Kostendaempfung durch innovative

Bauforschung
Kostendämpfung durch innovative
Energiesparmassnahmen
F 2054
Fraunhofer IRB Verlag
F 2054
Bei dieser Veröffentlichung handelt es sich um die Kopie
des Abschlußberichtes einer vom Bundesmini sterium für
Verkehr, Bau- und Wohnungswesen -BMVBW- geförderten Forschungsarbeit. Die in dieser Forschungsarbeit
enthaltenen Darstellungen und Empfehlungen geben
die fachlichen Auffassungen der Verfasser wieder. Diese
werden hier unverändert wiedergegeben, sie geben
nicht unbedingt die Meinung des Zuwendungsgebers
oder des Herausgebers wieder.
Dieser Forschungsbericht wurde mit modernsten
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nicht inhaltlich überarbeitet. Die Druckqualität hängt von
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INSTITUT FOR INDUSTRIALISIERUNG DES BAUENS
Forschung • Entwicklung • Planung • Professor Dr.-Ing. Dr. h.c. Helmut Weber
RUF: (0511) 79 60 88 • FERNSCHREIBER: 09-23868 (TECHNISCHE UNIVERSITÄT HANNOVER)
Hannover, 22. August 1986
29. U-We-Hu/me
ABSCHLUSSBERICHT
KOSTENDAMPFUNG
DURCH
INNOVATIVE ENERGIESPARMASSNAHMEN
( Querschnittsbericht )
Forschungsarbeit im Auftrage des
Bundesministers für Raumordnung, Bauwesen und Städtebau, Bonn
Geschäftszeichen B I
- 80 01 85 - 201
Bearbeitet im
Institut für Industrialisierung des Bauens, Hannover
durch
Dr.-Ing. habil. Heinz Hullmann
POSTANSCHRIFT DES INSTITUTS: POSTFACH-NR. 21 0560 D-3000 HANNOVER 21 (HERRENHAUSEN)
FORSCHUNGSGRUPPE A: SCHLOSSWENDER STRASSE 1 FORSCHUNGSGRUPPE B: BUSSILLIATWEG24
FORSCHUNGSGRUPPE C: HEGEBLACH 11 • FORSCHUNGSGRUPPE D: MORGENSTERNWEG 8C
2
GLIEDERUNG
A.
EINLEITUNG
1.
Ziel der Untersuchung
2.
Eingrenzung des Themenbereiches
Methodik und Umfang
3.
B.
INNOVATIVE ENERGIESPARMASSNAHMEN
1.
MASSNAHMEN ZUR WÄRMEDÄMMUNG
1.1
Vakuum-Isolation
1.1.1 Vakuum-Isolation für geschlossene Bauteile
1.1.2 Transparente / transluzente Vakuum-Isolation
1.2
Variable Wärmedämmung
1.2.1 Folienrollo
2.
MASSNAHMEN ZUR WÄRMESPEICHERUNG
2.1
2.2
2 . 3
Sensible Wärmespeicherung
Latent- Wärmespeicher
Thermochemische Wärmespeicherung
3.
MASSNAHMEN ZUR ENERGIEGEWINNUNG
3. 1
Transparente Wärmedämmung
3.1.1 Lichtdurchlässiges energiegewinnendes Isolationssystem (LEGIS)
3.2
Fluoreszenz-Kollektor
3 . 2 . 1 Tageslichtbeleuchtungssysteme mit Fluoreszenzkollektoren
3.2.2 Fluoreszenzkollektor zur photovoltaischen Energieumwandlung
4.
MASSNAHMEN ZUR WÄRMERÜCKGEWINNUNG
4. 1
Poröse Außenbauteile
4.1.1 Porenlüftung
4.1.2 SOLPOR-System
4.1.3 Atmungslüftung
4.2
Belüftete Fenster und Fassaden
3
5.
SONSTIGE MASSNAHMEN
5. 1
Luftdurchströmte Bauteile
5.1.1 Air-Therm-Wärmerückgewinnungssystem
5.2
Flüssigkeitsdurchströmte Bauteile
5.2.1 Wasserdurchströmte Außenbauteile zur Raumheizung
und -kühlung
5 . 2 . 2 Massiv-Absorber
5.3
Infrarotreflexion.
5.3.1 Infrarot-reflektierende Schichten
5.3.2 Außenwand mit richtungsabhängiger Strahlungscharakteristik
5 . 3 . 3 Infrarot-reflektierende Verglasungen
C.
ERGEBNIS
1.
2.
3.
4.
D.
Forschung und Entwicklung
Technische Konsequenzen
Ökonomische Konsequenzen
Zusammenfassung
ANHANG
I
II
Literatur
Konzept für ein Verbundprojekt
5
1.
ZIEL DER UNTERSUCHUNG
Die Bemühungen um eine Reduzierung des Primärenergieverbrauchs
und gleichzeitig um einen Schutz der Umwelt vor Belastungen haben in
den vergangenen Jahren zu vielerlei Ansätzen geführt, die auch zum
Teil bei Neubau- und Modernisierungs-Vorhaben Berücksichtigung gefunden haben.
Weitgehend sind diese Maßnahmen in der einschlägigen Fachliteratur
sowie in der Schriftenreihe des BMBau dokumentiert.
Darüber hinaus wurden weitere mögliche Maßnahmen zur Energieeinsparung
in Gebäuden entwickelt, die aber 'aus unterschiedlichen Gründen noch nicht
zu einer breiten Anwendung kommen konnten. Solche neue, bisher im
wesentlichen aus Versuchen bekannte Maßnahmen zur Energieeinsparung
werden hier in einem Querschnittsbericht zusammengestellt und erläutert.
Damit sollen der Fachwelt die nötigen Informationen gegeben sowie Weiterentwicklungen und Innovationen angeregt werden. Dies ist besonders
wichtig, weil die angesprochenen Entwicklungen vielfach in solchen Bereichen erfolgen, die keine unmittelbare Verbindung zum Bauwesen haben •
2.
EINGRENZUNG DES THEMENBEREICHES
Maßnahmen zur Energieeinsparung sind nicht nur in weiten Bereichen
des Bauwesens, sondern in fast allen heute angewandten Technologien
denkbar und möglich. Im Rahmen dieses Querschnittsberichtes sollen
solche Maßnahmen insbesondere nach den folgenden Kriterien angesprochen werden:
es soll sich um Maßnahmen und/oder Bauteile handeln die in
den Bereichen des Rohbaus und des Ausbaus von Gebäuden
anwendbar sein können;
6
-
die Maßnahmen /Bauteile ollen für diese Bereiche des Bauwesens neuartig sein, sei es im Sinne einer völligen Neuentwicklung oder auch im Sinne einer Anpassung von Technologien,
die in anderen Bereichen bereits angewendet werden;
-
die Maßnahmen/Bauteile sollen die Chance einer Kostendämpfung
im Bauwesen bieten, sei es auf der Seite der Investition
durch preiswerte Herstellung der Energiesparmaßnahmen oder
auch auf der Seite der Betriebskosten durch einen besonders
hohen Einsparungseffekt für Energie bei vertretbarem Aufwand.
Die Maßnahmen werden in diesem Sinne ausgewählt und, ihrer Funktion
entsprechend, den Gruppen
-
Wärmedämmung
-
Wärmespeicherung
Energiegewinnung
Wärmerückgewinnung
zugeordnet (s.Abb.A.1). Dabei handelt es sich bei den "Energiesparmaßnahmen" in der Mehrzahl der Fälle um solche Maßnahmen, die eine Einsparung von Wärmeenergie bewirken. Aber auch Maßnahmen zur Energiegewinnung werden erfaßt, z.B. bei der Umwandlung von Strahlungsenergie
in Wärme oder in elektrische Energie, sofern eine Integration in Gebäudestrukturen möglich und sinnvoll erscheint.
Energiegewinnung
WärmeRückgewinnung
Wärmedämmung
Wärmespeicherung
Abb. A.1: Prinzipdarstellung der erfaßten Energiesparmaßnahmen
(Wärmedämmung, Wärmespeicherung, Wärmerückgewinnung
und Energiegewinnung )
7
3.
METHODIK UND UMFANG
Basis der Arbeit sind umfangreiche Recherchen sowie für die ausführlicher dargestellten Entwicklungsansätze auch Kontakte und Abstimmungen
mit Forschern und Institutionen, die an diesen Ansätzen arbeiten. So wurden allein im Rahmen einer Recherche in der Bauforschungs-Datenbank
des Informationszentrums RAUM und BAU (IRB) der Fraunhofer-Gesellschaft ca. 1.700 Hinweise auf Veröffentlichungen und Forschungsprojekte
durchgesehen.
Einzelne Ansätze aus dem angesprochenen Themenbereich werden an Hand
eines für die Untersuchung entwickelten Beschreibungsmusters in vergleichbarer Form beschrieben. Das, Beschreibungsmuster ist in Abb. A.2
dargestellt. Im Bereich der Darstellung der physikalischen Eigenschaften
(S. 2 des in Abb. A.2 dargestellten Beschreibungsmusters) muß die Beschreibung häufig den besonderen Eigenschaften des jeweiligen Entwicklungsansatzes angepaßt werden, da eine unmittelbar vergleichbare Beschreibung hier nur ausnahmsweise möglich ist.
Für die Beschreibung der einzelnen Ansätze wird eine knappe, stichwortartige Form gewählt, um eine möglichst gute Übersichtlichkeit des
Querschnittsberichtes zu gewährleisten, dennoch aber dem Leser die Möglichkeit einer umfassenden Information, ggf. auch auf dem Weg über weitere angegebene Informationsquellen zu geben.
Die Aussagen dieses Querschnittsberichtes geben zunächst die Darstellung
des jeweiligen Forschers wieder, wie sie in den jeweils benannten Quellen
beschrieben ist oder aber unmittelbar vom Forscher mitgeteilt wurde.
Dies betrifft auch die Aussagen zur Effizienz der einzelnen
Maßnahmen.
Die als "Ergebnis" (Teil C des Querschnittsberichtes) dargestellten
technischen und ökonomischen Konsequenzen sowie die Hinweise für
Forschung und Entwicklung sind eine Beurteilung durch den Verfasser
auf der Basis der Recherche sowie eigener Erfahrungen
in der Entwicklung von Bauteilen und Konstruktionen.
8
NSTIM FOR
INDUSTRIALISIERUNG DES BAUENS • Professor Dr: Inst. Dr. Ao. Helmut Weber • HANNOVER
29,U-19.07.85
INNOVATIV E ENERGIESPARMASSNAHMEN
Ansatz/Bezeichnung:
(INSTITUT FOR INDUSTRIALISIERUNG DE8 BAUENS • Proleesor Dr; (n 0. Dr.h. c Helmut Weber • HANNOVER
Innovative Energiesparmaßnahmen
2
Kurzbeschreibung:
(Funktion)
EIGENSCHAFTEN (soweit zutreffend)
WSrme (DIN 4108):
INSTITUT FOR INDUSTRIALISIERUNG DES BAUENS • Prof
Dr.•In0. Dr.Rc Helmut Weber •
Innovative Energiesparmaßnahmen
HANNOVER
9
HERSTELLUNG
Ausgangsmaterialien:
Rohstoffe:
Forschung:
I
^
INSTITUT FOR INDUSTRIALISIERUNG DES BAUENS • Professor Dr.- n 0. Dr.ßa Helmut Weber • HANNOVER
'Innovative Energiesparmaßnahmen
Name:
Anschrift:
ANWENDUNG
Tel.:
Feuchtigkeit:
Entwicklung:
Name:
Anschrift:
Herstellung:
Name:
Anschrift:
Haibzeugherstellung:
Anwendungsbereiche:
Tel.:
Feuer: (DIN 4102)
Tel.:
Schall: (D IN 4109)
Schutzrechte, Patente:
Literatur:
Bautenherstellung:
Evtl. Hemmnisse fOr die
Anwendung:
Bestondigkeit gegen
Hygiene:
Gebäudeintegration,
Endverarbeitung,
Vergleichbare vorhandene Produkte
Mechanische Festlgke it:
:'Aufwand/Nutzen:
i Bemerkungen:
Abb. A.2 Beschreibungsmuster zur Erfassung der Entwicklungsansätze
4
11
1.
MASSNAHMEN ZUR WÄRMEDÄMMUNG
Wesentliche Maßnahme zur Energieeinsparung in Gebäuden ist der
Wärmeschutz - die Verminderung der Wärmeverluste aus geheizten
Räumen an die Umwelt. Dem beachtlichen Einsparungspotential entspricht die Wärmeschutzverordnung (in der jüngsten Fassung vom
24.02.82 . ) , in welcher der Wärmeschutz von Außenbauteilen festgelegt wird. Die Verordnung bezieht sich (neben der Begrenzung von
Wärmeverlusten bei Undichtigkeiten) auf den Wärmedurchgang geschlossener und transparenter Bauteile.
Der Wärmedurchgang durch geschlossene Bauteile - Außenwände,
Decken, Dächer und an das Erdreich angrenzende Bauteile - erder verwendeten Baustoffe
gibt sich aus der Wärmeleitfähigkeit und deren Dicke. Um den erforderlichen Wärmeschutz zu erreichen,
werden überwiegend mehrschichtige Konstruktionen eingesetzt, bei
welchen einer Schicht in besonderem Maße die Funktion der Wärmedämmung zugewiesen wird.
Bei transparenten Bauteilen - Fenstern, Fenstertüren und großflächigen Verglasungen - werden in der Regel Doppel- oder Dreifachverglasungen eingesetzt, bei welchen der Wärmedurchgang
durch die dämmende Wirkung des Luftraumes zwischen den Scheiben begrenzt wird. Die k-Werte von transparenten Bauteilen liegen,
materialbedingt, deutlich über denen geschlossener Bauteile.
sind also im Sinne des Wärmeschutzes ungünstiger.
Ansätze zur Innovation beziehen sich u.a. auf die Verbesserung
der Wärmedämmschicht durch eine weitere Verringerung der Wärmeleitfähigkeit bei geringer Dicke. Hier ist besonders der Einsatz des
Vakuums zur Wärmedämmung zu nennen, für den Konzepte sowohl
für geschlossene als auch für transparente Bauteile dargestellt werden (Kap . 1.1 Vakuumisolation)
12
Ein weiterer innovativer Ansatz beruht auf dem Gedanken, insbesondere transparente Bauteile als thermische Gleichrichter auszubilden. Dies ist bei Verglasungen in gewissem Maße bereits dadurch
gegeben, daß Glas eine unterschiedliche Durchlässigkeit für
Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen aufweist. Dieser Effekt kann
verbessert werden durch infrarot-reflektierende Verglasungen
(s . Kap . 5.2.3) , durch temporären Wärmeschut z z . B . in Form von
gedämmten Roll- oder Schiebeläden, oder auch durch die Anordnung
infrarot-reflektierender Folienrollos in Abhängigkeit von den jeweiligen Strahlungsbedingungen, wie sie im Kap. 1.2.1 dargestellt ist.
Der Gedanke der Gleichrichterfunktion liegt auch den im Kap. 3
(Maßnahmen zur Energiegewinnung) dargestellten Maßnahmen
zugrunde .
13
1.1
VAKUUMISOLATION
Während im technischen Bereich das Vakuum seit langem als wirksamste Form des Wärmeschutzes eingesetzt wird - erwähnt sei hier
nur der nach dem Prinzip der "Thermoskanne" konstruierte Behälter - konnte es im Bauwesen bisher kaum Anwendung finden. Eine
solche praktische Anwendung setzt die Lösung folgender Problembereiche voraus:
-
Formgebung, die den vorwiegend flächigen Genmetrien angepaßt werden kann;
-
Vermeidung von Wärmebrücken an Anschluß- und Verbindungsstellen;
Ggf. Ausgleich der für das Vakuum notwendigen Dampfdichtigkeit mit anderen Mitteln (z. B. mechanische Lüftung) .
Im Bauwesen einsetzbare Vakuum-Isolationen für geschlossene
und für transparente Bauteile werden im folgenden dargestellt.
14
1.1.1
Vakuum-Isolation für geschlossene Bauteile
a)
Funktion
Die VSI (Vakuum-Super-Isolation) ist eine hochwertige Wärmeisolierung, basierend auf dem Isolationseffekt des Vakuums.
Metallische Hüllen verschiedenster Geometrien werden vakuumdicht verschweißt. Die sich bildenden Hohlräume werden mit
einem anorganischen Pulver gefüllt und evakuiert. Da das Pulver druckfest ist, braucht der Umgebungsdruck, im Gegensatz
zu herkömmlichen Vakuumisolierungen, nicht von einer druckfesten Hülle, aufgenommen werden, so daß die Wandstärken
bis auf Folienstärke herabgesetzt werden können.
b)
Eigenschaften
- Wärme:
Wärmeleitfähigkeit: 0,008 W / mK
Rohdichte: systemabhängig
Wasserdampfdiffusionswiderstand: praktisch dampfdicht
Wärmeausdehnung: systemabhängig
Spez. Wärmekapazität: 960 J/kg K
Feuchtigkeit:
Wasser-undurchlässig
keine Wasseraufnahme
frostbeständig
Feuer:
unbrennbar (Baustoffklasse A 1 gem.DIN 4102)
Beständigkeit gegen Korrosion, Licht und Verrottung ist
vorhanden.
Hygiene: Die metallische Oberfläche ist lebensmittelsauber.
Mechanische Festigkeit: Das Material ist druckfest bis weit
über 100 bar und in sich steif. Festigkeitswerte (äußere
Belastung) werden z. Zt. im Labor ermittelt.
15
c) Herstellung
Ausgangsmaterialien :
Rohstoffe: Stahl (Edelstahl), anorganisches Pulver
-
Bauteilherstellung: Es werden doppelwandige Körper (z.B.
Rohre, Behälter, Paneele) aus Edelstahl hergestellt. Der
verbleibende Hohlraum wird mit einem anorganischen Pulver
gefüllt und evakuiert. Die für die Einbausituation erforderliche Formgebung muß bei der Herstellung berücksichtigt
werden, da eine nachträgliche Bearbeitung aufgrund des
Vakuums nicht möglich ist.
Gebäudeintegration, Endverarbeitung, Montage: systemabhän gig
d) Anwendung
-
Anwendungsbereiche:
Energieversorgung und -gewinnung
- Fernwärmerohre
- Pipelinerohre
- Kühlleitungsrohre
- Darnpfinjektionsrohre
Energiespeicherung
- Warmwasserspeicher
- Kühlhäuser
- Paneele
- Abdeckungen
Logistik
- Fahrzeugaufbauten
- Tankcontainer
- Container
- Thermalboxen
Vergleichbare vorhandene Produkte
bekannte Wärmedämm-Materialien haben wesentlich höhere
Wärmeleitzahlen (z . B . Polyurethan-Hartschaum minimal
AR = 0.020 W/mK )
Aufwand/Nutzen: systemabhängig
16
Als Beispiel wird ein Fall gewählt, bei welchem eine 4 cm
dicke Schaumstoff-Dämmschicht durch eine gleich dicke
Vakuum-Außen-Isolation ersetzt wird. Der k-Wert der Ausgangsversion beträgt:
ki = 1 : (1.+ d + ,1 ) = 1 : (0.13+ 0.02 + 0.04 ) = 0.46 W/m2K
Der k-Wert der Version mit Vakuum - Außen -Isolation beträgt:
k2 = 1 • ^(1 .^
.
+
1 /^ = 1
^ :.(0.13 0.04
T 0.008p
0.04 ) = 0.19 W /m2K
Die Differenz (Verbesserung) beträgt
kl - k2 = 0.46 - 0.19 = 0.27 W /m2K.
Hieraus ergibt sich eine jährliche Energieeinsparung in
Höhe von
c _ 0.271.000 800
24 = 24.62 kWh/m.a
unter Voraussetzung der Klimabedingungen von Hannover.
Die Effizienz der Maßnahme ist umso größer je schlechter
die Wärmedämmung in der Ausgangsversion ist.
e) Forschung, Entwicklung, Herstellung
MBB Energie- und Prozeßtechnik,
Außenstelle Hoykenkamp, 2870 Delmenhorst,
Fockestr. 53
Schutzrechte, Patente:
Europäisches Patent 0 017 095
-weitere "Päterite wertweit, z.B. USA,
Japan, Kanada
17
Komprimie rt es Füllmaterial
unter Vakuum
Membran
Vakuumhülle
Abb. 1.1.1-1 Vakuum -Super-Isolation (nach MB-86)
18
1. 1.2
Transparente /transluzente Vakuum -Isolation
a)
Funktion
Durch die Anordnung von evakuierten Glas-Zylindern im Hohlraum eines Zwei-Scheiben-Isolierglases wird der k-Wert verbessert.
Der atmosphärische Druck wird durch die Glaszylinder aufgenommen, so daß die äußeren Glasscheiben unbelastet bleiben
(VEGLA-Solar-Wand) .
Bei einer anderen Ausführungsform wird im evakuierten Raum
zwischen zwei Glasscheiben eine transluzente Schaumstruktur angeordnet, die bei geringer eigener Wärmeleitfähigkeit die Abstützung
der Glasscheiben gegen den atmosphärischen Druck übernimmt.
Zusätzlich kann bei beiden Ausführungsformen eine Infrarot-reflektierende Beschichtung angeordnet werden ( s . a. Kap. 5.2.3
Infrarot-re fl ektierende Verglasungen) .
b)
Eigenschaften
(Durch Forscher nicht benannt)
c)
Herstellung
(Durch den Forscher wurden keine detaillierten Angaben gemacht) .
d)
Anwendung
-
Anwendungsbereiche: Ein hoher Gesamt-Energiedurchlaß grad
bei gleichzeitig niedrigem k-Wert legt den Einsatz im Sinne
einer passiven Solarenergienutzung nahe. Damit wäre die Konstruktion sowohl im Wohnbau als auch in anderen Bereichen des
Bauwesens einsetzbar.
-
Evtl. Hemmnisse für die Anwendung: nicht transparent im Sinne
des Fensters, sondern lediglich transluzent.
19
Vergleichbare vorhandene Produkte: gute Isoliergläser mit
Infrarot-Reflektion (z.B. CLIMAPLUS N der VEGLA) erreichen
bereits mit vergleichsweise geringerem Aufwand ähnliche Daten.
Bemerkungen: nach Angaben des Forschers wird die erstgenannte Konstruktion (VEGLA-Solarwand) nicht weiter verfolgt,
da sie gegenüber guten Isoliergläsern mit Infrarotreflexion
keinen wirtschaftlichen Vorteil bietet, während die schaumgeschützte Konstruktion noch in der Entwicklung ist.
e) Forschung, Entwicklung, Herstellung
VEGLA, Vereinigte Glaswerke GmbH
Viktoriallee 3-5, 5100 Aachen
GLAS
GLAS
ZYLINDRISCHES ROHR
EVAKUIERTER
ZWISCHENRAUM MIT
TRANSLUZENTEM
SCHAUM ALS
STÜTZSTRUKTUR
VAKUUM
LUFT
METALLOXIDBESCHICHTUNG
Abb. 1.1.2-1 Zwei mögliche Ausführungsformen eines transparenten
bzw. transluzenten Bauteils mit Vakuum-Isolierung
I VEGLA-Solar-Wand mit evakuierten Glaszylindern
II Evakuiertes Glasbauteil mit Stützstruktur aus transluzentem Schaum
(nach NN-83 und Hinweisen des Forschers)
21
kann, während man ihn nachts schließt, um die Wärme "gefangenzuhalten". Durch zeitlich richtiges Öffnen und Schließen kann
also der temporäre Wärmeschutz eine Gleichrichterfunktion erfüllen, wobei die Richtung des Energiestroms durch die Bedingungen des Öffnens und Schließens auch umgekehrt werden kann.
Bei den hier behandelten Ansätzen zur " variablen Wärmedämmung"
handelt es sich um die Ausnutzung des "Gleichrichtereffektes" in
der zuletzt beschriebenen Form. Dabei soll allerdings auf bekannte
und bereits ausführlich beschriebene "Temporäre Wärmeschutzmaßnahmen" nicht eingegangen werden. Solche Maßnahmen sind z.B.:
- Wärmegedämmte Klapp-, Roll- oder Schiebeläden,
-
Wärmedämmende Abdeckung von Teilen großer Fensterflächen
im Winter,
- ,
Innenliegende dämmende Vorhänge, Klapp-, Falt- oder Schiebeläden oder auch Rollos,
-
die sog. "Bead Wall", bei welchen mit Hilfe eines Gebläses bei
Bedarf Polystyrol-Streusel in den Raum zwischen zwei Glasscheiben geblasen und auch wieder abgesaugt werden können.
Hinweise zum temporären Wärmeschutz finden sich u.a. bei
BB-84, S. 181 bis 190, ZE-82, FS-85.
Im folgenden wird eine Entwicklung dargestellt, bei der sich die Variabilität auf die Steuerung der Durchlässigkeit für langwellige Strahlung bezieht.
22
1.2
VARIABLE WÄRMEDÄMMUNG
Durch Bauteile, welche den Innenraum gegen die Umwelt abschließen,
fließen Energieströme, die erwünscht sind, wenn sie dazu beitragen,
den erwünschten raumklimatischen Zustand herzustellen, unerwünscht
jedoch, wenn sie diesem entgegenwirken.
Unter winterlichen Klimabedingungen (Außentemperatur wesentlich
geringer als die gewünschte Raumtemperatur) ist es unerwünscht, daß
Wärme an die Umgebung abgegeben wird (Wärmeleitung, Konvektion,
Wärmestrahlung) und erwünscht, daß möglichst viel Wärme aus der
Umwelt gewonnen wird (Strahlung) . Unter extremen sommerlichen
Klimabedingungen (Außentemperatur deutlich höher, als die gewünschte
Raumtemperatur) ist es hingegen unerwünscht, daß Strahlung in den
Aufenthaltsraum eintritt.
So werden Bauteile angestrebt, welche je nach der klimatischen
Konstellation die Funktion eines "Gleichrichters" in Bezug auf den
Energiestrom übernehmen. Technische Möglichkeiten für die Konzeption eines solchen "Gleichrichters" sind z. B.:
Glas, insbesondere mit infrarot-reflektierender Beschichtung.
Glas ist für Strahlung im Wellen-Längenbereich der Sonnenstrahlung (ca. 0.3 bis 3.0/"m) durchlässig, während es für
Wärmestrahlung (ca. 3.0 bis 60.0' m) kaum durchlässig ist. So
wirkt es als "Wärmefalle", wenn die kurzwellige Strahlungsenergie
die Gegenstände im Raum erwärmt und zum Teil als langwellige
Wärmestrahlung von dieser wieder abgegeben wird. Dieser Effekt
kann erwünscht sein, wie z. B. unter winterlichen Bedingungen
im sog. "Wintergarten", er kann aber unter sommerlichen Bedingungen auch unerwünscht sein bzw. zur Überhitzung des Raumes führen.
Veränderliche Wärmeschutzeinrichtungen (sog. "temporärer Wärmeschutz") , üblicherweise in Form wärmegedämmter "Deckel" für
Fenster. Durch Öffnen oder Schließen des temporären Wärmeschutzes
kann die Transmission je nach Bedarf zugelassen oder wesentlich
eingeschränkt werden . Im Winter wird man einen temporären
Wärmeschutz so öffnen, daß Sonnenstrahlung am Tag eindringen
23
1.2.1
Folienrollo
a)
Funktion
Passive Solarenergienutzung mit großflächigen Verglasungen erfordert einen wirksamen temporären Wärme- und Sonnenschutz.
Das hier vorgestellte System reduziert die Wärmeverluste eines
Fensters durch Verringerung der Konvektions- und Strahlungsverluste und erlaubt gleichzeitig die volle Nutzung der Solarstrahlung für Heizzwecke durch Verwendung selektiv beschichteter, beweglich angebrachter Folien.
Mit diesem System konnten die Wärmeverluste eines zweifach verglasten Fensters auf ca. 1/3 des ursprünglichen Wertes verringert
und die Energiebilanz eines Fensters wesentlich verbessert
wer den .
Zusätzlich hat sich dieses System auch als wirksamer Sonnen- und
Sichtschutz erwiesen.
b)
Eigenschaften
Es werden Rollos mit einer Kombination mehrerer unterschiedlich
beschichteter Folien vorgeschlagen.
"Wintertagfolie" - hochtransparent für das Solarspektrum,
Reflexion des langwelligen Infrarotbereiches der Wärmestrahlung
aus dem Raum,
"Winternachtfolie" - Reflexion aller Strahlungsanteile, dadurch
gleichzeitig Sichtschutz,
"Sommertagfolie" - transparent nur im sichtbaren Bereich des
Solarspektrums, dadurch Überhitzungsschutz,
"Sommernachtfolie" - transparent nur für Infrarotstrahlung, da
durch mit einem Kühleffekt bei gleichzeitigem Sichtschutz.
Die letztgenannte "Sommernachtfolie" ist nach Angabe des Forschers nur eine theoretische Ergänzung, da eine entsprechende
selektive Beschichtung derzeit nicht erhältlich ist.
24
c) Herstellung
-
Ausgangsmaterialien, Rohstoffe: Transparente KunststoffFolie, metallbedampft, mit Vorrichtungen zum Auf- und Abrollen sowie Antrieb.
-
Gebäudeintegration, Endverarbeitung, Montage: Einbau des
Rollos in dem Zwischenraum eines Verbundfensters oder an die
dem Raum zugewandte Seite eines mehrfach verglasten Fensters.
Solarzellen für den Antrieb können an der Außenseite des
Rollo-Kastens angebracht werden.
d) Anwendung
-
Anwendungsbereiche:
Fenster, insbesordere bei internen Wärmelasten.
Automatische Funktion oder manuelle Verstellung.
-
Evtl. Hemmnisse für die Anwendung:
Farbe der metallbedampften Folie.
-
Vergleichbare vorhandene Produkte:
Rolladen
IR-re fl ektierende Gläser
IR-re fl ektierende Folien (auf Glasscheiben).
Unter der Bezeichnung "Warmhang" wird ein raumseitig
installiertes Rollo angeboten, das wahlweise aus äußeren, dekorativen, textilfarbigen Folien und einer oder zwei Folien mit
besonders hohem Reflektions- und geringem Emissionswert besteht. In geschlossenem Zustand füllen sich die Zwischenräume
zwischen den Folien bis zu einer vorgegebenen Grenze mit
Luft. Der "Warmhang" ist seitlich geführt, so daß ein Luftaustausch mit der Raumluft weitgehend unterdrückt ist. Der
erreichbare k-Wert wird angegeben mit :
25
-
in Verbindung mit Einfachverglasung k = 1.3 bzw.0.64 W/m2K
(Ausgangswert k = 5.2 W /m2K)
-
in Verbindung mit Doppelverglasung k = 1.1 bzw. 0.59 W/m2K
(Ausgangswert k = 2.5 ... 3.7 W /m2K)
(Dr.-Ing. Roderich W. Gräff, KBE Kunststoff-Bau-Elemente,
Egerländer Str. 2-4, 6108 Weiterstadt 2) .
-
Aufwand/Nutzen: Einsparungspotential bei Doppelverglasung
ca. 10 kWh/m 2 a (nach Angabe des Forschers). (s. hierzu
auch Kap. C.2 "Ökonomische Konsequenzen")
e) Forschung, Entwicklung
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme
Oltmannstr. 22, 7800 Freiburg
26
Fensterrahmen
Solarzellen
Gehäuse +
Steuerelektronik
Feder
Abb. 1.2.1- 1 Zwei Möglichkeiten der Montage des Folienrollos
an ein Fenster (Schnittbild)
27
28
2.
MASSNAHMEN ZUR WÄRMESPEICHERUNG
Es ist häufig dargestellt worden, daß die im Jahreszyclus auf
ein Gebäude eingestrahlte Energie ausreicht, um den Energiebedarf
für Heizung, Warmwasserbereitung und sonstige Energieverbraucher im Haushalt zu decken - vorausgesetzt, daß es gelingt, die
in der strahlungsreichen Jahreszeit eingestrahlte Energie bis in
die Heizperiode zu speichern. Eine solche "saisonale Speicherung"
konnte bisher mit herkömmlichen Mitteln und vernünftigem Aufwand nicht realisiert werden (HR-80).
Ansatzpunkte für die Konzeption von Wärmespeichern sind
-
großvolumige Speicher sensibler Wärme, z. B. in Form von
Wasserspeichern,
-
Latentwärmespeicher, bei welchen die Umwandlungswärme für
die Speicherung genutzt wird,
-
chemische Speicher, bei welchen in reversiblen chemischen
Reaktionen Wärme aufgenommen bzw. abgegeben wird.
Entsprechend seiner Masse und seiner spezifischen Wärmespeicherkapazitäten wird in jedem Bauteil sensible Wärme gespeichert. Aus
dieser Wärmespeicherung ergibt sich das thermische Verhalten des
Gebäudes im Sinne einer "leichten" oder einer "schweren" Bauweise.
Die oben genannten Gruppen von Speichern werden im folgenden
im Hinblick darauf beschrieben, inwieweit sie in Bauteile integriert
werden können. Speicher, welche eindeutig nur als Komponenten
technischer, insbesondere haustechnischer Systeme einsetzbar sind,
werden lediglich erwähnt.
29
SENSIBLE WÄRMESPEICHERUNG
2.1
Speicherung von Wärme in fühlbarer - sensibler - Form ist die
bislang gebräuchlichste Form der Wärmespeicherung. Im Bauwesen werden im wesentlichen zwei Medien für die sensible Wärmespeicherung verwendet: Wasser und mineralische Stoffe.
-
Wasser weist mit einer spezifischen Wärmekapazität von
c = 4.19 kJ/kgK den mit Abstand günstigeren Wert auf.
Diese Tatsache sowie die allgemeine Verfügbarkeit und günstige
Voraussetzungen in Bezug auf die Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe (u. a. Konvektion) bedingen seinen verbreiteten Einsatz
in haustechnischen Systemen (Heizung, Warmwasserbereitung) .
Wasser-Wärmespeicher sind theoretisch im Temperaturbereich von
0°C (Gefrierpunkt) bis 100°C (Siedepunkt) einsetzbar.
-
Mineralische Stoffe haben eine spezifische Wärmekapazität in der
Größenordnung von ca. c = 0.80 bis 1.30 kJ/kgK. In haustechnischen Systemen werden sie im Zusammenhang mit solaren Luftheizungssystemen als "Schotterspeicher" eingesetzt. Ein anderer
Anwendungsbereich sind Nachtstromspeicherheizungen, in welchen
Keramikziegel bis auf 800°C erhitzt werden. Der weitaus häufigste
Einsatzbereich ist jedoch der in tragenden und nichttragenden
Bauteilen, welche je nach ihrer Lage in Bezug auf die Wärmedämmung Raumwärme oder auch Wärme aus der Umwelt speichern
können.
Für beide Medien ist die Technik der sensiblen Wärmespeicherung
bekannt - ebenso, wie ihr wesentlicher Nachteil, der darin besteht,
daß die Ladung des Speichers mit einer Erhöhung des Temperaturniveaus verbunden ist und daß die Speicherverluste mit der Temperaturdifferenz zur Umgebungstemperatur steigen.
Dieser Nachteil kann durch zwei Ansätze zumindest teilweise ausgeglichen werden, die an anderer Stelle in diesem Querschnittsbericht
beschrieben sind :
-
eine besonders hochwertige Wärmedämmung, wie sie z.B. durch
die Vakuumisolation (s . Kap . B .1.1.1) gegeben ist ; hier werden
die Wärmeverluste möglichst gering gehalten;
30
eine transparente Wärmedämmung (s. Kap. B.3.1.1), insbesondere
für einen Warmwasserspeicher, wenn dieser der Sonnenstrahlung
ausgesetzt ist; hier werden die Wärmeverluste durch Wärmegewinne aus der Sonnenstrahlung mehr oder weniger ausgeglichen.
Das oben Gesagte gilt prinzipiell für Speicher sensibler Wärme in
allen Größen. Allerdings ist bei großen Speichern in der Regel das
Verhältnis von Ober fl äche zu Volumen günstiger, als bei kleinen
Speichern. Dadurch werden auch die spezifischen, auf die Volumeneinheit bezogenen Verluste geringer.
Eine Sonderform des Speichers sensibler Wärme ist der Erdspeicher.
Dabei handelt es sich um Erdreichvolumina, die gegen das umgebende Erdreich nicht gedämmt sind. Primär wird aus ihnen mit Hilfe
von Sonden oder horizontal verlegten Rohrschlangen Wärme entzogen
und mit Hilfe von Wärmepumpen für die Raumheizung genutzt. Der
Speicher wird regeneriert aus der über das Jahr hinweg praktisch
gleichbleibenden Temperatur des umgebenden Erdreichs. Sekundär
ist es auch möglich, über das gleiche Wärmetauscher-System den
Speicher zu laden; dabei muß allerdings berücksichtigt werden, daß
auch eine Wärmeabgabe an das (in dem Fall kältere) umgebende Erdreich stattfindet, so daß eine Nutzung als " Saisonaler Speicher"
(Ladung im Sommer, Entladung im Winter) nur sehr begrenzt möglich scheint.
31
2.2
LATENT - WÄRMESPEICHER
Seit Jahren wird an vielen Stellen daran gearbeitet, die von Stoffen
zur Phasenänderung zwischen dem festen und dem flüssigen Zustand aufgenommenen bzw. beim umgekehrten Vorgang wieder abgegebene Energie zur Speicherung von Wärme zu nutzen (TS-74,
VD-77). Im Gegensatz zur sensiblen Wärmespeicherung (z.B. in
Wasser-, Erd- oder Steinspeichern) hat diese Form den Vorteil,
daß sich das Temperaturniveau während der Phasenumwandlung
nicht ändert, so daß eine vergleichsweise große Wärmemenge bei
gleichbleibender Speichertemperatur aufgenommen bzw. abgegeben
werden kann.
Im Rahmen dieses Querschnittsberichtes, der innovative Maßnahmen
im bautechnischen Bereich zum Gegenstand hat, sind im wesentlichen diejenigen Formen des Latentspeichers zu behandeln, die eine
Wärmespeicherung unmittelbar in Bauteilen ermöglichen. Damit werden diejenigen Stoffe besonders interessant, bei welchen die
Phasenumwandlung in dem Temperaturbereich zwischen etwa 20
und 50°C sich vollzieht. Für diesen Anwendungsbereich gilt in
besonderem Maße, daß zwar viele Entwicklungsansätze bekannt geworden sind, eine breitere Anwendung jedoch aus verschiedenen
Gründen noch ausblieb. Der Komplex des Latentspeichers in Bauteilen soll daher hier als Gesamtes behandelt werden. Auf konkrete
Forschungs- und Entwicklungsansätze wird jeweils im Zusammenhang hingewiesen.
a) Funktion
Die dem Speicher zugeführte Wärme bewirkt ein Schmelzen des
Speichermediums. Während des Schmelzvorganges, der Phasenumwandlung von der festen zur flüssigen Phase, bleibt die Temperatur des Speichermediums nahezu konstant. Erst nach völliger
Verflüssigung bewirkt eine weitere Wärmezufuhr auch eine Erhöhung
der Temperatur. Umgekehrt kann beim Übergang von der flüssigen
zur festen Phase im Idealfall die Wärme wiederum bei konstanter
Temperatur abgegeben werden, bis die gesamte Speichermasse
wieder den festen Zustand erreicht hat (Abb. 2.2.-1)
32
Die Vorteile der latenten Wärmespeicherung sind demnach
(MB-85) :
-
Gegenüber sensiblen Wärmespeichern kann die gleiche Wärmemenge auf niedrigerem Temperaturniveau gespeichert werden;
-
die Nutzwärme kann auf konstantem Temperaturniveau bereitgestellt werden;
-
die Betriebstemperatur kann durch die Auswahl geeigneter
Speichermedien dem Einsatzbereich angepaßt werden;
-
das Temperaturniveau ermöglicht eine unmittelbare Speicherung von Wärme aus solarer Einstrahlung;
-
das Speichervolumen ist .kleiner als bei sensiblen Speichern.
Die Energiedichte eines Latentspeichers im Vergleich zu
Wasser ist in Abb. 2.2-1 dargestellt. In der Praxis hat die Zufuhr bzw. Abführung der Wärme insofern eine besondere Bedeutung, als die Wärmeleitfähigkeit des Speichermediums in der
festen Phase schlechter ist als in der flüssigen . Daraus ergeben
sich unterschiedliche Konzepte für die Speicherkonstruktion:
-
Statische Speicher. Hier werden konventionelle Wärmeaustauscher eingesetzt. Das Speichermedium wird nicht
bewegt. Diese Form des Speichers ist am ehesten für eine
unmittelbare Integration in Gebäude geeignet.
-
Hybride Speicher. Auch hier wird das Speichermedium nicht bewegt. Es befindet sich aber, abgekapselt in kleinen Einheiten
in einem bewegten Medium (z . B . Wasser) , das die Zu- und
Abfuhr der Wärme übernimmt.
-
Dynamische Speicher . Hier wird das Speichermedium unmittelbar von einer Flüssigkeit durchströmt, mit der es nicht
mischbar ist.
Hybride und dynamische Speicher eignen sich eher für einen
Einsatz in technischen Systemen (z .B . auch als Komponenten
von Heizungssystemen) und sollen daher hier nur erwähnt werden. Das gleiche gilt für solche Speicher, bei welchen der gesamte Speicherbehälter bewegt wird, um dadurch einen gleichmäßigen Schmelz- oder Erstarrungsprozeß zu erreichen (NN-78).
33
b) Materialien
Die als Latent-Wärmespeicher eingesetzten Materialien müssen,
entsprechend dem spezifischen Einsatzbereich, u.a. die folgenden
Bedingungen erfüllen (nach LG-74, AT-83):
-
Phasenumwandlungstemperatur im Bereich der Betriebstemperatur,
-
hohe Phasenumwandlungsenthalpie (je höher, umso mehr Wärme
kann gespeichert werden) ,
-
hohe Dichte (je höher, umso kleiner kann der Speicher sein) ,
-
hohe spezifische Wärmekapazität im geladenen und im ungeladenen Zustand (je höher, umso mehr Wärme kann auch über
oder unter der Phasenumwandlungstemperatur gespeichert
werden),
-
gute Wärmeleitfähigkeit (je besser, umso einfacher kann
Wärme zugeführt und entnommen werden) ,
-
geringe Dichte- und damit Volumenänderung beim Phasenübergang (je geringer die Dichteänderung, umso einfacher ist die
Behälterkonstruktion) ,
-
einheitlicher Schmelzpunkt (damit sich das Material im Phasenübergang nicht entmischt) ,
-
keine Unterkühlung (Unterkühlung verhindert die Wärmeabgabe auf dem gewählten Temperaturniveau) ,
-
chemische Stabilität während der Lebensdauer des Speichers,
keine Reaktion mit Luft,
-
nicht-korrosives Verhalten mit üblichen Behälter-Werkstoffen,
ungiftig,
-
nicht brennbar
-
nicht explosiv,
- preiswert und in großen Mengen verfügbar.
Materialien, die alle genannten Bedingungen erfüllen, sind
bisher nicht bekannt. So werden jeweils besondere Vorkehrungen
erforderlich, um einzelne negative Eigenschaften auszugleichen.
34
Mögliche Speichermaterialien lassen sich in folgenden Gruppen
zusammenfassen (AT-83) :
-
Paraffine sind für einen weiten Bereich von Arbeitstemperaturen verfügbar, haben eine hohe Umwandlungsenthalpie
und neigen nicht zur Unterkühlung (Abb. 2.2-2)
-
Fettsäuren haben ebenfalls eine hohe Umwandlungsenthalpie und
keine oder geringe Neigung zur Unterkühlung; ihre Kosten
liegen deutlich höher als bei Paraffinen; (Abb .2.2-3)
-
Salzhydrate haben eine hohe Umwandlungsenthalpie sie neigen
aber zur Entmischung und zur Unterkühlung der Schmelze, so
daß zum Ausgleich zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind
(Abb. 2.2-4) ;
Eutektika organischer und anorganischer Substanzen haben
einen exakten Schmelz- und Kristallisationspunkt (Abb .2 2-5) ;
hier sind noch vergleichsweise wenig Gemische in Bezug auf
ihre Eignung als Latent-Wärmespeicher untersucht.
Für eine Integration in Bauteile muß im Gegensatz zur Anwendung im technischen Bereich besonders auch auf die Bedingungen
der Ungiftigkeit, Unbrennbarkeit und der niedrigen Kosten Wert
gelegt werden. Aus diesem Grunde wurde bei vielen versuchsmäßigen Anwendungen das Natriumsulfat-Dekahydrat (Na2 SO4 . 10H20)
- Glaubersalz - verwendet (TS-74) , bei dem allerdings besondere
Maßnahmen erforderlich sind, die ein Entmischen verhindern und
damit eine häufige Wiederholung der Phasenumwandlung erlauben.
Bauteile
Die Integration von Latentspeichern in Bauteile bedarf, mehr
noch als die Konstruktion von Speicherbehältern als Komponenten
heizungstechnischer Anlagen einer besonders sorgfältigen Lösung
sowohl der physikalischen und chemischen Aspekte (u. a. Zyklenfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Brandschutz) als auch der
Herstellung, wenn nicht eine Unwirksamkeit oder auch schwerwiegende Bauschäden auftreten sollen. Hierin liegt der Grund dafür,
daß seit langem immer wieder Konzepte für Bauteile mit Latentspeichern vorgestellt werden, ohne daß sich diese vom Ansatz her
35
einleuchtende Technik durchsetzen konnte. Drei Grundkonzepte sollen im folgenden kurz dargestellt werden:
Bereits 1947 stellt Telkes (TS-47) ein Außenwand-System
vor. Hinter einer Doppelverglasung ist eine Latent-SpeicherWand mit Glaubersalz (Na2 SO4 • 10H20) angeord n et. Zwischen Verglasung und Speicher kann während der Nacht
eine zusätzliche Wärmedämmung eingebracht werden. Ebenso
ist zwischen Speicher und Raum eine veränderliche Dämmung
zur Steuerung der Wärmeabgabe vorgesehen (Abb.2.2-6a) . In
einer modifizierten Ausführung (Abb. 2.2-6b) liegt der Speicher an der Raumseite hinter einer gedämmten Wand, so daß
sich eine Trennung zwischen dem Kollektorteil außen und dem
Speicherteil innen ergibt. Der Wärmetransport zwischen Kollektor und Speicher geschieht mit Hilfe von Luft, so daß eine
bessere Steuerung möglich wird.
In ähnlicher Form stellen Bourdeau, Jaffrin und Moisan
(BJ-78) eine "Dioden-Wand" vor. Hier sind mit einer Speichermasse auf der Grundlage von Kalziumchlorid (Ca C12 • 6 H2O)
gefüllte Kunststoffrohre durch eine Wärmedämmung von dem
Kollektorteil getrennt. Der Wärmetransport vom Kollektor zum
Speicher erfolgt über einen kontrollierten Luftstrom. Über die
Wärmeabgabe sind detaillierte Angaben nicht gemacht (Abb.2.2-7).
Auch das von Malatidis und Bertsch (MB-85) dargestellte Schema
läßt sich als Teil einer Außenwand interpretieren. Speicher
(Mg(NO3)2 • 6H20 + NH4NO3) und Absorber stehen in unmittelbarer Verbindung. Die Wärmeabfuhr (Entladung) geschieht über
es U^1Cll:herS
einen Wasserkreislauf an der Rückseite
li%I1JC1lC ddes
Speichers (Abb
(AUU.2.G-Of
.2.2-8).
Diese Systeme sind dadurch gekennzeichnet, daß
eine Kontrolle von Wärmeaufnahme und/oder Wärmeabgabe
möglich ist,
die Bauintegration des Speichers als isoliertes Bauteil im
Bereich der Außenwand eine Kontrolle und ggf. auch
Wartung (z.B. bei Undichtigkeiten) ermöglicht.
Angesichts der noch offenen chemischen und physikalischen
Fragen (s.o.) erscheint eine Integration in dieser Form sinnvoll.
36
Die unmittelbare Integration von Latentspeichern in Bauteile
wird z. B. von Brehler und Cekel (BC-83) vorgeschlagen.
Hier werden Metallbehälter mit Glaubersalz in die Hohlräume
von Mauersteinen eingebracht, bevor diese dann vermauert
werden. Ziel ist es, damit der Wand eine zusätzliche WärmeSpeicherkapazität zu geben. Wärmezufuhr und Wärmeabgabe
können bei dieser Form der Integration nicht kontrolliert werden. Schäden am Speicher, die auch schon aus dem Einbau
der Einheiten unter Baustellenbedingungen resultieren können,
würden einen Abriß des gesamten Bauteils erforderlich
machen (Abb. 2.2-10) .
Bei der durch Bourdeau, Jaffrin und Moisan (BS-78) vorgeschlagenen Deckenplatte sind in die Betonplatte Rohre eingebettet, bei welchen ein vom Wärmeträger durchströmtes Rohr
von einem Mantelrohr umgeben ist. Der Raum zwischen Wärmeträger-Rohr und Mantel-Rohr ist mit Latentspeichermasse (auf
der Grundlage von Kalziumchlorid) gefüllt. Die Wärmezufuhr
kann kontrolliert über den Wärmeträger erfolgen, während
die Wärmeabgabe über die Betonplatte, z. B. im Sinne einer
Fußboden- oder Deckenheizung erfolgen kann (Abb.2.2-11).
Auch bei dieser Form der Bauintegration ist eine Kontrolle
des Speichers in Bezug auf eventuelle Schäden nicht möglich.
Entsprechend ist eine große Sicherheit sowohl in Bezug auf
die Funktion des Speichers als auch in Bezug auf die Sorgfalt
beim Einbau erforderlich.
d) Anwendung
Anwendungsbereiche:
Erhöhung der Speicherfähigkeit von Bauteilen. Passive Systeme
zur Solarenergienutzung,
Wärmespeicher in Heizungssystemen.
Hemmnisse für die Anwendung:
Identifikation von Speichermaterialien mit den für einen Einsatz
in Bauteilen erforderlichen Eigenschaften.
Vergleichbare Konzepte:
sensible Wärmespeicher.
37
Aufwand/Nutzen:
Angesichts der offenen Fragen zu Material, Konfektionierung und Einbaubedingungen sind Aussagen zum effektiven Aufwand kaum möglich (s . a. Kap . C .2 "Ökonomische Konsequenzen").
e) Forschung, Entwicklung
-
Laboratoire C. N . R . S . d' Ecothermique Solaire
L.Bourdeau, A.Jaffrin, A. Moisan
Observatoire de Nice, Frankreich
Fachhochschule Hamburg
Fachbereich Bio- Ingenieurwesen, Produktionstechnik und
Verfahrenstechnik
Prof. Dr. R. Brehler
Lohbrügger Kirchstraße 65
2050 Hamburg 80
Fraunhofer - Institut für Bauphysik
N. A. Malatidis, K. Bertsch
Nobelstr . 12
7000 Stuttgart 80
Institut für Kernenergetik und Energiesysteme (IKE)
Universität Stuttgart
A. Abhart
7000 Stuttgart
38
120
/
‚////
/
/
^ Wasse r
/
,'
/
/
/
/
/
anorganisches
20
/
_
aus
Eutektikum_
Mg(NO 3 ) 2 . 6H2O + NH 4 NO3
^^
^
20
40
60
80
100
Temperatur [°C]
Abb. 2.2-1: Energiedichte eines Latentspeichermediums
im Vergleich zu Wasser in Abhängigkeit
von der Temperatur (nach MB-85)
39
PARAFFIN
DISTRIBUTION
• OF
C-ATOMS
- 1)
FEAT OF FUSION
OIL
CONTENT
FREEZING
POINT/RANGE
X
'C
KJ/KG
KJ/m s
DENSITY
AT
SPECIFIC
FEAT
KG/E&
KJ/KG.K
W/M.K
THERMAL
CONDUCTIVITY
(SOLID PHASE)
70'C AT 100 'C
20 'C
COST
(1979)
REF.
DM/KG
C14
-
4.5
165
-
-
-
-
1.20 2)
20
-
05 - 6.16
-
8
153
-
-
-
-
0.50 2)
20
5913 3)
C13 - C24
20
22 - 24
189
144
0.930 0.760
2.1
0.21
C18
0
28
244
189
0.814 0.774
2.16
0.15
6106 3)
C16 - C28
5
42 - 44
189
145
0.910 0.765
2.1
0.21
0.70
P116 4)
-
-
45 - 48
210
165
0.817 0.786
2.5
5838 3)
6035 3)
6103
6499 3)
C20 - C33
C22 - 645
C23 - C45
C21 - C50
<0.5
4
<0.5
3
48 - 50
58 - 60
62 - 64
66 - 68
189
189
189
189
145
150
150
157
0.912
0.920
0.915
0.930
0.769
0.795
0.790
0.830
2.1
2.1
2.1
2.1
0.21
0.442)
1.00
0.21
0.21
0.21
0.60
1.01
0.80
OCTADECANE
1) - IMPLIES DATA NOT AVAILABLE
0,50
150.0
3) MANUFACTURERS OF TECFNICAL GRADE PARAFFINS 5913, 6106, 5838, 6035,
51 03 AND 6499: 'TER HELL PARAFFIN, HA"BLRG, FRG
2) COST ESTIMATES ARE FOR 1974 (REF. 20)
4) MANUFACTURERS OF PARAFFIN P116: SLN OIL COMPANY, USA
Abb. 2.2-2: Physikalische Eigenschaften und Kosten
einiger Paraffine (nach AT-83)
MELTING
POINT/RANGE
'C
MATERIAL
HEAT OF FUSION
KJ/KG
KJ/DM S
DENSITY
KG/DM 3
SPECIFIC
HEAT
KJ/KG.K
THERMAL
CONDUCTIVITY
N/M.K
COST
REF.
(1979)
DM/KG
CAPRILIC
ACID
16.5
149
128
1.033(10 'C)
0.862(80 °C)
- 1)
0.148(20 °C)
-
4
CAPRIC
ACID
31.5
153
136
0.886(40 °C)
-
0.149(40 °C)
-
4
42 - 44
178
155
0.870(50 'C)
1.6
0.147(50 °C)
2.50
4
1.6(5) 2)
2.50
4
0.165(70 'C)
2.30
4
0.172(70 'C)
2.00
4
LAURIC
-
ACID
MYRISTIC
ACID
54
187
158
0.844(80 'C)
PALMITIC
ACID
63
187
159
0.847(80 'C)
STEARIC
ACID
70
203
191
0.941(40 'C) 2.35(125'C)
-
2.7(L)
-
1) -IMPLIES DATA NOT AVAILABLE
- SOLID; L - LIQUID
2)
Abb. 2.2-3: Physikalische Eigenschaften und Kosten
einiger Fettsäuren (nach AT-83)
4
4
4
20
4
4
4
4
40
MATERIAL
MELTING
POINT
HEAT-OF-FUSION
'C
KJ/KG
DENSITY
KJ/DMS
SPECIFIC HEAT
THERMAL
CONDUCTIVITY
KJ/KG.K
W/M.K
2.09 (5) 2)
4,18 (U 2)
2.2 (s)2)
0.6 (20'C)
KG/DMS
H2 O 1)
0
333
306
0.917 (0 'C)
0.998 (20'C
KF.4H 20
18.5
231
336
1.455 (18%)--- 1.84 (s)
1.447 (20'C)
2.39 (L)
_4)
CACL 2 .6H2 0
29.7
171
256
1.710 (25'C)
1.496 (L)
-
NA 2 SO 4 ,10H 2 0
32.4
254
377
1.485 (s)
1.93 (5)
1.70 (5)
1.95 (L)
COST
REF.
(1979)
DM/KG
°3)
23
-
23
0.36
4
0.544
0.10
4
0.514 (32'C)
0.476 (49'C)
0.95
16
2.40
4
1.45 (S)
NA2 HPO 4 .12H 2 0
35.0
281
405
1.520 (s)
1.442 (L)
ZN(NO 3 ) 2 .6H 2 0
36.4
147
304
2.065 (14'0
1 ' 34 (5)
2.26 (L)
NA2 S 20 3 .5H 2 O
48.0
201
322
1.73 (S)
1.67 (L)
1.46 (s)
2.39 (L)
-
0.30
4
BA(OH) 2 ,8H 2 0
78.0
267
581
2.180 (s)
1.17 (s)
-
1.75
4
116.0
165
239
1,57 (20°C)
1.442(78°C)
1.72 (s)
2.82 ( U
-
0.20
23
MGCL2 .6H2 O
13 DATA FOR H 2 O
2)
S -
IS INCLUDED FOR THE SAKE OF COMPARISONS
SOLID; L - LIQUID
3) NEGLIGIBLE
4) - IMPLIES DATA NOT AVAILABLE
Abb. 2.2-4: Physikalische Eigenschaften und Kosten
einiger Salzhydrate (nach AT-83)
MATERIAL
(WEIGHT I OF COMPOUND
IN BRACKETS)
MELTING
POINT
NA2 SO 4(31 S)
(13 X)
NACL
KCL
(16 S)
H2 O
(40 S)
HEAT-OF-FUSION
SPECIFIC
HEAT
KJ/KG K
'C
KJ/KG
KG/DM'
4
234
- 1)
CACL2(48 S)
(4.3 I)
NACL
KCL
(0.4 S)
H 2 O
(47.3 I)
26.8
CA(NO 3 ) 2 .4H2 0 (67 1)
MG(NO 3 ) 2 .6H2 0 (33 S)
30
136
50
192
MG(NO 3) 2' 6H20 (53 Z) 2)
(47 X)
MGCL 2 .6H 2 0
59.1
144
232
MG(NO 3 ) 2 .6H 20 (53 I)2>
AL(NO 3 ) 2 .9H 2 0 (47 Z)
61
148
249
LINO 3(27 I) 2 >
NH 4 NO 3(68 S)
NH 4 CL (5 X)
81.6
111
205
PROPIONAMIDE (25.1 X)
PALMITIC ACID (74.9 X)
COST
DM/KG
16
-
1)
1)
IMPLIES DATA NOT AVAILABLE 4)
2)
PROPORTIONS ARE IN MOL I
3)
S -
REFERENCE
20
228
1.96 (S)
2.40 (L)
1.34 (5) 3)
3.16 (L)3)
1.07 (s)3)
2.20 (03)
0.324)
0.44 5)
-
3,u0 5)
20
7, 19
29
20
29
COST
DATA IS FOR 1974
COST
DATA IS FOR 1977 (JAPANESE MARKET)
5)
SOLID; L - LIQUID
Abb. 2.2-5: Physikalische Eigenschaften und Kosten
einiger organischer und anorganischer
Eutectika (nach AT-83)
41
Double
Double
G/ass
G/oss
Insulating Parlition
Lowered of Night
©Heat Control
un =/00b
Heat
Storage
Wa//at
90'F
with
Chemical
Heat
Storage
Absorbed.
720
f/eat Co^trol
Insulated
IYa/^
Heat
SUS : /000
/Storage
_
Room Temp 70°F
Out.vord Loss
:350
Net Goias
320
Eff/ciency 32X
Floor-
Abb. 2.2 -6:
Air Duct
^
Room Temp_ 70?-
N/a/! nf.
_ a+• s
/ miJ/r
/Chemical
Storage
/ Heat //
Net Gain
Co/lector
-Temp. > /00"1-
370
Efficiency 377
Fan
Wand mit Latent-Wärmespeicher (nach TS-47)
a) Speicher-Wand nach dem Prinzip der
Trombe-Wand
b) Speicher-Wand mit kontrollierter Wärmezuführung
vent
Feu-
Abb. 2.2-7: Schema einer "Dioden- Wand" mit LatentWärmespeicher (nach BJ-78)
Floor
42
Beladesystem
Speicherkammer
Entladesystem
Glasabdeckung
Wärmedämmung
Luftspalt
Wasserkanal
Absorber
Wärmeübertragungsrippen
Speichermedium
Abb. 2.2-8: Prinzipieller Aufbau eines solaren Latent-
speichersystems zur Warmwasserbereitung
(nach MB-85)
Deckel
Wasseraustritt
Seitenwand
Innenberippung
Seitenwand
Rückwand
(mit integriertem
Kanalsystem zur
Speicherentladung
Absorber
(Speicherbeladefläche)
-Wassereintritt
Boden
Abb. 2.2 -9: Schematische Darstellung eines solaren
Latent-Wiirmespeicher-Moduls mit Wasserentladesystcm (nach MB-85)
43
Behälter
mit Glaubersalz
(Na2 SO4 • 10 H2O)
Abb. 2.2-10: D reikammerstein mit Latentspeicher
(nach BC-83)
Beton
Mantelrohr
Latentspeicher (Kalziumchlorid
CaC12 • 6 H2O)
Rohr
Wärmeträger (Wasser)
Abb. 2.2-11: Vereinfachter Schnitt durch eine Deckenplatte mit Latent-Speicher (nach BJ-78)
44
2.3
THERMOCHEMISCHE WARMESPEICHERUNG
Das Grundproblem bei der Nutzung regenerativer Energieformen,
insbesondere der Sonnenenergie, liegt in dem Fehlen einer praktikablen Möglichkeit verlustfreier Speicherung - und gegebenenfalls
Transportfähigkeit der gewonnenen Energie. Unabhängig vom Problem der ungewollten Entladung und der Reversibilität des Prozesses weisen herkömmliche Wärmespeicher eine im Vergleich zu fossilen Brennstoffen unbefriedigende Energiedichte auf.
Hierzu ein Vergleich:
-
ein m 3 Wasser, auf 90°C erhitzt, kann bei seiner Abkühlung
auf 30°C eine Wärmemenge von 251 MJ/m 3 (entspr.69,7 kWh/m3)
abgeben,
ein m 3 Glaubersalz gibt bei der Umwandlung von der flüssigen
in die Kristallin-Phase 377 MJ/m 3 (entspr. 104,7 kWh/m 3 ) auf
einem Temperaturniveau von ca. 30°C ab,
-
ein m 3 Erdöl, einer der heute gebräuchlichsten Energiespeicher,
gibt bei seiner Verbrennung ca. 36.120 kWhth frei; dieser
Prozeß ist allerdings nicht reversibel.
Es liegt also nahe, einen reversiblen thermochemischen Prozeß zu
finden, der eine Energiespeicherung mit einer dem Erdöl vergleichbaren Energiedichte erlaubt. Beispiele für solche Prozesse sind:
-
Wasserstoff, der, aus einer Spaltung von Wasser in Wasser-
stoff und Sauerstoff gewonnen, beliebig transportiert und an
beliebigem Ort wieder verbrannt werden kann, wobei das Verbrennungsprodukt -w-reci-e-rum Wasser ist (tsd-80) .
-
einstufige oder hybride Reaktionen von Metallen (z.B.Aluminium
oder Magnesium) , welche durch Wärmezufuhr auf hohem Temperaturniveau aus Verbindungen isoliert und dann zu beliebigem späteren Zeitpunkt wieder unter Wärmeabgabe verbrannt werden können
(VN-78, WR-85).
Zeolithe, aus welchen durch Zufuhr von Wärme bei ca.300°C
Wasser ausgetrieben wird (Desorption) und welche dann zu einem
beliebigen späteren Zeitpunkt wiederum Wasser aufnehmen und
dabei nutzbare Absorptionswärme wieder freigeben können (ZR-84) .
45
Für diese und ähnliche thermochemische Speicher gilt, daß sie,
bedingt durch hohe Temperaturen und aufwendige thermodynamische
Prozesse, eher in technischen Systemen als unmittelbar in Gebäuden
zur Anwendung kommen können, und daß sie damit nicht zum eigentlichen Themenbereich dieses Querschnittsberichtes gehören. Aus
Gründen der Vollständigkeit wurden sie dennoch erwähnt. Hinzu
kommt, daß Prozesse, die sowohl aus energetischer, als auch aus
ökonomischer Sicht und in Bezug auf eine problemlose Anwendung
in Frage kommen, bisher nicht bekannt sind (BI-82).
46
47
3.
MASSNAHMEN ZUR ENERGIEGEWINNUNG
Neben der Wärmedämmung und der Wärmespeicherung als Maßnahmen
zur Energieeinsparung in Gebäuden ist der Aspekt des Energiegewinns aus der Umwelt - insbesondere aus der Sonnenstrahlung in den vergangenen Jahren immer mehr berücksichtigt worden.
Die sogenannte "aktive" Nutzung der Sonnenenergie mit Hilfe von
Kollektoren (photothermisch) und Generatoren (photovoltaisch) hat
einen Entwicklungsstand erreicht, der den Einsatz entsprechender
Systeme in der Praxis für viele Aufgabenstellungen erlaubt. Innovationen in diesem Bereich sind allerdings eher der Haustechnik zuzuordnen und damit nicht Thema dieses Querschnittsberichtes, der
solche Maßnahmen darstellen soll, die Innovationen im Rohbau und
im Ausbau betreffen. Dennoch sind auch hier die Übergänge häufig
fließend - so z. B., wenn kleine photovoltaische Anlagen benutzt
werden, um eine noch bessere Regelung passiver Maßnahmen zu erreichen (s. hierzu das im Kapitel 1.2.1 beschriebene Folienrollo,
das über einen photovoltaisch betriebenen Motor verstellt wird) .
Auch der unter 3.2 beschriebene Fluoreszenzkollektor könnte sowohl
den aktiven als auch den passiven Maßnahmen zugeordnet werden.
Er wird hier mit dargestellt, weil seine Einsatzmöglichkeit im Sinne
eines transparenten Bauteiles auch die Zuordnung zum Ausbau nahelegt.
Auch bei anderen in diesem Bericht dargestellten Maßnahmen spielt
der Aspekt des Energiegewinnes eine Rolle, obgleich dann andere
Aspekte im Vordergrund stehen und diese Maßnahmen deshalb anderen
Kapiteln zugeordnet wurden. Dazu gehören insbesondere das Folienrollo (Kap. 1.2.1), das Solpor-System (Kap. 4.1.2), die belüfteten
Fenster (Kap. 4.2) und die Infrarotverspiegelung bei Fenstern
(Kap. 5.2.3).
48
3.1
TRANSPARENTE WÄRMEDÄMMUNG
Das Grundprinzip der transparenten Wärmedämmung wird bei der photothermischen Nutzung der Sonnenenergie sowohl bei aktiven als auch
bei passiven Systemen angewendet:
Beim Solarkollektor als Komponenten aktiver Systeme ist der
Absorber durch eine oder mehrere transparente Schichten (z .B .
aus Glas, Acrylglas oder transparenten Folien) abgedeckt. Diese
transparente Abdeckung hat die Funktion, die Strahlung zu
einem möglichst großen Anteil auf den Absorber treffen zu lassen,
gleichzeitig aber die Wärmeverluste des Absorbers aus Wärmestrahlung und Konvektion so gering wie möglich zu halten.
Auch bei einem passiven System, der sogenannten "Trombewand",
bei welcher die Außenwand selbst die Funktion von Absorber
und Speicher übernimmt, hat die äußere Verglasung die gleiche
Aufgabe: Minimierung der Wärmeverluste aus Abstrahlung und unerwünschter Konvektion.
Während nun beim Kollektor und auch bei der Trombe-Wand die Wärme
mehr oder wenige kontrolliert abgeführt und unmittelbar z. B. zur
Warmwasserbereitung oder zur Raumheizung genutzt wird, ist die
Außenwand mit transparenter Wärmedämmung so aufgebaut, daß der
Wärmehaushalt der Außenwand selbst im Sinne des Energiegewinns
beeinflußt wird.
49
3.1.1
Lichtdurchlässiges energiegewinnendes Isolationssystem (LEGIS)
a)
Funktion
Ein sehr einfaches und effektives Konzept ist das der lichtdurchlässigen Wärmedämmelemente an Fassaden. Es ist in der Funktion
der Trombewand sehr ähnlich, unterscheidet sich aber dadurch,
daß es an nahezu allen Fassaden von außen angebracht werden
kann. Insbesondere ist es zur Nachrüstung von Altbauten geeignet. Eine Schicht aus lichtdurchlässigem Wärmedämmaterial wird
vor einer Fassade angebracht. Sonnenstrahlung kann das Material
ungehindert durchdringen und wird an der als Absorber ausgebildeten Wandoberfläche absorbiert. Von der so gewonnenen
Wärmeenergie fließt je nach den Wärmetransporteigenschaften von
Isolation und Wand ein entsprechender Anteil nach innen und
dient zum Ausgleich der Wärmeverluste oder sogar als Beitrag
zur Gebäudeheizung.
b)
Eigenschaften
Die bauphysikalischen Eigenschaften des Systems sind abhängig
von der gewählten Materialkombination:
-
die zu isolierende Außenwand kann aus nahezu beliebigen
konventionellen Materialien bestehen,
-
für die transparente Dämmschicht werden sowohl organische
als auch anorganische Materialien untersucht, deren Eigenschaften ebenso unterschiedlich sind (s. Abb. 3.1.1-2)
-
für den erforderlichen Witterungsschutz kommt aus feuertechnischen Gründen im wesentlichen Glas in Frage.
Drei mögliche Materialien sind im folgenden nach
(GS-84.2) dargestellt :
-
Goetzberg.er u.a.
PMMA-Schaum
Dieses Produkt ist bereits auf dem Markt erhältlich. Es besteht
aus expandiertem PMMA. Große Luftblasen im Inneren des
Materials gewährleisten gute Lichttransmission und geringe
Wärmeleitung. In größerer Dicke wird die Lichttransmission
allerdings durch starke Grenzflächenreflexion beeinträchtigt.
50
Waben- bzw. Kapillarstrukturen
Bei diesen Strukturen verlaufen Kunststofflamellen im wesentlichen senkrecht zur Absorberfläche. Auf diese Weise werden
alle Lichtstrahlen, die eine Richtungskomponente senkrecht
zur Horizontale haben, auf den Absorber gelenkt. Durch Reflexionen an Ober fl ächen der (transparenten) Lamellen treten nur
geringe Verluste auf, da diese Art der Reflexion (FresnelReflexion) im Prinzip verlustfrei ist. Wenn weiterhin gewährleistet ist, daß das Verhältnis h/d groß ist (in der Praxis
h/d > 5), dann wird die Konvektion der Luft weitgehend unterbunden. Je nach den optischen Eigenschaften des Absorbers
und des Kunststoffmaterials können auch Verluste durch Wärmestrahlung reduziert werden. Wichtig bei diesen Strukturen ist,
daß die Lichttransmission praktisch unabhängig von der Schichtdicke ist, so daß man optimale Transmission bei fast frei wählbarer Wärmedämmung erhält.
Aerogel
Das Material, das heute nur in Form von kleinen Proben aus
Laborversuchen erhältlich ist, verspricht in der Zukunft
äußerst interessant zu werden. Es besteht aus einem porösen
Gerüst von mikroskopischen SiO2-Kügelchen und wird durch
einen chemischen Ausfällprozeß mit nachfolgender überkritischer Trocknung erhalten. Seine Wärmedämmeigenschaften
sind ausgezeichnet, jedoch tritt im blauen Wellenlängenbereich
noch merkliche Lichtstreuung auf. Als Silikat ist es extrem
temperaturstabil.
Im Hinblick auf eine sommerliche Überhitzung der Außenwand
ist zusätzlich ein wirksamer veränderlicher Sonnenschutz erforderlich. Für dieses Regelungssystem kommen z. B. Rollos, Lamellen
oder Folien in Frage.
c) Herstellung
- Ausgangsmaterialien sind z. B. Kunststoff-Folien und -Schäume,
Aerogel und Glas.
51
-
Halbzeugherstellung als vorkonfektionierte Platten mit standardisierten Dicken und Abmessungen. Mit Ausnahme der in
Abb. 3.1.1-2 genannten Aerogel-Bauteile auch für den Einbau
anpaßbar.
-
Bauteilherstellung sowohl analog zu konventionellen Wärmedämmschichten auf Außenwänden als auch als vorgefertigte Elemente
in einer tragenden Struktur.
-
Gebäudeintegration:
Die transparente Wärmedämmung bildet eine zusätzliche Außenhaut, welche sowohl bei Neubauten als auch bei bestehenden
Gebäuden angeordnet werden kann. Während im konstruktiven
und bauphysikalischen Bereich im wesentlichen auf bekannte
Lösungen zurückgegriffen werden kann, ergeben sich für die
architektonische Integration zwingende Vorgaben (z . B . aus
Material, Farbe , Gliederung) . Aus der erforderlichen Kombination mit Sonnenschutzmaßnahmen (z.B. Rollo) ergibt sich
zusätzlich die Notwendigkeit einer weitgehenden Standardisierun g.
d) Anwendung
-
Anwendungsbereiche :
Gebäude aller Art (Außenwände)
-
Eventuelle Hemmnisse für die Anwendung:
Eigenschaften der Materialien bezüglich Transparenz,
Brandschutz, Schallschutz, Lebensdauer usw. ,
Erforderlicher Überhitzungsschutz für sommerliche Strah-
lungsbedingungen im Sinne eines Regelsystems,
Akzeptanz z. B. in Bezug auf Oberfläche, Farbe, Gliederung
Bauphysikalische Eigenschaften, insbesondere in Bezug
auf die Dampfdiffusion
-
Vergleichbare Konzepte: Trombe-Wand
52
-
Aufwand/Nutzen:
Beispiel: Die nachträgliche Ausstattung einer schlecht gedämmten Außenwand mit einer transparenten Wärmedämmung würde
etwa zu folgenden Ergebnissen führen können:
Wärmedurchgangskoeffizient k:
- vorhandene Wand:
k = 0.90 W /m2K
(30 cm Leicht-Hochlochziegel beidseitig geputzt)
-
vorhandene Wand, zusätzlich mit transparenter
Wärmedämmung (10 cm)
k = 0.45 W/m2K
-
Zum Vergleich: vorhandene Wand, zusätzlich mit
konventioneller Wärmedämmung (10 cm)
k = 0.25 W/m2K
Energiebilanz C (negative Werte: Energieverluste;
positive Werte: Energiegewinne) :
-
Vorhandene Wand:
Cl = - 82 kWh/m2a
-
Vorhandene Wand, zusätzlich mit
transparenter Wärmedämmung:
C2 = - 41 + 149 = 108 kWh/m2a
(Wärmegewinn aus der durchschnittlichen Einstrahlung
auf eine Südwand in Braunschweig-von Oktober bis
März einschließlich, bei Nutzung von 60 dieser Einstrahlung als Wärmegewinn) .
-
Zum Vergleich: vorhandene Wand, zusätzlich mit
konventioneller Wärmedämmung:
C3 = - 23 kWh/m2a
e) Forschung und Entwicklung
-
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme
Oltmannstr. 22
7800 Freiburg
-
Fraunhofer-Institut für Bauphysik
Nobelstr. 12
7000 Stuttgart
in Zusammenarbeit mit Industrieunternehmen.
53
aulien
Boden
innen
Abb. 3.1.1-1 Prinzip der lichtdurchlässigen Wärmedämmung
an einer Außenwand (nach GS-84.2 )
54
TABELLE
I
Material
PMMA-Schaum
(2 Schichten)
Dicke
(cm)
Diffuse
Transmission
(%)
Wärmeverlustkoeff i zi ent
selekt.
Absorber
(W/m2K)
5
45 - 50
1,8
Kapillarstruktur
10
60 - 65
1,0
Wabenstruktur aus
dünnen Folien
10
70 - 80
1,4
Wabenstruktur aus
dünnen Folien
10
70 - 80
2,2
Aerogel zwischen
2 Glasplatten
1
60 - 70
2,0
Aerogel
evakuiert
1
60 - 70
1,5
Abb. 3.1.1-2 Transmissions- und Dämmeigenschaften unterschiedlicher Materialien für die transparente
Dämmschicht (nach GS-84)
55
Heizenergiebeda rf
kw _1, 3 W/m 2 K;
Feb. 1984
Westfassade
kt _1 W/m2 K; fineriternperatvr 20°C
7,2
^4E
3
1 opake isolation; 2 transparente Isolation; 3 Energieeinsparung
Abb. 3.1.1-3 Kumulative Energiebilanz (Februar 1984)
des Systems bezogen auf eine Außenwand flache von 1 m 2 (nach GS-84)
56
3.2
FLUORESZENZ-KOLLEKTOR
Eine wenige mm dicke und bis zu einigen m 2 große Platte aus hochtransparentem Material mit Ober flächen von optischer Qualität (z.B.
Plexiglas) ist mit fluoreszierenden (z.B. organischen)
Farbstoffen dotiert. Diese absorbieren das großflächig einfallende
Sonnenlicht teilweise und strahlen es in erster Näherung isotrop als
spektral leicht langwellig verschobenes Fluoreszenzlicht innerhalb der
transparenten Platte wieder ab. Durch Totalreflexion an den inneren
Plattenoberflächen werden 75 % des Fluoreszenzlichtes in der Platte gehalten
und an die Plattenkanten gebracht. Dort tritt es in konzentrierter Form
aus und kann genutzt, also z. B. durch photovoltaische Zellen in elektrische Energie umgewandelt werden.
Der Einsatz von Fluoreszenzkollektoren wurde im wesentlichen für zwei
Anwendungsbereiche untersucht:
-
als Lichtsammler außerhalb von Gebäuden zur Weitergabe des
Tageslichtes über ein Licht-Transport- und Verteilsystem zur Belichtung innenliegender Räume,
-
als Konzentratoren auch für diffuses Tageslicht für die photovoltaische Energieumwandlung mit Hilfe von Sonnenzellen.
Beide Anwendungen sind im Zusammenhang mit einer Integration in
Gebäude denkbar, wenngleich insbesondere bei der photovoltaischen
Energieumwandlung zunächst eher ein rein technischer Einsatz naheliegt.
Eine weitere Möglichkeit bietet der Fluoreszenzkollektor als Konzentrator für die photothermische Energieumwandlung. Hier werden Fluoreszenzkollektorplatten in Verbindung mit einem Vakuum-Kollektor-Rohr
eingesetzt (s.Abb. 3.2.2-3) . Auf diese Weise wurde eine maximale Leerlauftemperatur von 555°C erreicht, die bei herkömmlichen Kollektoren
nur mit nachgeführten konzentrierenden Systemen möglich ist, welche
lediglich direkte, nicht aber den diffusen Strahlungsanteil nutzen können.
Das Konzept ist in Bezug auf seinen Wirkungsgrad noch verbesserungsfähig. Die Möglichkeiten einer Gebäudeintegration entsprechen im Prinzip
denen, die für den photovoltaischen Fluoreszenzkollektor im Kap.3.2.2
dargestellt werden, wobei die Abführung der thermischen Energie
technisch aufwendiger ist.
57
3.2.1
Tageslichtbeleuchtungs Systeme mit Fluoreszenzkollektoren
a) Funktion
Bei den Tageslichtbeleuchtungssystemen geht es darum, aus gut
belichteten Bereichen außerhalb oder auch innerhalb von Gebäuden oder auch z. B. Schiffen Tageslicht in sonst nicht natürlich
belichtbare Räume weiterzuleiten. Die Notwendigkeit einer solchen
Belichtung kann sich daraus ergeben, daß in der Außenhaut eine
Anordnung von Fenstern nicht möglich ist oder daraus, daß die
zu belichtenden Räume keine unmittelbare Verbindung zur Außenhaut haben.
Die wesentlichen Komponenten des Tageslichtbeleuchtungssystems
sind:
-
der Fluoreszenzkollektor als Licht-Sammler an einer vom Tageslicht gut ausgeleuchteten Stelle,
-
das Lichttransport- und Verteilungssystem, zum Beispiel aus
klaren Plexiglasplatten, die optisch an die Kante des Fluoreszenzkollektors angekoppelt sind.
Prinzip und Realisierungsmöglichkeiten von Tageslichtbeleuchtungssystemen sind in den Abbildungen 3.2.1-1 und 3.2.2-2 dargestellt.
b) Eigenschaften
Das für die Systeme eingesetzte Material ist klares bzw. farbdotiertes Plexiglas. Die für die Gebäudeintegration wesentlichen Materialeigenschaften sind:
-
Plexiglas ist ein brennbarer Baustoff (Brennbarkeitsklasse B2
bzw. B1 nach DIN 4102, Teil 1), entsprechend sind ggf. Vorkehrungen im Hinblick auf den Brandschutz erforderlich,
-
die für die Fluoreszenz verwendeten Farbstoffe müssen dauerhaft lichtstabil sein.
c) Herstellung
-
Ausgangsmaterialien:
Acrylglas, das für den Fluoreszenzkollektor mit fluoreszierenden
Farbstoffen dotiert wird, z. B. BASF 241,
58
- Halbzeugherstellung:
plattenförmige Materialien nach bereits üblichen Verfahren,
-
Bauteilherstellung:
Vorkonfektionierung zu funktionsfähigen Komponenten in den
endgültigen Abmessungen, im wesentlichen nach Verfahren
der Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe,
-
Gebäudeintegration:
Montage funktionsfähiger Komponenten
d) Anwendung
-
Anwendungsbereiche:
Belichtung innenliegender Räume in Gebäuden oder in Räumen,
in denen eine Belichtung durch Fenster ausgeschlossen ist,
-
mögliche Hemmnisse für die Anwendung:
Es steht i. a. nur farbiges Licht (z.B_ gelb-grüner Spektralbereich) zur Verfügung, das entweder durch Filterung (Lichtverluste !) oder durch die Kombination verschiedenfarbiger
Fluoreszenzkollektorplatten (erhöhter Aufwand, allerdings auch
erhöhter Wirkungsgrad) dem weißen Licht angenähert werden
kann.
Die Brennbarkeit des verwendeten Materials kann insbesondere
bei der Durchführung durch feuerhemmende oder feuerbeständige
Bauteile zusätzlichen Aufwand erfordern.
-
Vergleichbare vorhandene Produkte:
Lichtschachtsysteme, künstliche (elektrische)Beleuchtung
-
Aufwand/Nutzen:
Der Forscher errechnet je m 2 Fluoreszenzkollektorfläche bei
einer Einstrahlung von 1.000 kWh/m z a entsprechend
7 • 107 lumen h/m z a eine Lichtausbeute im Raum von 5 %, d.h.
3,5 • 106 lumen h/m z a. Dies entspreche bei einer elektrischen
Beleuchtung mit einer Lichtausbeute von 20 lumen/W einer Energiemenge von 175 kWh/mza.
(s . a. Kap . C . 2 "Ökonomische Konsequenzen") .
59
e) Forschung und Entwicklung
- Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme
Oltmannsstr.22
7800 Freiburg
60
Tageslicht
optische Ankopplung
Fluo re szenz kotlektor
Lichtleitplatte
außen
(hell)
innen
(dunkel)
Wand
Abb. 3.2.1-1 Prinzip eines Tageslichtbeleuchtungssystems
mit Fluoreszenzkollektor
L L
ra^
f4‘
a
b
d
c
Abb. 3.2.1-2 Verschiedene Realisierungsmöglichkeiten von Fluoreszenzkollektor-Tageslichtbeleuchtungssystemen. a) Beleuchtung
von der Fassade, b) vom Dach aus, c) Treppenhausbeleuchtung,
d) Ausnutzung des Lichtes in einem hellen Raum. F = Fluoreszenzkollektor, L = Lichtleitsystem
61
BASF 241
Abb. 3.2.1-3 Absorptions- und Emissionsspektrum des Farbstoffs
BASF 241 sowie Augenempfindlichkeitskurve
62
3.2.2
Fluoreszenzkollektor zur photovoltaischen Energieumwandlung
Funktion
a)
Als Konzentratoren für gerichtetes und für diffuses Licht dienen
Fluoreszenzkollektoren dazu, den Solarzellen-Bedarf pro installierte Leistung zu reduzieren. Sie bedürfen keiner Nachführung.
b) Eigenschaften
Nach Angaben des Forschers hat der Fluoreszenzkollektor ohne
Solarzellen einen internen Wirkungsgrad von 40 der die Verluste von Lichtumwandlung in Fluoreszenzlicht, Einfang des Fluoreszenzlichtes und die Lichtleitung berücksichtigt. Der Absorbtionsgrad für die einfallende Solarstrahlung beträgt ca. 15
Hinzu kommt der Wirkungsgrad der Solarzellen, so daß sich insgesamt ein Wirkungsgrad von 1 bis 2,5 % je nach Art der Solarzellen ergibt.
Das verwendete Material (Acrylglas) ist ein brennbarer Baustoff
nach DIN 4102, was bei einer Gebäudeintegration zu berücksichtigen
ist.
c)
Herstellung
-
Halbzeugherstellung
Aus Acrylglas, das mit fl uoreszierenden Farbstoffen dotiert ist,
werden dünne Platten hergestellt.
-
Bauteilherstellung:
Die Kollektorplatten erhalten einen Rahmen sowie an einer oder
zwei Kanten Solarzellen zur Umwandlung des konzentrierten
Lichtes in Elektrizität. Zur Stabilisierung und für den Kantenschutz ist der Rahmen in der Regel erforderlich.
-
Gebäudeintegration:
Der Fluoreszenzkollektor kann im Gebäude gleichzeitig die Funktion eines transluzenten Bauteils in solchen Anwendungsfällen
übernehmen, bei welchen die Lichtfarbe eine untergeordnete Rolle
63
spielt. Die Integration kann dann in Form einer festen Verglasung
z. B. in Brüstungsfeldern oder auch eines Oberlichtes erfolgen. Wegen des Kantenschutzes und der an den Kanten angebrachten Solarzellen sind angepaßte Konstruktionen erforderlich. Ggf. kann auch die Kombination mit Glas sinnvoll sein.
d) Anwendung
-
Anwendungsbereiche
unabhängig von Gebäuden als elektrisches Versorgungssystem, z. B. als Ladegerät für Akkumulatoren
(s.Abb. 3.2.2-2)
in Gebäuden an Stelle fester Verglasungen (transluzent)
ohne besondere Ansprüche an die Lichtfarbe, z. B. im
Brüstungsbereich, bei Treppenhausverglasungen oder
als Oberlicht
-
-
an der Außenseite von Gebäuden vor geschlossenen Bauteilen im Sinne der hinterlüfteten Fassade.
Mögliche Hemmnisse für die Anwendung
Brennbarkeit des Ausgangsmaterials (Brennbarkeitsklasse B2 bzw. B1 nach DIN 4102 Teil 1)
Funktionsbedingte Farbe, insbesondere beim Einsatz
in transluzenten Bauteilen
-
Vergleichbare vorhandene Produkte
für die Lichtkonzentration optische Konzentratoren, die
allerdings nur gerichtete Strahlung (direkte Sonnenstrahlung) konzentrieren.
-
Aufwand/Nutzen
Bei einem Wirkungsgrad von ca. 2
(s.vorn) und einer jährlichen Einstrahlung von 1.000 kWh/m 2 ergibt sich ein Energiegewinn von ca. 20 kWh/m 2 a. Dies betrifft allerdings ausschließlich die energetische Funktion. Der Nutzen kann bei einem
Einsatz als mehrfunktionales Bauteil wesentlich größer sein.
64
Außerdem kann, bezogen auf die Kollektorfläche, der Energiegewinn dadurch verbessert werden, daß mehrere Kollektorscheiben mit unterschiedlichen spektralen Absorbtionsbereichen
übereinander angeordnet werden (s.a. Kap. C.2 "Ökonomische
Konsequenzen").
e) Forschung und Entwicklung
- Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme
Oltmannsstraße 22
7800 Freiburg
65
einfallende Solarstrahlung
(100 %)
Im Kollektor eingefangenes
Fluoreszenzlicht
Reflektor
Solarzelle
transmittierte
Solarstrahlung ( 80 %)
Abb. 3.2.2-1 Funktionsprinzip des photovoltaischen Fluoreszenz
(nicht maßstäblicher Schnitt)
-koletrs
Akku -Hatz efunoen
Kante mrt
Renekta
Anzen e
1
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^' l
Sd 1a+t er
Buchse
FluaeszenzWatte
Abb. 3.2.2-2 Fluoreszenzkollektor als Ladegerät für NickelCadmium-Akkumulatoren für net zunabhängigen
Betrieb (nach NN-86)
66
reflector
collector
,col lecto
glasstube
evacuated glasstube
collector
col lector
vacuums
absorber
Abb. 3.2.2-3:
Versuchsanordnung für die photothermische
Energieumwandlung mit Hilfe von Fluoreszenz-Kollektoren (nach SW-86)
67
68
4.
MASSNAHMEN ZUR WÄRMERÜCKGEWINNUNG
Unter den Maßnahmen zur Wärmerückgewinnung sind im folgenden
solche Entwicklungsansätze zusammengefaßt, bei welchen in Bauteilen
- im wesentlichen Außenwände und Fenster - Wärme aus der Abluft
und/oder dem Transmissions-Wärmestrom zurückgewonnen wird.
Konventionelle Anlagen zur Wärmerückgewinnung werden im Bereich
der Lüftungs- und Klimatechnik eingesetzt. Es handelt sich dabei um
eine rekuperative Rückgewinnung, bei welcher die Temperatur der
Luft ausgetauscht wird, oder um regenerative oder Enthalpie-Rückgewinnung, bei welcher neben der Temperatur auch die Feuchte ausgetauscht wird. Diese lüftungs- und klimatechnischen Anlagen sind nicht
Gegenstand dieses Querschnittsberichtes, wenngleich bei einigen der
dargestellten Ansätze auch der Einsatz mechanischer Lüftungsaggregate
erforderlich wird. Wesentliches Kriterium soll hier sein, daß der
Wärmeaustausch unmittelbar in Außenbauteilen - Außenwänden, Fenstern
und Fassaden - vollzogen wird.
Eine andere Form der Wärmerückgewinnung, die Reflexion von Wärmestrahlung wird an anderer Stelle dargestellt (s. Kap. 5.2 "Infrarotverspiegelung" und Kap. 1.2.1 "Folienrollo"). Bei der Reflexion von
Wärmestrahlung wird die von den Gegenständen im Raum bei einer
Oberflächentemperatur von 20 • • • 30°C abgegebene Strahlung im Wellenlängenbereich von ca. 3.0 bis 60.0
m durch besondere Beschichtungen
der Außenbauteile reflektiert. Dies bewirkt eine Verbesserung der Behaglichkeit bei gleicher Raumlufttemperatur.
Erwähnt werden diese Maßnahmen auch, weil es häufig sinnvoll sein
kann, durch die Kombination unterschiedlicher Ansätze eine Ergänzung
der jeweiligen Energiespareffekte zu erreichen und damit ein energetisches Optimum, das mit isolierten Maßnahmen nur selten möglich ist.
69
4.1
PORÖSE AUSSENBAUTEILE
Bei konventioneller Konzeption von Gebäuden sind die geschlossenen
Bauteile (Wände, Decken) praktisch luftdicht ausgebildet. Der für
die Räume erforderliche Luftwechsel wird durch das Öffnen von
Fenstern, durch Undichtigkeiten und gegebenenfalls durch Lüftungsanlagen erreicht. Dabei setzen sich die Wärmeverluste aus den
Transmissions-Wärmeverlusten und den Lüftungs-Wärmeverlusten zusammen. Bei den heute üblichen gut wärmegedämmten Außenwänden
haben die Lüftungs-Wärmeverluste einen bedeutenden Anteil an dem
Gesamt-Wärmeverlust. Bei der Lüftung wird warme Raumluft an die
Umgebung abgegeben und durch kalte Frischluft ersetzt.
Der Einsatz poröser Außenbauteile beruht auf dem Gedanken, zwischen den genannten Wärmeströmen einen Austausch in der Form
herbeizuführen, daß die Fristluft aus der Transmissionswärme oder
auch aus der Restluft vorgewärmt wird. Das bedeutet, daß die
sonst durch Transmission oder Lüftung verlorene Wärmemenge teilweise dem Raum wieder zugeführt werden kann.
Roetzel (RO-81) weist nach, daß bei natürlicher Lüftung unter
Ausnutzung von Wind und Dichteunterschieden der Lüftungswärmebedarf bei gleicher Außenluftmenge dadurch verringert werden kann,
daß die Lüftung durch feinporöse, luftdurchlässige Außenwände erfolgt.
Gilli (GI-82) stellt dar, daß der Energiespareffekt sowohl bei Verwendung von Frischluft(Luftströmung entgegengesetzt dem Wärmestrom) als auch von Abluft (Luftströmung parallel zum Wärmestrom)
möglich ist. Die Verwendung von Abluft bedingt allerdings eine
Umkehrung der Luftströmung in gewissen Abständen, um entstehendes Kondensat wieder zu entfernen.
Außerdem beschreibt er eine mit einer transparenten Außenhaut versehene poröse Außenwand, die zusätzlich die Funktion eines
Luftkollektors übernimmt.
Fiala (FI-83) dagegen errechnet, daß der Wärmeverlust einer von
außen nach innen durchströmten Wand größer ist, als bei einer
konventionellen Wand mit gleicher Dämmung und daß durch die niedrigere Oberflächentemperatur der Wand die Behaglichkeit im Raum
70
herabgesetzt wird. Erst eine zusätzliche Berücksichtigung beim Luftwechsel macht eine Verringerung des Gesamtwärmebedarfs um ca. 30 %
möglich. Insgesamt kommt er zu dem Ergebnis, daß der Gesamtwärmebedarf bezogen auf eine gleiche Innenraumtemperatur zwar niedriger,
bei Berücksichtiung gleicher Behaglichkeit und gleicher Lüftungsrate
aber höher ist, als bei einem konventionellen Gebäude mit sonst gleichen
Parametern. Lediglich in einer äußeren Verglasung der Außenwand und
damit ihrer Funktion als Luftkollektor ähnlich der Trombewand sieht
er einen Vorteil für den Gesamtwärmebedarf.
In den folgenden Kapiteln werden Entwicklungen dargestellt, welche
die oben beschriebenen Ansätze weiter verfolgen. Forschungsansätze
und Ausführungen für landwirtschaftliche Einsatzbereich sind auch aus
Schweden bekannt (AJ-83).
71
4.1.1
Porenlüftung
a)
Funktion
Über luftdurchlässige (offenporige) Außenflächen strömt Frischluft in den Raum. Die Außenflächen wirken dabei als großflächige
Wärmetauscher. Die Transmissionswärme dient zur Erwärmung
der Zuluft. Dadurch sind effektive Wärmedurchgangskoeffizienten
von 0 W/m 2 K möglich. Die für den Luftdurchgang erforderlichen
Druckunterschiede können durch mechanische Anlagen hervorgerufen werden.
b)
Eigenschaften
abhängig von den verwendeten porösen Materialien.( s.u.)
c) Herstellung, Ausgangsmaterialien, Halb zeugherstellung und
B auteilherstellung:
-
Poröse Dämm-Materialien in üblicher Ausführung als Filze oder
Platten (z.B. Glaswolle, Mineralwolle, Kokosfaser), lose Schüttungen (z.B. Perlite, Leca, haufwerksporige Betone, Sägespäne)
-
Gebäudeintegration , Endverarbeitung, Montage:
Einbau konventioneller poröser Dämm-Materialien (z. B. Glaswolle, Mineralwolle, Kokosfasern) in Außenwände und Decken.
Zusätzlich erforderlich ist eine geschlossene Außenhaut sowie
ggf. Filter und mechanische Luftumwälzung.
d) Anwendung
-
Anwendungsbereiche:
Stallungen
Wohnbauten (Einfamilienhäuser)
Geschoßwohnbauten
Bürobauten
72
Krankenhäuser
Hallen und Säle
Altbaumodernisierung
-
Evtl. Hemmnisse für die Anwendung:
Freisetzung von feinen Fasern
Freisetzung von Formaldehyd
Verschmutzung des Filters (Poren)
Brandschutz
Schallschutz
-
Aufwand/Nutzen:
Unter der Annahme, daß die Lüftungs-Wärmeverluste eines
Wohngebäudes etwa 30 kWh/m 2 a betragen und daß durch
das System der Porenlüftung diese etwa um ein Drittel reduziert werden können dadurch, daß die Zuluft vorgewärmt
wird, ergibt sich eine Einsparung von ca. 10 kWh/m 2 a. Dieser
Wert bezieht sich auf die beheizte Wohn- und Nutzfläche des
Gebäudes.
Für eine Wohnung von 100 m 2 ergibt sich daraus eine mögliche
Einsparung von 1.000 kWh/a.
(s.a. Kap. C.3 "Ökonomische Konsequenzen")
-
Weiterentwicklung
- "SOLPOR-System" (s.Kap.4.1.2)
- "Atmungslüftung" (s.Kap. 4.1.3).
e) Forschung, Entwicklung:
Univ. Doz. Dipl.-Ing. Dr.techn. Helmut Bartussek
Falkenburg 134
A 8952 Irdning
73
nachträglicher Einbau (außen)
Offener Frst
dichte Fassade
bei Feuchträumen:
ev. Kondensatfarg
wärmmegedärrmt
Abiuttkamin
Regelklappe
eventuell
Wärmepumpe
gier
-Lauscher
y.5rrt3/m2hPa
NL
PORENLÜFTUNG
wärmeökonomische Verbesserung
äußerer Zuluftkanal
duftdurchlässige Dämmplatte
innerer Zulu ftkanal
sY vorhandene Mauer
\&///////j..Bohrungen
i.
0,t ry
• für Zulu! I
Anzahl,
Größe,
Verteilung
nach Erfordernis
l-fmind. 5cm
d nach Bemessung für 1(0
nd.5 cm
ly
Abb. 4.1.1-1 Prinzip der Porenlüftung für einen Dachausbau (I)
und eine Außenwand (II) (nach BA-81)
74
FORSCHUNGSPROJEKT "PORENLÜFTUNG' . BMfBuT F511:V0RSCHLAG FÜR EINEN SAALNEUBAU
Porendecke auf Brettbinder. ALTERNATIVE : abgehängte Porendecke unter Betonschale
^
_
Crurdgrenzen
Garten
_^
( — neu
I • wni
Blechdach
Hintert0ftung
Zulu' traum
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Einstieg 60/60 ZULUFT
^
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SCHNITT A-A 1 100
SCHNITT B-B 1100
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FORTLUFT
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Referat Bauwesen
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SCHNITT 0-0
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Blechdach
2' Holzschalung
5 Hint erliiftun
Alutolie verkebt
2s Holzschalung
0
ETAILC
110
•Brett binder
T2 Mineralvolle
2s min. Holzvoller ilte
.wmw.y
Rabi
^nrw.w^.v
'tie:
Sichtschalung
w^^e-
a
luftdurchlässige
PCRENOECKE
Abb. 4.1.1-2 Vorschlag einer Porenlüftung für einen Saalneubau
(nach BA-81)
75
Schwerkraft -Porenlüffund bei Gescho(3wohnbauten-Prinzip
innen vorgesetzte Porenwände
Apluft
I SOMMER
WINTER
44
gig
offener First
reegqelbare
At ftfän
...^:. , aatusa
e lzli
'aiäiiiit
Zuluftteitung
oder im Deck
schatloedäm
abgehängte
Decke
J
ein schatt9edämmtesf/ zentrale
Zuluftgerät pra Wohn-
Filterung
einheil
Abb. 4.1.1-3 Alternativen der Porenlüftung für den Wohnungsbau mit
Darstellung des Sommer/Winterbetriebes (I) und einer
Luftführung im Inneren des Gebäudes (nach BA-81)
76
4.1.2
SOLPOR-System
a)
Funktion
Belüftung von beheizten Aufenthaltsräumen, indem die Zu- und
Abluft großflächig durch luftdurchlässig ausgebildete (feinporöse) Außenbauteile zu- oder abgeführt wird (s.a. "PORENLÜFTUNG" Kap. 4.1.1). Zusätzliche Nutzung von Solarenergie
durch verglaste, luftdurchlässige Südwände.
b)
Eigenschaften
Die Eigenschaften sind abhängig vom verwendeten Material für
die poröse Schicht, z. B. Mineralfaserplatten.
Bei Mineralfaserdämmstoffen ist nach Angabe des Forschers auf
Grund von Versuchsergebnissen ein Austrag von Fasern nicht
zu erwarten.
Herstellung
-
Ausgangsmaterialien, Halbzeugherstellung und Bauteilherstellung :
Poröse Dämm-Materialien in üblicher Ausführung als Filze oder
Platten (z.B. Glaswolle, Mineralwolle, Kokosfaser), lose Schüttungen (z.B. Perlite, Leca, haufwerksporige Betone, Sägespäne).
-
Gebäudeintegration , Endverarbeitung, Montage :
Einbau konventioneller poröser Dämm-Materialien (z . B . Glaswolle ,
Mineralwolle, Kokosfasern) in Außenwände und Decken. Zusätzlich erforderlich ist eine transparente Außenhaut sowie ggf.
Filter und mechanische Luftumwälzung.
d) Anwendung
-
Anwendungsbereiche:
Stallungen
Wohnbauten (Einfamilienhäuser)
Geschoß wohnbauten
B ürobauten
77
-
Evtl. Hemmnisse für die Anwendung:
Die Abstimmung von Baudetails, Lüftungsplanung, Bauausführung, Installationstechnik und Nutzerverhalten entscheidet über die Funktion.
-
Aufwand/Nutzen:
Der Verfasser errechnet am Beispiel eines Wohnhauses mit
721 m 3 umbautem Raum und einem mittleren k-Wert (ohne
Porenlüftungseffekt von k = 0.4 W/m 2 K eine Energieeinsparung
von ca. 5.500 kWh/Heizsaison. (s.a.Kap. C.2 "Ökonomische
Konsequenzen")
-
Weiterentwicklung:
- "Atmungslüftung" (5. Kap . 4.1.3 )
e) Forschung, Entwicklung
Univ. Doz. Dipl.-Ing. Dr. techn. Helmut Bartussek
Falkenburg 134
A 8952 Irdning
78
Abb. 4.1.2-2 Varianten der Luftführung beim Solporsystem für
Zuluft- und Umluftführung sowie für den Sommerbetrieb
(nach BA-85)
konditionierte
Zuluft
poröse
Speicherwand
Luftdurchlässige Solarwand - Prinzip
Abb. 4.1.2-1 Prinzip des Solpor-Systems (nach BA-85)
79
4.1.3
Atmungslüftung
a) Funktion
Die Atmungslüftung ist eine Weiterentwicklung der in den vorangegangenen Kapiteln dargestellten "Porenlüftung" und des
"Solpor-Systems". Beheizte Aufenthaltsräume werden belüftet,
indem Zu- und Abluft großflächig durch luftdurchlässige, feinporöse Außenbauteile (Wände und Decken) geführt wird. Diese
Luftführung vollzieht sich in periodischem Wechsel der Strömungsrichtung. Durch einen zusätzlichen regenerativen Rückgewinnungseffekt wird so im Vergleich mit der einfachen Porenlüftung zusätzlich Wärme eingespart, die sonst mit der Abluft verlorengeht.
b)
Eigenschaften
Es wurden Versuche an einem Modell aus 10 cm dicken luftdurchlässigen Steinwolleplatten durchgeführt. Nach den Versuchsergebnissen können die Phasen der Strömungsrichtungen bei 1 bis 30
Minuten liegen, ohne daß deren Länge einen wesentlichen Einfluß
auf das Ergebnis hätte. Die Reduktion der Gesamt-Wärmeverluste
lag bei ca. 50
c)
Herstellung
Bei der Atmungslüftung handelt es sich um ein System, das
eine ganzheitliche Integration in das Gebäude und damit eine
koordinierte Planung voraussetzt. Die einzelnen Bauteile und Komponenten können dann nach üblichen Verfahren hergestellt und
eingebaut werden.
d)
Anwendung
- Anwendungsbereiche:
Wohnungsbau, Bürobau, Schulen, Stallungen
80
Hemmnisse für die Anwendung:
Sorgfältig abgestimmte Planung des gesamten bau- und installationstechnischen Systems erforderlich.
Nutzerverhalten muß auf das System abgestimmt sein.
Festlegungen in Bezug auf die Ober fl ächenbehandlung der
raumseitigen Ober fl ächen der durchströmten Außenbauteile.
Filterwirkung der durchströmten Bauteile kann langfristig
zu Verschmutzungen führen.
Aufwand/Nutzen:
Der durch den Forscher benannte Effekt einer 50 eigen Reduktion der Gesamtwärmeverluste (aus Lüftung und Transmission)
entspricht bei einem Wert von k 0 0.35 W/m 2 K (entsprechend
einer Außenwand in Leichtbauweise mit einer Wärmedämmschicht
aus einer 100 mm dicken Mineralfaserplatte) bezogen auf die
Wandfläche und bei einer Gradtagszahl von Gt = 3.800 dK/a
(Hannover einer jährlichen Reduktion der Transmissionswärmeverluste um
GT = 0.5 • 0.35 • 3.800 . 24 : 1.000 = 15.96 kWh/m2a
und der Lüftungswärmeverluste ( die der Forscher mit dem
4- bis 7-fachen der Transmissionswärmeverluste ansetzt ) um
Gl = 4 • 16 = 64 kWh/m2a,
also
insgesamt um
G = GT + Gl = 16 + 64 = 80 kWh/m2a.
e) Forschung, Entwicklung
Erfindergemeinschaft "Stute-Klänsberg-Bartussek"
c/o Hans Joachim Stute, St. Helenen-Str. 14, 5963 Wenden-Elben
Europäische Patentanmeldung 831 060 40.5 vom 21.06.1983
Deutsche Patentanmeldung P 3441597.1 vom 14.11.1984.
81
4.2
BELÜFTETE FENSTER UND FASSADEN
Fenster haben viele Funktionen zu erfüllen, die sich oft widersprechen
und im Grunde abhängig von den jeweiligen äußeren und inneren
Klimabedingungen unterschiedliche konstruktive Lösungen für ein
und dasselbe Fenster erfordern. Das ist in der Praxis nicht durchführbar, und so kommt es darauf an, für die jeweilige Gebäudefunktion ein Optimum zu finden. Dieses Optimum ist z. B. davon abhängig,
ob der Innenraum klimatisiert ist oder nicht. Bei klimatisierten Gebäuden entsteht der größte Energiebedarf durch die Kühlung in der
Übergangszeit und im Sommer, während bei nicht klimatisierten Gebäuden der Energiebedarf aus der Heizung im Winter und in der
Übergangszeit entsteht. Naheliegend ist zunächst der Gedanke, den
Wärmeinhalt der Abluft (bei beheizten Gebäuden im Winter) nicht durch
einfaches Öffnen der Fenster verlorengehen zu lassen, sondern die
Abluft über einen Wärmeaustauscher zu führen und mit der zurückgewonnenen Wärme die Frischluft vorzuwärmen. Entsprechende Aggregate zum Einbau im Fenster oder Fensterrahmen sind im Handel. Sie
sind neben dem Wärmeaustauscher mit einem Ventilator und mit Einrichtungen zur Schalldämmung ausgestattet. Bei entsprechender konstruktiver Ausbildung sind sie in der Lage, auch Luft aus dem Zwischenraum einer hinterlüfteten Außenwand anzusaugen und damit Frischluft
zu verwenden, die bereits aus der Abwärme des Gebäudes, besonders
aber durch den Einfluß der Sonnenstrahlung vorgewärmt ist.
Einem ähnlichen Grundgedanken folgt das sogenannte "Abluftfenster".
Bei diesem wird die Abluft des Raumes von oben nach unten durch
das Fenster im Zwischenraum zwischen einer raumseitigen Einfachverglasung und einer äußeren Doppelverglasung geführt. In dem Zwischenraum kann gleichzeitig eine Jalousie angeordnet sein. Die energetischen
Vor- und Nachteile des Abluftfensters stellt Reinmuth ausführlich dar
(RE-84).
Nach seiner Darstellung sind die Vorteile:
-
extrem niedriger k-Wert für die vom Raum an das Fenster abgegebene Wärme,
-
hohe Oberflächentemperatur der raumseitigen Scheibe,
-
gute Wärmedämmung als 3-fach-Verglasung bei abgeschalteter
Lüftungsanlage,
82
-
Wirkung mit Zwischenjalousie als Sonnenkollektor bei Rückgewinnung
der erzeugten Wärme,
-
gute Wirkung der Zwischenjalousie als Sonnenschutz bei Abführung
der Abluft.
Diesen Vorteilen stehen aber nach Reinmuth deutliche Nachteile gegenüber:
-
Notwendigkeit mechanischer Lüftungseinrichtungen,
-
Wertlosigkeit der bereits abgekühlten Abluft für eine Wärmerückgewinnung im Winter,
Wertlosigkeit der erwärmten Abluft für eine Kälterückgewinnung
im Sommer,
-
höherer Aufwand für die Abluftführung und höherer Aufwand
für die Beleuchtung,
-
höhere Bau- und Unterhaltungskosten.
Abschließend kommt er zu dem Ergebnis, daß, verglichen mit einem
konventionellen 3-fach isolierverglasten Fenster der Aufwand sowohl
für die Heizung als auch für die Kühlung höher liegt, daß allerdings
durch die Oberflächentemperatur der raumseitigen Scheibe die Behaglichkeit im Raum deutlich verbessert wird. Hier könnte ergänzt werden,
daß diese höhere Oberflächentemperatur, insbesondere bei einer grossen Fensterfläche, in gewissen Grenzen eine Absenkung der Raumlufttemperatur erlaubt.
Reinmuth stellt außerdem die energetischen Zusammenhänge beim sogenannten "k-Wert-veränderlichen Fenster" dar, die auch auf ganze
verglaste Fassaden übertragen werden können. Das k-Wert-veränderliche
Fenster ist dadurch gekennzeichnet, daß Außenluft bei Bedarf durch
den Zwischenraum zwischen einer inneren Einfachverglasung und einer
äußeren Doppelverglasung strömen kann. Der Zwischenraum enthält
eine Jalousie mit senkrechten Lamellen.
83
Die Außenluft tritt unterhalb des Fensters ein und oberhalb des
Fensters wieder aus. Die Öffnungen hierfür können bei Bedarf geschlossen werden, so daß zunächst wärmetechnisch das Fenster entweder
den Wärmedurchgangswert einer Einfachverglasung oder den einer
Dreifachverglasung annehmen kann. Hinzu kommt die Wirkung der Jalousie, gegebenenfalls sogar im Sinne eines primitiven Sonnenkollektors.
Insbesondere sieht er folgende Vorteile des k-Wert-veränderlichen
Fensters:
-
Anpassung des k-Wertes an die jeweiligen Erfordernisse,
-
Einsparung von Energie zur Lüftung oder Klimatisierung, Fortfall
der beim Abluftfenster erforderlichen mechanischen Lüftungsanlage,
-
Selbstregelung der natürlichen Durchlüftung,
-
anwendbar auch bei Gebäuden mit natürlicher Be- und Entlüftung.
Abschließend sieht er den wichtigsten Vorteil dieser Konstruktion im
Sommerfall bei Gebäuden mit inneren Wärmeleitern, die durch die
Anpassung des k-Wertes besser abgeführt werden können.
84
Innere
Scheibe
Au(kre Isofierscne+be
2
^
Abb. 4.2-1 Temperaturverlauf im Abluftfenster im Winterauslegungsfall bei einer Außentemperatur von -15°C
ohne Sonneneinstrahlung (nach RE-84)
od^r kM^tn
Abb. 4.2-2 k-Wert- veränderliches Fenster (nach RE-84)
86
SONSTIGE MASSNAHMEN
5.
Im folgenden sind insbesondere solche Maßnahmen dargestellt, bei
welchen die Aspekte der Wärmedämmung, der Wärmespeicherung,
des Energiegewinns und der Wärmerückgewinnung gleichermaßen
bedeutend sind, so daß die Zuordnung zu einem einzigen dieser
Aspekte nicht sinnvoll erscheint.
Dies gilt für die im Kap. 5.1 benannten Maßnahmen, bei welchen
luftdurchströmte Bauteile sowohl Energie aus der Umwelt gewinnen
als auch Abwärme des Gebäudes rückgewinnen können und bei denen
auch eine Zwischenspeicherung der Wärme in Bauteilen erfolgt.
Auch die von Wasser oder einem, an deren flüssigen Wärmeträgermedium durchströmten Außenbauteile, die im Kapitel 5.2 dargestellt
sind, werden so ausgelegt, daß sie jede dieser drei Funktionen
in gewissem Maße übernehmen können. Außerdem werden Maßnahmen
erwähnt, die im wesentlichen dem Schutz vor unerwünschter Einstrahlung dienen und die in der Regel glechzeitig die Funktion eines
thermischen Gleichrichters (Energiedurchlässigkeit, z. T. regelbar,
in einer gewünschten Richtung) übernehmen können.
Die im Kap. 5.3 dargestellten Maßnahmen basieren auf einer im
Bereich der Wärmestrahlung reflektierenden Beschichtung von Fenstern und von nicht transparenten Bauteilen.
Weitere Maßnahmen zur Steuerung der Energiedurchlässigkeit, hier
im wesentlichen im sichtbaren Bereich des Sonnenspektrums, sind u. a. :
-
die Anordnung von richtungsabhängigen Verspiegelungen im
Zwischenraum von Isolierverglasungen, welche für steil einfallendes Licht (Sommer) undurchlässig, für die flach einfallende
Sonnenstrahlung im Winter jedoch durchlässig sind (K0-83, AL-83) ;
-
die temperaturabhängige Lichtdurchlässigkeit von Baumaterialien,
insbesondere von Verglasungen (IB-83) und die Steuerung
der Lichtdurchlässigkeit durch andere physikalische Einflüsse;
-
verstellbare Blendensysteme (Louver) , welche, vor transparenten oder geschlossenen Bauteilen angeordnet, den Durchgang
der Sonnenstrahlung regeln (WI-82).
87
Diese Maßnahmen sollen hier lediglich erwähnt werden. Ihre Wirksamkeit hängt in besonderem Maße von der Abstimmung mit den übrigen
Bauteilen im Sinne einer ganzheitlichen Optimierung ab. Im gleichen
Sinne kann auch der energetische und wirtschaftliche Effekt nur
im Zusammenhang beurteilt werden.
Im Zusammenhang mit der Führung der Zuluft in Büroräumen und der
Abfuhr von erwärmter und mit Schadstoffen angereicherter Luft wurde
das Konzept für eine Luftführung von unten nach oben entwickelt
(BH-82). Hierdurch ist ein reduzierter Energieeinsatz für raumlufttechnische Anlagen möglich. Da es nicht unmittelbar das Thema dieses
Querschnittsberichtes betrifft, soll dieses Konzept hier nur erwähnt
werden. Eine. Kombination mit den unter 5.1 dargestellten Ansätzen ist
denkbar.
Besonders ist hier auch, obgleich er nicht Gegenstand dieses Querschnittsberichtes ist, auf den Bereich der Meß- und Regeltechnik
hinzuweisen. Der Einsatz der Mikroelektronik erlaubt bei der Regelung von Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystemen wesentliche Energieeinsparungen und damit Senkungen der Betriebskosten von Gebäuden.
Darüber hinaus können aber auch hybride Systeme und Systeme
zur passiven Nutzung der Solarenergie in ihrem Komfort verbessert
und so in Bezug auf ihre Wirksamkeit durch den Einsatz von Regeleinrichtungen optimiert werden. Ein Beispiel hierfür ist das im
Kap. B.1.2 beschriebene Folienrollo.
88
5.1
LUFTDURCHSTRÖMTE BAUTEILE
Häufig werden in Gebäuden für Außenwände, aber auch für Decken,
Bauteile mit Hohlräumen eingesetzt. Dies geschieht zunächst aus
Gründen der Gewichts- oder Materialeinsparung. Es liegt nahe, diesen Hohlräumen bei nur geringfügiger Modifikation durch die Herstellung zusammenhängender Kanalsysteme eine zusätzliche Funktion zuzuweisen. Führt man durch solche Hohlräume Luft, so kann
diese entsprechend ihrer Temperatur an die umgebenden Bauteile
Wärme abgeben oder aber aus diesen Bauteilen Wärme aufnehmen.
Entsprechend können die umgebenden Bauteile zusätzlich die Wärme
speichern (HA-86). Das im folgenden dargestellte System basiert darauf,
aus den Außenbauteilen des Gebäudes Wärme aufzunehmen.
89
5.1.1
Air-Therm-Wärmerückgewinnungssystem
a)
Funktion
Das Gebäude ist in seiner gesamten Außenhaut (Dach, Außenwände,
Kellersohle) zweischalig ausgeführt. Der Luftraum zwischen beiden
Schalen ist durchgehend. Aus diesem Luftraum wird die Luft
vom Dach her durch die Außenwände und durch die Kellersohle
angesaugt. Dabei nimmt sie Wärme aus der Abwärme des Gebäudes
und aus dem Erdreich auf. Diese Wärme wird ihr durch eine
Luft-Wasser-Wärmepumpe entzogen und mit höherer Temperatur
der Fußbodenheizung zugeführt. Die entsprechend abgekühlte
Luft wird durch einen Schacht wieder in den Dachraum geblasen,
von wo aus sie von neuem zur Wärmeaufnahme angesaugt werden
kann (Abb. 5.1.1-1) .
In dem Luftspalt wird die Temperatur im Vergleich zu einem
stationären Zustand abgesenkt. Dadurch wird die Wärmeabgabe
an die Umwelt verringert. Zusätzlich wird Wärme aus dem Erdreich gewonnen.
b)
Eigenschaften
Die Außenbauteile können mit herkömmlichen Materialien erstellt
werden. Entsprechend ergeben sich keine Besonderheiten in
Bezug auf den Schall-, Brand- und Feuchtigkeitsschutz
(s. Abb. 5.1.1-2).
c)
Herstellung
Entsprechend der gewählten Konstruktion werden herkömmliche
Verfahren (Mauerwerk, Stahlbeton, Stahlbetonfertigteile u.a.)
eingesetzt. Anschlüssen wie Deckenauflagern, Fensteranschlüssen,
Gebäudeecken u.a. ist, insbesondere in Bezug auf die ununterbrochene Durchführung der Wärmedämmung, besondere Sorgfalt
zu widmen, da diese Punkte bei mangelhafter Ausführung leicht
zu Bauschäden führen können. Dies gilt auch für die konstruktive
Verbindung der beiden Schalen untereinander.
90
d) Anwendung
-
Anwendungsbereiche:
beheizte Gebäude allgemein, insbesondere Wohnungsbauten
-
Mögliche Hemmnisse für die Anwendung:
Erhöhter Aufwand im Rohbau (zweischalige Außenbauteile
mit durchgehendem Luftraum) ,
nachträgliche Installation bei bestehenden Gebäuden kaum
möglich,
Absenkung der Oberflächentemperatur an der inneren Oberfläche der Außenbauteile,
-
vergleichbare Konzepte:
Belüftete Fassade (s .Kap . 4.2)
Massiv-Absorber (s.Kap.5.2.2)
-
Aufwand/Nutzen:
An einem ausgeführten Gebäude wurden Vergleichsmessungen
durchgeführt (KO -83) :
-
mit entsprechend dem Air-Therm-System betriebener Luftumwälzung und Einsatz der Wärmepumpe
- als Vergleich ohne Luftumwälzung mit elektrischer Widerstandsheizung.
Aus der Hochrechnung der Ergebnisse ergab sich für das
gleiche Gebäude ein Jahresenergieverbrauch von 8.300 kWh elt/a
für das Air-Therm-System gegenüber 19.600 kWhelt/a bei
konventioneller Beheizung. Der spezifische Heizwärmebedarf
des Hauses bei konventioneller Beheizung beträgt ca. 50 W/m2
beheizte Wohn- und Nutzfläche bei einer Außenlufttemperatur
von -12°C. Das bedeutet für das Wohnhaus (beheizte Wohnund Nutzfläche ca. 170 m 2 ) eine Energieeinsparung von
ca. 11.300 kWh/a. Die Gebäudeaußenfläche oberhalb des
Erdreichs (Außenwände abzüglich Fenster und Türen Dach)
beträgt ca. 220 m 2 . Daraus ergibt sich eine systembedingte
Energieeinsparung von ca. 50 kWh/m 2 a bezogen auf die
Gebäudeaußenfläche.
e) Forschung, Entwicklung
- Air-Therm GmbH + Co KG
Im Oberdorf 1 a
3306 Lehre-Wendhausen
91
Abb. 5.1.1-1 Air-Therm-Wärmerückgewinnungssystem,
Funktionsschema
30
4^5 ®
^,5 ^3^ 115
1
^
INNEN
limy
--- s^i®
,
, ,
,
,
^ ^ ^
Abb. 5.1.1-2 Außenwand bei Air-Therm-System als Außenwand
(a) und als Kelleraußenwand mit Anschluß an die
Sohlplatte (b) (nachNN-85)
(1) Tragendes Innenmauerwerk, (2) Vormauerwerk,
(3) Air-Therm-Dämmplatten, (4) Air-Therm-Abstandhalter, (5) Luftraum, (7) Putz, (9) Air-ThermDoppelboden, (10) Air-Therm- Au flager, (11) Schwimmender Estrich, (12) Wärmedämmung, (14) Innere
Vormauerschale, (15) Kelleraußenmauerwerk
92
5.2
FLUSSIGKEITSDURCHSTRGMTE AUSSENBAUTEILE
Es sind drei unterschiedliche Intentionen, die dazu geführt haben,
Außenbauteile vorzuschlagen, welche von Flüssigkeiten (Wasser oder
Sole) durchströmt werden:
-
Die geringe Wärmekapazität leichter, vorgefertigter Bauteile
kann sich unter sommerlichen Klimabedingungen ungünstig auf
das Raumklima auswirken. Stark schwankende Raumlufttemperaturen
und Uberhitzung können die Folge sein. Wasser mit seiner hohen
spezifischen Wärmekapazität kann in solchen Bauteilen die Funktion des Wärmespeichers übernehmen und sich so stabilisierend
auf das Raumklima auswirken (K0-78).
-
Außenbauteile sind, auch bei guter Wärmedämmung, diejenigen
Flächen, über welche unter winterlichen Klimabedingungen die
Wärme aus dem Raum abfließt. Mit der dadurch verursachten
niedrigen Oberflächentemperatur wird auch das Behaglichkeitsgefühl in der Nähe dieser Bauteile reduziert. Eine Durchströmung
mit Heizungswasser macht die Außenbauteile zu Heizflächen
und hebt den oben dargestellten Nachteil auf. Außerdem kann
unter sommerlichen Klimabedingungen die Speicherwirkung
des Wassers das Raumklima stabilisieren (HA-80).
-
Als Kontaktflächen zur Außenluft sind Außenbauteile in der Lage,
dieser Wärme zu entziehen, wenn sie über einen Sole-Kreislauf
mit der kalten Seite einer Wärmepumpe verbunden sind. In dieser
Form können sie außerdem auch Wärme aus der Sonnenstrahlung
aufnehmen und über die Wärmepumpe an das Heizsystem abgeben.
Das Außenbauteil wird damit zum Absorber im Sinne des Energiedaches oder der Energiefassade (HU-84) .
Die hier aufgeführten Ansätze können einzeln oder auch miteinander
kombiniert in Bauteilen angewandt werden. Entsprechende Entwicklungen werden im folgenden kurz dargestellt.
93
5.2.1 Wasserdurchströmte Außenbauteile zur Raumheizung und -kühlung
a)
Funktion
An der dem Raum zugewandten Seite vornehmlich leichter, geschlossener Außenbauteile ist ein Kanalsystem angeordnet, das
wahlweise von warmem oder auch von kaltem Wasser durchströmt
werden kann. Aufgrund der besonderen Konstruktion
(s. Abb. 5.2.1-1) erfolgt die Wärmeabgabe an den Raum oder
auch der Wärmeentzug aus dem Raum sowohl in Form von Strahlung
als auch in Form von Konvektion. Das Konzept beinhaltet die
Versorgung mit warmem und kaltem Wasser aus jeweils einem
warmen und einem kalten Tank, deren Temperatur mit Hilfe
einer Wärmepumpe geregelt werden kann. Zur Versorgung mit
Wärme aus der Umwelt können Sonnenkollektoren, Absorber, Erdreich- und Grundwasser-Wärmetauscher in das System integriert
werden. Die folgenden Ausführungen beziehen sich ausschließlich auf die Außenbauteile und gehen nicht weiter auf die übrigen Komponenten des Systems ein.
b)
Eigenschaften
Es werden zwei Grundausführungen dargestellt, welche dann auf
ähnliche Weise modifiziert und ergänzt werden.
Außenwandelement mit metallischen Komponenten
Ein Sandwichelement aus zwei ebenen, an den Rändern verformten Blechen und einer dazwischen liegenden Wärmedämmschicht ist an der Innenseite mit einem Trapezblech
und dieses wieder mit einem zusätzlichen ebenen Blech verbunden (Abb. 5.2.1-2). Dadurch entsteht ein doppeltes
Kanalsystem, bei welchem abwechselnd ein Kanal über dazu
senkrecht verlaufende Verteiler mit Heizungswasser durchströmt wird, während die dazwischenliegenden Kanäle an ihren
Enden zum Raum hin geöffnet sind und so von der Raumluft durchströmt werden können.
94
-
Außenwand in Holzrahmenbauweise
Das außen mit einer hinterlüfteten Schale versehene Element
erhält zwischen den Rahmen eine Wärmedämmschicht mit
innenseitig aufkaschierter Alu-Folie als Dampfsperre. Zum
Raum hin ist dann ein Hohlraum angeordnet, welcher durch
eine Gipskartonplatte abgeschlossen wird. In dem Hohlraum
befindet sich ein Rohrregister, das von dem Heizungswasser
durchströmt wird (Abb. 5.2.1-3). Über oben und unten angeordnete Schlitze kann die Raumluft durch den Hohlraum
zirkulieren und dort erwärmt werden.
Ergänzungen bzw. Modifikationen erlauben bei beiden Ausführungsarten
-
die Erweiterung der Heiz fläche und der Luftzirkulation auf
die Decke und/oder den Boden,
-
den Einsatz einer mechanischen Luftumwälzung,
-
die Anordnung von Solarabsorbern an der Außenseite der
Elemente,
-
die Einbeziehung der Fenster als belüftete Elemente in das
Umluftsystem.
Die bauphysikalischen Eigenschaften entsprechen denen sinngemäß
gleich ausgeführten konventioneller Außenbauteile in Bezug auf
den Wärme-, Schall-, Feuchtigkeits- und Brandschutz. Beim
Einsatz des Systems zur Kühlung im Sommer kann Kondensat
entstehen. Dieses muß sicher abgeführt werden. Außerdem sind
Vorkehrungen zur Vermeidung von Korrosion besonders an den
mit der Raumluft in Kontakt stehenden metallischen Bauteilen
erforderlich.
c) Herstellung
-
Halbzeuge:
Übliche Materialien für Metall-Fassaden bzw. für Fertigteile
aus Holz und Holzwerkstoffen sowie in der Heizungstechnik
übliche Bauteile.
95
-
Bauteilherstellun g :
Bei den metallischen Außenwandelementen sind zusätzlich zu
der üblichen Herstellung eine wasserdichte Verschweißung
ein wirksamer Korrosionsschutz sowie Anschlüsse an das Heizungssystem herzustellen.
Bei der Holz-Rahmenbauweise ist ein Heizregister mit Anschlüssen an dos Heizsystem in das Bauteil zu integrieren.
In beiden Ausführungsformen ist für den Fall der sommerlichen
Kühlung eine wirksame Kondensat-Ableitung erforderlich.
-
Gebäudeintegration:
Entsprechend konventionellen Bauteilen vergleichbarer Bauweise. Zusätzlich Anschluß an das Heizungssystem und
ggf. an eine mechanische Luftführung.
d) Anwendung:
-
Anwendungsbereiche :
beheizte Gebäude mit leichten Außenwänden, Neubauten
-
vergleichbare Produkte:
"Integrierte Fassade" (Gartner, Gundelfingen) (NN-85)
-
Aufwand/Nutzen:
Der Vorteil des Systems liegt im wesentlichen in der grösseren Behaglichkeit durch Vermeidung von Abkühlungsflächen im Raum. Hinweise zur Energieeinsparung werden durch
den Forscher nicht gegeben. In Analogie zu den an anderer
Stelle gemachten Ausführungen (z . B . Kap . B . 5.3) kann
an genommen werden , daß die Raumlufttemperatur um 1... 3 K
abgesenkt werden kann. Ein Teil des daraus resultierenden
Energiegewinns wird allerdings wieder durch die Anordnung
des Heizregisters in der Außenwand verlorengehen.
Eine Absenkung der Raumtemperatur um 1 K entspricht einer
Energieeinsparung von ca. 5 Dies würde bei einer 100 m2
großen Wohnung und einem Außenflächenanteil von 50 m 2 , davon
25 m 2 geschlossen, und einem spezifischen Heizenergieverbrauch
von 160 kWh/m 2 a (bezogen auf die Wohnfläche) ca. 16 kWh/m2a
Außenwandfläche entsprechen.
96
e) Forschung, Entwicklung:
Prof. Dr.-Ing. Friedrich Haferland
Technische Hochschule Delft/NL.
Auf die Konstruktonen sind Schutzrechte angemeldet.
97
VARIANTEN NATÜRLICHER
WASSERKÜHLUNG DURCH
EXTERNE WÄRMETAUSCHER
GEBÄUDEQUERSCHNITT MIT LUFTFÜHRUNG
a ) LUFT-WÄRMETAUSCHER--^
LUFTZIRKULATION
BEI KÜHLUNG IM
SOMMER —^
LUF TZIRKULATICN
BEI HEIZUNG IM
WINTER
• OOnnrnu
UMWÄLZPUMPE
UND
THERMOSTATMISCHVENTIL
b) WASSERWÄRMETAUSCHER
0-11—.I
VOR-UND RÜCKLAUF
RINGLEITUNGEN
WJA
R^•il^'C.t! VP.I.VIMYY.M•.TN.Y1 T{
FLUSSWASSERABZWEIGKANAL
11-11-1-1+-141-1-1411-11-H
^E'.ii{r^dl ^wavwl
^v:^w ^..^►
GRUNDWASSERBRUNNEN
KALTWASSERTANK
WÄRMETAUSCHER FÜR:
KUHLWASSERENTNAHME
^—KÜHL- BZW, WÄRMEPUMPE
EXTERNE KÜHLQUELLEN
`WARMWASSERTANK
CaCIa SCHMELZWÄRMESPEICHER
WÄRMETAUSCHER FÜR:
HEIZWASSER ENTNAHME
KÜHL- BZW. WÄRMEPUMPE
Abb. 5.2.1-1 Gebäudequerschnitt mit Darstellung
der Funktion als Grundausführung
(nach HA-80)
^
98
VERTIKALSCHNITT
PANEELBLECH AUSSEN
WARMED XMMSCHIC HT
PANEELBLECH INNEN
FALZBLECH FUR KANXLE
LUFT- (ODER WASSER-I KANAL
BLECHVERKLEIDUNG INNEN
HORIZONTALSCHNITTE
ELEM EN TA NSCH LU SS
UNTERE
LUFTSCHLITZE
InA YRIMMilla I til nM
STÜTZE
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DETAILS
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WASSERKANÄLE
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Abb . 5.2.1-2
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LUFTSCHLITZ E
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VOR-UND RÜCKLAUFST EIGELEIT UNGEN
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KONDENSRINNE
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Wasserdurchströmte metallische leichte
Außenwand - Wärmeabgabe über Strahlung
und Konvektion (nach HA-80)
a VERTIKALSCHNITT
111*".
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VERTIKALE HOLZ SCHALUNG
HORIZONTALE LATTUNG
PU-SCHAUM-WARMEDXMMUNG
AUFKASCHIERTE ALUFOLIEN
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0.47.
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Abb . 5.2.1-3
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vanitliNiaarik
Wasserdurchströmte leichte Auß en wand
als Holzkonstruktion - Wärmeabgabe
im wesentlichen über Konvektion
(nach HA-80)
99
5.2.2
Massiv -Absorber
a)
Funktion
In freistehenden Betonbauteilen (z. B . Balkonbrüstungen oder
Gartenmauern) oder in der Außenschicht mehrschichtiger BetonAußenwandteile befindet sich ein Rohrsystem, das von einer
Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt wird und mit der kalten
Seite einer Wärmepumpe in Verbindung steht. Das Bauteil wird
durch die Wärmepumpe unter die Umgebungstemperatur abgekühlt
und kann dadurch Wärme aus der Umwelt (Luft und Strahlung)
aufnehmen.
Die Wärmepumpe kann die Wärme neben dem NiedertemperaturHeizsystem auch der Beton-Bodenplatte des Gebäudes zuführen,
die als Speicher wirkt. In Zeiten mit zu geringem Angebot von
Umweltwärme kann dann die für die Heizung erforderliche Wärme der Bodenplatte wieder entzogen werden (s. Abb. 5.2.2-1).
Durch diese Kombination von Absorber und Speicher ist ein
monovalenter Betrieb der Wärmepumpe möglich.
b)
Eigenschaften
Die technischen und bauphysikalischen Eigenschaften entsprechen
weitgehend denen konventioneller Beton-Fertigteile. Durch die
Kombination des Absorbers mit dem Betonteil kommt auch die
Speicherfähigkeit des Betons zur Wirkung, so daß das Heizsystem
insgesamt träge reagiert. Dieser Umstand wirkt sich besonders
positiv aus, wenn man berücksichtigt, daß für elektrisch betriebene Wärmepumpen durch die Elektrizitätsversorgungsunternehmen Abschaltzeiten festgelegt werden, so daß sich ein unterbrochener Heizbetrieb ergibt.
Herstellung
Auch die Herstellung entspricht der konventioneller StahlbetonFertigteile. Das Rohrsystem wird in die äußere Schicht des Bauteils vor dem Betonieren eingelegt. Nach der Montage werden
die Elemente an den Wärmeträger-Kreislauf angeschlossen.
100
d) Anwendung
-
Anwendungsbereiche:
Außenwandelemente beheizter Gebäude aller Art, Außenwände
unbeheizter Gebäude (z.B. Garagen), gebäudeunabhängige
Betonbauteile (z.B. Gartenmauern)
-
Vergleichbare Konzepte:
Metallische Absorber im Sinne des Energiedaches oder der
Energiefassade;
Air-therm-System (s. Kap. 5.1.1)
-
Aufwand/Nutzen:
Eine Energieeinsparung ergibt sich in Verbindung mit dem
= 3.0
Wärmepumpen-Heizsystem (mittlere Leistungsziffer (SN-81). Der Massiv-Absorber als solcher kann mit anderen
Absorber-Systemen verglichen werden. Aufgrund der vergleichsweise einfachen Herstellung (Einlegen von Kunststoffrohren in den Beton) ist ein wirtschaftlicher Vorteil zu erwarten, der allerdings hier nicht quantifiziert werden kann.
Der Hersteller gibt unter Berücksichtigung von Steuervergünstigungen nach § 82 a EStDV Amortisationszeiten von 5 bis
deutlich unter 10 Jahren für das Gesamtsystem an.
-
Evtl. Hemmnisse für die Anwendung:
Notwendige Bindung des Massiv-Absorbers an den Werkstoff Beton.
c) Forschung, Entwicklung, Herstellung
-
Fraunhofer-Institut für Bauphysik
Außenstelle Holzkirchen
8150 Holzkirchen (Obb. )
-
Seemann Systembau GmbH
7730 Villingen-Schwenningen
und Lizenznehmer
101
Abb. 5.2.2-1
Funktion des Massiv-Absorber-Heizsystems
(nach SN-81)
(1) Massiv-Absorber, (2) Regler, (3) Wärmepumpe, (4) Heizung, (5) Massivspeicher
102
Wärmeströme
ohne Absorber
+20 'C
Wärmeströme
mit Absorber
100 W/m2
Abb. 5.2.2-2
Typische Energieströme in mehrschichtigen
Außenwandelementen ohne (a) und mit (b)
Massiv-Absorber unter Vernachlässigung
von Energiegewinnen aus Sonneneinstrahlung und Phasenumwandlungen (vereinfachte
Darstellung nach SN-81)
103
5.3
INFRAROTREFLEXION
Transmissions-Wärmeverluste an transparenten und nicht-transparenten
Außenbauteilen werden bestimmt durch
-
den Wärmedurchlaßwiderstand
den konvektiv bedingten Wärmeübergang sowie
den strahlungsbedingten Wärmeübergang.
Beim Einsatz infrarot-reflektierender Schichten geht es darum, den
strahlungsbedingten Wärmeübergang zu reduzieren. Die Wirkung einer
infrarot-reflektierenden Schicht auf den Wärmeverlust des entsprechenden
Bauteils wird bei sonst gleicher Ausführung mit bis zu ca. 15 % Reduzierung der Transmissions-Wärmeverluste angegeben (Finger u.a.
benennen eine mögliche Verminderung der Transmissions-Wärmeverluste
bis zu 23 % (FK-79)) . In der Praxis ist diese Reduzierung sehr stark
davon abhängig, wie die übrigen Einflußfaktoren auf den Wärmeverlust
anzusetzen sind. Je besser bereits ein Außenbauteil in Bezug auf seinen Wärmeschutz ausgebildet ist, umso geringer ist der zusätzliche
Gewinn durch die Anordnung einer infrarot-reflektierenden Schicht.
Infrarotreflexion wird im folgenden allgemein als die Wirkung von reflektierenden Schichten sowie bei der Anwendung in Außenwänden und in
Fenstern dargestellt.
104
5.3.1 Infrarot reflektierende Schichten
a)
Funktion
Für das thermische Behaglichkeitsempfinden von Menschen innerhalb eines Raumes, gekennzeichnet durch das erreichte Maß thermischen Gleichgewichtes zwischen dem menschlichen Organismus
und den raumklimatischen Einflüssen, sind konvektive und radiative Wärmeabgabe von etwa gleicher Bedeutung (in Ruhe jeweils
ca. 5 W/m 2 K) . So kann in gewissen Grenzen eine gleiche Behaglichkeit bei abgesenkter Lufttemperatur durch eine höhere Wärmestrahlung erreicht werden .
Übliche Baumaterialien (außer Aluminium und Edelmetallen) haben für
Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich von A = 0,3 bis 3, O j m
ein hohes Emissionsvermögen entsprechend dem Absorptionsvermögen von E = 0,9 (-) .
Infrarotreflektierende Schichten , wie z . B . Aluminiumfolien ,
aluminium-pigmentierte Gummierungen oder Kunststoffpolymerbeschichtungen mit Aluminiumpigmenten hingegen weisen ein
Emissionsvermögen von £. = 0,2 (-) auf.
Durch die Reflexion der Infrarotstrahlung an den kälteren Raumbegrenzungsflächen tritt bei sonst gleichen Bedingungen eine Rückerwärmung des Menschen im radiativen Bereich ein - die Wärmeabgabe verringert sich.
Untersuchungen der Wirksamkeit infrarot-reflektierender Schichten gehen von unterschiedlichen Ansätzen aus:
-
Dieb.schlag (DI-85)
^, ur^^ersuc^^^
untersucht experimentell
ex erimentell die Auswirkun
Auswirkung
im Infrarotbereich unterschiedlich re fl ektierender Tapeten auf
die Temperaturempfindung und Thermoregulation von Versuchspersonen.
-
Kast und Klan (KK-83) ermitteln rechnerisch den Wärmeaustausch in einem Wohnraum mit unterschiedlichen Wandoberflächen und unterschiedlichen Heizungsarten. Dabei wird der
Mensch als Rechteckfläche mit einer Temperatur von 26° C
angenommen.
105
-
Gertis (GE-82) ermittelt ebenfalls rechnerisch den Einfluß
infrarotreflektierender Schichten in unterschiedlicher Anordnung an Außenbauteilen.
Über infrarotreflektierende Gläser und deren Wirksamkeit wird
im Kapitel B .5.3.3 "Infrarot-re fl ektierende Verglasungen" berichtet.
Eigenschaften
b)
Wasserdampfdiffusionswiderstandi bis unendlich, bei Verwendung
von Folien. Er kann durch Perforation oder durch Verwendung
von Pigmenten verringert werden, ohne daß dadurch die Infrarotreflexion wesentlich beeinflußt wird.
c)
Herstellung
-
Ausgangsmaterialien, Halbzeuge :
Die günstigsten Reflexions- bzw. Emissionszahlen weisen Edelmetalle mit polierten Ober fl ächen auf. Für die praktische Anwendung kommen Aluminium-Folien, mit Aluminium beschichtete
Kunststoff-Folien sowie aluminiumpigmentierte Gummierungen
in Frage. Hiermit können Emissionszahlen von ca. (.,= 0.2
erreicht werden.
-
Gebäudeintegration, Endverarbeitung :
Infrarotreflektierende Schichten werden wirkungsvoll an Innenoberflächen von Bauteilen oder aber in luftdicht abgeschlossenen
Hohlräumen angebracht, da ihre Wirksamkeit durch Konvektion
stark beeinträchtigt wird (GE-82). Die Anbringung von Folien
oder Anstrichen kann nach hierfür üblichen Verfahren erfolgen.
Zu beachten ist der hohe Wasserdampfdiffusionswiderstand bei
der bauphysikalischen Konzeption des entsprechenden Bauteils.
d) Anwendung
-
Anwendungsbereiche:
Zusätzlicher Wärmeschutz von Außenwänden und von Elementen
für temporären Wärmeschutz, besonders wirksam bei thermisch
schlecht gedämmten Außenbauteilen.
106
-
Vergleichbare vorhandene Produkte:
Folienrollos "AGERO-SYSTEM" aus metallbedampften Polyesterbahnen (Ingenieurbüro Günter Lenze, Hanistr. 1,6304 Salzböden)
-
Aufwand/Nutzen:
Lt. Kast und Klahn: Heizenergieeinsparungen von ca. 10..15%
unter realistischen Annahmen (auch Schutz der Fenster !)
Lt. Diebschlag: Absenkung der Lufttemperatur um 1..3 K
entsprechend einer Heizenergieeinsparung von 5..15%.
Lt. Gertis: Im Altbaubereich ("Mindestwärmeschutz") Heizenergieeinsparungen bis ca. 12 %. Bei infrarotreflektierenden
Fensterabdeckungen außen oder innen ca. 15..40% Reduzierung der Transmissionsverluste.
Ein Vergleich schlecht gedämmter mit gut gedämmten Bauteilen
(k < 0.5 W/m 2 K) ergibt nach Gertis sowohl für infrarotreflektierende Außenwände als auch für Fensterabdeckungen, daß
bei gut gedämmten Bauteilen eine infrarotreflektierende Beschichtung praktisch ohne Wirkung ist. Gemessen bzw. berechnet wurde hier der Ab fl uß von Wärme durch das entsprechende Bauteil.
Mit modifizierter Versuchsanordnung, durch Messungen an
Versuchspersonen, stellt Diebschlag fest, daß bei gleicher
thermischer Behaglichkeit die Raumtemperatur um 1..3 K abgesenkt werden kann, wenn die Außenbauteile mit einer infrarot-reflektierenden Schicht ausgestattet sind. Bei Räumen mit
hohen Raumtemperaturen (z. B. Hallenbädern) sei ein noch deutlicherer Effekt zu erwarten.
Eine Absenkung der Raumtemperatur um 1 K entspricht einer
Dies würde bei einer 100 m2
Energieeinsparung von ca. 5
großen Wohnung und einem Außenflächenantei.l von 50 m 2 , davon 25 m 2 geschlossen, und einem spezifischen Heizenergieverbrauch von 160 kWh/m 2 a (bezogen auf die Wohn fläche) ca.
16 kWh/m 2 a Außenwandfläche entsprechen.
(s.a. Kap. C.3 "Ökonomische Konsequenzen")
107
e) Forschung
Prof. Dr. med. Dr.-Ing. W. Diebschlag
Lehrstuhl und Institut für Arbeitsphysiologie
Technische Universität München
Barbarastr. 16
8000 München 40
-
Prof. Dr.-Ing. W. Kast, Dr.-Ing. H. Klan
Fachgebiet Thermische Verfahrenstechnik
Technische Hochschule Darmstadt Petersenstr. 30
6100 Darmstadt
-
o. Prof. Dr.-Ing. habil. K. Gertis
Lehrstuhl für konstruktive Bauphysik
Universität Stuttgart
Pfaffenwaldring 7
7000 Stuttgart 80
108
5.3.2 Außenwand mit richtungsabhängiger Strahlungscharakteristik
a)
Funktion
Ein Teil der Transmissions-Wärmeverluste eines Gebäudes wird
in Form von Wärme-(Infrarot)-Strahlung an die Umwelt abgegeben.
Andererseits empfängt das Gebäude Wärmestrahlung aus der Umwelt. Abstrahlung und Einstrahlung sind in ihrer Intensität abhängig von der Strahlungsrichtung und von der Wellenlänge. Es
werden Außenwandprofile vorgeschlagen, welche
-
gegen den Zenit verspiegelt sind und damit eine geringe Wärmeaufnahme bei sommerlicher Sonneneinstrahlung haben, aber auch
eine geringe Wärmeabstrahlung in der Nacht und in der kalten
Jahreszeit;
-
gegen den Horizont besonders in dem Bereich des Sonnenspektrums absorbierend sind und damit Energie aus der Strahlung der tiefstehenden Wintersonne aufnehmen können;
-
außerdem gegen den Horizont im Infrarotbereich reflektierend
sind und damit gleichzeitig eine geringe Emission für Wärmestrahlung haben.
Sie sind gekennzeichnet durch eine entsprechende Formgebung
(s.Abb.5.3.2-1) sowie durch die Materialwahl (Verspiegelung
von eloxiertem AC (Anticorodal) mit ca. 2.000 A Cr (Crom))
b) Eigenschaften
Der Forscher geht von einer metallischen Außenhaut aus, ohne
den Aufbau der Wand näher darzustellen. Thermisch sinnvoll erscheint eine Konzeption, bei welcher die Energiegewinne der Aussenhaut auch dem Gebäude selbst zugute kommen. Die bei metallischen Fassaden gebräuchliche Hinterlüftung schließt sich damit
aus. Eine Kombination mit dem Konzept der belüfteten Fassade
(s. Kap. 4.2) erscheint sinnvoll, bedarf aber in Bezug auf die
effektiven thermischen Eigenschaften noch einer genaueren Untersuchung.
109
Für die weitere bauphysikalischen Eigenschaften (Feuchtigkeitsschutz, Schallschutz, Brandschutz, Beständigkeit gegen Korrosion etc.) dürften die für Metallfassaden geltenden Regeln auch
für diese Konstruktion anwendbar sein.
c)
Herstellung
Über die Herstellung werden in den Veröffentlichungen kaum
Angaben gemacht. Die folgenden Hinweise ergeben sich in Analogie zu Metallfassaden aus Aluminium.
-
Ausgangsmaterialien, Rohstoffe:
Anticorodal (AC) , beschichtet mit ca. 2.000 AXChrom (Cr)mit
einem Reflexionsvermögen von ca. 80 ... 85 %, teilweise schwarz
gefärbt (z.B. lackiert oder eloxiert) .
-
Halbzeugherstellung, Bauteilherstellung, Gebäudeintegration:
Halbzeug- und Bauteilherstellung sowie die Gebäudeintegration und Montage kann weitgehend an die Technologie von
Außenwänden aus Aluminium angelehnt werden. Der Einsatz von
Verbundbaustoffen mit einer Außenhaut aus Anticorodal ist
ebenfalls denkbar. Wichtig erscheint eine Formgebung, die den
Selbstreinigungseffekt der Außenwand unterstützt, besonders
in Gegenden, in denen mit starken Staubablagerungen auf den
schrägen (verspiegelten) Flächen gerechnet werden muß .
d) Anwendung
-
Anwendungsbereiche:
Außenwände von Gebäuden jeglicher Art
-
Hemmnisse für die Anwendung:
Ungewohnte Formgebung, die ausschließlich aus der thermischen Funktion abgeleitet ist und wenig gestalterischen Spielraum, auch bei der Anpassung an umliegende Bebauung,
offenläßt. Die Eigenschaften der Ober fl ächen werden durch
Verschmutzung und Korrosion beeinträchtigt.
110
-
Vergleichbare vorhandene Produkte:
Abgesehen von der thermischen Funktion sind geschlossene
Außenwände aus Aluminium vergleichbar.
-
Aufwand/Nutzen:
Die theoretisch mögliche Energieeinsparung (bis zu
23% unter bestimmten angenommenen winterlichen Bedingungen
und bei einem k-Wert von 0.8 W /m z K entsprechend Abb .5.3.2-2 )
wird reduziert durch Konvektionsverluste, Verschmutzung und
nicht optimale geometrische Bedingungen in der Praxis. Erfahrungen aus praktischer Anwendung gehen aus den Veröffentlichungen nicht hervor.
Anhand eines durchschnittlichen Wertes der in Abb . 5.3.2-2
dargestellten Tabelle soll der winterliche Wärmegewinn überschläglich ermittelt werden. Die Annahmen sind:
Außentemperatur
0
20
Innentemperatur:
Wärmedurchgangskoeffizient (k), 0.8 Wärmeübergangskoeffizient (a ) 8
°C
°C
W/mzK
W/m2K
Infrarotstrahlung aus
Atmosphäre und
Erdoberfläche:
Globalstrahlung:
Dauer/Heizperiode:
Emissivität (-)
250
W/m2
0
5
W/m2
Monate je
30
10
1.500
Tage je
Stunden entsprechend
Stunden
0.2
Differenz des Wärmeverlustes
3.21
18.98 - 15.77 =
W/m2
Der Wärmegewinn beträgt demnach:
3.21 W/m 2 • 1.500 Stunden/a
5.0
4.815 Wh/m 2 a
kWh/m2a
Der sommerliche Wärmeschutz aufgrund der Reflexion der
Fassade dürfte über diesem Wert liegen, wird aber in Bezug auf
den ökonomischen Effekt nur bei klimatisierten Gebäuden meßbar.
111
WANDPROFIL 1
WANDPROFIL 2
C =0
C =I
Wandprofile mit richtungsabhängiger StrahlungsAbb.5.3.2-1
charakteristik . Schwarze Flächen sind durch E = c . = 1, ideal
spiegelnde Flächen durch E = oc = 0 charakterisiert.
112
Abb.5.3.2-2
E
T,,.(° C)
Q(E)
(W m-'- )
G(%)
I,
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,15
0,10
0,05
0,00
-3,73
-3,35
- 2 ,94
18,98
18,68
18,35
18,00
17,62
17,22
16,78
16,29
15,77
15,48
15,18
14,87
14,54
0
2
3
5
7
9
12
14
17
18
20
22
23
-2,50
-2,30
-1,52
-0,97
-0,36
-0,29
-0,65
1,02
1,41
1,82
Einfluß der IR-Verspiegelung auf den Wärme-
verlust pro m 2 Wandfläche. Die Außenwandtemperatur Tw (°C)
der Wärmeverlust Q (W m- 2 und die relative Einsparung an
Heizenergie pro m 2 Wandfläche G(%) sind für verschiedene
Emissivitäten der Fassadenoberfläche angegeben. Die
Tabelle gilt für folgende Bedingungen:
k = 0.8 Wm- 2 K-1, °= 8 W m-2 K -1, Ti = 20°C
TL = 0°C, IA = 250 Wm-2, IS=0
klare Winternacht sonniger Wintertag
T,,.(° C)
schwarze
Fläche
Profil 1
Profil2
verspiegelte
Fläche
Q
Tw(°C)
(Wm-2 )
Q
(Wm-2)
-3,7
19,0
38,0
-14,4
-0,7
-0,2
1,8
16,6
16,1
14,5
18,4
13,7
1,8
1,3
5,5
14,5
Abb.5.3.2-3
Vergleich der Wärmeverluste Q (Wm- 2 ) einer
ebenen schwarzen und einer ebenen verspiegelten Wandoberfläche mit dem Wärmeverlust der Wandprofile 1 und 2. Der
Öffnungswinkel für Wandprofil 1 ist r = 90°. Für das Wandprofil 2 ist der Öffnungswinkel = 30° und das Verhältnis
d/1 = 0.5. Innen und Außentemperaturen T i und TL sowie
der k-Wert k' der Außenwand entsprechen den Werten der
Tabelle 1. Für diese Tabelle wurde mit einer Sonneneinstrahlung von 600 W m- 2 gerechnet.
113
5.3.3
Infrarot-re fl ektierende Verglasungen
a)
Funktion
Verglasungen haben in Bezug auf den Energiehaushalt von Gebäuden neben dem Nachteil eines im Vergleich zu nicht transparenten
Bauteilen schlechteren k-Wertes den Vorteil, Wärmeenergie aus direkter und diffuser Sonnenstrahlung gewinnen zu können. Dies gilt
umso mehr, je mehr Sonnenstrahlung ( ? 0.3...3.0 »um) die Verglasung durchdringt, während Wärmestrahlung aus dem Inneren
des Gebäudes (A x,6.0...60 /.,m) wieder nach innen reflektiert
wird. Eine so wirksame "Infrarotverspiegelung" wird durch Beschichtungen mit Edelmetallen erreicht, die im sichtbaren Spektralbereich nicht wahrnehmbar sind.
b)
Eigenschaften
Folgende Ausführungsformen wurden untersucht bzw. vorgeschlagen (s.Abb.5.3.3-1):
-
2-Scheiben-Isolierglas (I in Abb.5.3.3-1 VEGLA, INTERPANE)
(Dicke, Material und Abstand der Scheiben nach Erfordernis),
infrarotreflektierende Schicht an der dem Spalt zugewendeten
Seite der Innenscheibe.
-
3-Scheiben-Isolierglas (II in Abb.5.3.3-1 , VEGLA) (Dicke,
Material und Abstand der Scheiben nach Erfordernis) , infrarotreflektierende Schicht an der dem Spalt zugewendeten Seite
der Innenscheibe.
-
Folienverglasung (III in Abb.5.3.3-1 , Schott) (Dicke, Material
und Abstand der Scheiben nach Erfordernis), infrarotreflektierende Schicht auf einer zwischen den Scheiben gespannten
Folie .
Für die auf dem Markt befindlichen Produkte werden Reduktionen
des Wärmeverlustes aus Konvektion und Abstrahlung auf ca.
50 % benannt (z.B. VEGLA). Die übrigen Eigenschaften entsprechen denen von Isoliergläsern.
114
c) Herstellung
Ausgangsmaterialien, Rohstoffe:
unterschiedliche Glasarten
Indium
Zinn
Silber
Gold
-
Halbzeugherstellung:
Je nach Verfahren Aufbringen der IR-Reflexschicht durch
Bedampfen, Besprühen oder Tauchen
-
Bauteilherstellung:
Kombination von Einzelscheiben zu Isoliergläsern, auch mit
speziellen Anforderungen
-
Gebäudeintegration, Endverarbeitung, Montage:
Isolierverglasung mit der entsprechenden (bekannten) Technologie .
d) Anwendung
-
Anwendungsbereiche :
Transparente Bauteile bei Gebäuden aller Art
-
Evtl. Hemmnisse für die Anwendung:
In einzelnen Fällen (Schott Glaswerke, VEGLA-Solarwand)
wurden die im Vergleich zum Nutzen zu hohen HerstellungsKosten als Hemmnis genannt .
-
Vergleichbare vorhandene Produkte
CLIMAPLUS N (VEGLA, Aachen)
iplus neutral (INTERPANE, Lauenförde)
-
Aufwand / Nutzen: (s . Kap . C .3 "Ökonomische Konsequenzen")
-
Bemerkungen :
Eine Weiterentwicklung der VEGLA, Aachen, bei welchen man
das Prinzip der Vakuum-Isolierung durch evakuierte Glasröhren mit dem der Infrarotverspiegelung verband, wurde wegen
des zu hohen Aufwandes bei geringem Nutzen nicht weiter verfolgt (lt. mündlicher Auskunft) .
115
Der gleiche Zusammenhang bei infrarotreflektierenden Scheiben wird auch durch Deuble und Schmid (DS -84) dargestellt
(s . a. Kap . 1.2.2 "Folienrollos") . Sie gehen davon aus , daß
durch die Anordnung der infrarot-reflektierenden Beschichtung
auf einem veränderbaren Rollo der Effekt der Infrarotreflektion noch selektiver und damit wirkungsvoller genutzt werden
kann .
e) Forschung, Entwicklung, Herstellung u. a. :
Schott Glaswerke
Hattenbergstr. 10, 6500 Mainz 1
VEGLA, Vereinigte Glaswerke GmbH
Viktoriaallee 3-5, 5100 Aachen
INTERPANE
Sohnreystr. 21, 3471 Lauenförde
Schutzrechte, Patente (u. a.) :
33 00 589.4-45
(Schott-Glaswerke, Mainz)
116
I
II
Abb. 5.3.3-1 Infrarot-re flektierende Verglasungen
I
2-Scheiben-Isolierglas (VEGLA, INTERPANE)
II 3-Scheiben-Isolierglas (VEGLA)
III 2-Scheiben-I solierglas mit infrarot-reflektierender Folie (SCHOTT)
III
117
118
C.1
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
Die folgende Gruppierung der im Abschnitt B. dargestellten Maßnahmen
soll eine Orientierungshilfe in Bezug auf deren praktische Realisierbarkeit geben. Dabei ist zu berücksichtigen, daß im Einzelfall der noch ausstehende Entwicklungsaufwand nicht immer exakt zu beurteilen ist und
daß er teilweise aus den zur Verfügung stehenden Unterlagen auch nur
grob abgeleitet werden kann. Die daraus resultierenden Vereinfachungen sind andererseits hilfreich, den Trend deutlich werden zu lassen.
Hierzu werden die Maßnahmen in folgenden drei Gruppen zusammengefaßt:
-
anwendungsreife Maßnahmen, bei welchen Forschung und anwendungsbezogene Entwicklung weitgehend abgeschlossen sind,
-
Maßnahmen, bei welchen zwar die Basisforschung abgeschlossen
ist, aber eine anwendungsbezogene Entwicklung noch aussteht,
-
Maßnahmen, bei welchen auch im Bereich der Basisforschung noch
Fragen zu klären sind.
Der mögliche energetische oder ökonomische Effekt der Maßnahmen
bleibt bei dieser Gruppierung unberücksichtigt, desgleichen der Aufwand für die noch ausstehenden Schritte. Eine Beurteilung, welcher
Entwicklungsaufwand im Einzelfall sinnvoll wäre, würde eine Abschätzung des Marktpotentials erfordern, die jedoch nicht im Rahmen dieses
Querschnittsberichtes gegeben werden kann.
C.1.1 ANWENDUNGSREIFE MASSNAHMEN
In dieser Gruppe sind solche Maßnahmen zusammengefaßt, bei denen
sowohl die Forschung als auch die anwendungsbezogene Entwicklung
abgeschlossen sind. Dies bedeutet jedoch nicht, daß nicht weitere
Verbesserungen vorgenommen werden können, für die ggf. auch eine
zusätzliche Basisforschung erforderlich werden kann. Darüber hinaus
ist in den meisten Fällen noch eine Erarbeitung exakter und ausführlicher Dokumentationen als Planungs- und Ausführungshilfe für den
Anwender erforderlich, ähnlich denen, wie sie für konventionelle Materialien und Konstruktionen bis hin zu Normen und Vorschriften vorliegen.
Dies entspricht aber durchaus dem Charakter der "innovativen" Maßnahme,
119
deren breite Einführung in das Bauwesen noch bevorsteht.
Maßnahmen, die in diesem Sinne anwendungsreif sind und die auch
bereits angewendet werden, sind das Air-therm-System (s Kap
B.5.1.1) und der Massiv-Absorber (s. Kap. B.5.2.2).
C.1.2 MASSNAHMEN MIT ABGESCHLOSSENER BASISFORSCHUNG
Bei den im folgenden aufgeführten Maßnahmen steht im wesentlichen
die anwendungsbezogene Entwicklung und Erprobung ganz oder in
wesentlichen Teilen noch aus. Diese umfaßt u. a.:
-
die Klärung konstruktiver und materialbezogener Standards ,
-
eine Erprobung in solchem Umfang, daß auch eine Gewährleistung
in dem im Bauwesen üblichen Umfang ohne Risiko übernommen
werden kann,
-
Planungshilfen, insbesondere in Bezug auf eine sichere Dimensionierung und in Bezug auf die Wechselwirkungen z. B. mit den
Heizungs- und Lüftungssystemen des Gebäudes,
-
Beispiele und Vorschläge auch für die gestalterische Integration.
In dieser Gruppe sind die folgenden Maßnahmen zusammenzufassen:
-
Die transparente/transluzente Vakuumisolation (s. Kap. B. 1.1.2)
konnte bisher nicht angewendet werden, weil die Herstellungstechniken gegenüber vergleichbaren Konstruktionen (z. B. hochwertigen Verbundglasscheiben) keinen wesentlichen Vorteil versprachen.
-
Das Folienrollo (s . Kap . B .1.2.1) bedarf noch der anwendungsbezogenen Entwicklung und breiten Erprobung. Es erscheint in besonderem Maße geeignet für eine industrielle Herstellung im Zusammenhang mit Fenstern.
-
Für Fluoreszenzkollektoren zur photovoltaischen Energieumwandlung (s. Kap. B.3.2.2) ist der gesamte Bereich der baulichen Integration noch zu entwickeln bzw. zu erproben. Hierzu gehören insbesondere die Aspekte des Brandschutzes sowie der konstruktiven
und gestalterischen Verträglichkeit. Hinzu kommt, daß geeignete
Anwendungsmöglichkeiten für den Einsatz der Photovoltaik im
Bauwesen identifiziert werden müssen.
120
-
Die Ansätze Porenlüftung (s . Kap . B . 4.1.1) , Solpor- System
(s . Kap . B . 4.1.2) und Atmungslüftung (s . Kap . B . 4.1.3) können
in Bezug auf den Entwicklungsstand zusammen dargestellt werden,
da sie auf gleichen bzw. sich ergänzenden Grundlagen aufbauen
und auch vom gleichen Forscher vorgeschlagen wurden . Die anwendungsbezogene Entwicklung und Erprobung müßte sich hierbei besonders auf das Materialverhalten (Porosität, Filterwirkung,
Verschmutzung) beziehen. Da es sich um Maßnahmen handelt,
die im Einzelfall mit konventionellen Komponenten und Materialien
realisiert werden können, sind in besonderem Maße Planungsrichtlinien erforderlich, die außer Fragen der Dimensionierung und Auslegung auch den formalen Bereich abdecken müssen (Akzeptanz ?) .
-
Belüftete Fenster und Fassaden (s. Kap. B.4.2) bedürfen in Bezug
auf den innovativen Anteil weiterer praxisbezogener Erprobung,
insbesondere auch der Wechselwirkungen dieser Maßnahme mit dem
Lüftungs- und dem Heizungssystem des Gebäudes. Hieraus sollten
technische Standards und Planungshilfen abgeleitet werden.
-
Auch bei wasserdurchströmten Außenbauteilen zur Raumheizung
und -kühlung (s . Kap . B . 5.2.1) ist noch eine anwendungsbezogene Entwicklung und Erprobung erforderlich, insbesondere im
Hinblick auf ausführliche Planungsrichtlinien.
-
Bei infrarotreflektierenden Schichten (s . Kap . B . 5.3.1) wären insbesondere solche Hinweise hilfreich, mit welchen besonders sinnvolle Anwendungsbereiche identifiziert und die Kombination mit anderen Maßnahmen zur Energieeinsparung vollzogen werden kann.
-
Die anwendungsbezogene Entwicklung und Erprobung, ggf. auch
noch ergänzende Untersuchungen im Bereich der Basisforschung
sollten sich bei der Außenwand mit richtungsabhängiger Strahlungscharakteristik (s . Kap . B .5.3.2) , insbesondere auf Materialfragen (Absorptions- und Emissionseigenschaften, auch im Zusammenhang mit Veränderungen der Ober fl äche durch Umwelteinflüsse und Verschmutzung) , Konstruktionsalternativen sowie auf die
Kombination dieser Maßnahme mit anderen beziehen.
-
Für infrarotreflektierende Verglasungen (s. Kap. 5.3.3) müßte
sich die noch ausstehende Entwicklung im wesentlichen auf den
Herstellungsprozeß beziehen, damit die Produkte gegenüber Ver-
121
glasungen mit einer ähnlichen Wirksamkeit noch kostengünstiger
angeboten werden können.
C.1.3 MASSNAHMEN MIT TEILERGEBNISSEN IN DER BASISFORSCHUNG
Einzelne der im Kapitel B beschriebenen Maßnahmen sind, jedenfalls
für eine Anwendung im Bauwesen, in Bezug auf ihren Entwicklungsstand eher als Prinziplösungen zu bezeichnen. Hier ist ein Prinzip
der Anwendung dargestellt, das sowohl in wichtigen Bereichen der
Basisforschung als auch in der anwendungsbezogenen Entwicklung
wichtiger Ergänzungen bedarf. Dieser Gruppe sind die im folgenden
aufgeführten Maßnahmen zuzuordnen.
-
Die Vakuum-Isolation für geschlossene Bauteile (s.Kap.B.1.1.1)
bedarf insbesondere einer Klärung der Fugenausbildung sowie
der Befestigungs- und Montagetechnik. Hieraus ergeben sich
möglicherweise auch Änderungen für den Herstellungsprozeß.
-
Beim Latentwärmespeicher (s . Kap . B . 2.2) sind Materialien zu
entwickeln, die eine problemlose Integration dieses Speichers in
Bauteile z. B. zur Dämpfung der Temperaturamplituden erlauben.
Damit im Zusammenhang stehen dann Fragen der Umhüllung,
der Herstellung und der Konstruktion.
-
Für die transparente Wärmedämmung (s. Kap. B.3.1.1) sollte sich
eine zusätzliche Basisforschung auf das Beschattungssystem beziehen, das möglichst ohne bewegliche Teile in Abhängigkeit vom
Wärmebedarf des Gebäudes in Funktion treten sollte. Darüber hinaus
sind materialtechnische und konstruktive Fragen des Brandschutzes
und der Gestaltung zu lösen.
-
Die offenen Fragen bei Tageslichtbeleuchtungssystemen mit Fluo-
reszenzkollektoren (s. Kap. B.3.2.1) betreffen insbesondere den
Brandschutz , die Vorkonfektionierung, die Montage sowie die Entwicklung einer für das menschliche Auge angenehmen, dem Weiß
angenäherten Farbe (Akzeptanzproblem !) .
122
C.2
TECHNISCHE KONSEQUENZEN
Bei fast allen in diesem Querschnittsbericht dargestellten innovativen
Energiesparmaßnahmen steht eine praktische Erprobung noch aus jedenfalls eine Erprobung in dem Umfange, wie er für die Formulierung
exakter Richtlinien zur Anwendung erforderlich wäre. Dem entsprechend können auch technische Konsequenzen eher im Sinne einer
Tendenz angegeben werden, ohne daß dabei auf Einzelheiten der
funktionalen, konstruktiven, herstellungstechnischen und formalen
Aspekte näher eingegangen werden kann.
Die benannten Maßnahmen werden hier in drei Gruppen gegliedert:
-
leicht applizierbare Maßnahmen, deren Einsatz auch im Bereich
von Gebäudemodernisierungen ohne großen Aufwand möglich ist;
-
Maßnahmen, die einen wesentlichen Eingriff in die Konstruktion
von Bauteilen erfordern und deren Einsatz daher im wesentlichen
bei Neubauten in Frage kommt;
-
Maßnahmen, die über die Konstruktion von Bauteilen hinaus ein
besonderes Gebäudekonzept erfordern, und die daher bereits bei
der Planung des Gebäudes berücksichtigt werden müssen.
In die Beurteilung der technischen Konsequenzen fließt auch die
Frage nach der Akzeptanz ein. Diese ist ein häufig unbewußtes Entscheidungskriterium sowohl bei Nutzern (Bauherren z. B. bevorzugen
"problemlose" Lösungen) als auch bei Planern (sie bedürfen einer aufbereiteten Information und der Sicherheit in Bezug auf die Auswirkungen) und Handwerkern (scheinbar geringfügige Einbauprobleme
können zu einer stillen Ablehnung führen, an der eine Einführung
der Maßnahme scheitert ) .
Die Gruppierung erfolgt hier unabhängig davon, welcher wirtschaftliche Effekt der einzelnen Maßnahme zuzuordnen ist, und auch unabhängig vom jeweiligen Entwicklungsstand. Häufig wird es im Sinne
einer Energieeinsparung sinnvoll sein, innerhalb eines Gebäudes mehrere Maßnahmen miteinander zu verbinden - dies wird dann ein besonderes Gebäudekonzept erfordern, also wesentliche technische Konsequenzen haben, auch wenn jede Maßnahme für sich leicht applizierbar
ist oder nur die Konstruktion einzelner Bauteile betrifft. Im Bereich
123
der Energieeinsparung gilt in besonderem Maße, was dem erfahrenen
Planer auch aus anderen Bereichen der Planung bekannt ist, daß
nämlich die wesentlichen Einflußmöglichkeiten auf den Energiebedarf
eines Gebäudes in der Phase der Konzeption liegen.
C.2.1 LEICHT APPLIZIERBARE MASSNAHMEN
Ohne besondere Vorkehrungen und ohne konstruktive Eingriffe in
Bauteile können infrarot-reflektierende Schichten und Verglasungen
angebracht werden.
-
Infrarot-re fl ektierende Schichten (s. Kap. B.5.3.1) werden in
Form von Folien oder Anstrichen in Außenwänden angeordnet.
Dabei ist gegebenenfalls eine Veränderung im Dampfdiffusionsverhalten dieser Bauteile zu berücksichtigen .
-
Infrarot-reflektierende Verglasungen (s. Kap. B.5.3.3) können
wie konventionelle Verglasungen in Fensterrahmen eingesetzt
werden. Bei größeren Glasdicken (Drei-Scheiben-Verglasung,
Zwei-Scheiben-Verglasung mit zusätzlicher Folie) ist ggf. ein
entsprechend konstruierter Fensterrahmen erforderlich.
Das Folienrollo (s. Kap. B.1.2.1) nimmt insofern eine Sonderstellung
ein, als es in einer einfachen Form auch wie gebräuchliche Rollos
nachträglich an Fenstern angebracht werden kann. Dies wird allerdings sowohl technisch als auch formal eher eine provisorische Lösung
sein.
C.2.2 MASSNAHMEN MIT EINGRIFFEN IN DIE KONSTRUKTION
Die Mehrzahl der in diesem Querschnittsbericht aufgeführten Maßnahmen
erfordert einen Eingriff in die Konstruktion der entsprechenden Bauteile - in der Regel Außenwände und Fenster - welche ihre Anwendung
bei Neubaumaßnahmen und bei umfangreicheren Sanierungen sinnvoll
erscheinen läßt. Bei Modernisierungen setzen diese Maßnahmen eine
Neukonstruktion der betroffenen Bauteile und einen dementsprechenden Aufwand voraus.
124
-
Die Vakuum-Isolation (s. Kap. B.1.1.1) kann bei haustechnischen
Maßnahmen, insbesondere zur Isolierung von Speicherbehältern
und evtl. auch von Rohrleitungen eingesetzt werden.
-
Das Folien-Rollo (s. Kap. B.1.2.1) setzt eine besondere Verbundfenster-Konstruktion voraus, bei welcher das Rollo einschließlich
der erforderlichen Trommeln und des Antriebes im Raum zwischen
den Glasscheiben angeordnet werden kann. Die vom Forscher auch
vorgeschlagene Anordnung an der Raumseite eines herkömmlichen
Fensters stellt eher eine provisorische Lösung dar.
-
Latent-Wärmespeicher (s. Kap. B.2.2) können - eine Lösung der
noch offenen Fragen vorausgesetzt - im haustechnischen Bereich
als kompakte Speicher eingesetzt werden. Sie erfordern dann eine
entsprechende Auslegung der Heizungs- oder Warmwasseranlagen.
Die Integration von Latentspeichern in Außenwände und Decken,
wie sie insbesondere zur passiven Nutzung der Solarenergie vorgeschlagen wird, erfordert speziell konstruierte Bauteile, in welchen
auch die Fragen der Wärmezufuhr und der Wärmeabgabe, des
Korrosionsschutzes, des Brandschutzes und der Dampfdiffusion,
um nur die wichtigsten zu nennen, angemessen zu berücksichtigen
sind. Eine Anpassung des Heizsystems wird zusätzlich erforderlich
werden. So wäre ein baulicher Einsatz des Latentwärmespeichers
im wesentlichen Neubauten vorbehalten.
Die transparente Wärmedämmung (s. Kap. B.3.1.1) erfordert ebenfalls eine in Bezug auf das Speichervermögen und die Dampfdiffusion sowie auf die konstruktive Verträglichkeit mit hohen Temperaturen angepaßte Konstruktion der Außenwand, so daß ihre
Anwendung im wesentlichen bei Neubauten in Frage kommt. Zu beachten ist darüber hinaus der formale Aspekt (das Erscheinungsbild des Gebäudes wird ganz wesentlich beeinflußt) sowie die Tatsache, daß nach dem derzeitigen Entwicklungsstand bewegliche Teile
zur Abschattung erforderlich werden.
-
Tageslichtsysteme mit Fluoreszenzkollektoren (s. Kap. B.3.2.1)
bedingen die Anordnung der Kollektoren an oder in der Außenhaut
des Gebäudes, die optische Ankopplung an das Lichtleitsystem
sowie die Führung des Lichtleitsystems innerhalb des Gebäudes.
125
Dadurch werden sowohl außen- als auch innenliegende Bauteile
beeinflußt. Diese Konsequenzen können bei Neubauten und umfassenden Sanierungen gut berücksichtigt werden, während sie
bei Modernisierungen zu einem unverhältnismäßig hohen Aufwand
führen.
-
Fluoreszenzkollektoren zur photovoltaischen Energieumwandlung
(s. Kap. B.3.2.2) werden ebenfalls an oder in der Außenhaut
von Gebäuden anzuordnen sein. Die besonders interessante Anordnung im Sinne eines mehrfunktionalen Bauteils anstelle von
festen Verglasungen setzt die Beachtung der Brandschutzvorschriften voraus, was zu Einschränkungen der Einsatzmöglichkeiten
oder zu Sonderkonstruktionen führen kann. Der Anwendungsbereich liegt daher im wesentlichen bei Neubauten, kann aber bei
entsprechendem Aufwand auch bei Modernisierungsmaßnahmen
sinnvoll sein.
Auch die Porenlüftung erfordert einen an die spezielle Funktion
angepaßten Wandaufbau (s.Kap.B.4.1.1). Zusätzlich wird eine
mechanische Lüftungsanlage erforderlich. Diese Konsequenzen können bei Neubaumaßnahmen mit angemessenem Aufwand berücksichtigt werden.
-
Das Solpor-System (s. Kap. B.4.1.2) erfordert über die Bedingungen
der Porenlüftung hinaus die Anordnung einer transparenten Außenhaut. Dies kann zu Akzeptanzproblemen führen. In besonderem
Maße sind die Anlagen zur Belüftung und zur Raumheizung respektive -kühlung auf das Solporsystem abzustimmen. Das Anwendungsfeld wird daher bei Neubauten liegen.
-
Belüftete Fenster und Fassaden (s. Kap. B.4.2) erfordern jeweils
eigene Konstruktionen, die darüber hinaus eine sorgfältige Abstimmung des Lüftungs- bzw. Klimatisierungsystems für das Gebäude
notwendig machen. Diese Konsequenzen werden fast aussschließlich
bei Neubaumaßnahmen angemessen berücksichtigt werden können.
-
Das gleiche gilt für wasserdurchströmte Außenbauteile (s. Kap.
B.5.2.1), bei welchen zusätzlich ein Anschluß an die Warmwasserheizung und eine entsprechende Auslegung der Heizung erforderlich wird. Eine mechanisch unterstützte Luftführung kann zusätzlich sinnvoll sein.
126
MASSNAHMEN MIT BESONDEREM GEBÄUDEKONZEPT
C.2.3
Über eine entsprechende Konstruktion von Gebäudeteilen hinaus muß
bei einzelnen Maßnahmen auch das Konzept des gesamten Gebäudes angepaßt werden. Dies setzt in der Regel eine Berücksichtigung bereits im ersten Entwurfsstadium voraus. Neben den rein
technischen Konsequenzen einer weitgehenden Abstimmung des
gesamten Gebäudes auf diese Maßnahme ergeben sich hier leicht
auch Probleme der Akzeptanz, weil zugunsten der energetischen
Funktion ggf. auch ungewohnte Formen gewählt und Materialien
eingesetzt werden müssen. Maßnahmen, die dieser Gruppe zugeordnet werden können, sind im folgenden aufgeführt:
-
Die transparente/transluzente Vakuum-Isolation (s. Kap .B.1.1.2)
wird als Bauteil am sinnvollsten im Sinne einer passiven
Nutzung der Solarenergie eingesetzt. Das bedeutet Festlegungen
in Bezug auf Größe und Orientierung des Bauteils sowie in Bezug
auf die räumliche Kombination mit speicherfähigen anderen Bauteilen
und ggf. auch mit Sonnenschutzeinrichtungen.
-
Bei der Atmungslüftung (s.Kap. B.4.1.3) muß die gesamte Konstruktion des Gebäudes dem System angepaßt werden, außerdem
bedarf es einer entsprechend ausgelegten Lüftungsanlage .
-
Ähnliches wie für die Atmungslüftung gilt auch für luftdurchströmte
Bauteile im Sinne des Air-therm-Systems (s. Kap. B.5.1.1), da
hier in allen Außenbauteilen einschließlich der Kellersohle zusammenhängende Hohlräume geschaffen werden müssen. Für die Beheizung des Gebäudes ist ein Wärmepumpensystem erforderlich.
-
Beim Massiv-Absorber (s . Kap . B .5.2.2) sind in Außenbauteilen
soleführende Rohrsysteme angeordnet, die ebenfalls mit einer
Wärmepumpe verbunden sind. Auch hier müssen die Bedingungen
des Systems bereits in die Konzeption des Gebäudes einfließen.
-
Die Außenwand mit richtungsabhängiger Strahlungscharakteristik
(s. Kap. B.5.3.2) bedingt neben der entsprechend konzipierten
Außenwand ein extrem ungewohntes Aussehen des Gebäudes,
das besondere Anstrengungen im gestalterischen Bereich erfordert.
127
Darüber hinaus erscheint es sinnvoll, im Sinne einer besseren
Effizienz diese Maßnahme mit anderen (wie z. B. der in Kap.
B.4.2 dargestellten belüfteten Fassade) zu kombinieren. Die Konsequenzen betreffen also auch hier die Konzeption des gesamten
Gebäudes.
128
C.3
ÖKONOMISCHE KONSEQUENZEN
Was schon bei der Abschätzung der technischen Konsequenzen angeführt wurde, gilt in besonderem Maße auch für eine ökonomische Abschätzung: fast alle aufgeführten Maßnahmen befinden sich in einem
Entwicklungsstadium, bei welchen eine breite praktische Erprobung
noch aussteht. Dadurch können Kosten für die Durchführung dieser
Maßnahmen kaum benannt werden. Ähnlich verhält es sich mit der
Ermittlung möglicher Energiegewinne. Hier werden zwar in vielen
Fällen durch die Forscher Hinweise gegeben, die dann aber häufig!
auf unterschiedlichen oder nicht näher definierten Grundlagen beruhen.
Um dennoch im Rahmen dieses Querschnittsberichtes eine grobe Beurteilung der ökonomischen Konsequenzen zu ermöglichen, werden im
folgenden die erfaßten Maßnahmen drei Gruppen zugeordnet:
-
Maßnahmen, die im Wettbewerb bereits mehrfach realisiert werden
konnten und von denen daher angenommen werden kann, daß sie
unter heutigen Bedingungen bereits wirtschaftlich sind oder doch
der Grenze der Wirtschaftlichkeit nahekommen;
-
Maßnahmen mit absehbarer Wirtschaftlichkeit, bei welchen der zusätzliche Aufwand unter der Annahme heutiger Energiekosten bis hin zu einer Steigerung auf das Zweifache dieses Betrages
im Bereich der Wirtschaftlichkeit liegen kann;
-
Maßnahmen, welche erst bei wesentlich höheren Energiekosten
in den Bereich einer Wirtschaftlichkeit kommen können und die damit zunächst für solche Anwendungsfälle sinnvoll erscheinen, bei
welchen die Energieeinsparung eine besonders große Bedeutung hat.
Bei der Zuordnung dienen die Angaben der jeweiligen Forscher als
Basis. Diese Angaben konnten im Rahmen dieses Querschnittsberichtes
nicht überprüft werden.
Als vergleichbarer Rechenwert wurde die unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten "sinnvolle Investition" (I) für die Durchführung der Maßnahme
nach der Formel
I=Ä
gewählt. Darin bedeuten:
[ DM /Einheit]
129
I [DM /Einheit]
unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten sinnvole Investition für
die Durchführung der Maßnahme,
E [DM/Einheit• Jahr]
jährliche Kosten der eingesparten
Energiemenge bezogen auf die jeweilige Einheit; als Ausgangswert
werden -,25 DM/kWh gewählt, welche
unter heutigen Bedingungen als Orientierungswert für die Bereitstellung von
Heizwärme gelten können (Mittelwert
aus unterschiedlichen Energieformen
unter Berücksichtigung der erforderlichen Investition für die Anlage
und der Energiekosten)
A [ - ]
Annuität für eine Verzinsung des
einzusetzenden Kapitals.
Die Annuität wird nach folgender Formel ermittelt:
A = qn(q-1)
[-]
gn-1
Darin bedeuten:
A [ - ]
Annuität
=
p
1+100
kalkulatorischer Zinsfuß; für die
Rechnung wird ein Zinsfuß von
10 % p.a.
[a]
angenommen
Abschreibungszeitraum
der Abschreibungszeitraum wird hier
gleichgesetzt mit einer angenommenen
Lebensdauer von
10 Jahren
für technische Anlagen
für Ausbaumaßnahmen
20 Jahren für Rohbaumaßnahmen
15 Jahren
In dieser angenommenen Lebensdauer ist mit berücksichtigt, daß der
Verbraucher kaum bereit sein wird, höhere Amortisationszeiten für
entsprechende Investitionen in Kauf zu nehmen.
130
Die so ermittelte "sinnvolle Investition" (I) wird jeweils einem
geschätzten Kostenwert für die Durchführung der Maßnahme, ggf.
abzüglich des entfallenden Aufwandes bei konventioneller Ausführung,
gegenübergestellt. Aufgrund der Relation beider Werte erfolgt die Zuordnung der Maßnahme zu einer der oben genannten Gruppen.
Für eine Reihe der aufgeführten Maßnahmen liegen keine Angaben
der Forscher oder Entwickler vor, aus welchen sich Hinweise zur
Zuordnung in Bezug auf ökonomische Konsequenzen ableiten ließen.
Diese Maßnahmen wurden daher auch keiner Gruppe zugeordnet. Es
sind dies:
-
Transparente /transluzente Vakuum- Isolation (Kap .B.1.1.2)
Sensible Wärmespeicherung (Kap. B.2.1)
Latent- Wärmespeicher (Kap .B.2.2)
Thermochemische Wärmespeicherung (Kap . B .2.3 )
Belüftete Fenster und Fassaden (Kap . B . 4.2)
irifrarotreflektierende Verglasungen
C.3.1 MASSNAHMEN AN DER GRENZE ZUR WIRTSCHAFTLICHKEIT
Dieser Gruppe werden solche Maßnahmen zugeordnet, die im Wettbewerb bereits mehrfach realisiert wurden. Bei ihnen kann
daher angenommen werden, daß sie unter heutigen Bedingungen bereits wirtschaftlich anwendbar sind oder aber zumindest der Grenze
zum wirtschaftlichen Bereich nahekommen.
-
Air-Therm-Wärmerückgewinnungssystem
(s. Kap. B.5.1.1).
Das System wird am Markt angeboten. Aus der systembedingten
Energieeinsparung von 50 kWh/m 2 für die Außenwandfläche ergibt
sich bei einer angenommenen Lebensdauer von 20 Jahren eine sinnvolle Investition (Mehrkosten) für das System in Höhe von
I =
•
50 0.1 0175 5 -
106.38 DM/m 2 Außenwandfläche
Es erscheint denkbar, daß die erforderlichen Hohlräume in der
Gebäudeumhüllung sowie die zusätzlich erforderlichen Luftkanäle
in diesem Kostenrahmen erstellt werden können. Die Wirtschaftlichkeit der für das System erforderlichen Wärmepumpe wäre davon
unabhängig nachzuweisen.
131
-
Massiv-Absorber (s . Kap . B .5.2.2)
Das System wird am Markt angeboten mit dem Hinweis, daß sich
unter Ausnutzung der möglichen Steuervergünstigungen für das
Gesamtsystem (Absorber, Speicher, Wärmepumpe) Amortisationszeiten von 5 bis unter 10 Jahren ergeben. Damit liegt das System
an der Grenze zu einer wirtschaftlichen Anwendung.
-
Infrarotreflektierende Schichten (s . Kap . B . 5.3.1)
Aus der vorn errechneten Energieeinsparung von ca. 16 kWh/m2a
ergibt sich eine "sinnvolle Investition" bei einer (einem Ausbauteil
entsprechend) mit 15 Jahren angenommenen Lebensdauer in Höhe
von
I
16 • 0.25 30.42 DM/m 2 Außenwandfläche
0.1315
Mit steigendem , d. h. sich verschlechterndem k-Wert erhöht sich
diese "sinnvolle Investition" unabhängig davon, daß auch die Wirksamkeit der Maßnahme selbst zunimmt. Damit liegt die Maßnahme
für viele Anwendungsbereiche (insbesondere bei schlecht gedämmten Au ß enbauteilen) im wirtschaftlichen Bereich.
C.3.2 MASSNAHMEN MIT ABSEHBARER WIRTSCHAFTLICHKEIT
In dieser Gruppe werden solche Maßnahmen zusammengefaßt, bei
welchen eine Wirtschaftlichkeit bei einer Steigerung der Energiekosten
bis auf etwa das Zweifache des heutigen Niveaus erreichbar erscheint.
Die unten errechnete "sinnvolle Investition" geht daher von Energiekosten in Höhe von 0,50 DM/kWh aus.
-
Vakuum-Isolation für geschlossene Bauteile (s . Kap . B .1.1.1)
Aus der in dem Beispiel errechneten Energieeinsparung von
ca. 25 kWh/m 2 a ergibt sich bei einer angenommenen Lebensdauer
von 15 Jahren eine "sinnvolle Investition" von
I
20.1315 =
95,05 DM/m2
für die Vakuum-Super-Isolation abzüglich der eingesparten Kosten
der konventionellen Wärmedämmung. Dieser Wert scheint erreichbar
zu sein.
132
-
Folienrollo (s . Kap . B .1.2.1)
Dem durch den Forscher benannten Einsparungspotential bei einer
Doppelverglasung in Höhe von 10 kWh/m 2 a entspricht eine "sinnvolle Investition" bei 10-jähriger Lebensdauer von
I
10.162750
= 30.73 DM/m2
Dies erscheint, da es sich um ein bewegliches Bauteil handelt,
als ein eher niedriger Wert, zumal er den Aufwand für Montage, Wartung, Randanschlüsse mit einschließen muß.
-
Lichtdurchlässiges energiegewinnendes Isolationssystem
(s. Kap. B.3.1.1)
Für das vorn dargestellte Beispiel ergibt sich bei Annahme einer
15-jährigen Lebensdauer eine "sinnvolle Investition" von
+ 108) 0.50 = 722,43 DM/m2.
I - (820.1315
Kosten in dieser Größenordnung erscheinen für das System mit
Wärmedämmung, transparentem Wetterschutz, Sonnenschutz und
Halterung realisierbar.
Zum Vergleich: für die konventionelle Wärmedämmung ergäbe
sich unter sonst gleichen Annahmen eine "sinnvolle Investition"
von
I - (82-25) • 0.50 = 216.73 DM/m2
0.1315
Alle hier benannten Werte für die sinnvolle Investition werden umso kleiner, je besser die Dämm-Eigenschaften der Ausgangskonstruktion sind.
-
Tageslicht-Beleuchtungssysteme mit . Fluoreszenzkollektoren
(s.Kap. B.3.2.1)
Der durch den Forscher benannten Energiemenge von 175 kWh/m2a
entspricht bei einer angenommenen Lebensdauer von 15 Jahren
eine "sinnvolle Investition" in Höhe von
1051315.50 - 665,40 DM/m2
I
Eine Erstellung der Kollektorfläche und des anteiligen LichtLeitsystems in diesem Kostenrahmen erscheint möglich.
133
-
Porenlüftung (s. Kap. B.4.1.1)
Der vorn errechneten Energieeinsparung von ca. 1.000 kWh/a
für eine 100 m 2 große Wohnung.entspricht bei einer Lebensdauer
von 15 Jahren eine "sinnvolle Investition" in Höhe von
10003150.50 = 3.802,28 DM.
I
Die Erstellung der porösen Wärmedämmung und eines einfachen
Luftschachtsystems in diesem Kostenrahmen erscheint möglich.
-
Solpor-System (s .Kap . B.4.1.2)
Die durch den Forscher benannten 5.500 kWh/a als Energieeinsparung entsprechen, umgerechnet auf eine Wohnung von 100 m2
Wohn fläche einem Wert von ca. 3.000 kWh/a. Hieraus ergibt sich
bei einer Lebensdauer von 15 Jahren eine "sinnvolle Investition"
in Höhe von
30001315.5 - 11.406, 85 DM für die o. g. Wohnung
I
Es erscheint möglich, in diesem Kostenrahmen einen Teil der
nach Süden orientierten Außenwand entsprechend auszuführen
und die zusätzlichen, zur Luftführung erforderlichen Einrichtungen zu erstellen.
-
Atmungslüftung (s . Kap . B . 4.1.3 )
Der vorn errechneten Einsparung von 80 kWh/m 2 a bezogen auf
die Außenwandfläche entspricht bei einer angenommenen Lebensdauer von 10 Jahren eine "sinnvolle Investition" in Höhe von
80.160750 - 245.85 DM/m2.
I
Unter der Annahme, daß für eine 100 m 2 große Wohnung ca. 25 m2
Außenwandflächen entsprechend dem System angeordnet würden,
ergäbe sich für die Wohnung eine Investition in Höhe von
6.146, 25 DM.
Es erscheint möglich, im Rahmen einer sorgfältigen Planung diesen
Kostenrahmen für die Mehrkosten gegenüber einer herkömmlichen
Ausführung einzuhalten. Der erforderliche Wartungsaufwand wurde
durch die Annahme der kurzen Lebensdauer von 10 Jahren berücksichtigt .
-
Wasserdurchströmte Außenbauteile (s. Kap. B.5.2.1)
Der vorn benannten möglichen Einsparung von ca. 16 kWh/m2a
entspricht eine "sinnvolle Investition" in Höhe von
• 0.50
49,17 DM/m 2 geschlossene Außenwandfläche.
I
160.1627
0.162750
134
Der erforderliche Wartungsaufwand wurde durch die Annahme
der kurzen Lebensdauer von 10 Jahren berücksichtigt. Es wird
schwierig sein, den Mehraufwand für eine Ausbildung der geschlossenen Außenwandflächen als großflächige Heizung in diesem Kostenrahmen auszuführen.
C.3.3 MASSNAHMEN FUR BESONDERE ANWENDUNGSBEREICHE
In dieser Gruppe sind solche Maßnahmen zusammengefaßt, bei welchen
eine vergleichsweise hohe Investition die Anwendung in solchen Bereichen nahelegt, in welchen andere als wirtschaftliche Kriterien ausschlaggebend sind (wie z. B. ein absoluter Zwang zur Energieeinsparung oder
zum Energiegewinnen). Das Niveau der Energiekosten, oberhalb dessen
diese Maßnahmen in den Bereich der Wirtschaftlichkeit kommen, dürfte
oberhalb von 1,-- DM/kWh liegen. Im Bauwesen sind solche Anwendungsfälle selten, aber z. B. bei Bauten in abgelegenen Gebieten
und unter extremen klimatischen Bedingungen durchaus möglich.
Diese Maßnahmen können im Rahmen eines Technologietransfers durchaus für eine Anwendung in Ländern mit anderen Klimabedingungen
interessant sein, auch wenn sie im mitteleuropäischen Raum nur selten
einsetzbar sind. Im einzelnen sind dieser Gruppe die im folgenden
angeführten Maßnahmen zuzuordnen:
-
Fluoreszenzkollektoren zur photovoltaischen Energieumwandlung
(s.Kap. B.3.2.2)
-
Außenwand mit richtungsabhängiger Strahlungscharakteristik
(s. Kap. B. 5.3.2)
135
ZUSAMMENFASSUNG
C.4
In den vorangegangenen Kapiteln wurde versucht, die einzelnen
Maßnahmen zur Energieeinsparung in Bezug auf die technischen und
ökonomischen Konsequenzen sowie auf ihren Entwicklungsstand bestimmten Gruppen zuzuordnen. So wurden jeweils die schnell realisierbaren von denjenigen Maßnahmen getrennt für deren Realisierung
noch wesentlicher zusätzlicher technischer oder ökonomischer Aufwand erforderlich ist oder für die auch noch zusätzliche Anstrengungen
im Bereich der Forschung und Entwicklung unternommen werden müssen.
Zu den Maßnahmen, die sowohl unter technischen und ökonomischen
Gesichtspunkten als auch in Bezug auf noch anstehende Entwicklungsschritte die Möglichkeit einer baldigen Realisierung bieten, gehören
insbesondere:
-
das Folienrollo (s . Kap . B .1.2.1)
die Luftdurchströmten Bauteile (s . Kap . B . 5.1)
der Massiv-Absorber (s.Kap. B.5.2.2)
infrarotreflektierende Schichten (s . Kap . B . 5.3.1) .
Maßnahmen, die mittelfristig, besonders bei steigenden Energiekosten,
aber auch mit entsprechend durchgreifenden technischen Konsequenzen
und mit weiterem Entwicklungsaufwand realisierbar erscheinen, sind:
-
die Porenlüftung (s . Kap . B . 4.1.1)
-
das Solpor-System (s .Kap .B .4.1.2)
Wasserdurchströmte Außenbauteile (s . Kap . B . 5.2.1) .
Bei den im folgenden genannten Maßnahmen sind sowohl völlig andere
ökonomische Randbedingungen als auch bedeutende technische Konsequenzen und erheblicher weiterer Aufwand in Bezug auf Forschung und
Entwicklung Voraussetzung für eine mögliche Realisierung:
-
die Vakuum-Isolation für geschlossene Bauteile (s.Kap.B.1.1.1)
-
die transparente Wärmedämmung (s . Kap .B .3.1.1)
Tageslichtsysteme mit Fluoreszenzkollektoren (s. Kap. B. 3.2. 1)
Fluoreszenzkollektoren zur photovoltaischen Energieumwandlung
(s.Kap. B.3.2.2)
-
die Atmungslüftung (s . Kap . B .4.1.3)
die Außenwand mit richtungsabhängiger Strahlungscharakteristik
(s. Kap .B.5.3.2)
136
Im Rahmen dieses Querschnittsberichtes mußte allerdings ein Aspekt
unberücksichtigt bleiben, der sicherlich eine wesentliche zusätzliche Anstrengung im Bereich der Forschung und Entwicklung erfordert, der aber andererseits auch die Aussicht auf bedeutendere,
Energieeinsparungen beinhalten würde: die wechselseitige Beeinflussung und Ergänzung der hier aufgeführten und anderer Maßnahmen
untereinander sowie im Hinblick auf ihre Effizienz unter dem Einfluß weiterer
Faktoren. Eine Untersuchung solcher Wechselbeziehungen, auch in
Abhängigkeit von äußeren Einflüssen aus technischen, wirtschaftlichen
und politischen Entwicklungen könnte dann Maßnahmenpakete identifizieren, deren Entwicklung und Förderung im Hinblick auf eine
Einsparung konventioneller Energieformen durch noch intensivere
Nutzung regenerativer Energien und durch Energieeinsparungen
besonders sinnvoll erscheint. Das Konzept zu einem entsprechenden
Verbundprojekt ist im Anhang II zu diesem Querschnittsbericht dargestellt.
137
Anhang I
LITERATUR
Die Literaturhinweise sind im Folgenden zur
besseren Auffindbarkeit bereits den einzelnen
Kapiteln bzw. Entwicklungsansätzen zugeordnet.
Weiterführende Literatur findet sich in der
Regel bei den hier genannten Quellen.
138
I
LITERATUR
Die Literaturhinweise sind im Folgenden zur besseren Auffindbarkeit bereits den einzelnen Kapiteln bzw. Entwicklungsansätzen
zugeordnet. Weiterführende Literatur findet sich in der Regel bei
den hier genannten Quellen.
139
Zu Kap. B.1.1 "Vakuum- Isolation"
ER-82 ERNO Raumfahrttechnik
GmbH :
Optimierung des Systems 2 der
Vakuumsuperisolation am Vorhaben
KT 76030 (12.79-02.82)
In: AGB Mitteilungsblatt Nr. 68
s.a. BMFT Proj. Nr. 5-ET 5139 A
ME-83 MBB-ERNO:
Firmeninformation der MBB-ERNORaumfahrttechnik GmbH, Bremen
MB-86 MBB:
Vakuum -Super-Isolation (VSI)
Firmeninformation der Messerschmitt
-Bölkowhm
GmbH
München 1986
NN-83
NN:
Glasbauelement für passive Solarenergienutzung (dt.)
In: Detail (1983) Nr. 1, S. 90, Abb.
Zu Kap. B.1.2 "Variable Wärmedämmung"
DS-84
Deuble, W.; Schmid, J.:
Temporärer Wärme- und Sonnenschutz mit Folienrollos
In: arcus 1984/1, S. 37 ff
FS-85
Frank, R.; Schmid, J.:
Temporärer Wärmeschutz von Fenstern
Forschungsbericht im Auftrage des
BMBau, Bonn
In: Kurzberichte aus der Bauforschung
April 1985, Bericht Nr. 49
ZE-82
Zapke, W.; Ebert, H.;
Friedrich, H.:
Die temporäre Verbesserung des Wärmeschutzes im Fensterbereich durch Rollläden und anderen Vorkehrungen
Unveröffentlichter Forschungsbericht im
Auftrage des BMBau, Bonn, Hannover 1982
140
Zu Kap . B . 2.1 "Sensible Wärmespeicherung"
BB-84
BMBau (Hrsg.):
Handbuch
Passive Nutzung der Sonnenenergie
Im Auftrag des BMBau vorgelegt von
Koblin, W., Krüger, E., Schuh, K.
Heft Nr. 04.097 der Schriftenreihe
des BMBau - Bonn 1984
GO-84
Goetzberger, A.:
Saisonale Wärmespeicherung mit strahlungsbeheizten Speicherwänden
In: Fünftes Internationales Sonnenforum
Berlin, DGS, 1984
LO-85
Lund, P.D.; tstmann,M.B.:
A numerical Model for Seasonal Storage
of Solar Heat in the Ground by
Vertical Pipes
In: Solar Energy Vol. 34 (1985) No 4/5
pp.351-366
SL-74
Schöll, G.:
Warmwasser-Großwärmespeicher
In: VDI-Berichte Nr. 223, 1974
SZ-83
Schulz, H.:
Sonden-Erdspeicher
für Wärmepumpen
In: Sonnenenergie + Wärmepumpe
Jg. 8 (1983) Heft 6
VL-79
vom Lehn, H.:
Sonnenenergie-Wärmespeicher
In: Elektrowärme im Technischen Ausbau
elektrowärme international Edition A
37 (1979) A 2 - März
141
Zu Kap . B .2.2 "Latent-Wärmespeicher"
AT-83 Abhat, A.:
Low Temperature Latent Heat Thermal
Energy Storage:
Heat storage Materials
In: Solar Energy, Vol 30 No 4, 1983
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BC-83 Brehler, R. ; Cekel, 0.: Latentspeicherwände, eine beachtenswerte Komponente zur passiven Solarenergienutzung
In: Sonnenenergie 6/83, S. 16-19
BJ-78
Bourdeau, L. ; Jaffrin, A. ; Moisan, A.:
Etude experimentale de parois a chaleur
latente pour l'Habitat
In: DGS, 2. Internationales Sonnenforum
München 1978
DA-84
Danc, Edna, A.:
The behaviour of saturated solutions of
trisodium phosphate dodecahydrate as
heat storage media
In: Solar Energy Vol. 33, No 1 (1984)
pp. 41-48
EL-0J
Elektrowärme-Institut
Essen e. V.:
Grundsätzliche Untersuchung an
Materialien auf ihre Verwendbarkeit zur
Wärmespeicherung
In: AGB-Mitteilungsblatt Nr. 47 Nr. 4729
GR -84
Goetzberger , A . :
Saisonale Wärmespeicherung mit strahlungsbeheizten Speicherwänden
In: DGS - 5. Internationales Sonnenforum
Berlin 1984
GW-86
Goetzberger, A. ; Witt wer , V.: Sonnenenergie
Physikalische Grundlagen und thermische
Anwendung
Stuttgart, Teubner, 1986
KK-84
Kimura, H. ; Kai, J.:
Phase Change Stability of
CaC12 • 6 H2O
In: Solar Energy Vol. 33 No 6, 1984
pp . 557-563
LG-74
Laing, N.:
Kristallisations-Wärmespeicher und
deren Anwendung
In: VDI-Berichte Nr. 223, 1974
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Lo-83
Lou, D.Y.S.:
Sodification process in a Glauber salt
mixture
In: Solar Energy Vol. 30, No 2 (1983)
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The effect of crystal size on the
thermal storage capacity of thickened
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Latentspeicher für Solarenergie
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Fraunhofer-Institut für Bauphysik
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Parametric sensitivity studies using
paraffin wax storage sub-systems
In: Solar Energy Vol. 32, No 1 (1984)
MS-84
Malatidis, N.A. :
Latente Thermospeicher als Bauteile zur
Solarenergienutzung
Bericht SA 01/84
Fraunhofer-Institut für Bauphysik
Stuttgart, April 1984
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Selbstbau eines einfach Paraffin-Speichers
In: Sonnenenergie + Wärmepumpe
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NN-78
NN.:
Die Speicherung von Sonnenwärme
In: FAZ vom 13.09.78
NN-81
NN. :
Fettsäuren stabiler als Salzhydrate
In: Sanitär- und Heizungstechnik
46 (1981) Nr. 6, S. 615-616
OL-0J Oltmanns Ziegel und
Kunststoffe GmbH:
Entwicklung eines hoch wärme-, schalldämmenden und wärmespeichernden
Ziegelwandsystems
In: AGB-Mitteilungsblatt Nr. 66, S. 8
RR-78
Reiter, F.W.:
Speicherung von Sonnenenergie bei
niedrigen Temperaturen durch chemische
Prozesse
In: Zweites Internationales Sonnenforum
München, DGS, 1978
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Reiter, F.; Rota, R.:
Low Temperature Latent Heat
Storage by reciprocal Salt Pairs
In: Solar Energy Vol.32 No 4 (1984)
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Entwicklung von Konzepten für Latentspeicher
In:ASSA (Hrsg.)
Sonnenenergie-Ergebnisse von Forschungsund Entwicklungsarbeiten in Österreich 1979
Wien, ASSA, 1979
SE-79 Stiebel Eltron GmbH + Co KG: Latentwärmespeicher für Niedrigtemperaturwärme, insbesondere für die Gebäudeheizung
In: AGB - Mitteilungsblatt Nr. 66, S. 21
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Stunic, Z.:
Heat Storage by phase transition
Equation of state
In: Solar Energy Vol. 33, No 6 (1984)
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SW-0J Swedish Council for Building Storage of low-temperature heat in
salthydrate melts - calcium chloride
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Latentwärmespeicher für Energie aus
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Solar House Heating A Problem of Heat Storage
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In: ASME publication, New York 1964
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_
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Storage
Heating/Cooling
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O Solar
S
In: Ashrae annunal Meeting
June 23-27, 1974, Montral, Canada
New York, Ashrae, 1974
TS-74,2 Telkes, M.:
Das Speichern von Sonnenenergie
zum Heizen und Kühlen
In: Klima + Kälteingenieur 2 (1974) H.11
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Einsatz von Natriumacetattrihydrat und
von Bariumhydroxid Oktahydrat in
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In: DGS, 5. Internationales Sonnenforum
Berlin 1984
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VDI Verein Deutscher
Ingenieure
Rationelle Energiespeicherung durch
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A new system for heat storage
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Neues vom Latentspeicher
In: Sonnenenergie-energie solaire
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Zu Kap . B . 2.3 "Thermochemische Wärmespeicherung"
BI-82
Battelle- Institut
Thermochemical heat Storage
(Thermochemische Wärmespeicherung)
Bericht im Auftrage des
Swedish Council for Building Research,
Stockholm
1982
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Bockris, J.; Justi,E.:
Wasserstoff Die Energie für alle Zeiten
München , Pfriemen , 1980
VN -78
Vialaron, A.C.:
Communication sur un Concept
clinique hybride pour le Stockage de
l' energie solaire
In: Zweites Internationales Sonnenforum
München, DGS, 1978
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Weber, R.:
Eignen sich Leichtmetalle als Speicher
von Sonnenenergie?
In: Bild der Wissenschaft 11-1985
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Zettler, H.:
Zeolith - ein Langzeitspeicher für Wärme
In: FAZ vom 09.05.84
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Zu Kap. B.3.1 "Transparente Wärmedämmung"
Altmann, K.:
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von Fassadenelementen mit optischer
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In: Passive Solararchitektur. Energiesparende Neuentwicklungen - Lösungen
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Mitteln, Berlin, Senator für Wirtschaft
und Verkehr, Selbstverlag 1983
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Lichtdurchlässige Wärmedämmung Eine Möglichkeit zurr drastischen Reduzierung des Verbrauchs an fossilen
Energieträgern im Haushaltsbereich
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Proceedings of the First EC-Conference
on Solar Heating Amsterdam (1984)
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BB-84/2 Boy, E.; Bertsch, K.:
Thermal Aspects of the Behaviour of
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In: Tagungsbericht 5. Internationales
Sonnenforum Berlin (1984)
BB-85/1 Boy, E.; Bertsch, K.;
Lang, H.; Legrum, J.;
Schall, K.D.:
Wärmetechnische Ganzjahresmessungen
an freistehenden Meßzellen mit lichtdurchlässiger Wärmedämmung
In: Clima 2000, Kopenhagen 1985
BB-85/2 Bertsch, K.; Boy, E.;
Thermisches Verhalten von Gebäudeaußenwänden mit lichtdurchlässigen
Dämmaterialien
49. Physikertagung, München 1985
BS-85
Reduzierung des Heizenergieverbrauchs
durch passive Solarenergienutzung
mit lichtdurchlässigen Wärmedämmschichten
in verschiedenen Standorten und Klimazonen
In: Clima 2000, Kopenhagen 1985
Boy, E.; Schreiber, E.;
Heim, U. ; Bertsch, K.:
GS-84/1 Goetzberger, A.; Schmid, J.: Komponenten der passiven Solarenergienutzung
In: Tagungsbericht 5. Internationales
Sonnenforum Berlin (1984) ,Bd.2,S.529-545
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GS-84/2 Goetzberger, A. ; Schmid, J. ; Wittwer, V. ; Platzer, W. ;
Stahl, W.:
Lichtdurchlässige Wärmedämmung zur
passiven Solarenergienutzung an Gebäudefassaden
In: Tagungsbericht 5. Internationales
Sonnenforum Berlin (1984) , B d . 2 , S .624-629
GS-84/3 Goetzberger, A. ; Schmid, J. ; Transparente Wärmedämmung zur passiven
Solarenergiegewinnung an GebäudeWittwer, V.:
fassaden
In: arcus 32-36, 1984
GS-84/4 Goetzberger, A. ; Schmid, J. ;
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Transparent Insulation System for
passive Solar Energy Utilization in
Building
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Hauser, Gerd:
Passive Sonnenenergienutzung durch
Fenster, Außenwände und temporäre
Wärmeschutzmaßnahmen. Eine einfache
Methode zur Quantifizierung durch
Keq-Werte (dt. ; Ref.engl. )
In: Heiz . -Lüft . -Klimatech . -Haustech .
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IBP Stuttgart:
Lichtdurchlässige Dämmschicht
In: AGB Mitteilungsblatt Nr. 68
IB-83
IBP Stuttgart:
Temperaturabhängige Lichtdurchlässigkeit von Baumaterialien
(1982 bis 06.83)
In: AGB-Mitteilungsblatt Nr. 76, S.30
KO-83/1 Köster, H.:
Wärmedämmfassaden und Dachelemente
mit optischer Wärmeregelung. Produktneuentwicklungen
In: Passive Solararchitektur. Energiesparende Neuentwicklungen - Lösungen
für das Energieproblem mit baulichen
Mitteln
Berlin, Senator für Wirtschaft und Verkehr,
Selbstverlag 1983
KO-83/2 Köster, H.:
Wärmedämmfassaden und Dachelemente
mit optischer Wärmeregelung (dt. )
In: Kälte und Klimatechnik 36 (1983) Nr.6,
S. 254, 256, Abb.
147
PF-84
Pflüger, A.:
Exact Analytic Solution of Thermal
Radiation. Trough Radiative Grey
Films
In: Solar Energy Materials 11,337-343,1984
PL-84
Platzer, W.; Pflüger,A.;
Stahl, W.; Wittwer, V.:
Charakterisierung lichtdurchlässiger
Isolationsmaterialien
In: Tagungsbericht 5. Internationales
Sonnenforum Berlin (1984) ,B d .1, S .123-127
PL-85
Platzer, W. :
Solare Transmission von lichtdurchlässiger
Wärmedämmung
In: 49. Physikertagung, München 1985
PW-84
Pflüger,A., Wittwer,V.:
Exact Analysis of Radiative and Conductive Heat Transfer Through Radiative
Grey Films
In: SPIE Proceedings Vol. 502 ,1984
WI-82
NN:
Energieeinsparung bei Gebäuden durch
Einsatz verstellbarer Blendsysteme
In: Forschungsbericht BMFT-FB-T82-037
des Bundesministers für Forschung und
Technologie
WP-85/1 Wittwer, V. , Platzer, W. ;
Pflüger, A. ; Stahl, W. ;
Goetzberger, A.:
Translucent Insulation Materials
In: Intersol 85, Congress of the
International Solar Energy Society,
Montreal 1985
WP-85/2 Wittwer,V.: Platzer, W.;
Stahl, W. ; Pflüger, A. ;
Goetzberger,-A.:
Lichtdurchlässige Wärmedämmung zur
passiven Solarenergienutzung an Gebäudefassaden
In: 49. Physikertagung, München 1985
WS-83
Heat Loss Mechanism in Transparent
Wittwer, V. ; Stahl, W. ;
Pflüger, A. ; Goetzberger, A.; Insulation with Honeycomb Structure
Schmid, J.:
In: Proceedings of 27. SPIE Conference,
Vol. 428, pp. 100-104
SB-85
Schreiber,E.;Boy,E.;
Bertsch, K. :
Energy Saving Patential of Aerogel
as a Transparent Thermal Indulation
Material
In: First International Symposium on
Aerogel, Würzburg 1985
SW-83
Stahl, W.; Wittwer, V.;
(Goetzberger, A.:
Thermal Radiation Effects in Honeycombs
In: Proceedings of the 8. Congress
of ISES, Vol.2,753-756, Perth 1983
148
SW-84
Stahl, W. ; Wittwer, V • ;
Pfl üger, A.:
Transparent Insulation
In: Solar Energy Materials 11,199-208,1984
SW-86
Stahl, W. ; Wittwer, V. ;
Goetzberger, A.:
Thermal Conversation with Fluorescent
Concentrators
In: Solar Energy Vol. 36 No 1 (1986)
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Zu Kap. B. 3.2 "Fluoreszenz-Kollektor"
GG-77
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Fluorescent Collectors
In:Appl.Phys. 14,123-139 (1977)
GO-78
Goetzberger,A.:
Fluorescent Solar Energy Collectors:
Operating Conditions with Diffuse Light
In: Appl. Phys.16,399-404 (1978)
GW-81
Goetzberger,A. ; Wittwer, V.:
Fluorescent Planar Collector-Concentrations; a Review
In: Solar Cells, 4 (1981) 3-23
NN-86
NN :
Solarladegerät mit Fluoreszenzkollektoren
In: Sonnenenergie 4/86, S. 7
149
Zu Kap. B.4.1 "Poröse Außenbauteile"
AJ -83
Anderlind, G. ;
Johansson, B.:
Dynamic insulation. A theoretical analysis
of thermal insulation through which a gas
or fluid flows (Dynamische Wärmedämmung.
Eine theoretische Analyse einer Wärmedämmung durch Luft- und Feuchtigkeitstransport)
Bericht (engl.) Hrsg. : Swedish Council
for Building Research, Stockholm
Stockholm Selbstverlag 1983.69 S.
s.a.AGB- Mitteilungsblatt Nr.76, S.35
BA-79
Bartussek, H.:
Baumerkblatt "Porenlüftung"
BA Gumpenstein, A 8952 Irdning, 1979
BA-81/1 Bartussek, H.:
Porenlüftung
Forschungsbericht (142 Seiten) ,
Österr. Kuratorium für Landtechnik
Wien, 1981, vergriffen
BA-81/2 Bartussek, H.:
Porenlüftung
Wien, Österreichisches Kuratorium
für Landtechnik, Selbstverlag 1981
BA-85/1 Bartussek, H. :
Das SOLPOR-System
Forschungsbericht (146 Seiten),
Österreichisches Kuratorium für Landtechnik, Wien, 1985, noch (19.07.85)
im Druck
BA-85/2 Bartussek, H. ;
Hausleitner, A.:
Das SOLPOR-System
Österreichisches Kuratorium für
Landtechnik, Wien, Selbstverlag, 1985
BA-85/3 Bartussek, H.:
Atmungslüftung
Bericht über einen Modellversuch
1985 , noch (19.07.85) unveröffentlicht
FI-83
Fiala, W.:
Möglichkeiten und Grenzen der Verringerung von Wärmeleistungsverlusten mittels
Durchströmung mit einem Stoffstrom
(dt. ; Ref. engl. )
In: Heiz . -Lüft • -Klimatech . -Haustechn .
(HLH) 34(1983) Nr.10,S.405-411,Abb.Lit.
GE-72
Gertis, K.:
Belüftete Wandkonstruktionen
Thermodynamische, feuchtigkeitstechnische
und strömungsmechanische Vorgänge
in Kanälen und Spalten von Außenwänden
Wärme- und Feuchtigkeitshaushalt
belüfteter Wandkonstruktionen
In: Berichte aus der Bauforschung, Heft 72
Wilhelm Ernst + Sohn, Berlin, München,
Düsseldorf 1972
150
GI-82
Gilli, Paul, P.:
Wärmerückgewinnung mittels poröser
durchströmter Außenbauteile Berechnungsverfahren und Fallstudie (dt.)
Bauphysik 4(1982) Nr.5,S.173-178
Bauphysik 4(1982) Nr.6, S.203-207
RO -81
Roetzel, W.:
Verringerung des Lüftungswärmebedarfs
bei natürlicher Lüftung von Gebäuden
durch Verwendung luftdurchlässiger poröser Außenwände
In: Heiz. -Lüft . -Klimatech . -Haustech . (HLH)
32 (1981) Nr. 2, S. 45-43,Abb. ,Tab. ,Lit.
WM -84
Watzl, H.; Maier, B.:
Erstes Wohnhaus mit solar erwärmter
Porenlüftung (dt.)
In: Sonnenenergie und Wärmepumpe,
Ebersberg 9 (1984) Nr. 3
Zu Kap. B.4.2 "Belüftete Fenster und Fassaden"
RE-84
Reinmuth, F.:
Die Energiebilanz belüfteter Fenster (dt.)
In: Architekt, Innenarchitekt, Technischer
Ausbau (AIT) 92 (1984) Nr. 1,
S. 50-52, 54-56, Abb. Lit.
151
Zu Kap. B.5.1 "Luftdurchströmte Bauteile"
AT-0J (AIR-THERM) :
BA-82
Bach, H. u.a.:
DO-83 Dornier System GmbH,
Friedrichshafen:
Firmeninformation der Air Therm
GmbH + Co KG
3306 Lehre -Wendhausen
Reduzierter Energieeinsatz für raumlufttechnische Anlagen bei Verwendung
einer Luftführung von unten nach oben
In: BMFT-Bericht 082-023, Fiz-q
Karlsruhe 1982
F. u. E.-Programm
Lüftung im Wohnungsbau, Demonstrationsvorhaben
BMFT-Projekt Nr. 03E 5361B/8
In: AGB-Mitteilungsblatt Nr.78,S.73
GE-82
Gertis, K.:
Sonnenenergienutzung - mit passiven,
statt aktiven Maßnahmen
In: Passive Solararchitektur. Energiesparende Neuentwicklungen - Lösungen
für das Energieproblem mit baulichen
Mitteln
Berlin, Senator für Wirtschaft und
Verkehr
Selbstverlag 1982
HA-86
(Bericht über einen Vortrag von Prof. Dr. -Ing.
F. Haferland, Delft)
Betondecken als Energiespeicher
Sonnenenergie wird eingefangen, gespeichert und verwertet
In: beton 3/86, S. 85
NN-85
NN:
Ein neues Heizverfahren erobert den
Markt
In: Beratende Ingenieure 3/85, S.48 f
KO-83
Köhler, V.:
Jahresenergieverbrauch eines monovalenten Heizsystems mit Luft-WasserElektromotorwärmepumpe und Vergleich
mit herkömmlichen Heizanlagen
Unveröffentlichter Bericht des
Institut für Wärme- und Brennstofftechnik
Technische Universität Braunschweig 1983
152
Zu Kap. B.5.2 "Flüssigkeitsdurchströmte Außenbauteile"
BE-82.1 Brake, T.:
Der Massivabsorber - Eine sichere Energiequelle (dt.)
Solar- und Wärmetechnik, Bielefeld 4
(1982) Nr. 2, S. 8-9
BE-82.2 Brake, T.:
Der Massivabsorber - Eine sichere Energiequelle (dtl.)
Solar- und Wärmetechnik, Bielefeld 4
(1982) Nr. 2, S. 8-9, Abb.
BR-82
Bayer,R.:
Erfahrungen beim Bau von Massivabsorbern (dt.)
In: Zement + Beton 27 (1982) Nr. 4,
S. 157-159, Abb.
BR-84
Bayer, R.:
Massivabsorber-Heizsystem (dt.)
Hrsg. Baugesellschaft Nägele + Co, Sulz
Sulz-Selbstverlag
Förd.: Österreich, Bundesminister für
Bauten und Technik, Sektion V, Wohnbauforschung, Wien.
Ausf. Stelle: Baugesellschaft Nägele + Co,
Sulz. Manuskript abgeschlossen 03.84,
ca. 90 Seiten, Bezug bei Baugesellschaft
Nägele + Co GmbH + Co KG,
A-6832 Sulz-Röthis 143, Best.-Nr. F 797
BR-85
Bayer, E.:
Heizen mit Wärme aus Beton,
Massivabsorber-System in der Praxis
bewährt (dt.)
In: Beton 35 (1985) Nr. 1, S.33-34,Abb.
BT-84
Brandt, J.:
Energiesparende Gebäude mit Beton (dt.)
In: Elektrowärme Tech. Ausbau (ETA)
(1984) Nr. 1, S. A19-A24 Abb., Tab.Lit.
GE-85
Gertis, K.:
Künftiger baulicher Wärmeschutz in Verbindung mit neuen Heizsystemen. MassivAbsorber Heizsystem - Ein wirkungsvoller
Beitrag zur Luftreinhaltung (dt.)
In: Architekt, Innenarchitekt, Techn.Ausbau
(AIT) 93 (1985) Nr. 1, S. 60-61, Abb.
HA-80
Haferland, F.:
Durchströmte leichte Fassaden-Konstruktionen zur natürlichen und künstlichen
Regulierung des thermischen Raumklimas
In: Die Bautechnik 57. Jhrg. (1980) H.5,
S. 145-156, H.7, S.236-247
153
HU-84
Hullmann, H.:
Anforderungskriterien im Sinne
einer bautechnischen Affinität
für Energiedächer
In: Schriftenreihe der
Abteilung für Industrialisierung des
Bauens, Universität Hannover, 1984
IR-85
IRB, Stuttgart (Hrsg.) :
Massivabsorber - Eine Literaturdokumentation (dt.)
Hrsg.: Informationszentrum Raum und
Bau der Fraunhofer-Gesellschaft - IRB,
Stuttgart
IRB Verlag, Stuttgart 1985, 112 S . ,Lit .
KU-78
Künzel, H.:
Wassergefüllte Bauteile als Heizflächen
und Wärmespeicher in Wohnungen
In: AGB-Mitteilungsblatt Nr.62 S.41
s.a. BMFT Proj.-Nr. 5-ET 5031 A
LK -83
Leimböck, R.:
Wärme aus Beton - Auch im tiefsten
Gebirgswinter (dt.)
In: Betonwerk und Fertigteiltechnik 49
(1983) Nr. 5, S. 355-357, Arb.
MO-85
Mardo, D.:
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Der Massivabsorber. Flüssigkeitsdurchströmte Betonbauteile als Flächenwärmetauscher und Wärmespeicher für Wärmepumpen-Heizungen (dt.)
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Der Massivabsorber - Heizen mit Wärme
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Zu Kap. B . 5.3 "Infrarotreflexion"
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Bundesministerium für Forschung
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Produktdatenblatt
Wärmedämmglas CLIMAPLUS N
Deutsche Baudokumentation, Celle
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Fenster sind nicht zwangsläufig
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Kneubühl, F.K. , Thiebad, F.: radiation on the energy consumation
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Teil I: Strahlungsaustausch zwischen
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Schlußbericht IVBH-Kongreß, Wien (1980),
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Internationale Vereinigung für Brückenbau
und Hochbau
157
Anhang II
KONZEPT FÜR EIN VERBUNDPROJEKT
INTEGRATION VON NEUEN ENERGIETECHNIKEN
IN DAS BAUWESEN
158
KONZEPT FÜR EIN VERBUNDPROJEKT
INTEGRATION VON
NEUEN ENERGIETECHNIKEN
IN DAS BAUWESEN
ZIELSETZUNG
Neue Energietechniken, insbesondere solche zur Energieeinsparung
und zur passiven und aktiven Nutzung regenerativer Energiequellen
sollen in Bezug auf ihre wechselseitige Abhängigkeit und in Bezug
auf sinnvolle Kombinationen dargestellt werden. In Form von Szenarien ist dann ihre Abhängigkeit von äußeren Einflüssen, insbeson-
dere von technischen, wirtschaftlichen und politischen Entwicklungen
zu erläutern. Das Ergebnis ist die Identifikation von technologischen
Lücken und Entwicklungszielen sowie die Formulierung von Maßnahmenkatalogen, insbesondere für solche Entwicklungsaufgaben, die
des Verbundes mehrerer Fachdisziplinen im Hinblick auf eine
Integration in das Bauwesen bedürfen.
BEGRÜNDUNG
Seit der ersten Ölpreiskrise, also seit nunmehr über einem Jahrzehnt,
wurde eine große Zahl von Maßnahmen zur Energieeinsparung vorgeschlagen, Produkte wurden entwickelt. Mit Hilfe entsprechender Verordnungen und Subventionen wurde ein Teil dieser Maßnahmen im Bereich des Wärmeschutzes und der Heizungstechnik durchgesetzt, während der größere Teil in der baulichen Praxis fast unbeachtet blieb.
Die Möglichkeiten eines optimierten Einsatzes mehrerer Maßnahmen
in einem Projekt wurden nur in Ausnahmefällen angestrebt.
Auch die Entwicklung spezieller Produkte wie z. B. der Wärmepumpe oder des Solarkollektors hatte nicht den gewünschten Erfolg.
Hemmnisse waren hier sowohl die Entwicklung der Energiekosten auf
Grund politischer Konstellationen als auch die Tatsache, daß diese
Entwicklungen häufig isoliert und ohne ausreichende Berücksichtigung
des Marktes, der Bedürfnisse von Verbrauchern, Handwerkern und
Planern, der technischen und formalen Akzeptanz durchgeführt wurden.
159
Es erscheint daher erforderlich, vorhandene und gegebenenfalls
absehbare neue Entwicklungsansätze im Sinne einer ganzheitlichen
Ergänzung und Optimierung zu untersuchen und darzustellen. Dazu
ist außerdem die Berücksichtigung äußerer Einflüsse, wie sie z.B.
aus politischen, gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Entwicklungen
resultieren, aber auch die Entwicklung des Bauwesens bis hin zu Fragen
der Akzeptanz im Bereich des Baumarktes erforderlich.
ARBEITSPLAN
Das Projekt könnte in den folgenden fünf Arbeitsschritten realisiert
werden (s. hierzu auch die grafische Darstellung) .
1.
Erfassung neuer Energietechniken, u.a. nach ihrem technischen
Konzept, den Bedingungen für eine Integration in Gebäude, den
marktbezogenen und ökonomischen Bedingungen sowie ihren
Wechselwirkungen zu anderen Techniken.
2.
Entwicklung eines Interdependenzmodells für die erfaßten Techniken untereinander sowie ihrer Abhängigkeit von äußeren Randbedingungen.
3.
Erfassung möglicher Einflußfaktoren, u.a. aus der technischen
Entwicklung, den Versorgungsbedingungen, des Energie- und
des Baumarktes sowie der allgemeinen wirtschaftlichen und
politischen Entwicklung.
4.
Ableitung von Szenarien für Entwicklungsmöglichkeiten unter
Berücksichtigung des unter (2.) entwickelten Interdependenzmodells sowie der unter (3.) erfaßten Randbedingungen und
Bewertung dieser Szenarien.
5.
Identifikation von Entwicklungszielen und Entwicklungslinien,
insbesondere auch für koordinierte Entwicklungen mehrerer
Fachdisziplinen sowie von Entwicklungslücken auf der Basis
der Szenarien.
Der Zielbereich des Projektes ist das Bauwesen, das insgesamt
wohl den größten Energieverbrauch repräsentiert. Einzelaspekte des
Projektes bedürfen der Bearbeitung durch Fachleute aus anderen
Bereichen, insbesondere der Energietechnik und der Wirtschaftswissenschaften.
160
INTEGRATION
VON NEUEN ENERGIE -TECHNIKEN
IN DAS BAUWESEN
NEUE ENERGIE-
INTERDEPENDENZ-
TECHNIKEN
ERFASSUNG U.A. NACH:
- TECHNIK
- INTEGRATION
- OKONOM.BEDINGUNGEN
- MARKTBEZOGENE BED.
- WECHSELWIRKUNGEN
MODELL
DARSTELLUNG DER WECHSELBEZIEHUNGEN DER KOMPONENTEN
UNTEREINANDER UND ZU
RANDBEDINGUNGEN
^
ABLEITUNG
MÖGLICHE
VON SZENARIEN
EINFLUSSFAKTOREN
AUFGRUND
ERFASSUNG DER FAKTOREN:
ÄUSSERER EINFLOSSE
-
SOWIE DEREN BEWERTUNG
J
e
THEMENBEREICHE
IDENTIFIKATION
THERMISCHE SYSTEME
VON
PHOTOVOLTAISCHE SYSTEME
PASSIVE SYSTEME
MARKT, WIRTSCHAFT
BAUWESEN
PROJEKTSTEUERUNG
- TECHNOLOGIE - LOCKEN
- ENTWICKLUNGSZIELEN
- MASSNAHMENKATALOGEN
AUF DER BASIS DER
SZENARIEN
^
TECHNISCHE ENTW.
WIRTSCHAFT/MARKT
POLITISCHE ENTW.
VERSORGUNGSMOGL.