Sonnenwärme effizient in der Wand speichern: TU Kaiserslautern entwickelt Beton mit energetischem Zusatznutzen
Sonnenwärme heizt Beton auf. Wie sich diese Wärme effizient für die
Gebäudeheizung nutzen lässt, hat die Arbeitsgruppe von Prof. Dr.-Ing.
Matthias Pahn an der Technische Universität Kaiserslautern (TUK)
untersucht. Ergebnis ist ein Heizsystem mit neuartigen Bauteilen, die ihre
eigene Masse als Wärmespeicher nutzen. Die Funktionstüchtigkeit des
Konzepts konnten die Bauingenieure anhand eines Prototyps nachweisen und
sind jetzt bereit für den Schritt in die bauliche Praxis.
„Im Gebäudesektor gibt es zwei Stellschrauben, um Treibhausgasemissionen
zur reduzieren: Entweder man optimiert die Dämmung oder setzt auf
Erneuerbare Energien“, umschreibt Pahn die grundlegende Herangehensweise.
„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.“
Sonnenwärme steht nicht rund um die Uhr zur Verfügung. Deswegen war der
konzeptionelle Ansatz der Forschenden, die Energie in der Gebäudewand
langanhaltend bis in die Nacht hinein verfügbar zu halten. „Beton hat
grundsätzlich ein sehr gutes Wärmespeichervermögen“, erläutert Tillman
Gauer, Doktorand in der Arbeitsgruppe von Pahn. „Aber erst mit Einsatz der
multifunktionalen Bauteile – aufgebaut aus einer Tragschale, einer 14 cm
dicken Dämmung und einer Vorsatzschale – lässt sich die Wärme auch
effizient für die Gebäudeheizung nutzen. In den Bauteilen verlaufen dünne
Rohrleitungen, wie sie auch bei der Fußbodenheizung zum Einsatz kommen.
Diese transportieren warmes Wasser ins Bauteil, kaltes Wasser zurück zum
Heizsystem und speichern so Wärme ein. So kann das Heizsystem
bedarfsgerecht auf die Sonnenenergie zugreifen.“
Wenn sich die Wand nur um wenige Grad Celsius aufheizt, reicht das aus, um
innen eine behagliche Wärme zu erzeugen. Gekoppelt sind die
multifunktionalen Bauteile und die Solarthermie mit einem regulären
Heizsystem, zum Beispiel einer Fußbodenheizung mit Wärmepumpe, die
einspringen kann, wenn nicht genug Sonnenwärme zur Verfügung steht. Ist zu
viel Sonnenwärme verfügbar, kann diese in einem Pufferspeicher
„zwischengelagert“ werden. Dieses innovative System wird im Hintergrund
geregelt: Temperaturfühler melden ihre Messwerte an den Zentralrechner,
der Algorithmus-gesteuert entscheidet: Wie warm ist es aktuell im Raum,
gibt es ein solares Angebot usw.? Dabei hat die Solarthermie als
klimafreundlicher Energieträger grundsätzlich den Vorzug.
Die Langzeittests hat Gauer in einem der kleinen Gebäude im Small House
Village der TUK durchgeführt, die Forschenden als baulicher
Experimentierraum zur Verfügung stehen. Dort ist die „Hybridheizung“, in
dem Fall eine Kombination aus Solarthermie und Erdwärme, seit über drei
Jahren im Regelbetrieb und hat sich bewährt. „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“, ergänzt der Bauingenieur.
Was jetzt noch fehlt, ist der praktische Einsatz in einem klassischen
Einfamilienhaus. „Wir suchen Bauherren, die das System testen möchten –
idealerweise in Kombination mit einer Fußbodenheizung, die ebenfalls
geringe Vorlauftemperaturen benötigt“, sagt Gauer. „Was die bauliche
Umsetzung betrifft, reicht es völlig aus, einen Teil der schattigen
Nordfassade mit den funktionalisierten Betonbauteilen auszustatten. Innen
nimmt das System kaum Platz weg – die Rohleitungen verlaufen in der Wand
und die Steuerungstechnik passt in eine Ecke bzw. in einen kleinen
Heizraum.“
