1. Preis Natur- und Technikwissenschaften 2025

Wie hydroaktive Gebäudehüllen Städte kühler und lebenswerter machen

Text: Dorthe March

Fotos: Patrick Pollmeier

Weltweit stellen Starkregen und Hitzewellen Städte vor zunehmende Herausforderungen. Laut Bundesumweltministerium führten Starkregenereignisse im Jahr 2021 allein in Deutschland zu Schäden in Höhe von mehr als 40 Milliarden Euro. Während versiegelte Flächen bis zu 90 Prozent des Regenwassers ungenutzt in die Kanalisation abführen, heizen sie sich an heißen Sommertagen auf bis zu 50 Grad Celsius zusätzlich zur Lufttemperatur auf und verstärken so die städtische Hitzebelastung. „Wir selbst verwandeln unsere Städte in urbane Hitzeinseln und Hochwasserwannen“, warnt Eisenbarth.

„Klimaanlagen sind keine Lösung. Im Gegenteil: Deren Nutzung als Reaktion auf die steigenden Temperaturen verstärkt den städtischen Wärmeinsel-Effekt und erhöht den Kühlbedarf“, sagt die Architektin und Stadtplanerin. Stattdessen rücken Gebäudefassaden in den Fokus: Sie nehmen den größten Flächenanteil in Städten ein, doch ihr Potenzial zur Klimaanpassung ist bislang kaum genutzt. „Wir werden die globalen Herausforderungen nicht allein durch Klimaschutzmaßnahmen bewältigen können“, ist Eisenbarth überzeugt. „Das Bauwesen muss dringend um die Dimension der Klimaanpassung erweitert werden – hin zu einer resilienten und damit zukunftsfähigen Baukultur.“

„Von der Utopie zur Baupraxis“

HydroSKIN heißt die Fassadentechnologie, die Eisenbarth im Rahmen ihrer Promotion entwickelt und erforscht hat. In ihrer Arbeit legt sie die technologischen und werkstoffspezifischen Grundlagen zur funktionalen Gestaltung und baupraktischen Anwendung – ein großer Schritt auf dem Weg „von der Utopie zur Baupraxis“.

Ihre Hypothese: Mehrlagige textil- und folienbasierte Fassadenelemente eignen sich zur Regenwasseraufnahme und zur Verdunstungskühlung. Um das zu belegen, haben Eisenbarth und ihre Kolleg:innen mehr als 600 Versuche an über 40 unterschiedlichen Textilien durchgeführt – darunter Tests zum Tropfenaufprallverhalten und zur Verdunstungskühlung an verschiedensten Natur- und Synthetikstoffen.

Entstanden ist ein universell einsetzbares, ultraleichtes Fassadensystem mit über 1.000 Kombinationsmöglichkeiten, das sich flexibel an Klima, Gebäude und Nutzerbedürfnisse anpassen lässt. Nicht nur im Labor wurden die Systeme getestet: Seit August 2022 sind auch fünf mehrlagige Fassadensysteme im Maßstab 1:1 am Demonstrator-Hochhausgebäude des Sonderforschungsbereiches 1244 ihrer Promotionsuniversität, der Universität Stuttgart, im Realeinsatz – und das mit vielversprechenden Ergebnissen.

Überschüssiges Nass sinnvoll nutzen

„Textilien bringen gleich mehrere Vorteile mit sich“, sagt Eisenbarth. Dank ihrer feinmaschigen Struktur fangen sie nahezu das gesamte Regenwasser auf. Mit wenig Materialeinsatz entstehe zudem eine große und gleichermaßen wirksame Oberfläche zur Wasseraufnahme und Verdunstung. Ein weiterer Pluspunkt: Polyestertextilien lassen sich vollständig aus recycelten PET-Flaschen herstellen – und nach ihrem Lebensende auch wieder zu 100 Prozent recyceln.

Eingespannt wird der spezielle Textil- und Folienaufbau in Aluminiumrahmen. „Regentropfen treffen auf eine wasserdurchlässige, textile Außenlage, die vor Schmutz und Insekten schützt“, erläutert Eisenbarth. Eine Abstandslage leite das Wasser weiter und verstärke durch ihre hohe Luftzirkulation den Verdunstungskühleffekt. „An einer wasserführenden Folienlage fließt das Regenwasser dann in eine Art Rinne im unteren Rahmenprofil ab. Von dort kann es in ein Reservoir geleitet oder im Gebäude als Brauchwasser genutzt werden – überschüssiges Nass wird so einer sinnvollen Nutzung zugeführt, die den Frischwasserverbrauch in einem Wohngebäude um bis zu 46 Prozent senken kann“, sagt die HydroSKIN-Entwicklerin. An heißen Tagen werde entsprechend aufbereitetes Wasser über Sprühdüsen im oberen Rahmenprofil in die Textilien zurückgeführt, um durch Verdunstung den Stadtraum und das Gebäudeinnere zu kühlen.

Urbane Hitzeinseln kühlen

Besonders effektiv sei der Einsatz hydroaktiver Hüllen an hohen Gebäuden: Dort verstärke der Wind die Aufnahme des Regenwassers. „Ab einer Gebäudehöhe von rund 29 Metern kann die Fassade pro Quadratmeter sogar mehr Regen erfassen als die Dachfläche desselben Gebäudes.“ Messungen aus Eisenbarths Forschung zeigen, dass unter diesen Bedingungen mehr als das Doppelte der Niederschlagsmenge auf die Fassade trifft. Bei einem Regenereignis im vergangenen Jahr seien das über 24 Liter pro Quadratmeter gewesen – in nur 20 Minuten.

Auch die Verdunstungskühlung nehme durch den Wind zu. „An heißen Sommertagen erreicht die Oberfläche der hydroaktiven Hüllen im trockenen Zustand rund 35 Grad Celsius – durch die Bewässerung der Textilflächen lässt sich die Temperatur auf bis zu 17 Grad Celsius senken“, erläutert Eisenbarth. Mit einer Kühlleistung von etwa 500 Watt pro Quadratmeter wiesen 50 bis 100 Quadratmeter hydroaktive Hüllfläche die gleiche Leistung wie eine 50 Jahre alte Eiche auf – und bereits fünf Quadratmeter kühlten so stark wie eine Klimaanlage, veranschaulicht Eisenbarth. HydroSKIN könne so nicht nur den Energieverbrauch in Gebäuden senken, sondern auch zur Abmilderung städtischer Hitzeinseln beitragen: Ein Quadratmeter Hüllfläche neutralisiere dabei die Erwärmung von rund 1,8 Quadratmetern Beton oder 1,4 Quadratmetern Asphalt an heißen Sommertagen.

Impulse für die Bau- und Textilindustrie

Die Tests im Freien zeigen: Probleme wie Algen oder Schimmel sind bislang nicht aufgetreten. Das spricht dafür, dass sich HydroSKIN auch für den dauerhaften Einsatz in der Architektur eignet. „Dank des geringen Flächengewichts lässt sich das System sowohl im Neubau einsetzen als auch im Gebäudebestand nachrüsten“, erläutert Eisenbarth. Vielfältige Form-, Farb- und Mustervarianten eröffnen nahezu unbegrenzte Gestaltungsmöglichkeiten. Die opak bis transluzent gestaltbaren Systeme lassen sich zudem als Sonnenschutzelemente einsetzen.

Eisenbarth ist nun darum bemüht, ihre Forschung an ihrer neuen Wirkungsstätte, der Technischen Universität Darmstadt, fortzuführen und bis hin zu baupraktischen Anwendungen weiterzuentwickeln. „HydroSKIN ist ein Beispiel dafür, wie technische Innovationen nicht nur neue Wege für klimaresilientes Bauen eröffnen, sondern auch wirtschaftliche Impulse für die Bau- und Textilindustrie setzen können“, sagt Eisenbarth.

Christina Eisenbarth studierte Architektur an der Schule für Architektur Saar in Saarbrücken und der École Nationale Supérieure d’Architecture in Nancy (Bachelor) sowie Architektur und Stadtplanung in an der Universität Stuttgart (Master). Dort promovierte sie und absolvierte ein Forschungsstipendium als Gastwissenschaftlerin an der School of Architecture, Design and Planning der University of Sydney. Sie ist Initiatorin und Leiterin der Transfer- und Gründerunternehmung „HydroSKIN“ im Rahmen der Technologie-Transfer-Initiative (TTI GmbH) der Universität Stuttgart. Seit 2025 ist sie Professorin am Fachbereich Architektur der Technischen Universität Darmstadt und leitet dort das Fachgebiet „Entwerfen und Technologie resilienter Architektur“ (engl.: Institute for Technology and Resilience in Architecture – kurz: ITRA).

Beitragstitel: Klimaresilienz, Ressourcen- und Energieeffizienz von der Utopie zur Baupraxis: Textile Gebäudefassadenelemente zur Regenwasseraufnahme und Verdunstungskühlung

Christina Eisenbarth

eisenbarth@itra-tu-darmstadt.de

Promotion an der Universität Stuttgart, Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK), Fakultät 1 für Architektur und Stadtplanung