Haustech 1/2019

Blick in die Zukunft

Das Fenster als Kraftwerk: Die US-Firma SolarWindow arbeitet an PV-Zellen, die in normale Fensterflächen integriert werden können. Hier demonstriert CEO John Conklin (l.) einen Prototypen. (Foto: SolarWindow)
Michael Staub /

Wärmedämmung, Schallschutz und Einbruchsicherheit gehören bei modernen Fenstern zu den Standardanforderungen. Seit bald zehn Jahren gibt es nun zahlreiche Versuche, das Bauteil smart zu machen. Einzelne Anwendungen sind bereits marktfähig, andere haben noch einen weiten Weg vor sich.

In den letzten zehn Jahren haben Fenster einen gewaltigen Sprung gemacht: Ihre Wärmedämmung wurde merkbar verbessert, was dichtere Gebäudehüllen und damit einen tieferen Energiebezug ermöglicht. Die heute übliche Dreifachverglasung bietet einen guten Schallschutz, zertifizierte Fenster der Widerstandsklasse RC2 oder höher gewährleisten zudem einen guten mechanischen Einbruchschutz. Das bauphysikalische Niveau der Fenster ist damit gut bis sehr gut. Womöglich wird das Bauteil auch eine Rolle bei der Digitalisierung der Gebäudehülle spielen. Manche dieser kühnen Visionen sind in den letzten Jahren gescheitert oder scheinen seit Jahren zu stagnieren. Andere Projekte befinden sich im Entwicklungsstadium oder sind bereits auf dem Markt erhältlich – ein Überblick lohnt sich.

Leuchtende Träume

Bereits vor zehn Jahren zeigte Philips Research den Prototypen eines volltransparenten Moduls aus Organischen Leuchtdioden (OLED). Die Fläche war im unbeleuchteten Zustand komplett transparent. Beim Anlegen der Spannung verwandelte sie sich in eine Lichtquelle. Die Möglichkeiten solcher transparenter OLEDs (T-OLEDS) für den Fensterbau schienen bestechend: Wie am Tag würde auch am Abend und in der Nacht das Licht von derselben vertrauten Quelle stammen, und statt auf schwarze Löcher würde man auf sanft beleuchtete Flächen sehen. Doch das Fenster zur Leuchte zu machen, erwies sich in der Praxis als harte Nuss. Wie so oft bei neuen Technologien scheinen Skalierung und Serienreife grosse Probleme zu bereiten. Philips hat seine OLED-Sparte und damit auch die «Lumiblade»-Technologie 2015 an die US-Firma OLEDworks verkauft, vom «OLED Window» hat man seither nicht mehr viel gehört.  

In einer langen Geburtsphase steckt ein weiterer Fenstertyp, das Fenster als Bildschirm. Unvergessen ist die Szene aus dem Film «Minority Report» (Steven Spielberg, USA 2002), in der Tom Cruise mit lässigen Gesten Videoclips, Fahndungsbilder und weitere Informationen auf einem gigantischen, gekrümmten Glasdisplay arrangiert. An dieser Science-Fiction-Vision hat sich die Glas- und IT-Industrie seit nunmehr 15 Jahren abgearbeitet. Verschiedene asiatische und europäische Hersteller bieten inzwischen transparente Displays an, so etwa die deutsche Lang AG. Diese Bildschirme sind jedoch genau das: Bildschirme. Zwar zeigte LG bereits 2014 den Prototypen eines «Window Display» mit einer Diagonale von 47 Zoll. Auf den drei Fensterflügeln konnten zum Beispiel Informationen zu den durch das Fenster sichtbaren Gebäuden oder  Sehenswürdigkeiten angezeigt werden. Für touristische Anwendungen mag dies sinnvoll sein. Im normalen Wohn- oder Bürobauten scheint der Mehrwert aber gering.

Autos mit Vorsprung

Bereits umgesetzt wurde das «Fenster als Display»-Prinzip in zahlreichen Automodellen. Das aus der Militärluftfahrt stammende «Head Up Display (HUD)» zeigt zum Beispiel die aktuell erlaubte Geschwindigkeit, nahende Verzweigungen oder Probleme bei der Spurhaltung an. In verschiedenen europäischen Fahrzeugreihen, etwa in der S- und C-Klasse von Mercedes oder dem Audi A7, werden die HUD von Continental verbaut. Im Sommer 2018 gab Continental bekannt, gemeinsam mit dem US-Unternehmen DigiLens ein holografisches HUD zu entwickeln. Durch die Nutzung der Wellenleitertechnologie kann das Anzeigefeld verdoppelt werden, gleichzeitig schrumpft das Gerätevolumen auf ein Sechstel des Vorgängermodells. Ein bisschen «Minority Report» ist also durchaus möglich – was für normale Fenster noch fehlt, scheinen eher die relevanten Informationen zu sein.

Nicht nur auf dem Fenster, sondern auch durch das Fenster sollten Daten fliessen. Dies war die Vision hinter dem «Window of Opportunity», das Ericsson 2013 vorstellte. Die Forscher des schwedischen Konzerns hatten transparente Antennen entwickelt, die in normale Fenster eingebaut werden sollten. Die Vision dahinter: Indem solche Fenster als Repeater für die bestehenden GSM- und WLAN-Signale dienten, sollten sie die Netzabdeckung ohne den teuren und langwierigen Bau von normalen Antennen verbessern. Das Projekt wurde jedoch nicht weiterverfolgt. Und in ganz Europa wird das Problem bekanntlich anders gelöst, nämlich durch die Einführung des 5G-Standards für den Mobilfunk.

Fenster als Kraftwerk

Seit längerem verfolgen verschiedene Firmen den Traum vom «Solarfenster». Transparente, zuweilen auch unsichtbare PV-Zellen sollen Strom produzieren und trotzdem ungehinderte Aussicht gewährleisten. 2014 produzierten Forscher der Michigan State University eine vollkommen transparente Solar-Folie. Damit konnte im Prinzip jede Glasoberfläche in ein PV-Modul verwandelt werden. Unter dem Namen «ClearView Power» wird die Technologie inzwischen vom US-Unternehmen Ubiquitous Energy vermarktet. Eine andere Firma, SolarWindow aus Arizona, arbeitet mit dem National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums zusammen. Mit dem neusten Forschungsprojekt von SolarWindow sollen sogar biegbare, transparente PV-Zellen möglich werden.
Wenn die Herstellungsprozesse etabliert sind, könnte normales Floatglas mit transluszenten Solarzellen beschichtet werden. Damit würden Strom produzierende Glasfassaden möglich, eine neue Variation der «Building Integrated Photovoltaics (BIPV)». In der Schweiz, wo aus Gründen des Denkmalschutzes, des Ortsbildes und unterschiedlicher Geschmäcker heftig bis erbittert über die solare Nachrüstung des Gebäudeparks gestritten wird, würden solche Glasfassaden vermutlich besser akzeptiert als monolithische Aufdach- oder Fassadenanlagen.

Elektrochrome Gegenwart

Neben den zahlreichen Fenster-Visionen, die nicht oder nur langsam umgesetzt werden, gibt es durchaus Weiterentwicklungen, die bereits heute verfügbar sind. So etwa bei elektrochromen Fenstern, die im Prinzip wie eine Batterie aufgebaut sind: Zwischen zwei Scheiben mit elektrochromen Schichten liegt in einer Art Sandwich-Konstruktion ein häufig halbfester und gelartiger Ionenleiter. Je nach elektrischer Ladung erscheint diese Schicht transparent oder opak. Elektrochrome Gläser für Aussenfenster werden von einer Handvoll Unternehmen hergestellt. Neben Sage gehören dazu etwa View, Gesimat, E-Control oder Halio.

Das Potenzial liegt bei der Gebäudehülle weniger im Sichtschutz als im Sonnenschutz: Mit Fensterflächen, die auf Knopfdruck abgetönt werden, kann der thermische Eintrag beträchtlich verringert werden. Ebenso lassen sich störende Blendungen infolge des Sonnenstands verringern. Verschiedene Firmen arbeiten derzeit an der Kombination von elektrochromem Glas und Algorithmen. Das Ziel ist ein Fenster, das den Sonnenschutz gleichsam selbstständig nachführt und damit störungsfreies Arbeiten ermöglicht. Einen ersten Einblick in die Möglichkeiten gibt ein Flug mit der Boeing 787. Der «Dreamliner» bietet seinen Passagieren nicht mehr die üblichen Fensterjalousien zum Schieben, sondern elektrochromatische Fenster. Deren Lichtdurchlässigkeit kann in fünf Stufen geschaltet werden. Gut vorstellbar, dass eine wesentlich feinere Steuerung künftig auch für Fenster im Gebäude zum Einsatz kommt.

Teilautomatisierte Gebäudehülle

Seit längerem gibt es Fensterkontakte, die mit der Heizungssteuerung verbunden werden können und damit den Energiebedarf für die Raumwärme senken. 2017 hat Velux nun eine artverwandte Lösung für Dachfenster vorgestellt. Unter dem Namen «Velux Active» werden motorisierte Fenster mit einer Wetterstation von Netatmo verbunden. Der Fenstermechanismus ebenso wie die Innenrollos können so automatisch gesteuert werden. Ebenso misst die Netatmo-Station weitere Parameter wie Luftfeuchtigkeit oder CO2-Gehalt. Neben einem angenehmen Innenraumklima bietet die Lösung auch die Gewissheit, dass alle Dachfenster geschlossen sind. Durch die Anbindung an Apples HomeKit-System ist eine einfache Bedienung via Smartphone oder Tablet möglich.