An der Universität Stuttgart hat eine Wissenschaftlerin im Rahmen ihrer Doktorarbeit die Grundlagen zur Entwicklung so genannter „hydroaktiver“ Gebäudehüllen entwickelt. Konkret geht es um textile Fassadenelemente, die Regenwasser aufnehmen und zeitversetzt als Verdunstungskälte wieder abgeben können. Alternativ lässt sich das gesammelte Wasser auch für verschiedene Zwecke im Gebäudeinneren nutzen.
Das Konzept für die textilen „ Hydro-Skin “-Fassadenelemente hat Prof. Dr.-Ing. Christina Eisenbarth bereits vor ein paar Jahren am Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) der Universität Stuttgart entwickelt. Für ihre Erfindung erhielt sie seitdem mehrere Auszeichnungen. Seit Mitte dieses Jahres arbeitet die 32-Jährige als Professorin am Fachbereich Architektur der TU Darmstadt.
Als käufliches Marktprodukt sind Hydro-Skin-Fassaden aktuell noch nicht erhältlich. Sie werden aber bereits an Testgebäuden erprobt, um die Wirksamkeit bei Hitze- und Hochwasserschutz zu erforschen. „Wir arbeiten mit Hochdruck daran, die Technologie schnellstmöglich in die Baupraxis zu überführen, um unsere gebaute Umwelt für künftige Starkregenereignisse besser zu wappnen“, sagt Christina Eisenbarth.
Natürliche Kühlung
Bei Hydro-Skin geht es um leichte Fassadenelemente, die aus mehreren textilen Geweben und Membranen – eingespannt in einen Rahmen aus Aluminiumprofilen – bestehen. Das Konzept ist aber weit mehr als nur eine weitere Textilfassade. Die Elemente sind nämlich in der Lage, nahezu das gesamte Regenwasser aufzunehmen, das auf Gebäudefassaden trifft. Auf diese Weise könnten sie künftig bei Starkregenereignissen die Kanalisation entlasten und die Gefahr von Hochwasser verringern.
Das gespeicherte Wasser kann an heißen Tagen zur Fassadenbefeuchtung genutzt werden. Dafür wird es über Sprühdüsen, die sich im oberen Rahmenprofil befinden, in die textile Fassadenoberfläche zurückgeführt. Dadurch wird Verdunstungskälte freigesetzt und die Temperatur der Gebäudefassade sinkt deutlich. In einer Pressemitteilung der Universität Stuttgart wird die Wirkweise der Hydro-Skin-Fassade mit einem „feuchten Wadenwickel bei Fieber“ verglichen.
Während gewöhnliche Gebäudeoberflächen im Sommer mitunter Temperaturen von über 90 °C erreichen, kann die feuchte Textilhülle die Oberflächentemperatur auf bis zu 17 °C herabsenken. Das wäre natürlich auch ein Beitrag zur Verbesserung des Mikroklimas. „Hydro-Skin funktioniert wie eine intelligente, klimaaktive Hülle“, erläuterte Christina Eisenbarth im September bei einem Vortrag auf dem 20. Deutschen Fassadentag des Fachverbandes Baustoffe und Bauteile für vorgehängte hinterlüftete Fassaden (FVHF). „Sie speichert Regenwasser direkt an der Fassade und nutzt es zur natürlichen Kühlung – sauber, ressourcenschonend und perspektivisch überall nachrüstbar.“
Die Kühlleistung der Fassade kann zudem Klimaanlagen überflüssig machen, sodass man mit Hydro-Skin auch Energiekosten einsparen könnte. Zudem beherrschen die textilen Fassadenelemente nicht nur die natürliche Verdunstungskühlung an Hitzetagen. Sie können das gespeicherte Wasser auch ins Gebäudeinnere weiterleiten. Dort lässt es sich beispielsweise für die Toilettenspülung, die Waschmaschine und natürlich auch zur Pflanzenbewässerung nutzen. Das könnte den gebäudeinternen Frischwasserverbrauch um etwa 45 % senken.
Gewebelagen aus Polyesterfasern
Zur Fertigung ihrer textilen Elemente hat Christina Eisenbarth Polyesterfasern verwendet. Perspektivisch ist eine Herstellung aus gebrauchten PET-Flaschen geplant. Die Elemente sind in vielfältigen Designs herstellbar und lassen sich nach dem Ende ihres Produktlebens zu 100 % recyclen.
Kernelement der Hydro-Skin ist ein spezielles Abstandstextil, das aus zwei Lagen aufgebaut ist, die durch Flachsfäden auf Abstand gehalten und dadurch gut durchlüftet werden. Die hohe Luftzirkulation in dieser dreidimensionalen Membran fördert die Verdunstung von Wasser und verstärkt den Kühleffekt der Fassade. An der Außenseite ist das Abstandstextil mit einer Textilhülle beschichtet, die Regentropfen eindringen lässt, zugleich aber die Membran vor Schmutz und Insekten schützt.
Das zentrale Abstandsgewebe ist zum Transport des Wassers fähig. Genauer gesagt wird die Feuchtigkeit in Richtung einer wasserundurchlässigen Folie geleitet, die auf der Innenseite des textilen Elements angebracht ist. Diese leitet das Wasser in das untere Rahmenprofil, wo es in eine integrierte Rinne fließt. Von dort wird es entweder in einem Reservoir gespeichert oder direkt im Gebäude genutzt. Zwischen der Kernmembran und der Folie lässt sich optional noch eine Zwischenschicht aus Vlies oder Multifilament-Gewebe integrieren. Das erhöht die Wasseraufnahmekapazität des Elements.
Mit einem Gewicht von lediglich einem Kilogramm pro Quadratmeter ist Hydro-Skin extrem leicht. Deshalb und aufgrund ihrer modularen Bauweise lassen sich die Elemente vergleichsweise einfach und problemlos an Fassaden montieren – auch an Bestandsgebäuden.
Praxistest am Demonstrator-Hochhaus
Um die Hydro-Skin-Technologie in der Praxis zu testen, wurden auf dem Campus der Universität Stuttgart am dortigen „Demonstrator-Hochhaus D1244“ zwei Etagen mit den textilen Fassadenelementen ausgestattet. Bei einem Starkregen im August letzten Jahres nahmen die hydroaktiven Hüllen in weniger als 30 Minuten mehr als 24 Liter pro Quadratmeter auf.
„Es zeigte sich, dass die Hydro-Skin-Fassade mehr als das Doppelte an Regenwasser aufnehmen kann im Vergleich zu einer gleich großen Dachfläche desselben Gebäudes“, erklärt Christina Eisenbarth. Würde man nur ein Viertel einer Gebäudefassade mit Hydro-Skin ausstatten, könne man den Regenwasserabfluss in die Kanalisation um bis zu 54 % reduzieren.
Hochhäuser sind für die Anwendung hydroaktiver Fassaden besonders gut geeignet. Zum einen, weil sie besonders große Fassadenflächen haben. Zum anderen verstärken die größeren Windgeschwindigkeiten ab einer gewissen Höhe den Verdunstungskühleffekt. Und auch bei der Regenspeicherung haben Anwendungen in luftiger Höhe Vorteile. „Ab einer Höhe von 29 m trifft durch den Windeinfluss mehr Regen auf die Fassade als auf eine gleich große Dachfläche desselben Gebäudes“ erläuterte Christina Eisenbarth Ende 2024 in einem Gespräch mit der Frankfurter Rundschau.
