So lässt sich Sonnenergie in Wänden speichern
Wenn Bauteile eines Hauses Wärme speichern, spart das Heizenergie und kann erheblich zur Energieeffizienz des Gebäudes beitragen. Mit diesem Ansatz hat die TU Kaiserslautern eine „Hybridheizung“ entwickelt, die sich bereits in Langzeittests bewährt hat.
Die Bauteile bestehen (von unten nach oben) aus einer Tragschale mit dünnen Rohleitungen, einer schmalen Dämmung und einer Vorsatzschale, die die Dämmung schützt.
Foto: TUK
Die Energiebilanz moderner Gebäude hat sich in den vergangenen Jahren immer weiter verbessert. Zwei Ansätze haben dazu vor allem beigetragen: Zum einen sorgen optimierte Konzepte zur Dämmung dafür, dass weniger Heizenergie ungewollt an die Umgebung abgegeben wird. Zum anderen werden verstärkt erneuerbare Energien genutzt, um den Bedarf zu decken. Wie also kann die Treibhausgasbilanz von Immobilien weiter verbessert werden? Für Matthias Pahn von der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) ist die Antwort klar: „Der Faktor Dämmung ist mittlerweile technisch, ökonomisch und ökologisch nahezu ausgereizt und birgt in punkto Emissionen kaum noch zusätzliches Potenzial. Deswegen haben wir untersucht, wie sich die Solarthermie in der Praxis bestmöglich zum Heizen nutzen lässt.“
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Solarthermie heizt die Wände und damit das Haus auf
Hier steht die Sonnenergie im Fokus, allerdings ist sie bekanntermaßen nicht rund um die Uhr verfügbar. Die Forschenden haben daher nach einer Lösung gesucht, um Gebäude durch Sonnenwärme aufzuheizen und diese dann möglichst lange verfügbar zu halten. „Beton hat grundsätzlich ein sehr gutes Wärmespeichervermögen“, sagt Tillman Gauer, Doktorand in Pahns Arbeitsgruppe. Das reicht aber nicht aus. Deswegen haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein spezielles System aus mehreren Schichten entwickelt.
Die Wände bestehen jetzt aus drei Elementen: einer Tragschale, einer Dämmung, die 14 Zentimeter dick ist, sowie einer Vorsatzschale. Der Clou sind dünne Rohrleitungen, die in den Bauteilen verlegt wurden und dem gleichen System entsprechen, wie es auch für Fußbodenheizungen verwendet wird. Diese sind mit Wasser gefüllt – das wärmt sich bei Sonnenschein auf und hält die Wärme verhältnismäßig lange. Abgekühltes Wasser wird später zum Heizsystem transportiert.
Nach Angaben der Forschenden wird es in den Innenräumen behaglich warm, wenn sich die Wand nur um wenige Grad Celsius aufheizt. Parallel haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein reguläres umweltfreundliches Heizsystem eingebaut, in diesem Fall ist es eine Wärmepumpe, gekoppelt mit einer Fußbodenheizung. Sie heizt das Gebäude auf, wenn die zur Verfügung stehende Sonnenenergie dafür nicht ausreicht. Wenn umgekehrt überschüssige Sonnenenergie vorhanden ist, kann sie in einen Pufferspeicher geleitet werden.
Eine intelligente Steuerung sorgt für die maximal mögliche Ausnutzung der Solarthermie
Für die Effizienz dieses Systems ist eine intelligente Steuerung unverzichtbar: Temperaturfühler sind an entscheidenden Punkten im Haus verteilt und senden die Messwerte an den Zentralrechner. Der ist mit einem speziellen Algorithmus ausgestattet, der die Situation bewertet, also: Wie warm ist es aktuell im Raum? Gibt es ein solares Angebot? Die daraus folgende Entscheidung ist darauf ausgelegt, eine möglichst hohe Ausnutzung der Solarthermie zu erreichen.
Das System funktioniert nicht nur in der Theorie. Den Ingenieurinnen und Ingenieuren steht ein kleines Gebäude für Praxistests zur Verfügung. Dort läuft die sogenannte Hybridheizung bereits seit mehr als drei Jahren. „Über zwei Durchbrüche in der Betonwand, in die sich Bauteile ein- und ausbauen lassen, konnten wir dabei verschiedene neuartige Bauteile und Materialien testen und so das System optimieren“, erklärt Bauingenieur Gauer.
Forschende suchen ein Einfamilienhaus für die nächste Teststufe
Zufrieden ist das Forscherteam aber noch nicht. Die Bedingungen sollen noch alltagsnäher werden. Anders gesagt: „Wir suchen Bauherren, die das System testen möchten – idealerweise in Kombination mit einer Fußbodenheizung, die ebenfalls geringe Vorlauftemperaturen benötigt“, sagt Gauer. Er verspricht, dass es dafür nicht nötig sei, das Haus umfangreich umzubauen. „Es reicht völlig aus, einen Teil der schattigen Nordfassade mit den funktionalisierten Betonbauteilen auszustatten. Innen nimmt das System kaum Platz weg – die Rohrleitungen verlaufen in der Wand und die Steuerungstechnik passt in eine Ecke beziehungsweise in einen kleinen Heizraum.“ Besteht das System auch diesen Test, wäre das der nächste Schritt zur Marktreife.
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