Bauteilaktivierung: Beton-Wände als Speicher für Solarwärme effizient nutzen

Wie sich in Beton gespeicherte Solarwärme effizient für die Gebäudeheizung nutzen lässt, hat die Arbeitsgruppe von Prof. Matthias Pahn an der Technische Universität Kaiserslautern (TUK) untersucht. Das Ergebnis ist ein Heizsystem mit neuartigen Bauteilen, die ihre eigene Masse als Wärmespeicher nutzen. An einem Prototypen hat das Forschungsteam die Funktionstüchtigkeit des Konzepts nachgewiesen. Im nächsten Schritt soll ein Praxistest folgen.

Pahn sieht im Gebäudesektor gibt zwei Stellschrauben, um Treibhausgasemissionen zu reduzieren. „Entweder man optimiert die Dämmung oder setzt auf Erneuerbare Energien“, sagt er. Die Dämmung sei technisch, ökonomisch und ökologisch nahezu ausgereizt. Sie berge in punkto Emissionen kaum noch zusätzliches Potenzial. „Deswegen haben wir untersucht, wie sich die Solarthermie in der Praxis bestmöglich zum Heizen nutzen lässt“, so Phan.

Beton-Wand wird gezielt als Wärmespeicher be- und entladen

„Beton hat grundsätzlich ein sehr gutes Wärmespeichervermögen“, sagt Tillman Gauer, Doktorand in der Arbeitsgruppe von Pahn. Die sogenannte thermische Bauteilaktivierung ist daher schon lange ein Thema beim Bau von Solarhäusern. Aber erst mit Einsatz der multifunktionalen Bauteile werde die Wärme effizient für die Gebäudeheizung nutzbar. Das Bauteil besteht in diesem Fall aus einer Tragschale, einer 14 cm dicken Dämmung und einer Vorsatzschale. In den Bauteilen verlaufen dünne Rohrleitungen, ähnlich wie bei einer Fußbodenheizung. Diese transportieren warmes Wasser ins Bauteil, kaltes Wasser zurück zum Heizsystem und speichern so Wärme ein. So wird die Betonwand aktiv mit Wärme beladen. Wenn sich die Wand nur um wenige Grad Celsius aufheizt, reiche das aus, um innen eine behagliche Wärme zu erzeugen.

Das Team der TUK koppelt die multifunktionalen Bauteile und die Solarthermie-Anlage mit einem regulären Heizsystem. Das kann zum Beispiel eine Fußbodenheizung mit Wärmepumpe sein. Diese springt ein, wenn nicht genug Sonnenwärme zur Verfügung steht. Zusätzlich nimmt ein Pufferspeicher bei Bedarf Solarwärme auf. Eine zentrale Steuerung mit Temperaturfühlern an wichtigen Stellen regelt das Gesamtsystem. Dabei hat die Solarthermie grundsätzlich Vorrang.

Interessierte Bauherren für Praxistest des Beton-Solarwärme-Speichers gesucht

Die Langzeittests mit dem Prototypen hat Gauer in einem der kleinen Gebäude im Small House Village der TUK durchgeführt. Diese stehn den Forschenden als baulicher Experimentierraum zur Verfügung. Dort ist die „Hybridheizung“, in dem Fall eine Kombination aus Solarthermie und Erdwärme, seit über drei Jahren im Regelbetrieb. Sie 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 Gauer.

Was jetzt noch fehlt, ist der praktische Einsatz in einem klassischen Einfamilienhaus. Daher sucht das Forschungsteam interessiert Bauwillige, die das System testen wollen. Am besten sei dafür die Kombination mit einer Fußbodenheizung, die ebenfalls geringe Vorlauftemperaturen benötigt. Es reiche, einen Teil der schattigen Nordfassade mit den Betonbauteilen auszustatten, sagt Gauer. Im Gebäudeinneren brauche das System kaum Platz. „Die Rohleitungen verlaufen in der Wand und die Steuerungstechnik passt in eine Ecke bzw. in einen kleinen Heizraum,“ sagt Gauer.

Auch andere Forschungseinrichtungen arbeiten an ähnlichen Ideen. Zum Beispiel hat AEE Intec eine multifunktionale Energiefassade entwickelt, die ungedämmte Bestandsgebäude zugleich von außen isolieren und beheizen soll.

02.05.2022 | Quelle: TU Kaiserslautern | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH