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Sonnenwärmespeicherung in Gebäudewänden

(10.5.2022) Wie sich mit Sonnenwärme aufgeheizter Beton für die Gebäudeheizung nutzen lässt, hat die Arbeitsgruppe von Prof. Dr.-Ing. Matthias Pahn an der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) untersucht. Entstanden 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.

Das „Small House Village“ auf dem Gelände der TUK dient als Experimentierraum für die Bauforschung. Im abgebildeten Small House IV hat die Arbeitsgruppe von Prof. Dr.-Ing. Matthias Pahn untersucht, wie sich die Gebäudetragstruktur mittels multifunktionaler Bauteile energetisch nutzen lässt. (Foto © Sven Paustian) 

„Im Gebäudesektor gibt es zwei Stellschrauben, um Treibhausgasemissionen zur reduzieren: Entweder man optimiert die Dämmung oder setzt auf Erneuerbare Energien“, umschreibt Prof. Pahn die grundlegende Herangehensweise und stellt fest: „Der Faktor Dämmung ist mittlerweile technisch, ökonomisch und ökologisch nahezu ausgereizt und birgt in puncto Emissionen kaum noch zusätzliches Potenzial. Deswegen haben wir untersucht, wie sich die Solarthermie in der Praxis bestmöglich zum Heizen nutzen lässt.“

Die Sonne scheint bekannterweise nicht rund um die Uhr. Deswegen war der konzeptionelle Ansatz der Forscher, die Energie in der Gebäudewand langanhaltend bis in die Nacht hinein verfügbar zu halten. „Beton hat grundsätzlich ein sehr gutes Wärmespeichervermögen“, erinnert Tillman Gauer, Doktorand in der Arbeitsgruppe von Prof. Pahn.

Foto © TUK  

Herr Gauer erklärt: „Aber erst mit Einsatz der multifunktionalen Bauteile - aufgebaut aus einer Tragschale, einer 14 cm dicken Dämmung und einer Vorsatzschale - lässt sich die Wärme effizient für die Gebäudeheizung nutzen. In den Bauteilen verlaufen dünne Rohrleitungen, wie sie auch bei der Fußbodenheizung zum Einsatz kommen.“

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. Das ganze 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?

Die Langzeittests hat Doktorand Gauer in einem der kleinen Gebäude im Small House Village der TUK durchgeführt, die Forscher als baulicher Experimentierraum zur Verfügung stehen. Dort arbeitet die „Hybridheizung“, in dem Fall eine Kombination aus Solarthermie und Erdwärme, seit über drei Jahren im Regelbetrieb - und soll sich bewährt haben. „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.

Experimentierfreudige Bauherren gesucht

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 benötigt das System kaum Platz – die Rohleitungen verlaufen in der Wand und die Steuerungstechnik passt in eine Ecke bzw. in einen kleinen Heizraum.“

Fragen können per E-Mail an Dipl.-Ing. Tillman Gauer gestellt werden.

  
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