Passive Sonnenenergienutzung

Trombe-Wand + Sonnenwand (TWD)

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
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Trombe-Wand
Der französischer Ingenieur Félix Trombe entwickelte 1950 eine massive Speicherwand, die außen dunkel angestrichen bzw. verkleidet ist, damit sich möglichst wenig Sonnenstrahlen reflektieren. Vor dieser Wand wird eine Glas- oder Kunststoffschicht installiert, und dadurch wird die Sonnenenergie in Wärmeenergie umzuwandeln und die Konstruktion auch klimatechnisch stabilisiert. Die Wand wird von der Sonne tagsüber erwärmt und speichert die Wärmeenergie. Die Wärme wird Abends an den Innenraum abgegeben. Durch diese Phasenverschiebung steht die Wärme in den kühlen Abendstunden zur Verfügung, während sie tagsüber in der Wand gespeichert wird und nicht in den Raum gelangt.

Das System der Trombe-Wand wurde in den fünfziger Jahren des letzten Jahrhunderts erstmals erprobt und seitdem immer weiterentwickelt. Mittlerweile gibt es Kühlsysteme, die als Konvektionskühlung ausgelegt sind, und Wasser-Trombewände, die höhere Speicherkapazität aufweisen als Beton- oder Ziegelwände.

Die Trombe-Wand ist eine schwere, dunkel gestrichene solare Speicherwand, die im Abstand von etwa 10 -15 cm hinter einer Verglasung angeordnet ist. Die durch den Treibhauseffekt entstehende warme Luft kann über Öffnungen direkt durch Konvektion in den dahinterliegenden Raum geleitet werden. Mit entsprechenden Klappen lässt sich die Luftumwälzung regeln bzw. schließen, damit eine umgekehrte Zirkulation verhindert wird. Die in der schwarzen Massivwand gespeicherte Wärme wird zeitlich verschoben als Strahlungwärme (Transmissione) an den Raum abgegeben. Die Trombe-Wand sollte möglichst nach Süden ausgerichtet sein, da hier die höchste und längst Sonneneinstrahlung vorhanden ist. Nachteilig ist der im Vergleich zu einer TWD-Fassade relativ geringe Wärmeschutz der Wand.

Félix Trombe, ein französischer Ingenieur, entwickelte...

Matrixkollektoren in Doppelfassaden

Quelle: TU Darmstadt


Sonnenwand
Transparente Wärmedämmung (TWD)
In unserem Klima ist nur die transparente Wärmedämmung (TWD) von energetischer Bedeutung. Dabei ist die Einstrahlung auf eine Außenwand eine Form der passiven Sonnenenergienutzung.
Eine Außenwand mit einer transparenten Wärmedämmung (TWD) erreicht eine positive Energiebilanz. Diese arbeitet nach folgendem Prinzip:
Das Sonnenlicht durchdringt eine Glasscheibe und die transparente Wärmedämmung und wir an einer dahinter liegenden schwarzen Wand von kurzwelliger in langwellige Strahlung umgewandelt. Die Wand erwärmt sich. Diese Wärme gelangt langsam durch die Wand an deren Innenseite. Die Wandtemperatur steigt über 20 °C und wirkt wie eine Flächenheizung. Diese „Heizung“ wird durch Verschattungseinrichtungen geregelt. Vor allem im Sommer ist eine Verschattung und Hinterlüftung dieser Konstruktion notwendig und die Südwand wird kühl gehalten. Durch einen erhöhten Luftwechsel in den Nachtstunden (Nachtkühlung) kann die Masse der TWD-Wand tagsüber zur passiven Raumlufttemperaturkühlung in den Sommermonaten verwendet werden.
Die Systeme zur transparenten Wärmedämmung haben sich in Großprojekten bewährt, ist aber wegen der relativ hohen Investititionskosten (vor allem bedingt durch die erforderliche Verschattungseinrichtung) nicht sehr verbreitet. Entwicklungen dieser Bauelemente zur passiven Sonnenenergienutzung haben vor allem die Reduzierung der Kosten zum Ziel, so durch die Verwendung günstiger Materialien (Wabenstrukturen aus Pappe, Abdeckung durch transparente Kunststoffe) oder andere Ansätze wie die Anreicherung von Putzen durch transparente Zusätze, so genannte Aerogele.
Es gibt eine Reihe unterschiedlicher Konstruktionen der transparent gedämmten Gebäudehülle. Gemeinsam ist allen Varianten, dass ein Element mit transparenter Wärmedämmung vor den Wandabsorber, der identisch mit der Massivwand ist, installiert wird.
Die Wahl des Fassadensystems ist von verschiedenen Faktoren abhängig.
  •   Funktion der TWD-Fassade
  •   Wirkungsgrad
  •   Lastabtragung
  •   architektonischer Gestaltungsanspruch
  •   angestrebter Kostenrahmen
Da viele TWD-Materialien mechanisch empfindlich, nicht witterungsstabil und anfällig für Verunreinigungen sind, bedarf es der Montage eines Rahmensystems sowie einer UV- und wasserundurchlässigen Schicht. Die Rahmenanteile an der Konstruktion sollten, um die Aperturfläche nicht unnötig zu verkleinern, möglichst gering gehalten werden und gegen die Wand abgedichtet sein, da es ansonsten zur ungewollten Hinterlüftung der TWD-Paneele kommt.
Es gibt verschiedene Systeme:
  •  Vorgehängtes Modulsystem
  •  Pfosten-Riegel-System
  •  Transparentes Wärmeverbundsystem (TWDVS)
  •  Stegplattenmodule
  •  Einfache Profilglaselemente
  •  Sonnenschutz
Quelle: Fachverband Transparente Wärmedämmung e.V.

 

Aufbau der Wand
Quelle: Fachverband Transparente Wärmedämmung e.V.
Temperaturverlauf
Quelle: Fachverband Transparente Wärmedämmung e.V.
Heizen - Kühlen
Quelle: Fachverband Transparente Wärmedämmung e.V.
Prinzip der TWD
TWD-Sto AG - 1. Absorber / 2. Transparente Kapillar-Platte / 3. Vlies / 4. Glasputz
Quelle: Sto AG
Passive Gebäudekühlung
Passive solare Kühlung
Passivhäuser, Nullenergiehäuser und Energiegewinnhäuser
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