Künftig sollen Neu­bauten mit integrier­ten Energiesys­temen mehr Energie produ­zieren, als für den Eigenbedarf benötigt wird.

Grundlage dieser For­schung bilden bionische Entwürfe für thermo­adap­tive Gebäudehüllen. Sie basieren – die Natur kopie­rend – auf der Nutzung der Sonnenenergie durch «Gebäudeinte­grierte Photovoltaik» (GiPV). Analog zu natürlichen Körperhüllen ­Systemen sollen sich die Hüllen aber im Laufe des Tages und über das Jahr gesehen gegen­ über Lichteinfall, Wärme und Luftfeuch­tigkeit adaptiv (anpassend) und responsiv (antwortend) verhalten.

In der Natur sind die vielen ver­schiedenen adaptiven Funktionen einer Körperhülle meist als Facetten eines einzigen Rohstoffes im Organismus vorhanden. In der Technik hin­gegen werden zahlreiche mono­funktionale Komponenten zu Systemen zusammengefügt, um die notwendige Multifunktionalität zu schaffen. Intel­ligente Lösungen für Plus­-Energie-­Fassa­den können daher nur dann erreicht werden, wenn die Gebäudehülle nicht nur hochwertige thermische Eigenschaf­ten aufweist, sondern auch selbstregulie­rend durch die intelligente Integration statischer und adaptiver Funktionen vari­ierende Bedingungen ausgleichen kann.

Das Beispiel eines bio­inspirierten Konzeptes basiert auf der Adaption einer alten Erkenntnis: Gebäude in heissen Klimazonen sind in hellen Farben gestri­chen, um ein Aufheizen der Oberfläche zuvermeiden. Gebäude in kälteren Regionen sind in dunklen Farben gehalten, um das Aufheizen der Oberfläche durch die solare Ein­strahlung möglichst effektiv zu nutzen. In gemässigten Klima­zonen wäre eine Kombination ideal: im Sommer eine Minimierung des thermi­schen Absorptions­vermögens der Fassaden­oberfläche, im Winter eine maximale Nutzung dieser Energie durch passive solare Wärmespeicherung. Dazu soll die Farbanpassungsfähigkeit des Herkuleskäfers adaptiert werden. Sein Panzer verändert die Farbe durch die poröse Strukturierung im Chitinpanzer und darin eingebettete photonische Kris­talle, die das Licht in Abhängigkeit der Luftfeuchtigkeit und Wärme unterschiedlich reflektieren.