Heizen: Wenn der Beton auch ein Speicher für Sonnenwärme ist

Sonnenwärme heizt Beton auf. Wie sich diese Wärme effizient für die Gebäudeheizung nutzen lässt, haben Forscher der TU Kaiserslautern untersucht. Das Ergebnis ist ein Heizsystem mit neuartigen Bauteilen, die ihre eigene Masse als Wärmespeicher nutzen.

Quelle: Sven Paustian

Im «Small House IV» auf dem Universitätsgelände haben die Forscher untersucht, wie sich die Gebäudetragstruktur mittels multifunktionaler Bauteile energetisch nutzen lässt.

«Im Gebäudesektor gibt es zwei Stellschrauben, um Treibhausgasemissionen zu reduzieren: Entweder man optimiert die Dämmung oder setzt auf Erneuerbare Energien», erklärt TUK-Professor Matthias Pahn in einer Mitteilung der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK). Der Faktor Dämmung sei mittlerweile technisch, ökonomisch und ökologisch nahezu ausgereizt und berge hinsichtlich der Emissionen kaum noch zusätzliches Potenzial. Eine Arbeitsgruppe um Pahn hat deshalb untersucht, wie sich die Solarthermie in der Praxis bestmöglich zum Heizen nutzen lässt.

Da Sonnenwärme nicht rund um die Uhr zur Verfügung steht, verfolgten die Forscher den konzeptionellen Ansatz, die Energie in der Gebäudewand langanhaltend bis in die Nacht hinein verfügbar zu halten. Beton habe grundsätzlich ein sehr gutes Wärmespeichervermögen, erklärt Tillman Gauer, Bauingenieur und Doktorand in der Arbeitsgruppe. Die Wärme lasse sich jedoch erst mit dem Einsatz multifunktionaler Bauteile effizient für die Gebäudeheizung nutzen.

Beton-Bauteile speichern Sonnenwärme

Die dazu von den Forschern entwickelten Bauteile bestehen aus einer Tragschale, einer 14 Zentimeter dicken Dämmung und einer Vorsatzschale. In ihrem Inneren verlaufen dünne Rohrleitungen, wie sie auch bei Fussbodenheizungen zum Einsatz kommen, die warmes Wasser ins Bauteil und kaltes Wasser zurück zum Heizsystem transportieren und damit Wärme einspeichern. So könne das Heizsystem bedarfsgerecht auf die Sonnenenergie zugreifen, erklärt Gauer.

Heizt sich die Wand nun um nur wenige Grad Celsius auf, reicht das bereits aus, um im Inneren eine behagliche Wärme zu erzeugen. Die multifunktionalen Bauteile und die Solarthermie sind darüber hinaus mit einem regulären Heizsystem – etwa einer Fussbodenheizung mit Wärmepumpe – verbunden, die einspringen kann, wenn nicht genügend Sonnenwärme zur Verfügung steht.

Quelle: Sven Paustian

Die benötigte Regelung und Steuerung der Wärmeerzeuger (schwarz, rechts oben), Speicher (rot, Mitte) und Heizflächen (rot, Mitte links) erfolgt über Umwälzpumpen. Einzelne Ventile (rot, unten) ermöglichen das präzise Steuern von Be- und Entladevorgängen.

Ist hingegen zu viel Sonnenwärme verfügbar, könne diese in einem Pufferspeicher «zwischengelagert» werden. Das dahinter stehende System wird im Hintergrund geregelt und besteht aus Temperaturfühlern, die ihre Messwerte an einen Zentralrechner melden, der von einem Algorithmus gesteuert wird und einschätzt, wie warm es im Raum ist und ob es ein solares Angebot gibt. Die Solarthermie hat dabei als klimafreundlicher Energieträger grundsätzlich den Vorzug.

Hybridheizung seit drei Jahren in Betrieb

Die Funktionstüchtigkeit ihres Konzepts konnten die Forscher anhand eines Prototyps in einem kleinen Gebäude im Small House Village der TUK nachweisen. Im baulichen Experimentierraum wurden Langzeittests durchgeführt: Die «Hybridheizung» – in diesem Fall eine Kombination aus Solarthermie und Erdwärme – ist dort seit über drei Jahren im Regelbetrieb und konnte sich bewähren. «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 Gauer.

Was jetzt noch fehle, sei der praktische Einsatz in einem klassischen Einfamilienhaus. Dafür sind die Forscher nun auf der Suche nach Bauherren, die das System testen möchten – idealerweise in Kombination mit einer Fussbodenheizung, die ebenfalls geringe Vorlauftemperaturen benötigt. (mgt/pb)

Zur Mitteilung der Universität: www.uni-kl.de