Innovative Gebäudetechnik

Ein sogenannter Photovoltaisch-Thermischer Solarkollektor, auch als PVT- oder Solar-Hybridkollektor bezeichnet, ist eine spezielle Version eines Solarmoduls, das sowohl thermische Energie (Wärme) wie auch photovoltaische Energie (Strom) umwandeln kann. Aufgrund ihrer besonderen Funktionsweise unterscheiden sich Hybridkollektoren in ihrem Aufbau von herkömmlichen PV- sowie Solarthermie-Modulen.

Die duale Funktionsweise, die beide solare Erträge nutzt, bietet ökologisch viele Vorteile. Die Kombination mit einer Wärmepumpe sowie einem Warmwasserspeicher beispielsweise führt zu einer besonders effizienten, nachhaltigen und insgesamt klimaneutralen Wärmeerzeugung für Gebäude. Aufgrund der parallel erzeugten Wärme bieten PVT-Kollektoren sogar die Möglichkeit, Sole-Wärmepumpen komplett ohne Erdsonden zu betreiben. Dadurch entfallen die für Sonden erforderlichen Prüfungen und Genehmigungen sowie aufwändige Erdbohrungen und es ist möglich, Sole-Wärmepumpen auch im städtischen Bereich zu betreiben.

Um die Energiewende im Gebäudesektor voranzutreiben, ist der Einsatz von Bauteilen mit einem größeren Vorfertigungsgrad gewinnbringend. Darauf zielt die Entwicklung einer Erneuerbare-Energien-Modulfassade ab, in welche die technische Gebäudeausrüstung integriert ist und die das Gebäude mit regenerativer Energie versorgt. Zum Einsatz kommen dabei Photovoltaik, eine Wärmepumpe sowie ein Lüftungsgerät mit Wärmerückgewinnung. Forschende vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP und für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE arbeiten an dieser Innovation, damit zukünftig dezentral in der Gebäudehülle erneuerbare Energie gewonnen wird und direkt vor Ort genutzt werden kann.

Durch den hohen Vorfertigungsgrad der Module ist ein serieller Einsatz in der Breite möglich sowohl was den Neubau anbelangt als auch die energetische Sanierung bestimmter Gebäudetypen aus den 50-90er Jahren. Bei der Sanierung kann die Bestandsfassade durch eine EE-Modulfassade ausgetauscht werden, ohne dabei neue Leitungen für Gebäudetechnik im Inneren verlegen zu müssen. Der Eingriff ist begrenzt und die Räume werden danach durch die integrierte Anlagentechnik aus der Hülle beheizt, gekühlt und belüftet.

Thermisch aktive Fassadenelemente können dann relevant sein, wenn herkömmliche Außenlufteinheiten von Luft-Wasser-Wärmepumpen aus Gründen der Aufstellmöglichkeiten und Geräuschentwicklung nicht installiert werden können.

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme hat solarthermische Fassadenelemente im Rahmen des Projekts TABSOLAR III mit verschiedenen Projektpartnern entwickelt. Sie sind als passive Elemente geräuschlos, platzsparend, an Neu- sowie Bestandsbauten und in beliebiger Form einsetzbar. Die aus Ultrahochleistungsbeton gefertigten Elemente zeichnen sich im Innern durch eine besondere, mehrfach verzweigte Kanalstruktur aus, durch welche mit einem Solarfluid die Wärme transportiert wird.

Mittels thermischer Bauteilaktivierung können vorhandene Bauteile, also z. B. Decken, Böden oder Wände, als Wärmeüberträger genutzt werden. Eingesetzt wird die Technik derzeit vor allem bei Neubauten aus Beton.

Die aktive Nutzung der Bauteile wird ermöglicht, indem bei der Konstruktion innerhalb des Bauteils ein Rohrsystem verlegt und eingegossen wird, durch welches später Heiz- oder Kühlmedien wie Luft oder Wasser fließen können. Der Beton funktioniert im Betrieb dann als Speichermasse und nimmt je nach Temperatur Wärme auf – es wird gekühlt – oder gibt sie ab – es wird geheizt.

Da das System auch dann effizient funktioniert, wenn die zugeführten Temperaturen relativ niedrig sind, eignet sich die thermische Bauteilaktivierung sehr gut für den Einsatz erneuerbarer Energiequellen, wie Solar- oder Geothermie.

Ein wichtiger Baustein energieeffizienter Gebäudetechnik ist die kontrollierte Raumlüftung mittels raumlufttechnischer Anlagen. Richtig geplant, ausgeführt und reguliert reduzieren diese den Energiebedarf für die Luftversorgung und -konditionierung von Innenräumen. Zudem lassen sich weitere Energieeinsparungen z. B. durch Wärme- und Feuchterückgewinnung erzielen. Je nach Gebäudenutzung können derartige Lüftungsanlagen weitere Aufgaben erfüllen, z. B. die Reduzierung von Geruchsbelastungen (Gastronomie) oder die Bereitstellung von ausreichender und hygienisch unbedenklicher Frischluft unter anderem für Bildungsgebäude und medizinische Einrichtungen.

Unabdingbare Voraussetzung ist die absolute Luftdichtigkeit der Lüftungskanäle. Beim Bestand wie beim Neubau werden jedoch die entsprechenden Zielvorgaben häufig verfehlt – eine Entwicklung entgegen aller Bestrebungen nach Energieeffizienzsteigerung. Auch aufgrund hoher Betriebskosten rücken Dichtheit und somit Performance der Leitungen in den Fokus. Wichtig werden Techniken, mit denen Leckagen in bereits installierten Systemen aufgefunden und beseitigt werden können. Hierfür gibt es mittlerweile innovative Lösungen.