Un démonstrateur de façade active bas carbone - LAST | EPFL
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01-2019 FASSADE | FAÇADE – TECHNIK | 47
«Advanced Active Façade», un système constructif issu de la recherche
Un démonstrateur de façade
active bas carbone
1
Les normes de performance énergétique deviennent dans le contexte urbain. Cependant, l’esthétique de ces Prof. Emmanuel Rey,
de plus en plus exigeantes, notamment dans l’op- solutions laisse encore souvent à désirer et ne rencontre Dr. Sophie Lufkin,
Angela Clua Longas
tique d’une minimisation de l’empreinte carbone des qu’une faible adhésion au sein de la scène architecturale. Ecole polytechnique fédé-
bâtiments. L’intégration de stratégies énergétiques Face à cette problématique, une recherche interdisci- rale de Lausanne (EPFL)
passives et actives dans la conception des façades plinaire menée dans le cadre du projet PV 2050, partie Laboratoire d’architecture et
technologies durables (LAST)
tend à modifier les pratiques actuelles, encore large- intégrante du Programme national de recherche «Virage last.epfl.ch
ment axées sur l’optimisation du bilan énergétique et énergétique» (PNR 70) du Fonds national suisse de la
la réduction de l’énergie grise. Cet objectif peut être recherche scientifique, s’est concentrée sur l’intégration
atteint grâce à l’intégration de systèmes photovol- des enjeux expressifs du BIPV à la conception architec-
taïques dans l’enveloppe et à leur combinaison à des turale de façades résidentielles. C’est dans ce contexte
principes de construction bas carbone. que le concept de façade Advanced Active Façade (AAF)
a été développé, en collaboration avec le Centre suisse
L’intégration des systèmes photovoltaïques sur l’enve- d'électronique et de microtechnique (CSEM) à Neuchâtel
loppe du bâtiment (BIPV) constitue un principe efficace et l’entreprise H.Glass basée à l’EPFL Innovation Park et à Die deutsche Übersetzung
pour augmenter la production d’énergie renouvelable Villaz-St-Pierre. La démarche vise à prendre en compte de finden Sie auf Seite 52f.
48 | TECHNIK – FASSADE | FAÇADE 01-2019
Figure 2
① Panneaux BIPV
② Système de fixation (détail a)
③ Panneaux Fermacell ou équi-
valents avec les joints scellés
④ Isolation de cellu-
lose soufflée
⑤ Sous-structure de
façade en bois
⑥ Panneaux OSB avec
joints scellés
⑦ Isolation de fibres de bois A
⑧ Plaques de plâtre (Placo-
platre ou équivalent)
⑨ Revêtement intéri-
eur (peinture)
⑩ Section en acier pour
la réception de la
charge de façade
⑪ Module de façade
AAF préfabriqué
⑫ Module de fenêtre
manière optimale des exigences particulièrement élevées
Détail A en matière de consommation énergétique, de production
⑬ Pinces de mon-
d’énergie photovoltaïque et de bilan carbone, tout en inté-
grant les enjeux expressifs liés au BIPV dès les premières
tage sécurisées
phases du projet architectural. L’approche se base sur la
⑭ Rail vertical collé au
panneau BIPV combinaison de stratégies passives et actives pour parve-
nir à une solution constructive intégrée, flexible et perfor-
⑮ Profil de support horizontal.
Transmission de charge mante. Elle vise simultanément une possibilité accrue d’in-
tégration architecturale, un degré élevé de préfabrication
⑯ Profil de support horizontal.
Réception de charge des éléments, un faible impact environnemental et une
efficience dans la technologie photovoltaïque.
⑰ Profil vertical
⑱ Supports muraux Un système constructif innovant
Cette approche a permis d’appréhender les grands
enjeux propres aux façades résidentielles bas carbone
et de développer le système constructif AAF. Ce dernier
intègre l’utilisation de matériaux locaux, la réduction de
leur quantité, le recours à la préfabrication et l’optimisa-
tion des possibilités de recyclage. Il comprend en outre
comme revêtement extérieur de la façade des modules
photovoltaïques innovants. L’intégration du BIPV en
façade a nécessité la prise en compte de contraintes spé-
cifiques tels que l’étude de l’orientation de la façade et la
ventilation à l’arrière des panneaux, dont la performance
est réduite quand leur température augmente.
Concrètement, le système constructif AAF se matérialise
par une ossature autoportante préfabriquée en bois –
01-2019 FASSADE | FAÇADE – TECHNIK | 49
1 Visualisation d’un bâti-
Figure 3 ment résidentiel avec
une façade BIPV.
Darstellung eines Wohnge-
bäudes mit einer GiPV-Fassade
TOTAL ENERGIE PRIMAIRE non-renouvelable
en MJ oil-eq / m² de façade
2 Axonométrie éclatée du détail
-10000
10000
15000
30000
35000
20000
25000
40000
-5000
constructif de la façade AAF.
5000
Axonometrische Darstellung
0
CONSOMATION ENERGIE PRODUCTION ENERGIE des Konstruktionsdetails
der AAF-Fassade
3 Calcul comparatif de
l'écobilan du système AAF et
SYSTEME CONSTRUCTIF d’une façade commune en
AAF maçonnerie et crépis périphé-
R E V E T E M E N T
rique répondant aux exigences
actuelles de la norme SIA 380/1.
S OU S - ST RU C T U RE Vergleichsrechnung zwischen
den Ökobilanzen des AAF-Sys-
SYSTEME CONSTRUCTIF tems und einer herkömmlichen
FAÇADE COMMUN P R O D U C T I O N verputzten Mauerwerksfassade,
die den aktuellen Anforderun-
gen der SIA 380/1 entspricht.
4 Vue extérieure du démonstra-
POTENTIEL D'EFFET DE SERRE
teur AAF, un concept de façade
en Kg CO₂-eq / m² de façade
qui combine des stratégies
500
1000
1250
1500
1750
500
750
2000
250
actives et passives pour dimi-
250
nuer jusqu’à 40% les besoins
0
CONSOMATION ENERGIE PRODUCTION ENERGIE
énergétiques du bâtiment.
Aussenansicht des AAF-Proto-
typs, eines Fassadenkonzepts,
das Aktiv- und Passivstrategien
kombiniert und den Energie-
SYSTEME CONSTRUCTIF bedarf eines Gebäudes um
AAF bis zu 40% senken kann.
R E V E T E M E N T
5 Différents types de panneaux
S OU S - ST RU C T U RE BIPV combinant trois filtres
différents avec un traitement
SYSTEME CONSTRUCTIF variable de la surface du verre.
FAÇADE COMMUN R E D U C T I O N
L'IMPACT CARBONE
D E
Verschiedene GiPV-Paneele
mit drei unterschiedlichen
Filtern und verschiedenen Glas
oberflächenbehandlungen.
4 5
50 | TECHNIK – FASSADE | FAÇADE 01-2019
Figure 6 matériau à faible teneur en carbone – sur laquelle se fixent
un revêtement intérieur, une isolation thermique naturelle
hautement performante (cellulose et fibre de bois) et des
panneaux BIPV actifs à l’extérieur, sur un principe de
façade ventilée (Fig. 1 et 6).
L'isolant principal est réalisé à partir d’une couche de
35 cm d’épaisseur de cellulose soufflée, qui présente une
①
valeur de transmission thermique de 0,038 W/m2K (simi-
21
laire à celle des autres matériaux isolants couramment
utilisés en Suisse tels que la laine de roche). La cellulose
⑱
soufflée se présente sous forme de poudre et ne peut par
⑭
conséquent ni être fixée mécaniquement ni collée. Elle
⑮
⑯ est donc contenue dans un boîtier destiné à maintenir
⑰ son volume, sa densité et sa sécheresse. En réaction à
⑲ cette contrainte, la sous-structure autoportante du sys-
tème de construction AAF est conçue comme un boîtier
① Panneaux BIPV
étanche à l'eau et au vent, dans lequel est maintenue la
② Système de fixation (détail a)
③ cellulose soufflée. Celui-ci se compose des panneaux de
③ Panneaux Fermacell ou équiva-
lents avec les joints scellés
④ 1,5 cm d’épaisseur: à l’intérieur, un panneau OSB (Oriented
⑥ Strand Board) (Fig. 6, n° 6); à l’extérieur, un panneau de
④ Isolation de cellulose soufflée
⑦ type Fermacell ou équivalent (Fig. 6, n° 3), pour des rai-
⑤ Sous-structure de façade en bois
⑧ sons de protection contre les incendies. Les nervures
⑥ Panneaux OSB avec joints scellés
⑨ en bois (Fig. 6, n° 5) sont installées entre les panneaux,
⑦ Isolation de fibres de bois
⑧ Plaques de plâtre (Placo- perpendiculairement à la façade. Elles déterminent ainsi
platre ou équivalent) l'épaisseur de la sous-structure de la façade.
⑨ Revêtement intérieur (peinture) La seconde couche isolante, placée du coté intérieur de
⑩ Section en acier pour la récep- la façade, est une couche de panneaux de fibre de bois
tion de la charge de façade de 5 cm d’épaisseur. Les deux isolants (cellulose et fibre
⑪ Module de façade AAF préfabriqué de bois) ont une conductivité thermique similaire et sont
1
⑫ Module de fenêtre placés avec une sous-structure verticale non coïncidente
pour minimiser les ponts thermiques générés par les ner-
vures en bois. La division des couches d'isolation permet
d'intégrer des conduits électriques et sanitaires dans
⑩ l’épaisseur de la fibre de bois, tout en optimisant la dimen-
22 sion totale de la façade. La valeur de transmission finale de
la façade (U) est inférieure à 0,1 W/m2K.
Conformément aux principes de conception bas carbone,
le système de façade est conçu pour être préfabriqué en
⑬ Pinces de montage sécurisées modules de dimensions variables. Ceux-ci sont supportés
⑭ Rail vertical collé au panneau BIPV par des profiles en L en acier (Fig. 6, n° 10), fixés à la dalle
⑮ Profil de support horizontal. horizontale, qui transmettent la charge de la façade et les
Transmission de charge
efforts à la structure portante principale du bâtiment.
⑯ Profil de support horizon-
La structure sans cadre du système BIPV est un élément
tal. Réception de charge
central du concept AAF. Le système de fixation du pan-
⑰ Profil vertical
⑫
⑱ Supports muraux
⑲ Cavité d’air ventilé
20 Sous-structure de revê-
tement intérieur
21 Boîte de dérivation électrique
22 Stores à lamelles extérieurs
⑰ ⑭ ⑬ ⑳ ⑮⑯ ⑤ 21 ③ ④ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨
⑱01-2019 FASSADE | FAÇADE – TECHNIK | 51
neau BIPV choisi est illustré dans la Figure 2 (Détail A). Ce Figure 7
système garantit la ventilation à l’arrière du panneau pho-
tovoltaïque, ce qui minimise les pertes de performance
liée à l’augmentation de sa température. Pour cela, une
cavité d’air ventilé d’au minimum de 80 mm est garantie,
de sorte à éviter la surchauffe du panneau. Le câblage
électrique du système BIPV est acheminé à travers cet
espace libre, qui offre la place nécessaire à l'agencement
des boîtes de dérivation électrique et à la manipulation
des connexions.
Une haute performance environnementale
Sur la base de mutliples simulations (effectuées avec
le programme Design Builder), il s’avère que la per-
formance énergétique de ce système constructif per-
mettrait d’économiser jusqu'à 40% de l’énergie finale
consommée par un bâtiment résidentiel par rapport à un
bâtiment analogue construit avec une façade commune
en maçonnerie répondant aux exigences actuelles de la
norme SIA 380/1.
Cette économie se divise en 16% d’économie grâce à l’ap- ① Verre avant / Frontglas ④ Couche intermédiaire / ⑥ Couche intermédi-
proche passive, essentiellement au travers de l’augmen- Zwischenschicht aire arrière / Hintere
② Couche intermédiaire / Zwischenschicht
tation de l’isolation thermique, et 24% d’économie grâce Zwischenschicht ⑤ Cellules PV / PV-Zellen
à l’approche active, au travers de la stratégie d’intégra- ⑦ Verre arrière /
③ Filtre de couleur et texture / Hinteres Glasteil
tion du BIPV en façade. A titre d’exemple, dans le cas du Farbfilter und Oberfläche
bâtiment illustré sur la Figure 1 qui a un revêtement de
façade active, celle-ci génère 66 MWh par année au total.
Cette production se rajoute à l'économie d'énergie obte-
nue grâce à la réduction de la transmission thermique de câblage et la simplicité du système de fixation puissent 6 Détail constructif en
la façade, qui réduit la consommation d’énergie finale du être observés. coupe verticale et horizon-
tale de la façade AAF.
bâtiment de 135 MWh à 113 MWh. La couche extérieure de la façade du démonstrateur Konstruktionsdetail Vertikal
Par rapport à l’impact environnemental de la façade AAF, intègre différents types de panneaux BIPV, offrant une schnitt und Horizontal
la Figure 3 illustre une comparaison de l’énergie grise et variété de formats, de textures, de couleurs, de reflets schnitt der AAF-Fassade
des émissions de CO2 entre le système constructif AAF lumineux et de transparence (Fig. 7). Les panneaux 7 Composition des panneaux
et une façade commune en maçonnerie et crépis péri- opaques ont été produits par le laboratoire du CSEM, BIPV / Zusammensetzung
phérique répondant aux exigences actuelles de la norme tandis que l’entreprise H.Glass a produit la balustrade der GiPV-Paneels:
SIA 380/1. Le calcul de l’écobilan de ces deux systèmes translucide. Les panneaux opaques intègrent respecti-
constructifs souligne sans équivoque la performance vement un filtre en fibre de verre, une grille métallique Fotos/Photos
accrue du système AAF en termes d’impact environne- argentée ou une maille métallique cuivrée. Selon les Olivier Wavre / LAST
mental, la production d’électricité photovoltaïque com- simulations du CSEM, l’intégration de ces filtres diminue
pensant très largement le surcroît d’énergie grise à la légèrement l’efficacité du panneau. Alors que les per-
construction. formances d’un panneau photovoltaïque ordinaire non
filtré s’élèvent aujourd’hui à environ 18%, les panneaux
Une diversité d’expression architecturale BIPV du CSEM atteignent une performance comprise
Présenté pour la première fois lors du Forum Ecoparc 2017 entre 11%, pour la grille cuivrée, qui est la plus dense, et
qui s’est tenu à Microcity, antenne de l’EPFL à Neuchâ- 15,5% pour le filtre en fibre de verre. Néanmoins, grâce
tel, un démonstrateur du système constructif AAF (Fig. 4) à la nature des filtres qui réfléchit la lumière à l’intérieur
a été réalisé dans le but de représenter une façade BIPV du panneau, la perte de performance finale des pan-
à l’échelle 1/1 et d’illustrer explicitement les enjeux liés à neaux n’est pas strictement proportionnelle à la densité
l’intégration architecturale. Ce démonstrateur, en tant du filtre. Fruit de la recherche, ces panneaux s’inscrivent
qu'objet architectural, peut être visité, exploré, analysé et actuellement dans une phase de recherche de partena-
évalué sous l’angle qualitatif. Les différents composants riats industriels, en vue de leur fabrication en série et de Participants
d'une façade BIPV sont présentés, ce qui met en évidence leur commercialisation.
Partenaires du projet recherche:
les enjeux liés à l'intégration architecturale. Dans un contexte marqué par un intérêt croissant porté aux EPFL / LAST, CSEM, H.Glass
Sur l’un des côtés du démonstrateur, les couches inté- enjeux de transition énergétique et de décarbonisation du
rieures de la façade ont été progressivement supprimées secteur du bâtiment, le développement du nouveau sys- Soutien du projet recherche:
Fonds national suisse de la
pour laisser apparaître chaque composant du système de tème AAF met en exergue l’intérêt d’intégrer des façades recherche scientifique / PNR 70
construction AAF: revêtement intérieur, isolation en fibre actives à la réalisation d’édifices résidentiels. Développée
de bois, panneaux OSB, sous-structure bois, isolation en jusqu’à la fabrication d’un démonstrateur à l’échelle 1/1, Consultant pour le prototype:
Préface Sàrl
cellulose, panneaux Fermacell et cavité d’air ventilée avec cette approche révèle un potentiel de conception archi-
une sous-structure métallique pour la fixation des pan- tecturale de façades résidentielles conciliant diversité Fabrication du prototype:
neaux BIPV (Fig. 5). Dans le démonstrateur AAF, la face expressive, performance énergétique et haute qualité ERNE AG Holzbau
arrière des panneaux BIPV reste visible, de sorte que le environnementale.52 | TECHNIK – FASSADE | FAÇADE 01-2019
«Advanced Active Façades» – ein Konstruktionssystem aus der Forschung
Prototyp einer emissionsarmen
Aktiv-Fassade
Die immer strengeren Anforderungen an energie- Photovoltaikmodulen. Bei der gebäudeintegrierten Photo-
effiziente Gebäude zielen darauf ab, den CO2-Fuss voltaik mussten zudem besondere Gegebenheiten mitein-
abdruck im Gebäudebau zu reduzieren. Aktive und bezogen werden, wie beispielsweise die Orientierung der
passive Strategien des energieeffizienten Fassaden- Fassade und eine gute Hinterlüftung der Paneele, deren
baus bestreben eine weitgehende Veränderung der Leistung bei erhöhter Temperatur abnimmt.
bestehenden Verfahren, die heute noch vorrangig Das AAF-System besteht aus einer vorgefertigten Trage-
auf eine Verbesserung der Energiebilanz und eine konstruktion aus Holz – ein emissionsarmes Material – und
Reduktion der grauen Energie gerichtet sind. Durch einer Innenverkleidung aus natürlicher, hochleistungsfähi-
den Einsatz gebäudeintegrierter Photovoltaik in der ger Wärmedämmung (Zellulose und Holzfaser) sowie den
Gebäudehülle und deren Kombination mit emissions- aussen aufgehängten GiPV-Paneelen, ganz nach dem
armen Konstruktionsmethoden kann genau dieses Prinzip einer hinterlüfteten Fassade (Abb. 6).
Ziel erreicht werden. Die Hauptisolierung besteht aus einer 35 cm dicken Zellu-
losedämmung mit einem Wärmedurchgangskoeffizienten
Gebäudeintegrierte Photovoltaik (GiPV) ist eine effiziente von 0,038 W/m2K (ähnlich wie bei anderen in der Schweiz
Methode, um den Anteil erneuerbarer Energie im Städ- verbreiteten Dämmmaterialien, wie beispielsweise Stein-
tebau zu erhöhen. Allerdings lässt die Ästhetik solcher wolle). Es handelt sich um einen Pulver-Zellulosedämm-
Lösungen noch zu wünschen übrig, weshalb sie nur selten stoff, der weder mechanisch befestigt noch geklebt wer-
auf Zuspruch in der Architekturszene stossen. Um dieser den kann.
Problematik entgegenzuwirken, wurde das interdiszipli- Damit sowohl die Form, die Dichte als auch die Trocken-
näre Forschungsprojekt PV 2050 im Rahmen des Natio- heit der Zellulosedämmung erhalten bleiben, wurde diese
nalen Forschungsprogramms «Energiewende» (NFP 70) in ein Gehäuse gefasst.
des Schweizerischen Nationalfonds zur Förderung der Deshalb wurde die tragende Unterkonstruktion des
wissenschaftlichen Forschung durchgeführt. Es sollte her- AAF-Systems als wasser- und luftdichtes Gehäuse kon-
ausgefunden werden, wie die ästhetische Beschaffenheit zipiert, in dem die Zellulosedämmung enthalten ist. Das
eines GiPV-Systems mit dem gestalterischen Ausdruck Gehäuse besteht aus 1,5 cm dicken Paneelen: Im Innern
und der architektonischen Konzeption von Fassaden in befindet sich ein OSB-Paneel (Oriented Strand Board)
Einklang gebracht werden kann. In Zusammenarbeit mit (Abb. 6, Nr. 6) und aussen ein Fermacell-Paneel oder
dem Schweizer Zentrum für Elektronik und Mikrotechno- gleichwertig (Abb. 6, Nr. 3), um den Brandschutz zu gewähr-
logie (CSEM) in Neuenburg und der H.Glass SA, mit Sitz leisten. Die Holzrippen (Abb. 6, Nr. 5) werden zwischen
am EPFL Innovation Park und in Villaz-St-Pierre, wurde das den Paneelen, senkrecht zur Fassade, installiert und legen
Fassadenkonzept Advanced Active Façade (AAF) ent- somit die Dicke der Fassadenunterkonstruktion fest.
wickelt. Ziel des Forschungsansatzes war es, die beson- Die zweite Dämmschicht aus 5 cm dicken Holzfaserplat-
ders hohen Anforderungen hinsichtlich Energieverbrauch, ten befindet sich im Innern der Fassade. Beide Dämmun-
PV-Energieerzeugung und CO2-Bilanz optimal zu berück- gen (Zellulose und Holzfaser) verfügen über eine ähnliche
sichtigen und die ästhetische Beschaffenheit der GiPV Wärmeleitfähigkeit und werden zusammen mit einer ver-
bereits in den ersten Phasen des Architekturprojekts zu tikalen, nichtdeckenden Unterkonstruktion eingebaut, um
integrieren. Das Vorgehen stützte sich auf eine Kombina- Wärmebrücken aufgrund der Holzrippen zu minimieren.
tion aus Passiv- und Aktivstrategien, die zu einer integrier- Die Trennung der Dämmschichten ermöglicht eine Integ-
ten, flexiblen und leistungsfähigen Lösung führten. Dabei ration der Strom- und Wasserleitungen in die Holzfaser-
wurden mehrere Ziele gleichzeitig verfolgt: eine bessere schicht, wodurch die Gesamtdimension der Fassade opti-
architektonische Integration, ein hoher Vorfertigungsgrad miert wird. Der Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) der
der Elemente, geringe Umwelteinflüsse und eine effiziente Fassade liegt somit unter 0,1 W/m2K.
Photovoltaiktechnologie. Um den Prinzipien einer emissionsarmen Bauweise
gerecht zu werden, wurde ein Fassadensystem basierend
Ein innovatives Konstruktionssystem auf vorfabrizierten Modulen in variablen Grössen konzi-
Mit diesem Forschungsansatz konnten die grössten Her- piert. Die Module wurden von L-Profilen aus Stahl gestützt
ausforderungen verbunden mit emissionsarmen Fas- (Abb. 6, Nr. 10) und an der horizontalen Platte befestigt,
saden an Wohngebäuden erfasst und das neue AAF- sodass die Lasten der Fassade auf die Haupttragstruktur
Konstruktionssystem entwickelt werden. Ein besonderes des Gebäudes übertragen werden.
Augenmerk wurde dabei auf die Verwendung regionaler Grundlage des AAF-Konzepts ist die rahmenlose Struktur
Materialien in kleineren Mengen, die Vorfertigung der des GiPV-Systems. Das gewählte Befestigungssystem der
Elemente sowie ein optimiertes Recycling gelegt. Die GiPV-Paneele wird auf Abb. 2 abgebildet (Detail A). Das
Aussenverkleidung der Fassade besteht aus innovativen System gewährleistet die Hinterlüftung der Photovoltaik-01-2019 FASSADE | FAÇADE – TECHNIK | 53
paneele, wodurch die Leistungsabnahme aufgrund der Formaten, Oberflächen, Farben, Lichtreflexionen und mit
Temperaturerhöhung minimiert wird. Um eine Überhitzung unterschiedlicher Durchsichtigkeit (Abb. 7). Die undurch-
der Paneele zu vermeiden, muss ein Belüftungshohlraum sichtigen Paneele wurden vom Labor des CSEM herge-
von mindestens 80 mm sichergestellt sein. Die elektrische stellt und die Firma H. Glass SA stellte die durchsichtige
Verkabelung des GiPV-Systems verläuft in diesem Hohl- Brüstung her. Die undurchsichtigen Paneele verfügen ent-
raum, der ebenfalls genügend Platz für die elektrischen weder über einen integrierten Glasfaserfilter, ein Metall-
Abzweigdosen und die Verbindungen bietet. gitter oder ein Kupfergeflecht. Die Simulationen im CSEM
haben aufgezeigt, dass diese Filter die Effizienz der
Verbesserte Umweltleistung Paneele leicht beeinträchtigen. Die Leistungen eines her-
Die verschiedenen Simulationen (mit dem Programm kömmlichen PV-Panels ohne Filter erreichen heutzutage
Design Builder durchgeführt) zeigten, dass der Ende- um die 18%, wohingegen die Leistungen der GiPV-Paneele
nergieverbrauch eines Wohngebäudes mit diesem Kon- im CSEM 11% mit Kupfergeflecht und 15,5% mit Glasfaser-
struktionssystem um bis zu 40% verringert werden kann filter erreichten. Allerdings reflektieren die Filter aufgrund
verglichen mit einer herkömmlichen, verputzten Mauer- ihrer Beschaffenheit das Licht innerhalb des Paneels,
werksfassade, die den gültigen Anforderungen der SIA wodurch der Leistungsverlust der Paneele nicht proportio-
380/1 entspricht. nal zur Filterdichte ist. Aufgrund der gewonnenen Erkennt-
16% der Energieeinsparungen sind auf die Passiv-Ener- nisse werden nun Industriepartner im Hinblick auf eine
giestrategie zurückzuführen, hauptsächlich durch die ver- Serienfertigung und Vermarktung der Paneele gesucht.
besserte Wärmedämmung. 24% der Energieeinsparungen Vor dem Hintergrund eines immer grösser werdenden
konnten durch die Aktiv-Energiestrategie erreicht werden, Interesses, die Herausforderungen der Energiewende
also durch die Integration der gebäudeintegrierten Pho- und der Dekarbonisierung der Bauwirtschaft zu meistern,
tovoltaik direkt in die Fassade. Beispielsweise verfügt konnte die Entwicklung des neuen AAF-Systems die Vor-
das Gebäude auf Abb. 1 über eine Aktiv-Gebäudehülle, teile von Aktiv-Fassaden im Gebäudebau hervorheben.
die insgesamt 66 MWh pro Jahr generiert. Darüber hin- Von der Entwicklung bis zur Herstellung eines Prototyps
aus kann durch die verringerte Wärmedurchlässigkeit der konnte der Forschungsansatz neue Potenziale aufzeigen
Fassade ebenfalls Energie gespart werden, sodass der um architektonische Gestaltung, Energieeffizienz, hohe
Endenergieverbrauch des Gebäudes von 135 MWh auf Umweltqualität und die Vielfalt des Ausdrucks in Einklang
113 MWh reduziert werden konnte. zu bringen. ♦
Die Umweltbelastungen der AAF-Fassade werden auf
Abb. 3 dargestellt. Dabei werden der Anteil grauer Ener-
gie und der CO2-Ausstoss eines AAF-Konstruktionssys-
tems mit den Emissionen einer herkömmlichen, verputzten
Mauerwerksfassade, die den gültigen Vorschriften der
SIA 380/1 entspricht, verglichen. Die Berechnung der Öko
bilanz der beiden Systeme zeigte eindeutig eine geringere
Umweltbelastung durch das AAF-System, da die erzeugte
Photovoltaikenergie den Überschuss an grauer Energie
mehr als kompensiert.
Vielfalt des architektonischen Ausdrucks
Der Prototyp des AAF-Systems wurde erstmals am Forum
Ecoparc 2017 im Auditorium der Microcity, des EPFL-For-
schungsstandorts in Neuenburg, vorgestellt (Abb. 4). Dabei
wurde eine GiPV-Fassade auf einer 1/1-Skala dargestellt
und die Herausforderungen im Hinblick auf eine architek-
tonische Integration genauer erläutert. Der Prototyp dient
als Architekturobjekt und kann besichtigt, erkundet, ana-
lysiert und hinsichtlich der Qualität bewertet werden. Die
verschiedenen Komponenten einer GiPV-Fassade werden
im Detail dargestellt, um die Herausforderungen für eine
architektonische Integration aufzuzeigen.
Auf der einen Seite des Prototyps wurden die inneren
Schichten der Fassade progressiv entfernt, damit jede Kom-
ponente des AAF-Systems gezeigt werden kann: Innen-
verkleidung, Holzfaserisolation, OSB-Paneele, Unterstruk-
tur aus Holz, Zellulosedämmung, Fermacell-Paneele und
Luftraum mit Unterstruktur aus Metall für die Befestigung
der GiPV-Paneele. Beim AAF-Prototyp bleibt die Rückseite
der GiPV-Paneele sichtbar, damit die Verkabelung und die
Einfachheit des Befestigungssystems genauer betrachtet
werden können.
Die Aussenschicht der Prototyp-Fassade ist mit verschie-
denen GiPV-Paneelen ausgestattet, in verschiedenenVous pouvez aussi lire
