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Stadt im Klimawandel

Erste hydroaktive Gebäudefassade entwickelt

Fassadentest
Hydroaktive Fassaden-Prototypen an einem Testhaus (links) und Nahansicht eines HydroSKIN-Elements. © Sven Cichowicz/ Universität Stuttgart

In heißen Sommern können Städte aufgrund der versiegelten Bauweise besonders stark überhitzen. Doch auch Hochwasser durch Starkregen verursachen gerade in Stadtgebieten jährlich Schäden in Milliardenhöhe. Als Lösung für beide Probleme stellen Forschende nun eine Gebäudefassade vor, die bei Regen Wasser aufnimmt und dieses an heißen Tagen zur Verdunstungskühlung wieder abgibt. Das könnte gerade in dicht bebauten Gebieten dem Stadtklima zugutekommen.

Die Glasfassade eines Hochhauses kann im Sommer so heiß werden, dass man darauf Spiegeleier braten kann. In dicht bebauten Gebieten in Städten können die Temperaturen sogar um rund zehn Grad höher sein als in grünen Parks. Diese Effekte entstehen, weil Asphalt, Beton und andere menschengemachte Oberflächen die Wärme der Sonneneinstrahlung speichern, während Grünflächen durch die Verdunstung von Wasser einen Kühleffekt bewirken. Im Falle eines Regengusses erhöhen versiegelte Flächen zudem das Risiko für Überschwemmungen und Wasserschäden, weil sie das Wasser nur oberflächlich ableiten, aber nicht in sich aufnehmen können. Durch die zunehmende Urbanisierung und bauliche Verdichtung wird deshalb das Hitze- und Hochwasserrisiko in den Städten zunehmend verschlimmert.

Regenwasser effizient genutzt

Eine Lösung für das Problem könnte der Ausbau der Kanalisation sein, sodass diese die abrupt anfallenden Wassermengen besser aufnehmen kann. Allerdings würde dies einen enormen baulichen Aufwand mit sich bringen und ist zudem in Zeiten knapper Ressourcen keine gute Lösung, wie Werner Sobek von der Universität Stuttgart erklärt. Sein Team hat sich daher nach anderen Lösungsansätzen umgeschaut und die erste hydroaktive Gebäudefassade entwickelt. „Hydroaktive Elemente stellen bei minimalem Ressourceneinsatz eine effektive Fassadenlösung zur Neutralisierung des städtischen Hitze-Insel-Effektes dar“, erklärt Sobek.

Die grundlegende Idee dieser sogenannten „HydroSKINs“ ist, dass die Fassadenelemente einen Teil des Regenwassers aufnehmen und speichern. An heißen Tagen kann dieses Wasser dann verdunsten und für den gewünschten Kühleffekt sorgen. Das Kernelement der HydroSKIN sind zwei textile Lagen, die durch Fäden auf Abstand gehalten und dadurch gut durchlüftet werden. Die hohe Luftzirkulation fördert die Verdunstung von Wasser und verstärkt den Kühleffekt der Fassade. Das Gewirke ist an der Außenseite von einer wasserdurchlässigen Textilhülle umgeben, die nahezu alle Regentropfen eindringen lässt und gleichzeitig das Gewirke vor Verunreinigungen schützt. Eine Folie an der Innenseite leitet das Wasser in das untere Profilsystem ab. Von dort kann es, entweder in einem Reservoir gespeichert oder direkt im Gebäude genutzt, den Wasserverbrauch reduzieren. An heißen Tagen wird Wasser in das Fassadenelement zurückgeleitet, verdunstet dort und sorgt so für den natürlichen Kühleffekt.

Hochhäuser besonders geeignet

Erste HydroSkin-Elemente werden derzeit am weltweit ersten adaptiven Hochhaus auf dem Campus der Universität Stuttgart getestet. „Die Ergebnisse sind vielversprechend. Bereits in Laboruntersuchungen konnten wir circa zehn Grad Temperaturreduktion durch den Effekt der Evaporation nachweisen. Die ersten Messungen am Hochhaus Anfang September weisen auf ein noch deutlich höheres Kühlpotenzial hin“, berichtet Sobecks Kollegin Christina Eisenbarth.

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Wie sie erklärt, haben Hochhäuser besonderes Potenzial zur Anwendung hydroaktiver Fassaden – und das nicht nur aufgrund ihrer großen Fassadenfläche. Zum einen trifft der Regen mit zunehmender Höhe als Schlagregen schräg auf die Fassade, so dass ab etwa 30 Metern Gebäudehöhe mehr Regen über die Fassade aufgenommen werden kann als von einer gleich großen Dachfläche. Zum anderen verstärken die hohen Windgeschwindigkeiten den Verdunstungskühleffekt und es entsteht ein kühler Luftstrom, der abwärts in den Stadtraum zieht. Ein weiterer Vorteil der hydroaktiven Fassadenelemente ist, dass sie sehr leicht sind und somit an jeder Fassade im Neubau sowie auch an bestehenden Gebäuden nachträglich angebracht werden können.

„Dieses Fassadensystem stellt eine artifizielle Retentionsfläche zur Regenwasserrückhaltung und -verdunstung in der Gebäudefassade dar, die durch ihre optischen und haptischen Qualitäten nicht nur unglaublich schön ist, sondern zugleich einen Meilenstein für die Anpassung der gebauten Umwelt an die akuten Herausforderungen unserer Zeit darstellt“, fasst Eisenbarth zusammen.

Quelle: Universität Stuttgart, Fachartikel: Civil Engineering Design; doi: 10.1002/cend.202200003

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