte mit integrierten GLASSXCrystal-Fassadenelementen sind z.B. die 2007 erfolgte Wohnüberbauung Eulachhof, die als erste Null-Energie-Wohnüberbauung der Schweiz gilt und natürlich den Schweizer Solarpreis 2007 erhält; oder der hier abgebildete West Albertinum genannte Neubau mit 20 Mehrgenerationswohnungen  der auf der Südseite mit 148 m2 der Elemente versehen wird, welche die Wohneinheiten saisonal optimal angepaßt mit Tageslicht und Heizwärme versorgen.

Bei dem Wettbewerb zu dem Modellvorhaben der Obersten Baubehörde im Bayerischem Staatsministerium des Inneren namens e% - Energieeffizienter Wohnungsbau hatte die GlassX im Oktober 2008 den 1. Preis gewonnen.

Mittlerweile wird das GLASSXCrystal-Element auch ohne Latentspeicher gefertigt, falls im Gebäude Tageslicht und Sonnenschutz gewünscht sind, aber keine Einspeicherung von Solarwärme benötigt wird. Ebenso wird auch das Prismenelement aus hochtransparentem Polykarbonat separat zur Weiterverarbeitung verkauft.

Neben Vakuumglas gib es zwei Produktreihen, die auf der PCM-Technologie basieren: das wahlweise mit bedruckten Gläsern lieferbare Innenelement GLASSXstore, sowie das Komplett-Fassadenelement GLASSXcomfort/GLASSXcrystal, das es optional mit Verschattungselement gibt.

Ab 2012 führt Schwarz das Unternehmen als Dietrich Schwarz Architekten AG mit Sitz in Zürich-Seefeld weiter. Im Jahr 2013 ist die Firma – noch immer unter dem Namen GlassX – an dem EU-geförderten Projekt FluidGlass beteiligt, das bereits weiter oben bei den Solarfenstern dokumentiert wurde (s.d.).

Laut Meldungen im November 2009 will die Firma National Gypsum aus Charlotte, North Carolina, bald mit ThermalCORE genannten Gipskartonplatten auf den US-Markt kommen, die Hitze absorbierende PCM-Mikrokapseln enthalten, um ein Gebäude passiv zu kühlen. Dabei lassen sich die Platten natürlich nicht nur in Fassaden, sondern auch in Decken und Innenwänden verbauen. Die Einsparungen durch einen geringeren Klimaanlageneinsatz werden auf etwa 20 % geschätzt.

Die Technologie war ursprünglich von der deutschen BASF und dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) im Zuge der öffentlich geförderten Forschungsprojekte ‚Innovative PCM-Technologie’ und ‚Mikroverkapselte Latentwärmespeicher’ entwickelt worden. Sie wird im Jahr 2004 unter dem Namen Micronal-Linie eingeführt und umfaßt sechs auf Paraffin basierende, in Acrylglasschalen verkapselte PCMs mit einem Durchmesser von nur 5 – 10 µ, die in flüssiger und pulverförmiger Form mit Schmelzpunkten von 21°C bis 26°C angeboten werden. Im Trockenbau werden sie mit Gips vermischt.

In warmen Regionen soll das Material genügend Hitze absorbieren, um bis zu 20 % des Stroms für Klimaanlagen zu sparen. In Gebieten, wo es in der Nacht kühler wird, könnten Klimaanlagen sogar vollständig überflüssig werden.

Ab Mitte 2006 werden die Micronal PCM der BASF auch in Porenbetonsteine integriert, die von der Firma H+H Celcon unter dem Namen Human and Healthy vermarktet werden.

Im Gegensatz zu den meisten anderen Phasenwechselmaterialien, die nur wenige hundert Zyklen durchlaufen, bevor sie die Fähigkeit verlieren, vollständig zu schmelzen und wieder zu erstarren, werden die Micronal-PCMs erfolgreich mit 10.000 Zyklen getestet, was etwa 30 Betriebsjahren entspricht. Neben den Bauprodukten werden sie PCMs auch zur Wärmeregulierung bei Matratzen, Textilien und Verpackungsanwendungen eingesetzt.

Die National Gypsum wird nun einige Feldversuche mit der Technologie durchführen und sie im Green Idea House in Hermosa Beach, Kalifornien, testen. Ebenso soll untersucht werden, wie die Platten in verschiedenen Klimazonen reagieren, so daß sie durch Änderung der Menge der Wachskapseln angepaßt werden können (mehr für heiße, feuchte Umgebungen; weniger für kalte und trockene).

Bei dem genannten Gebäude handelt es sich um ein 1959 errichtetes, dreistöckiges Einfamilienhaus, dessen aktuelle Besitzer im Jahr 2002 beschließen, es in ein wirtschaftliches, Null-Energie und Null-Kohlenstoff-Haus umzubauen. Die Umsetzung beginnt 2007, und im Oktober 2010 kann eine Art Richtfest gefeiert werden.

In ihr runderneuertes Haus können Robert Fortunato und seine Familie aber erst im März 2013 wieder einziehen. Bei dem Projekt hatten sie mit über 70 öffentlichen und privaten Unternehmen zusammengearbeitet. Neben den ThermalCORE-Platten, die an den meisten Decken und an der Wohnzimmerwand eingesetzt wurden und als thermische Masse wirken, gibt es nun eine passive Klimatisierung und Belüftung, zwei Abwasserwärmetauscher nebst Wärmepumpen-Wassererhitzer, eine Sockelleistenheizung sowie eine 6,5 kW Dach- Solaranlage, die auch den Strom für das familieneigene Elektroauto liefert.

Im Zuge der Recherche stellt sich allerdings heraus, daß die ThermalCORE-Platten in den USA noch immer nicht erhältlich sind, obwohl eigentlich geplant war, sie schon Anfang 2011 verfügbar zu haben. Wie es aussieht, hatte National Gypsum jedoch keinen Erfolg damit und die Platten 2012 aus dem Sortiment genommen. Um Verwechslungen zu vermeiden: Der Name wird inzwischen von anderen Unternehmen u.a. für eine Kollektion von beheizten Bekleidungsprodukten (Thermal Core) bzw. für einen Industriekühler (ThermalCore) genutzt.

In Europa bietet derweil die Holding Gebr. Knauf KG mit Sitz im unterfränkischen Iphofen, ein Partner der BASF, die Micronal-Produkte unter dem Namen Knauf PCM Smartboard an. Dabei handelt es sich um Gipskartonplatten mit rund 30 % Massenanteil PCM bei einer Schichtdicke von 15 mm, die mit den Schmelzbereichen 23°C und 26°C angeboten werden und eine Speicherkapazität von etwa 90 Wh/m² besitzen.

Im Jahr 2013 kommt dann das Knauf Comfortboard 23 auf den Markt, eine 12,5 mm dicke, rund 27,5 kg schwere Gipskern-Platte mit Latentwärmespeicher in den Standardmaßen 1.250 x 2.000 mm. Der Marktpreis pro Platte beträgt etwa 225 €. Die BASF setzt das Produkt bei eigenen Bauprojekten ein, wie beispielsweise 2014 bei der Errichtung des LuMIT genannten Mitarbeiterzentrums am Standort Ludwigshafen.

Im März 2015 stellt die Firma zudem eine neue App vor, mit der Architekten, Investoren und Fachplaner einschätzen können, wie sich der Einsatz von Latentwärmespeichern auf die Kühllast von Gebäuden auswirkt.

Im Mai 2017 veräußert die BASF ihr Micronal-PCM-Geschäft allerdings an die 1985 gegründete Firma Microtek Laboratories in Dayton, Ohio, ohne daß die finanziellen Einzelheiten der Transaktion bekannt gegeben werden. Die Microtek übernimmt den gesamten Micronal-Bestand und wird bis Ende des Jahres auch die Herstellung der Micronal-Produkte in ihre eigene Produktionsstätte überführen. Die damit erfolgte Ergänzung der Produktlinie von Microtek ermöglicht es der Firma, der nach eigenen Angaben „weltweit führende Anbieter von mikroverkapselten PCM-Produkten zu bleiben.“

Die Firma, die  sich auf Phasenwechselmaterialien und Dienstleistungen im Bereich der Mikroverkapselung konzentriert, hatte erst im Vorjahr seine Nextek-Linie von PCM-Kapseln eingeführt. Im Zuge der Übernahme scheinen auch auch die Comfortboard 23-Platten der Knauf ein Ende gefunden zu haben, denn inzwischen erscheinen sie nicht mehr im Angebot der Firma.

Zur Abrundung dieser Informationen soll noch erwähnt werden, daß die Firma emco Klima GmbH aus Lingen (Ems) auf der ISH im März 2015 in Frankfurt ein Kühldeckensystem mit integriertem Phasenwechselmaterialien namens Emcocool GK-PCM-WT vorstellt, das eine konventionelle Gipskartonkühldecke mit Phasenwechselmaterial kombiniert. Doch auch in diesem Fall ist dem Produkt kein langes Leben beschieden, denn beim Update dieses Kapitelteils Ende 2019 ist es nicht mehr im Angebot zu finden.

Ein ähnlich wirkender PCM-Gipsputz wird von der Maxit Deutschland GmbH hergestellt und verkauft. Die Firma DuPont wiederum entwickelt eine Energain genannte Platte, in der Paraffin in eine Kunststoffmatrix integriert ist, und testet diese an der Universität Lyon.

 

Weiter mit dem 5-teiligen Schwerpunkt Solarfassaden ...

Anschließend geht es mit den den Solarhäusern und solaren Bauelementen 2010 weiter ...