Ein neues ETH-Labor mit einer künstlichen Sonne

Die Sonne ist ein dominantes Thema im Bauwesen. Wie können wir die Sonneneinstrahlung steuern? Wie können wir das regionale Klima berücksichtigen? Wie können wir klimaneutral bauen? Wie können wir die Sonneneinstrahlung auf Gebäuden zur Energiegewinnung nutzen? All diese Fragen werden in Zeiten des Klimawandels immer dringlicher und werden auch von der Gebäudetechnikforschung aufgegriffen. Das Team von Prof. Schlüter an der Professur für Architektur und Gebäudesysteme nimmt sich dieser Fragen an und testet mit der ehrgeizigen Idee, Sonnenlicht und klimatische Bedingungen nachzubilden, Bauteile im Massstab 1:1.

Auf dem ETH-​Campus Hönggerberg hat die Forschungsgruppe ein weltweit einzigartiges Testlabor aufgebaut. Das Zero Carbon Building Systems (ZCBS) Lab besteht aus mehreren Testräumen und einem Kontrollzentrum. In den jeweiligen Testräumen können Fassaden-​, Dach-​, Boden-​ und Wandelemente installiert und anschliessend kontrolliert beheizt oder gekühlt werden. Der grösste Raum - die Klimakammer - beherbergt einen spektakulären Sonnenemulator. Mit einem Array aus LED-​betriebenen Lichtquellen, die mit verspiegelten Reflektoren gebündelt werden und an einem schwenkbaren Arm montiert sind, kann der Sonnenemulator sowohl horizontal als auch vertikal bewegt werden, um den Lauf der Sonne nachzuahmen. Mit dieser Methode können das Klima und die Sonneneinstrahlung verschiedener geografischer Standorte nachgebildet und die Leistungsdaten von Gebäudekomponenten in viel kürzerer Zeit ermittelt werden.

"Mit dem Sonnenemulator können wir Aspekte des Sonnenlichts in einer aussergewöhnlichen Kombination von Qualität und Massstab nachbilden", erklärt Prof. Schlüter. Er fährt fort: "...und es ist ein einzigartiges ETH-​Projekt, bei dem verschiedene wissenschaftliche Werkstätten der ETH ihr praktisches Know-​how mit unserem Forschungsteam geteilt haben, um eine zukunftssichere Anlage zu schaffen."

Erste Experimente

Das erste Testobjekt ist die digital gedruckte Polymer-​Fassade aus einem Projekt des NFS Digitale Fabrikation. Die optischen und thermischen Eigenschaften dieser Fassade können individuell angepasst werden. Die Tests mit dem Sonnenemulator werden Aufschluss darüber geben, wann die Fassade Sonnenlicht durchlassen, wann sie Sonnenlicht abhalten und wann sie Wärme durchlassen sollte. Dies eröffnet zahlreiche Möglichkeiten für ein Überdenken des Fassadendesigns und allgemeiner des Gebäudebaus und einer besseren Nutzung von Materialressourcen.

In Zukunft wird das Zero Carbon Building Systems (ZCBS) Lab nicht nur von ETH-​internen Forschungsgruppen genutzt, sondern auch externen Forschern und Industriepartnern zur Verfügung stehen. Kürzlich hat sich ein von der Velux-​Stiftung geförderter Forscher der Gruppe angeschlossen, um mit den Einrichtungen des ZCBS Labs zu forschen. Darüber hinaus sind Kooperationen mit mehreren Unternehmen und akademischen Partnern geplant, um innovative Baukomponenten und Technologien zu testen.

Dr. Krishna Bharathi, Direktorin des ZCBS Lab, erklärt: "Eine weitere besondere Dimension des Labors besteht darin, dass es jetzt möglich ist, die technische Leistung von Gebäudekomponenten zu bewerten und gleichzeitig das Verhalten und die Interaktion der Bewohner zu beobachten. Ein zentrales Ziel dieser neuen Versuchseinrichtung ist es, die Gebäudenutzer in die Planung mit einzubeziehen."

Autor: Tünde Kirstein, ETH Zürich
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Bildquelle: ETH Zürich / ETH transfer