Dein Haus als Wärmespeicher

Der Tod des Warmwasserspeichers? Das Gebäude wird zum Wärmespeicher. Gebäude mit hohen solaren Deckungsanteilen benötigen große Wassertanks als Wärmespeicher. Forscher entwickelten eine platzsparende Alternative: Überschüssige Wärme wird über Bauteilaktivierung in den Gebäudedecken gespeichert. Aktuell testen die Wissenschaftler das Konzept in einem Experimentalgebäude nahe Hannover. Die Bilanz des ersten Betriebsjahres liegt jetzt vor.


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Solare Wärme direkt für die Raumheizung nutzen.

Gebäude, die über einen guten Wärmedämmstandard verfügen und ihren Wärmebedarf zu mehr als 50 Prozent solarthermisch decken, werden als Sonnenhäuser bezeichnet. Wärmeüberschüsse werden meist im Wassertank im Gebäudeinneren gespeichert. Wissenschaftler des Instituts für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) erproben einen alternativen Ansatz, um hohe solare Deckungsanteile zu erreichen. Sie kombinieren einen kleinen Wärmespeicher mit direkt solarthermisch betriebener Bauteilaktivierung (BTA) von Massivdecken im Gebäude. Statt wie üblich in Sonnenhäusern einen Holzofen einzusetzen, setzen sie auf eine Wärmepumpe als Nachheizung für sonnenarme Tage. „Der bisher verwendete große Wärmespeicher mit mehreren Kubikmetern Wasser kann auf etwa ein Kubikmeter verkleinert werden“, erklärt Jan Steinweg, verantwortlicher Projektleiter am ISFH. „Das spart Kosten und der Platzbedarf ist geringer. Die sommerlichen Speicherverluste führen deutlich weniger zu Überhitzung.“ Die Bauteilaktivierung ist für die Deckung der Wärme-Grundlast ausgelegt. Sie ist knapp dimensioniert und dadurch relativ kostengünstig. Es gibt große Verlegeabstände, keine Unterverteilkreise und eine einfache Regelung.

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Hier zu sehen ist die Heizzentrale des Experimentalgebäudes bei Inbetriebnahme. © ISFH

Die Wärme wird in der Decke gespeichert

Wie sich dieses Konzept in der Praxis bewährt, untersuchen die Forscher momentan in einem Experimentalgebäude bei Hannover. Auf dem Dach des Hauses mit 270 Quadratmeter Wohnfläche sind 32 Quadratmeter Solarkollektoren installiert. Der durchschnittliche U-Wert der Gebäudehülle beträgt 0,27 W/m2K. Es kommt eine Sole-Wasser-Wärmepumpe zum Einsatz, deren Quelle ein klein dimensionierter, oberflächennaher Erdwärmekollektor ist.

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Hier findet die Verlegung der Bauteilaktivierungsleitungen im Erdgeschoss des Rohbaus statt. © ISFH

60 Prozent des Solarertrags zur Raumheizung nutzen

Die erste Jahresbilanz mit Messdaten von April 2015 bis März 2016 liegt jetzt vor. Der Bilanzzeitraum umfasst die Gebäude-Inbetriebnahme, bei der noch einige Regelstrategien optimiert werden mussten und das System noch nicht maximal effizient lief. Etwa 60 Prozent des Solarertrags sind direkt in der solarthermisch betriebenen Bauteilaktivierung zur Raumheizung genutzt worden. Dadurch deckte die Solaranlage direkt 43 Prozent des Raumheizbedarfs. Der solare Deckungsanteil für Heizung und Warmwasser beträgt insgesamt 52 Prozent, der Endenergiebedarf (Strom) für das Gebäude liegt bei acht kWh/m2. Das Gebäudekonzept hat sich als sehr robust erwiesen.

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Schematische Darstellung: Das Systemkonzept wurde nach diesem Energiefluss-Schema im Experimentalgebäude umgesetzt. © ISFH

Während der Messperiode prüften die Wissenschaftler mit sogenannten Stresstests die Belastbarkeit des Systems. Diese Untersuchungen tragen dazu bei, dass der Energieverbrauch in der Jahresbilanz höher als im Normalbetrieb ist. Eine Erkenntnis der Tests: Der bereits klein ausgelegte solar regenerierbare Erdwärmekollektor (170 Quadratmeter) hätte noch deutlich kleiner dimensioniert werden können. Hätte man die Anlage klassisch nach VDI ausgelegt, hätte die Erdkollektorfläche etwa dem zweifachen der Wohnfläche entsprechen müssen. Steinweg: „Wir gehen davon aus, dass an diesem Standort und aufgrund der Sonnenwärme ein Erdwärmekollektor mit der Größe der 0,5-fachen Wohnfläche völlig ausreicht. Damit werden Erdkollektoren auch auf kleineren Grundstücken möglich.“

Da die Bauteilaktivierung gezielt gesteuert werden kann, trägt sie im Gegensatz zu im Haus installierten Speichertanks nicht zur Überhitzung bei. Eine Kühlung über die BTA wäre technisch möglich, wurde aber im Testgebäude nicht umgesetzt. Um der Überhitzung im Sommer vorzubeugen, reichen Verschattungssysteme und Nachtlüftung aus.

Da der Anlagenbetrieb mittlerweile optimiert wurde, gehen die Wissenschaftler davon aus, dass im kommenden Messjahr die Systemeffizienz des Experimentalgebäudes weiter steigt. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie bis Frühjahr 2017 gefördert.

Quelle: bine.info

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