Klimaadaptive Gebäudehülle

Climate-Adaptive Building Shell (CABS) ist ein Begriff in der Gebäudetechnik, der die Gruppe von Fassaden und Dächern beschreibt, die dynamisch mit der Variabilität ihrer Umgebung interagieren. Herkömmliche Gebäude haben statische Gebäudehüllen und können daher nicht auf sich ändernde Wetterbedingungen und Insassenanforderungen reagieren. Klimaadaptive Gebäudehüllen hingegen können sich mit der Zeit verändern. Gut gestaltete CABS haben zwei Hauptfunktionen: Sie tragen zur Energieeinsparung für Heizung, Kühlung, Lüftung und Beleuchtung bei; und sie wirken sich positiv auf die Innenraumqualität von Gebäuden aus.

Definition
Loonen et al. definiert CABS wie folgt:

Eine klimaanpassungsfähige Gebäudehülle hat die Fähigkeit, wiederholt und reversibel einige ihrer Funktionen, Merkmale oder ihr Verhalten im Laufe der Zeit als Reaktion auf sich ändernde Leistungsanforderungen und variable Randbedingungen zu ändern, und dies mit dem Ziel, die Gesamtleistung des Gebäudes zu verbessern.

Hintergrund
Moderne Konstruktionsmethoden, Entwicklungen in den Materialwissenschaften und die Verfügbarkeit steuerbarer kinetischer Fassadenteile bieten heute vielfältige Möglichkeiten für innovative Gebäudelösungen, die besser auf den Umweltkontext reagieren und sich dadurch als lebendiger Organismus „verhalten“ können. Die Natur gilt als eine der wichtigsten Inspirationsquellen für CABS. Anpassungsfähigkeit ist in der Natur allgegenwärtig, und Anstrengungen in der Biomimetik, die bewährten Ideen der Natur in den Kontext von Gebäuden zu bringen, sind lohnend. Die Art, wie Menschen schwitzen, zittern und ihre Kleidung anpassen, wurde von vielen als Metapher verwendet, um die Haut des Gebäudes als lebende Membran zu begreifen. Ebenso imitieren mehrere CABS-Konzepte den Tropismus: das gerichtete Wachstum oder die Rotation von Pflanzen in Richtung bestimmter Umweltauslöser. Sowohl Phototropismus (dh sich in Reaktion auf Licht verändern) als auch Heliotropismus (dh sich in Reaktion auf die Sonne verändern) wurden effektiv in CABS-Konzepte umgewandelt, die eine zeitnahe Sammlung und Abweisung von Sonnenenergie ermöglichen [59] und [60].

Verwandte konzepte
CABS ist nur eine Bezeichnung für ein Fassadenkonzept, das sich durch verschiedene Begriffe beschreiben lässt. Es können verschiedene Varianten des Begriffs „adaptiv“ verwendet werden, einschließlich: aktiv, fortgeschritten, dynamisch, intelligent, interaktiv, kinetisch, reaktionsfähig, intelligent und umschaltbar. Darüber hinaus sind die Konzepte der responsiven Architektur, der kinetischen Architektur und des intelligenten Bauens eng miteinander verknüpft. Der Hauptunterschied zu CABS besteht darin, dass die Anpassung auf der Ebene der Gebäudehülle erfolgt, während die anderen Konzepte einen ganzheitlichen Ansatz berücksichtigen.

Arten der Anpassung
Die anpassungsfähigen Mechanismen in CABS können in zwei Klassen unterteilt werden. Das adaptive Verhalten basiert entweder auf einer Veränderung der Eigenschaften oder des Verhaltens auf der Makroskala oder auf der Mikroskala. Die erste Art der Anpassungsfähigkeit in Gebäudehüllen wird oft auch als „kinetische Hülle“ bezeichnet, was impliziert, dass eine bestimmte Art beobachtbarer Bewegung vorhanden ist. Die Anpassung auf der Makroskala führt in der Regel zu Änderungen in der Konfiguration der Gebäudehülle über bewegliche Teile. Die Arten der Bewegung, die beobachtet werden können, variieren stark und werden typischerweise durch eine der folgenden Gerundien beschrieben: Falten, Gleiten, Expandieren, Falten, Anlenken, Rollen, Aufblasen, Auffächern, Drehen, Kräuseln usw. Bei der anderen Art von CABS (Mikroskala) wirken sich Änderungen direkt auf die innere Struktur eines Materials aus. Hier zeigt sich die Anpassungsfähigkeit entweder durch Änderungen der thermophysikalischen oder opaken optischen Eigenschaften oder durch den Austausch von Energie von einer Form zur anderen. Intelligente Materialien wie Formgedächtnislegierungen oder temperaturempfindliche Polymere werden oft verwendet, um diese Art der Anpassung zu erreichen.

Bemerkenswerte Beispiele
Obwohl das Konzept des CABS noch relativ neu ist, finden sich in Gebäuden auf der ganzen Welt mehrere hundert Konzepte. Die folgende Liste zeigt eine Übersicht über bemerkenswerte Beispiele.

Gebaute Beispiele
Al Bahr Türme, Aedas, Abu Dhabi
Arab World Institut, Jean Nouvel, Paris, Frankreich
Heliotrop, Rolf Disch, Freiburg, Deutschland
Burke brise soleil – Quadracci Pavillon, Milwaukee Kunstmuseum. Santiago Calatrava, Milwaukee, Wisconsin, Vereinigte Staaten
Surry-Hügelbibliothek, Francis-Jones Morehen Thorp, Sydney, Australien
Bengt Sjostrom Theater, Studio Gang Architekten, Rockford, Illinois, Vereinigte Staaten
Bewegliche Sonnencreme von Kuggen, Wingårdh arkitektkontor, Göteborg, Schweden
Subsysteme und Komponenten
Aktive Tageslichtnutzung
Dynamische Isolierung
Phasenumwandlungsmaterial
Smart-Glas