Energetisch wirksame Bauteile aus Beton

Wärmeenergiequelle aus erneuerbarer Energie

Zukünftig gilt es, die Wärmeenergieversorgung für Gebäude neu zu überdenken. Weg von den fossilen Brennstoffen und hin zu den erneuerbaren Energien, lautet die Antwort. Leider befindet sich die Temperatur der eingesammelten erneuerbaren Energien i.d.R. nicht auf dem Niveau, um damit direkt zu Heizen. Meist muss die Temperatur für die Raumheizung erhöht und zum Kühlen reduziert werden. Für diese Veränderung bietet sich die Technik der Wärmepumpe an. Allerdings sollte der Temperatursprung zwischen der Wärmequelle und dem nutzbaren Wert nicht zu groß ausfallen, da bei größeren Temperaturhüben die Leistungsfähigkeit der Wärmepumpen reduziert wird. Deshalb gilt es, Wärmequellen zur Verfügung zu stellen, die bereits über ein hohes Temperaturniveau verfügen.

Derzeit nutzen die Wärmepumpen als Quelle die Außenluft bzw. das Erdreich. Das Erdreich bietet nahezu konstant über das Jahr verteilt eine gleichmäßige Temperatur von ca. 10°C. Die Außenluft als Wärmequelle ist insbesondere in der kalten Jahreszeit nicht sehr effizient. Denn zu den Zeiten, wenn geheizt werden soll, steht als Wärmequelle nur kalte Außenluft zur Verfügung. Entsprechend hoch ist der Temperaturhub und damit verbunden die geringe Leistungsfähigkeit der Wärmepumpe.

Betonabsorber als Wärmequelle auf hohem Temperaturniveau

Die Zielsetzung für zukünftige Anwendungen besteht in den entsprechenden Techniken, Temperaturen aus der Strahlung der Sonne zu erzeugen, die deutlich über dem Niveau der Außenluft bzw. über der Temperatur des Erdreichs liegen.

Absorber aller Art zur Aufnahme von Wärmestrahlen bieten dabei gute Dienste an. So kann z.B. ein üblicher Solarabsorber die eingefangenen Sonnenstrahlen in eine hohe nutzbare Temperatur verwandeln. Da die damit erzeugten Temperaturen sehr hoch liegen, werden diese Absorber zur Warmwasserversorgung genutzt. Als Input für die Wärmepumpe zum Heizen braucht es jedoch nicht derart hohe Werte. Demzufolge können andere Arten von Absorbern genutzt werden. Hier können vorhandene Oberflächen wie die Wand der Fassade und die Dachfläche optimal eingesetzt werden. Hier wird der verwendete Werkstoff (i.d.R. Beton) direkt zur Aufnahme der Wärmeenergie genutzt. Die Farbe der Oberfläche sollte dunkel (ideal in schwarz) ausfallen, um die Strahlung optimal zu absorbieren. Von sehr großem Vorteil ist eine Verglasung unmittelbar vor der Fläche des Absorbers, da durch den derart erzeugten Gewächshauseffekt, die Temperaturen sehr stark ansteigen. So kann die Temperatur durch eine einfache Maßnahme erheblich gesteigert werden. Die in dem Bauteil nahe der Oberfläche eingelegten Rohrleitungen können dann die aufgefangene Wärme direkt abführen und gegebenenfalls direkt der Wärmepumpe oder einem Pufferspeicher zuführen.

Erfolgreiche Umsetzung an dem Gebäude Innoliving®

Das Gebäude Innoliving® nutzt verschiedene Absorber aus Beton. Die gesamte Fläche auf dem Dach sowie ein ausgewählter Wandabschnitt stehen zur Verfügung. Ein Absorber in abgewandelter Form ist als Erdkollektor unterhalb des Gebäudes installiert, um gleichzeitig auch Wärme speichern zu können. Über die energetische Wirkung der einzelnen Betonbauteile wird zu einem späteren Zeitpunkt im Detail berichtet. Die verschiedenen Betonabsorber dienen als Wärmequelle für die eigens für diese Anwendung entwickelte thermoelektrische Wärmepumpe. Hierbei wird der angelegte Strom direkt und ohne mechanisch betriebene Gerätschaften in Wärme und in Kälte umgewandelt, um zur Verwendung abgeführt zu werden. Diese Form der Wärmepumpe kommt ohne mechanische Bauteile aus und verwendet den Strom aus einer PV-Anlage auf dem Niveau von 12 Volt direkt und ohne Umwandlungsverluste. Die hier skizzierte Technik erlaubt, Strahlungsenergie einzusammeln und zugleich auf ein hohes Temperaturniveau anzuheben. Die autarke Wärmeenergieversorgung kommt in reinster Form mit erneuerbarer Energie aus. Die Sonnenstrahlung wird parallel sowohl für die Wärme- als auch für die Stromerzeugung genutzt.

Zusammenfassung:
Erneuerbare Energie aus Sonnenstrahlung wird über Betonabsorber eingesammelt und als Quelle für eine thermoelektrische Wärmepumpe genutzt. Diese wiederum wird mit dem direkten Strom aus der PV-Anlage betrieben. Dieses System ermöglicht aufgrund seiner hohen Leistungsfähigkeit die autarke Energieversorgung von Gebäuden.