Energieeffizientes Konzept nutzt Thermowand

Betonbauteile speichern solare Wärme

Schematische Darstellung der Wärmeflüsse in einem Betonbauteil mit eingebautem Speichersystem. © Syspro

Ein System zur Optimierung von Heizungen mit Wärmepumpen hat Ragano aus Nordhorn entwickelt. Der Hersteller von Betonfertigteilen ist von einer bewährten Thermowand mit Dämmplatte im Kern ausgegangen. Sie wurde um ein Rohrleitungsnetz im Inneren ergänzt.

Die zwei durch Gitterträger verbundenen Betonschalen mit der Dämmung und den Kunststoffrohren werden auf der Baustelle mit Beton ausgegossen.
 Nach der Fertigstellung des Gebäudes zirkuliert in den Rohren ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel. Als Teil der Fassade funktionieren die Rohrleitungen als Absorber für solare Wärme. Werden die Thermowände im Bereich der Frostschürze, also in der Erde verbaut, lässt sich die Erdwärme nutzen. Das Verfahren läuft unter dem Oberbegriff Bauteilaktivierung.

Eine Wärmepumpe entzieht dem Flüssigkeitskreislauf in den Kunststoffrohren dann kontinuierlich Wärmeenergie, um sie zur Gebäudeklimatisierung zu nutzen. Dadurch sinkt die Temperatur der Absorberfläche unter die Temperatur der Umgebungsluft beziehungsweise des Erdreiches, sodass sie wieder neue Energie aus der Umgebung aufnehmen kann. "Bei einer Kombination dieses Heiz- und Kühlsystems mit einer Photovoltaikanlage ist sogar der Strombedarf zum Betrieb der Wärmepumpe weitgehend gedeckt, so dass ein energetisch autarkes Gebäude realisierbar ist", schreibt die Ingenieurin Alexandra Busch in einem Beitrag für die Syspro-Gruppe Betonbauteile. In dem Verein haben sich Unternehmen der Fertigteilindustrie zusammengeschlossen.

Beton speichert Wärme gut

Ein wesentlicher Unterschied zu üblichen Röhrenabsorbern oder Erdsonden liegt im erheblichen Wärmespeichervermögen der Betonkonstruktion. Stahlbeton erreicht mit einer Wärmekapazität von 2400 Kilojoule pro Kubikmeter etwa 60 Prozent der Wärmekapazität von Wasser. Ein Kubikmeter Beton speichert bei einer Temperaturerhöhung um 1 Kelvin 2400 Kilojoule oder rund 0,7 Kilowattstunden.

Diese günstigen Eigenschaften kann im Massivabsorber dazu genutzt werden, die Leistungsfähigkeit des Heizsystems zu verbessern. Das führt zu einem gleichmäßigen Betrieb der Wärmepumpe und zu einer günstigeren Leistungszahl. Idealerweise sind die Kunststoffrohrleitungen zudem in ohnehin vorhandene Bauteile wie Fassaden, Kelleraußenwände, Balkonbrüstungen oder Umfriedungs- und Abfangmauern eingegossen, was das System kostengünstig und bautechnisch einfach macht.

Da die Rohrleitungen des Massivabsorber-Heizsystems in gebäudeumschließende Bauteile integriert sind, müssen sie aber die gleiche Lebenserwartung haben wie die konstruktiven Bauteile selbst. Daraus ergeben sich wichtige Konsequenzen für die Materialwahl und die Herstellung. Es können nur Rohrmaterialien verwendet werden, die unter Betriebsbedingungen eine Lebenserwartung von wenigstens 50 Jahren haben.

Ein besonderes Augenmerk gilt dem Beton: Durch den Absorberbetrieb wird der Beton durch rasche Temperaturveränderungen, durch stärkere Feuchtebelastung und durch eine Vielzahl von Frost-Tauwechseln mehr beansprucht als bei einer üblichen Verwendung. Daher werden auch an die Betonherstellung weit höhere Anforderungen gestellt als üblich. Nach dem heutigen Wissensstand können daher Massivabsorber-Bauteile nur unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen in einem Betonfertigteilwerk hergestellt werden.

Wirtschaftlichkeit hängt von Planung ab

Bei laufender Wärmepumpe kühlt sich die Außenschale um etwa 3 bis 5 Kelvin unter die Temperatur der Außenluft ab. Unter durchschnittlichen Bedingungen nimmt die Absorberfläche einen Energiestrom von etwa 90 Watt je Quadratmeter aus der Umwelt auf. Bei Sonneneinstrahlung erhöht sich dieser Energiestrom um ein Vielfaches.

"Die Wirtschaftlichkeit des Systems wird entscheidend durch eine sorgfältige Abstimmung von Gebäudewärmeschutz, Größe, Lage und Ausbildung der Absorberflächen, Gebäudeheizung und der technischen Ausstattung bestimmt", schreibt Busch. Wichtige Einflüsse sind außerdem die Ausrichtung (Nord-Süd), die Farbe der Betonoberfläche und das Strahlungsangebot. 


Im Rahmen eines Projekts der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen werden derzeit verschiedene Ausbaustufen des Energiekonzeptes im Hinblick auf die Energieeinsparverordnung und KfW-Standards untersucht. Darin soll auch die Wirtschaftlichkeit detailliert bewertet werden. Jüngste Erkenntnisse zu Vorteilen beim Bau von Kellergeschossen nach EnEV 2016 sollen dabei einfließen, berichtet Busch. Quelle: Syspro / sue

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