Energigivende bygninger

En solfacade udviklet på ETH Zürich kombinerer elproduktion med intelligent skygge for at opnå optimal energibalance.

Opvarmning eller afkøling af indre rum kræver energi. Mere intelligente bygningsfacader kan spare meget af den energi. Et system udviklet på ETH Zürich bruger bevægelige solpaneler til at generere elektricitet, samtidig med at den rigtige mængde solskin eller skygge passer til vejrforhold og intern brug.

Positiv energibalance

Arno Schlüter, Professor i arkitektur og bygningssystemer, og hans forskergruppe har udviklet et adaptivt solfacadesystem, der regulerer de enkelte rum, så de producerer mere energi, end de forbruger i løbet af året. De har netop rapporteret deres resultater i en nylig udgave af tidsskriftet Naturenergi .

Den innovative facade omfatter arrays af bevægelige solpaneler monteret på et netværk af lette stålkabler. Disse styres individuelt og flyttes lodret og vandret af et blødt robotelement. Disse bløde robotaktuatorer er systemets hjerte:Kombinationen af ​​bløde materialer, der ændrer deres form under tryk og en stiv U-formet samling, gør det muligt for dem at låse på plads for at modstå hårdt vejr-selv storme.

Forskere har testet systemets vejrudholdenhed og udført målinger med flere prototyper på Hönggerberg Campus. De fandt ud af, at de bevægelige solpaneler høster omkring 50 procent mere energi på en klar sommerdag end statiske solpaneler monteret på en bygningsfacade.

Besparelsespotentiale simuleret

Imidlertid, facaden genererer ikke kun elektricitet, men kan også regulere, hvor meget lys og varme der gennemsyrer bygningsrammen, dermed regulere det indre klima. En adaptiv læringsalgoritme styrer panelernes bevægelse, så besparelserne ved opvarmning og køling af indre rum sænker nettoenergibehovet. På samme tid, algoritmen tager også hensyn til, hvordan bygningens nuværende brug og justerer klimaet derefter.

For at bestemme i hvilken grad et roms energiforbrug teoretisk set kunne reduceres, forskerne simulerede flere scenarier ved hjælp af data fra prototyper. De beregnede det energibesparende potentiale ved at bygge konvolutter udstyret med bevægelige solfacader i Kairo, Zürich og Helsinki. Derved kørte de simuleringer for rum til både kontor- og boligbrug.

Største potentiale i tempererede zoner

Resultaterne viser, at energibesparelser har en tendens til at være højere på kontorer end i boligarealer, i varme snarere end i kolde klimaer, og frem for alt i tempererede zoner som f.eks. Centraleuropa. Arno Schlüter opsummerer resultaterne:"Jo mere variabel de omgivende forhold er, jo større er fordelene ved den adaptive facade. "

Den bedste energibalance blev set i simuleringerne af kontorlokaler i en tempereret zone (i dette tilfælde Zürich) i bygninger konstrueret efter den nyeste standard. I dette scenario, hvor både indvendig opvarmning og køling var påkrævet i løbet af året, den adaptive facade genererede 115 procent af den energi, der kræves til et behageligt rummiljø.

Et lige så godt resultat kom fra simuleringen til et kontorlokale i et hus i Kairo bygget før 1920, hvilket krævede meget mere skygge og afkøling. I dette tilfælde, facaden producerede 114 procent af det samlede årlige energibehov. Med andre ord, undersøgelsen fremhæver energibesparelsespotentialet for både nye og gamle bygninger, men facaden skal altid overvejes i forbindelse med det indvendige rum og dets anvendelse.

"Vi vil gerne løse afvejningen mellem brugerkomfort og energieffektivitet i bygninger, "Siger Arno Schlüter." I teorien, det mest energieffektive rum ville have ingen vinduer. Vi er derfor glade for at demonstrere, hvordan en intelligent grænseflade mellem indersiden og ydersiden af ​​en bygning kan give optimal brugerkomfort og også generere overskydende energi. "

Professor Schlüter's group will soon be able to measure the impact of the adaptive solar façade on a physical building:the system is part of the futuristic "HiLo" unit currently being constructed on the topmost platform of the NEST research building in Dübendorf.