Umfassender Sonnenschutz für internationale Schule in Doha

Sonnenschutz an Gebäudefassaden erfüllt längst mehr als nur diese eine Kernfunktion. Der Wunsch nach einer Kombination aus Funktionalität und ästhetischem Design ist groß. Gleichzeitig soll die immer komplexere Technik möglichst geringe Auswirkungen auf den ökologischen Fußabdruck und die Gesamtbetriebskosten des Gebäudebetreibers haben. Und dieser Spagat kann durchaus gelingen. Das zeigt auf eindrucksvolle Weise das Sonnenschutzsystem, welches Colt International für die Tarek Bin Ziad School in Doha, Katar, konzipierte und installierte.

Energieeinsparung durch Sonnenschutz

Ein ebenso effektives wie effizientes Sonnenschutzsystem kann aus wahren Ressourcen-Fressern echte Energiesparwunder machen: Mehr als 40 % der Energieressourcen weltweit werden von Gebäuden genutzt, davon rund 50 % für Heizung und Kühlung. Allein in der EU zeigen jüngste Studien, dass noch lange nicht das Ende der Fahnenstange erreicht ist. Mit einer angemessenen Beschattungslösung ließen sich hier jährlich mehr als 110 Mio. Tonnen an CO2 für Kühlung und Heizung zusätzlich einsparen. Grund genug, dass Planer und Bauherren neuer Gebäude nicht nur die Wärmeisolierung von Gebäuden im Winter beachten, sondern ihr Augenmerk auch auf das immer wärmer werdende klimatische Umfeld im Sommer legen. Lokale Bauvorschriften berücksichtigen dies zunehmend und empfehlen zur Reduzierung der Kühllasten die Einplanung eines entsprechenden Sonnenschutzes, beispielsweise für moderne Gewerbebauten, die Glas als zentrales Element einsetzen.

Ausgewogene Mischung aus Tageslicht und Beschattung

Bei welchen Temperaturen fühlen wir uns am Arbeitsplatz am wohlsten? Wann ist es zu kalt, was empfinden wir als zu warm? Optimale Bedingungen bietet ein Temperaturbereich von ungefähr 20 °C bis maximal 28 °C. Diese Höchsttemperatur ist jedoch in einem Gebäude, das überwiegend aus Glas besteht, ohne angemessenen Sonnenschutz nicht lange zu halten. Zumindest dann nicht, wenn im Sommer die Außentemperatur steigt und auch die Innenräume der Sonnenbestrahlung ausgesetzt sind. Die Auswirkungen auf Produktivität, Aufmerksamkeit und Leistungsvermögen sind enorm. Eine Klimaanlage ist nur scheinbar die perfekte Lösung, den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern das Arbeitsleben zu erleichtern: Je nach Gebäudegröße kann das entsprechende System die Betriebskosten erheblich steigern – ganz zu schweigen von Belastungen für die Umwelt. Gelangt jedoch zu wenig Tageslicht in die Innenräume, hat dies ebenfalls Auswirkungen auf das Wohlbefinden und die Leistungsfähigkeit der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Entsprechende Studien belegen, dass Arbeitsplätze in der Nähe zum Fenster – und damit in Reichweite des Tageslichts – zur Verbesserung der Produktivität beitragen.

Die Lösung: Ein Sonnenschutzsystem, das beides kann – ausreichende Versorgung der Innenräume mit Tageslicht ebenso wie angemessene Verschattung – und damit ein angenehmes Raumklima bei jeder Witterung garantiert.

Ästhetische Fassadengestaltung in Kombination mit Funktionalität

Moderne Sonnenschutzanlagen kombinieren Funktionalität mit architektonischem Anspruch. Da jedes Projekt und jedes Gebäude seinen individuellen Charakter hat, bietet Colt International entsprechende Systeme maßgeschneidert an. Lamellensysteme aus verschiedensten Materialien – Glas, Metall, Holz, Acryl oder Stoff – eignen sich perfekt für eine markante und eindrucksvolle Fassadengestaltung, insbesondere für funktionale Gebäude. Dabei sind Lamellensysteme äußerst variabel – denkbar sind beispielsweise starre oder bewegliche Systeme oder eine Kombination aus beiden Varianten. Und sie können noch mehr: mit eingebauter Photovoltaik eignen sie sich sogar als Energielieferant!

Worin liegt der Vorteil eines Sonnenschutzsystems an der Gebäudefassade?

Eigentlich ist die Antwort darauf ganz einfach: Wenn die Sonne erst gar nicht im Gebäude ankommt, müssen die Innenräume nicht aufwendig gelüftet oder gekühlt werden. Ein bewegliches, dem Sonnenstand nachgeführtes Lamellensystem sorgt beispielsweise ganz automatisch für eine kontrollierte Sonneneinstrahlung in die Innenräume. Das führt zu einer Minimierung der Kühllasten im Sommer und sorgt durch effiziente Nutzung der Sonnenwärme in der kalten Jahreszeit für Einsparungen bei den Heizkosten. Und zwar bei gleichzeitiger optimaler Versorgung mit Tageslicht das ganze Jahr über.

Photovoltaik Sonnenschutz-Schutzschild
Photovoltaik Sonnenschutz-Schutzschild

Shadovoltaik von Colt International: Sonnenschutz mit Photovoltaik

Doppelfunktion der Glaslamelle

Das Shadovoltaik-Sonnenschutzsystem von Colt International verbindet ästhetische Glaslamellen für den Sonnenschutz mit Photovoltaikzellen zur Stromerzeugung. Dazu werden die Photovoltaikzellen in das Glas der Lamellen integriert, ohne den Kontakt zum Außenklima zu beeinträchtigen. Sowohl bei Photovoltaikzellen als auch bei den Glaslamellen stehen unterschiedliche Ausführungen zur Auswahl. Monokristalline, polykristalline, organische oder Dünnschicht-Photovoltaikzellen werden im Laminierverfahren zwischen zwei Scheiben aus Verbundsicherheitsglas verbaut. Die Lamellen können – je nach Gestaltungsvorgabe bzw. Kundenwunsch – in diversen Farben geliefert und mit individueller Oberflächengestaltung, Mustern oder Beschichtungen angefertigt werden. 

Auch die Trägersysteme sind variabel: Langlebige Materialien wie Aluminium oder Edelstahl, Ausführungen mit oder ohne Tragrohr bis hin zu Systemen mit regensicheren Ganzglasflächen kommen je nach Projektanforderung zum Einsatz. In Doha entschied man sich für das Trägersystem LS3, das sich perfekt für den Einsatz mit integrierter Photovoltaik eignet. 

Manuelle oder elektrische Steuersysteme

Ein bewegliches Sonnenschutzsystem mit dem Sonnenstand nachgeführten Lamellen sorgt zu jeder Tageszeit für perfekte Beschattung bei größtmöglicher Nutzung des verfügbaren Sonnenlichts. Bei Systemen mit integrierter Photovoltaik ist dies noch eine Spur wichtiger: Schließlich soll damit möglichst viel Sonnenenergie gewonnen werden. Das funktioniert übrigens auch dann, wenn die Sonne einmal nicht durchgängig scheint. Bei Bewölkung öffnen sich die Lamellen und fangen möglichst viel Tageslicht ein. Für die Steuerung der Sonnenschutzsysteme bietet Colt International zwei unterschiedliche Systeme an. Handsteuerungen mit Hebel oder Kurbelwelle eignen sich für innenliegende Lamellen. Die Anlagen an der Gebäudefassade lassen sich elektrisch mittels Motoren steuern. Diese werden wiederum von einem Steuersystem – beispielsweise dem ICS 4Link oder SolTronic III aus dem Hause Colt International oder einem vorhandenen Gebäude-Management-System – betrieben.

Mikroprozessorgestützte Steuerung SolTronic

SolTronic III ist eine mikroprozessorgestützte Steuerung von Colt International, die sich perfekt für die Steuerung beweglicher Sonnenschutz- und Fassadensysteme eignet. Die Ansteuerung von bis zu 225 Motoren (max. 15 Gruppen zu je max. 15 Motoren) erfolgt über Motorsteuergeräte, die über vorverdrahtete Verteilerkästen an SolTronic III angeschlossen werden. Das Steuersystem ist ein echter Alleskönner. Es nutzt nicht nur aktuelle, von einer Wetterstation übertragene Wetterdaten, sondern wertet auch die Wettersensorik aus und sorgt so dafür, dass die Position der Lamellen immer dem Stand der Sonne entspricht. Neben definierbaren Positionen für extreme Witterungsverhältnisse (Sturm, Vereisung usw.) und zur Reinigung der Anlage ermöglicht SolTronic III auch die individuelle Einstellung von Sollwerten und Parametern je Gruppe. Dabei ist die Einrichtung und Bedienung denkbar einfach: Dafür steht ein benutzerfreundliches Touch-Display zur Verfügung.

Der Sonnenschutz-Schild der Tarek Bin Ziad School

Die Tarek Bin Ziad School wurde von EHAF Consulting konstruiert. Der Generalunternehmer, die Bojamhoor Trading und Contracting, setzte Dorsch Katar als Projektmanager und Betreuer ein. 

Colt International erhielt den Auftrag zur Errichtung eines beweglichen Sonnenschutz-Schildes, der sich völlig autark rund um das Gebäude bewegt. Eine ähnliche, wenn auch kleinere Version eines solchen Sonnenschutz-Schildes hatte Colt International zuvor bereits erfolgreich mit Shadovoltaik für die EWE-Arena in Oldenburg realisiert.

Dem Sonnenstand nachgeführter Sonnenschutz-Schild

Der Standort der Tarek Bin Ziad School stellte eine besondere Herausforderung für die Konzeption des Sonnenschutz-Schildes dar. Die Sonne verläuft in Doha so, dass sie bereits mittags den Zenit überschreitet und somit eine Energiegewinnung über den nach Süden ausgerichteten Schirm nicht zulässt. Colt International löste dies durch Positionierung des rotierenden Schildes auf gebogenen, dem Dachverlauf folgenden Schienen vor der Fassade. Diese Schienen übertragen Gewicht und Windlast des fahrbaren Sonnenschutz-Schildes in das Gebäude. Polygonale, auf einem Rollensystem laufende Lamellenrahmen sind auf den Schienen angebracht. Die Oberseite der Segmente ist mit 2 mm starkem Aluminiumblech verkleidet. Jedes einzelne Segment besteht aus einem Stahlrahmen mit einer Höhe von 7,10 Meter mit sechs Glaslamellen vom Typ Shadovoltaik mit Trägersystem LS3.

Das Schild bewegt sich auf einem Schienensystem aus Edelstahl um das Gebäude herum

Angetrieben von einem ZAE-Schneckengetriebemotor mit 3.000 W Leistung, bewegt sich der Schild auf einem Schienensystem aus Edelstahl um das Gebäude herum. Dabei sorgen Hochleistungsrollen dafür, dass der Schild mühelos auf den beiden Schienen gleitet. Um eine eventuelle Verformung oder Rollreibung bereits im Vorfeld auszuschließen, testete Colt die Räder im Hinblick auf die Belastung durch die extremen Temperaturbedingungen am Standort der Schule. Colt erhitzte dazu die Räder auf 93 °C und fügte anschließend eine Belastung von 1.200 kg hinzu. Dies entspricht weitgehend den Bedingungen, denen das System vor Ort ausgesetzt ist.

Darüber hinaus ermittelte Colt ebenfalls im Vorfeld die tatsächliche Energiemenge, die im ungünstigsten Fall von dem Shadovoltaik-System erzeugt werden kann. Die Testbedingungen wurden dazu auf den besonderen Sonnenverlauf in Doha abgestimmt. Die Studie belegt, dass die Photovoltaikzellen in den Glaslamellen selbst im ungünstigsten Fall täglich rund 38 kWh an Energie erzeugen – mehr als ausreichend, um den Sonnenschutz-Schild entlang der Fassade zu bewegen. Übrigens: Gemessen wurden dafür nur die fünf Elemente, die ständig der Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind. Die Energie, die von den weiteren 25 Elementen generiert wird, dient als zusätzlicher Puffer.

Aufbau der Glaslamellen mit Photovoltaikzellen

Und so sind die Lamellen aus Verbundsicherheitsglas vom Typ Shadovoltaik aufgebaut:

  • Äußere Glasscheibe: 10 mm gehärtetes eisenoxidarmes Glas, einschl. Heißlagerungstest (Heat-Soak-Test).
  • Zwischenschicht: 2 mm starke PVB-Folie mit monokristallinen Photovoltaikzellen.
  • Untere Glasscheibe: 10 mm vorgespanntes Float-Glas.
  • Lamellenbefestigung (starr): in einem Winkel, der eine optimale Lichtaufnahme bei gleichzeitiger Verschattung garantiert. 
  • Tragprofil der Lamelle: Colt LS3-Aluminiumprofil.
  • Oberflächenausführung der Metallbauteile: Pulverbeschichtung in Standard-RAL-Farbe.
  • Photovoltaikmodule: 27 monokristalline Zellen pro Lamelle, schwarz.

Energiebilanz: Die Photovoltaikzellen wurden so ausgelegt, dass sie ausreichend Energie erzeugen, um den Sonnenschutz-Schild autark dem Sonnenverlauf folgend entlang der Fassade zu bewegen.

Autarkes Energiesystem mit Fernwartungsoption

Direkt am Schild befinden sich, mitfahrend und klimatisiert, die Batterien und Steuerung des Sonnenschutzes. Angesichts der hohen Außentemperaturen in Doha sind Elektronik, Speichermedien (ventilgeregelte Blei-Säure-Batterien – VLRA-Akkumulatoren) und Wechseltrichter in einer gedämmten Klimabox untergebracht. Für die Klimatisierung der Wechseltrichter, Batterien und des Steuersystems wird ebenfalls der von der Shadovoltaik-Anlage erzeugte Strom verwendet. Und für den unwahrscheinlichen Fall, dass in Doha die Sonne einmal nicht oder nur gering scheint, reicht der Energiepuffer aus, um das System zweimal vollständig um das Gebäude herum zu bewegen.

Ein eingebautes Modem in der mikroprozessorgestützten Steuerung Colt SolarTronic III ermöglicht sowohl Remote-Überprüfung der System funktionen als auch die Fernwartung der Elektronik der gesamten Anlage.

Sonnenschutz mit der Zukunft im Blick

Gestiegene Ansprüche an die Funktionalität von Gebäudefassaden, der rasante Fortschritt der technischen Möglichkeiten und nicht zuletzt ein veränderter Umgang mit unserer Umwelt und den verfügbaren Ressourcen: All dies sind Faktoren, die auch die Entwicklung von zeitgemäßen Sonnenschutzsystemen beeinflussen. Colt International hat das Potenzial von Sonnenschutzanlagen für Klimaschutz und sparsamen Umgang mit Ressourcen bereits früh erkannt und setzt sich für ganzheitliche Lösungen ein. Als Pionier fördert Colt die Kombination aus ästhetischem Design und technischer Raffinesse mit hohem Energiesparpotenzial für Gebäudefassaden in der ganzen Welt. Immer unter Berücksichtigung der Bedingungen vor Ort, der Kundenanforderungen und mit der Zukunft im Blick.

Projektdetails
© 2018 Colt International Licensing Limited
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