Projekt 07634/01

Entwicklung eines Fertigdachsegments mit integriertem Sonnenkollektor

ProjekttrÀger

SET Solar Energie Technik GmbH
Hauptstr. 29
09477 JöhstadtZielsetzung und Anlass des Vorhabens Entwicklung eines Fertigdachsegments mit integriertem Sonnenkollektor basierend auf einem Sparrensystem, Ă€hnlich dem Tragsystem des Pfettendachs. Ziel des Projektes war es, ein System zu entwickeln, bei dem das Dach und der Sonnenkollektor zu einer Einheit verschmelzen - die Symbiose aus Sonnenkollektor und Dach. Das heißt, die tragende Konstruktion des Daches ist gleichzeitig die Tragkonstruktion des Sonnenkollektors und umgekehrt. Die Funktion der abdichtenden Dachhaut - was vorher die Aufgabe der Ziegel war - ĂŒbernimmt die Glasabdeckung des Sonnenkollektors, und die KollektordĂ€mmung dĂ€mmt gleichzeitig das Dach. Durch ein in der Fabrik vorgefertigtes System mit kurzen Montagezeiten am Bau könnten Solaranlagen bei baulich vorgesehenem SchrĂ€gdach mit einer wesentlich geringeren Investitionshöhe realisiert werden, da das eigentliche Dach entfĂ€llt. Ein wesentlich effizienterer Materialeinsatz als bei Lösungen von Dach plus Kollektor, die Verwendung des nachwachsenden Rohstoffs Holz in Form von Schichtleimholz fĂŒr die Tragkonstruktion und die Minimierung des Aluminiumeinsatzes, wĂŒrde zu einer Verbesserung der ökologischen Bilanz der Solaranlage beitragen. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenBei der Entwicklung und Konstruktion des Solar Roof mußten kollektor- und dachspezifische Konstruktionsmerkmale und Aufgaben miteinander verbunden werden. Hierbei wurde bezĂŒglich der Tragkonstruktion auf bewĂ€hrte Konstruktionsmerkmale und Materialien aus dem Holzbau zurĂŒckgegriffen. Auf das Sparren- bzw. Halbsparren-Tragsystem wurde der Kollektor aufgebaut und integriert, wobei die Sparren als Konstruktionselement im Lastenheft fest vorgegeben waren und aufgrund statischer Vorgaben nicht verĂ€ndert wurden. Das Ziel der Entwicklung, die Symbiose aus Dach und Kollektor, wurde bei der Konzeption und Konstruktion konsequent verfolgt. Bei der konstruktiven Integration des Kollektors mußte berĂŒcksichtigt werden, daß das Tragsystem keinesfalls durch die unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Kollektors bezĂŒglich Mikroklima (Feuchtigkeit, Temperatur) und Stagnationstemperaturen beeintrĂ€chtigt wird. Des weiteren mußte auch fĂŒr SchadensfĂ€lle wie Glasbruch Vorsorge getragen werden, da die Dachfunktion unter allen Bedingungen erfĂŒllt werden muß. Durch den Bau von Modellen bzw. Prototypen konnten die Konstruktionslösungen ĂŒberprĂŒft und getestet werden. Mit Prototypen wurden auf dem BetriebsgelĂ€nde umfangreiche Tests (Druckverlustmessungen, WassersprĂŒhtest, Leistungs- und Stagnationstests) durchgefĂŒhrt. Weitere wichtige Erkenntnisse konnten bei den Leistungstests am ITW in Stuttgart und mit ĂŒberarbeiteten Prototypen am ITR-SPF Rapperswil gesammelt werden. Der zunĂ€chst nicht geplante Test in Rapperswil, die WetterabhĂ€ngigkeit und die nur beschrĂ€nkt zur VerfĂŒgung stehenden TestkapazitĂ€ten bei den Instituten, haben dazu beigetragen, daß der angestrebte Zeitplan weit ĂŒberschritten wurde. Ergebnisse und Diskussion Mit der Konstruktion des Fertigdachsegments mit integriertem Sonnenkollektor -Solar Roof- wurden die Ziele des Lastenheftes in vollem Umfang erreicht. Aufbauend auf bewĂ€hrte Konstruktionsmerkmale des Holz- und Fassadenbaus sowie die Kollektortechnik konnte ein integriertes System entwickelt werden, das die Funktionen eines Daches und eines Sonnenkollektors verbindet. Die Grundidee, das vertikale Sparrenprinzip des Pfettendachs mit Schichtleimholzsparren zu nutzen, erwies sich als der richtige Weg. Die Integration des Sonnenkollektors und der DachdĂ€mmung zwischen zwei Halbsparren, die zusammen mit dem jeweiligen Nachbarelement wiederum einen Sparren bilden und auf die Auflager First-, Trauf- sowie unter UmstĂ€nden Mittelpfette aufgelegt werden, erwies sich als eine Konstruktion, mit der alle Problemstellungen gelöst werden konnten. Bei der Integration des Sonnenkollektors zwischen den Halbsparren konnte durch eine Auskehlung der Sparren die AbsorberflĂ€che optimiert werden. Durch die Verwendung einer Dampf- und Ausgasungssperre aus Aluminiumblech kann das Tragwerk vor dem wechselhaften Mikroklima des Kollektors geschĂŒtzt werden und dient bei einem eventuellen Glasbruch gleichzeitig als Notdach. Diese Maßnahme garantiert eine sichere Dachfunktion unter allen UmstĂ€nden. Weitaus schwieriger gestaltete sich die hydraulische Integration des Absorbers und die Verschaltung des gesamten Kollektorfeldes. Die im Kollektor auftretenden LĂ€ngenausdehnungen des Absorbers wurden zwar im Vorfeld berĂŒcksichtigt, aber auch unterschĂ€tzt. Erschwerend kam hinzu, daß das verwendete Absorberblech mit Tinox-Beschichtung durch den Beschichtungsprozeß weichgeglĂŒht war und sich anhaltende Verwerfungen des Absorbers gebildet haben. Dies hatte den Testabbruch in Stuttgart zur Folge und bedingte eine neue PrĂŒfung zu einem spĂ€teren Zeitpunkt in Rapperswil, da die TestkapazitĂ€ten in Stuttgart durch die Stiftung Warentest erschöpft und witterungsbedingt kurzfristig in Rapperswil nicht möglich waren. Der Projektfortschritt wurde hierdurch wesentlich verzögert. Es konnte bei der zweiten Prototypengeneration eine technische Lösung gefunden werden, die den Absorber bei den LĂ€ngenausdehnungen fĂŒhrt und Verwerfungen sowie ein Anliegen an der Glasabdeckung vermeidet. Der Anschluß und die Durchströmung des Absorbers ist aufgrund der LĂ€ngenausdehnung nur in Form der U-Durchströmung von oben nach unten und zurĂŒck realisierbar, um dem Absorber ein ungehindertes Ausdehnen nach unten zu ermöglichen. Nachteil dieser Lösung ist, daß ein völliges Entleeren des Absorbers ausgeschlossen ist, was sich in der Praxis aber als nicht sehr relevant erwiesen hat. Das Sparrenprinzip bildete auch bei der Konstruktion der dichtenden Dachhaut und den entsprechenden Dachvarianten Giebeldach, Pfettendach - jeweils mit oder ohne HinterlĂŒftung - die ideale Grundlage. Die Dachabdichtung der an den Bau angelieferten vorverglasten Dachsegmente erfolgt ĂŒber eine geschraubte Al-Pressleiste mit EPDM-Andruckdichtung und Al-Abdeckprofil ĂŒber den Schrauben, die den vertikalen Stoß segmentĂŒbergreifend abdichtet. FĂŒr die horizontalen GlasstĂ¶ĂŸe wurde eine dauerelastische Klebekonstruktion auf Silikonbasis nach dem Prinzip der doppelten Lasche entwickelt. Die durchgefĂŒhrten Beregnungstests verifizierten die hohe Sicherheit dieser Dichtungskonstruktionen. Das Tragwerk des Solar Roof aus dem nachwachsenden Rohstoff Holz in Form von Schichtleimholz bildet zusammen mit den Isoliermaterialien den Hauptmaterialanteil. Der Einsatz von Aluminium beschrĂ€nkt sich auf die Dampfsperre und die Abdeckleisten. Des weiteren sind alle anderen Rohstoffe, wie Kupfer, Stahl und Glas, auf das absolut Notwendige beschrĂ€nkt. Es konnte somit auch hinsichtlich der verwendeten Materialien eine hervorragende ökologische Bilanz erzielt werden, die sich von der bisher angewandten Philosophie Dach plus Kollektor Ă€ußerst positiv abhebt. Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation Zur Zeit befinden sich einige Solar Roof-Projekte in der Planung, die im Laufe des Jahres 98 realisiert werden sollen. WĂ€hrend der Realisierung und nach Fertigstellung werden die Projekte begleitend in der Fachpresse vorgestellt. Im Laufe des Sommers wird ĂŒber eine breit angelegte PR-Aktion in der Tagespresse und in verschiedenen Fachzeitschriften ĂŒber das Solar Roof-System berichtet werden, wobei begleitend auch neue Medien wie das Internet genutzt werden. Gezielt wird zur Zeit das Solar Roof Konzept und die sich daraus ergebenden Möglichkeiten auf verschiedenen Fachkongressen vorgestellt. Fazit Die in dem Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, daß das Solar Roof hinsichtlich der Leistung sehr guten Großkollektoren ebenbĂŒrtig ist oder diese auch ĂŒbertrifft. Die großen Vorteile des Solar Roof Fertigdachsegments werden bei der Integration in das architektonische Gesamtkonzept des GebĂ€udes und im Rahmen der rationellen Montage augenscheinlich. Das Prinzip des Halbsparrens erwies sich als Ă€ußerst flexibel und in fast jedes Designkonzept integrierbar. Die augenscheinlich schmalen vertikalen Linien bei gleichzeitiger optimaler FlĂ€chenausnutzung werden von Architektenseite begrĂŒĂŸt. Der Betreiber der Solaranlage zieht den Hauptnutzen aus den geringeren Investitionskosten, da gegenĂŒber der bisherigen Dach plus Kollektor-Lösung ca. 150 - 200 DM/mÂČ eingespart werden. Fertig montierte Solaranlagen ab 200mÂČ inklusive Dach sind somit heute schon fĂŒr 450 DM/mÂČ realisierbar.

Übersicht

Telefon

06205/3525

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Bundesland

Baden-WĂŒrttemberg

Fördersumme

35.074,62 €

Förderzeitraum

15.11.1995 - 29.10.1998