Passive Gebäudekühlung (-heizung)

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
Abkürzungen im SHK-Handwerk
Bosy-online-ABC

Zur Gebäudekühlung können passive und hybride Systeme ohne mechanische Hilfsmittel Einfluss auf die Raumtemperatur nehmen. Die natürliche Lüftung, bauliche Maßnahmen und Sonnenschutz kann man unter den passiven Systemen zusammenfassen.
Reduktion von Wärmelasten - passive Systeme
Natürliche Lüftung ist im mitteleuropäischen Raum eine Möglichkeit der Gebäudekühlung. Hierbei können über offene Fenster große Luftbewegungen erreicht werden. Natürliche Lüftung ist abhängig von Lüftungsöffnungen und Druckdifferenzen. Die Druckdifferenzen kommen durch Temperaturunterschiede und Windanfall zustande. Daher ist es am effektivsten die Nachtstunden zur Kühlung der Räume zu nutzen. Selbst im Hochsommer an heißen Tagen kühlen die Nächte fast immer unter 20°C ab. Zwischen Innen- und Außenluft entsteht nun durch das Abkühlen der Außenluft eine Druckdifferenz, die dafür sorgt, dass kühle Luft in die Räume gelangt.
Sonnenschutz Vorsatzfassade

Quelle: Colt International Licensing Ltd

Sonnenschutzgläser - Quelle: Flachglas MarkenKreis GmbH

Intelligentes Glas - EControl® - Gebäude mit dimmbarem Glas
E-Control gedimmt auf Stufe 5 + 9
Quelle: EControl-Glas GmbH & Co. KG

Quelle: Gesimat GmbH

Lichtkamine

Quelle: TALIS Tageslichtsysteme GmbH

Quelle: Gatermann + Schossig mit Köster Lichtplanung

Heliostaten und Lichtlenksysteme

Quelle: Colt International Licensing Ltd

Die Regulierung des Sonneneinfalls in das Gebäude ist eine der einfachsten, günstigsten und wirkungsvollsten Methoden der Gebäudekühlung. Durch die Vermeidung oder Verminderung der direkten Sonneneinstrahlung kann die größte Kühllast begrenzt werden. Der Sonnenschutz kann durch vorspringende Bauteile, Dachüberstände, starre und bewegliche Sonnenschutzanlagen, Sonnenschutzgläser und Sonnenschutzfolien erreicht werden.

Bewegliche Sonnenschutzvorrichtungen sind am besten geeignet. Am sinnvollsten sind äußere, steuerbare Sonnenschutzanlagen, so z. B. Jalousien, Markisen. Sonnenschutzvorrichtungen gibt es in ihrer Anbringung als
  • außen liegenden Sonnenschutz
  • in den Fenstern integrierten Sonnenschutz
  • innen liegenden Sonnenschutz

Richtige Sonnenschutzgläser haben einen geringen Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert). Der g-Wert gibt an, wie viel Sonnenenergie über das Glas ins Gebäudeinnere gelangt. Der g-Wert setzt sich zusammen aus der Sonnenenergie im Wellenbereich zwischen 300 nm und 2500 nm von der der Anteil der Reflexion und der Anteil der Absorption der Gläser abgezogen wird. Je größer der Reflexions- und Absorptionsgrad ist, desto geringer ist die Energie, die in den Innenraum gelangt.

Als einfache bzw. Notlösung können auch Sonnenschutzfolien innen oder außen auf das Glas aufgebracht werden.
Das Glaslamellen-System ist eine Vorsatzfassade mit dem Colt-Shadoglass-System. Dieses System besteht aus horizontal angeordneten beweglichen Glaslamellen. Die Lamellen bestehen aus transparentem Glas und einer zweiseitig in Farbe bedruckten Folie. Die Lamellen werden automatisch in die richtige Position im Verhältnis zum Sonnenstand gebracht.
Die Vorsatzfassade gewährleistet einen guten Sonnenschutz, Blickschutz und Schallschutz sowie einen guten Luftaustausch über die Fassade.

Intelligentes Glas

Mit EControl® ist der Licht- und Wärmeeintrag in den Raum individuell steuerbar. Die Verglasung kann durch die Einfärbung des Glases je nach Bedarf den im Tages- und Jahresverlauf wechselnden äußeren Bedingungen angepasst werden. Bei Sonnenschein genügt ein Knopfdruck und das Glas färbt sich blau ein. So entstehen angenehme Lichtverhältnisse und Temperaturen.
So müssen im Sommer bei schönstem Wetter keine Jalousien und Rolläden heruntergelassen und auf außen liegende mechanische Sonnenschutzsysteme verzichtet werden.

Das Glas arbeitet nach dem "Elektrochromen Prozess". Dabei wird auf einer physikalischen Beschichtung mittels Strom eine Farbveränderung ausgelöst. Für den nur wenige Minuten dauernde Schaltvorgang werden nur drei Volt bzw. fünf Watt benötigt. So reduziert sich der Sonnenlichteinfall um bis zu 88 Prozent, aber die freie Sicht nach draußen bleibt dabei vollständig erhalten. Das schaltbare Glas stabilisiert das Raumklima und die Blendwirkung der Sonne wird reduziert. Gleichzeitig wird der Schutz vor den gefährlichen UVA- und UVB-Strahlen erhöht und die Raumwärme verringert.
Elektrochrome Gläser - Joachim Dittrich
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Eine andere Art von Sonnenschutzgläsern ist das thermochrome Glas, das sich verfärbt (farbneutral > anthrazit), wenn sich das Glas infolge der Sonneneinstrahlung erwärmt und bei Abkühlung entfärbt es wieder. Thermochrome Gläser sind Glaslaminate, deren Lichtdurchlässigkeit sich in Abhängigkeit von der Scheibentemperatur ändert. Verantwortlich dafür sind spezielle Substanzen, die bei höheren Temperaturen stärker gefärbt sind. Diese Substanzen sind in der Zwischenlagenfolie der Verbundgläser enthalten.
Der Vorteil gegenüber der Elektrochromie ist, dass man keine elektrische Ansteuerung zur Schaltung (keine Verkabelung, kein Schaltgerät, kein Stromverbrauch) benötigt. Die Schaltung erfolgt ausschließlich auf Grund der Aufheizung der Scheiben hervorgerufen durch die absorbierte Sonneneinstrahlung. Die elektrochromen Gläser färben sich immer blau ein.


Besonders in innenliegenden Sanitärräumen, aber auch in Räumen, die durch Außenbeschattung oder Büroräume mit großer Raumtiefe kein oder sehr wenig Tageslicht bekommen, gibt es die sog. "Lichtkamine". Da konstant gleichbleibendes Licht auf Dauer als unangenehm empfunden wird, kann durch diese Technik die Beleuchtungsstärke abhängig vom Sonnenstand und Wetter beeinflusst werden. Dieses wechselnde Licht gibt den Bewohnern bzw. den im Büro arbeitenden Personen Informationen über die Lichtsituation im Freien, was die Leistungsfähigkeit und Kreativität steigert.
Die Optimierung von Tageslichtnutzung und ein Überhitzungsschutz setzt eine gute Tageslichtplanung voraus. Dies erfolgt durch eine integrale Analyse von Tageslicht und thermischem Raumverhalten für den betreffenden Innenraum. Dazu werden ein Ist-Zustand sowie geeignete Variationen des Raumes in Bezug auf Tageslicht und Wärmeverhalten untersucht. Das Ziel einer solchen Untersuchung mit Ausbildung von Variationen ist es, eine Optimierung der Tageslichtversorgung in Gebäuden zu erreichen. Es wird eine ausreichende Anzahl von Variationen eines Gebäudeentwurfs durch den Vergleich unterschiedlicher Maßnahmen auf ihre Wirkung hin untersucht und bewertet, um anschließend die beste Lösung (Maßnahme) festzustellen. Dabei wird sinnvollerweise die Vorgehensweise Fragestellung – Analyse – Lösung eingehalten.

Heliostaten und Lichtlenksysteme sorgen für eine Raumausleuchtung und Gebäudeausleuchtung mit Tageslicht. Die Lichteinspiegelung übernehmen Heliostatensysteme. Sie lenken das Tageslicht gezielt und punktgenau selbst über große Entfernungen. Richtig eingesetzt bringen sie Sonnenstrahlen selbst in die unterirdischen Bereiche eines Gebäudes.
Heliostatische Beleuchtung bedeutet, dass durch Präzisionsinstrumente geführte Beleuchtungsspiegel und ergänzende feste Spiegel Sonnenstrahlen exakt konzentrieren und an einen gewünschten Ort leiten.
Dieser wunderbare Beleuchtungseffekt des Sonnenlichts wird allein durch das Spektrum der Sonnenstrahlen erzielt und kann nicht durch künstliches Licht ersetzt werden. Der Vorteil natürlichen Sonnenlichts begründet sich auf der Tatsache, dass die menschliche Physiologie besser an natürliches Licht angepasst ist als an künstliches. Es ist erwiesen, dass natürliches Licht die Kreativität steigert und eine angenehme Atmosphäre schafft.
Die heliostatische Belichtung ist nichts Neues. Schon die alten Agypter waren dafür bekannt, natürliche Lichtquellen geschickt zu nutzen. Mit Hilfe von Hand geführter Spiegel brachten Sie das Sonnenlicht bis ins Innere der Pyramiden. Quelle: Colt International Licensing Ltd
Heliostaten und Lichtlenksysteme - Colt International Licensing Ltd

Extensives Gründach
1 Wurzelfeste Dachabdichtung - 2 Schutzschicht - 3 Dränschicht - 4 Filterschicht - 5 Vegetationstragschicht
Quelle: LWG Bayern

Quelle: Senatsverwaltung für Stadtentwicklung Berlin

Eine begrünte Fassade kann einen aktiven Sonnenschutz bieten. Die Fassadenbegrünung steht im unmittelbaren Zusammenhang mit der energetischen Optimierung des Gebäudes. Im Sommer soll die Fassade begrünt sein, während das Sonnenlicht im Winter die Glasfassade ungehindert passieren kann. Ein zweiter Effekt ist die Erzeugung von Verdunstungskälte zur Verbesserung des Mikroklimas innerhalb des Gebäudes und im unmittelbaren Gebäudeumfeld. Kletterpflanzen müssen unter extremen Bedingungen in Pflanzkübeln wachsen können. Hier soll sich der Blauregen (Wisteria sinensis) und Knöterich am besten eignen. Efeu und Wilder Wein ist wegen der Saugwurzeln an Glasfassaden nicht geeignet.
Auch die Begrünung von Dächern hat ein großes Potenzial, durch Verdunstung die Oberflächentemperaturen zu reduzieren und damit das Mikroklima innerhalb und um das Gebäude zu verbessern.
Bevor eine Dachbegrünung durchgeführt wird, sind einige technische Voraussetzungen zu überprüfen, damit eine einwandfreies Wachstum sichergestellt ist und keine Schäden am Bauwerk entstehen.
Zur Begrünung muss die Tragfähigkeit des Daches für eine zusätzliche Lastaufnahme von 6O - 120 kg/m2 geeignet sein. Hierzu ist der Statiker oder Dachdecker zu befragen. Außerdem müssen die Dächer mit wurzelfesten Schutzbahnen erforderlich ausgestattet werden.
Vor der Herstellung des Gründaches muss sichergestellt sein, dass die Dachkonstruktion einwandfrei abgedichtet ist. Hier  hat sich das Überstauen der Abdichtung mit Wasser bewährt. Es sollte dabei ein Mindestüberstau von 10 cm und eine Anstaudauer von 72 Stunden angestrebt werden. Vorhandene Dachabläufe werden in dieser Zeit entweder mit einem kurzen Rohrstück oder mit einer Verschlusskappe abgedichtet. Bei geneigten Dachflächen kann durch den Einsatz eines Regners eine flächige Bewässerung zu Prüfzwecken hergestellt werden.
 

Wandbegrünung

Fassadenbegrünung

 

Energiesparende Geräte
Bei dem Kauf eines neuen Haushaltgerätes sollte sich der Verbraucher am EU-Label (Energieeffizienzindex) orientieren, denn dieses zeigt wie energieeffizient ein elektrisches Gerät ist. Für Kühl- und Gefriergeräte, Waschmaschinen und Geschirrspüler sollte das neue EU-Label mit der höchsten Energieeffizienzklasse A+++ verwendet werden. Das neue Label gilt auch für Fernsehgeräte, dort steht zunächst die Klasse A für höchste Energieeffizienz. Für Wäschetrockner, Elektrobacköfen, Raumklimageräte und Haushaltslampen gilt das Label in seiner bisherigen Form mit der höchsten Energieeffizienzklasse A.
Der Kühl- und Gefrierschrank, die Waschmaschine und der Wäschetrockner können für ca. 40 bis 60 % der Stromkosten in privaten Haushalten verantwortlich sein. Hier kann es sich „lohnen“ alte Geräte gegen moderne, energieeffiziente Modelle auszutauschen, die dann die Kosten für Strom und Wasser deutlich senken, was sich auf die Energiebilanz eines Hauses auswirkt. Außerdem wird dadurch die Kühllast im Gebäude (wenn ein Raumklimagerät betrieben wird) gesenkt, was einen geringeren Aufwand bei der Raumkühlung zur Folge hat.

Quelle: vetsch architektur ag

Traditionell verputzen die Südländer ihre Häuser mit weißem Kalk: Das reflektiert die Sonnenstrahlung und mindert die Erwärmung.
Helle bzw. weiße Gebäudeanstriche können die Häuser kühl halten. Dadurch können sie mit ca. 20 % weniger Energie für die Kühlung auskommen. Ein gutes Beispiel sind die Gebäude in den südlichen Ländern.

Die rein passiven Systeme zur Gebäudekühlung können in Wohnhäusern auch im Hochsommer ein angenehmes Raumklima schaffen. Gerade für in gemäßigten Klima ist keine Klimaanlage notwendig, wenn man Kombinationen aus den verschieden Möglichkeiten der passiven Kühlung nutzt.

Gewerblich genutzten Gebäuden dagegen ist es nicht so einfach, ein angenehmes Raumklima mit rein passiven Systemen zu erreichen, da dort noch ein Wärmeeintrag aus anderen Wärmequellen in die Raumluft stattfindet, der in Wohngebäuden wenig bis gar nicht vorhanden ist. so z.B. Maschinen, Computer, Lampen.
Erdhäuser
Erdhäuser sind vollständig oder zum Teil unterirdisch und mit einer Erdschicht bedeckt. Die Gebäudehülle besteht aus runden Formen und Kuppeln. Dadurch ergibt sich eine kleinstmögliche Hüllfläche im Verhältnis zur Grund- und Nutzfläche und es entsteht ein geringerer Wärmeaustausch gegenüber konventionellen Häusern.
Ein angenehmes Raumklima besteht über das ganze Jahr, da die Erdschicht, die das Haus bedeckt, eine Aufwärmung der Außenhülle und eine Erwärmung der Innenräume verhindert. Die Fenster sollten so angelegt sein, dass der Wärmeeintrag im Sommer gering und im Winter möglichst groß ist.
Wenn der Kühleffekt durch diese Bauweise nicht hoch genug sein, so kann man z. B. die Bodenplatte mit dem Erdreich thermisch verbinden, um im Sommer die Wärme an das Erdreich abzugeben. Ein weiterer Vorteil der Erdhäuser ist, dass im Winter die kleine Hüllfläche weniger Wärmeenergie von Innen nach Außen abgibt. Die Erdschicht sorgt nicht nur für Schatten, sondern dient dem Gebäude auch als zusätzliche Dämmschicht. Zudem ist auch die thermische Kopplung der erdberührten Bauteile an das umgebene Erdreich zur Wärmegewinnung nutzbar.
Ein weiterer Vorteil ist die Luftfeuchtigkeit um die 50 %, ganz im Gegensatz zu den überheizten winterlichen Räumen in konventionellen Häusern und der damit zu geringen, relativen Luftfeuchtigkeit. Für ein optimales, ausgeglichenes Wohnklima sorgt ausserdem der Lehm-Putz, der auf die Wände aufgetragen wird. Die Luftdichtheit der Erdhäuser stellt eine ideale Voraussetzung für eine kontrollierte Komfortlüftung dar.

Über breite Glassfassaden sind die Räume ausreichend hell. Bäder und Nebenräume können mit Oblichtkuppeln oder Lichtkamine belichtet werden.

Erdhäuser: Hausen wie die Hobbits - vetsch architektur ag

Free Cooling
Der Begriff “Free Cooling” hat nichts mit einer freien Kühlung zu tun. Er wird für eine Kühlung verwendet, die im Betrieb keinen oder nur einen geringfügigen Energieaufwand verursacht. Also geht es hier um kostengünstige Möglichkeiten, Gebäude (Wohnhäuser, Bürogebäude) oder industrielle Produktionsanlagen zu kühlen.
Die Art der Kühlung benötigt keine Wärmepumpe (Kältemaschische, Klimagerät), denn sie nutzt Wasser und Luft aus natürliche Wärmesenken.
Eine Anlage mit einem Free Cooling System kann auch mit Kältekompressoren ausgerüstet werden. Wenn die Außentemperatur unter 10 °C liegt, wird automatisch auf Free Cooling umgeschaltet. Die Glykolpumpe pumpt das abgekühlte Wasserglykol vom Rückkühler durch das Umlaufsystem direkt in den Speicher, bis das Wasservolumen 11 °C erreicht hat. Dann schaltet die Pumpe automatisch aus.
Je tiefer die Außentemperatur ist, desto schneller wird die notwendige Kälteleistung erreicht. Der Free Cooling Betrieb kann ca. 50 - 55 % des Kältebetriebs erreichen.
Auch die Reduktion von Wärmelasten über passive Systeme kann der freien Kühlung zugerechnet werden.

Natürliche Wärmesenken - hybride Systeme

Erdwärmetauscher - Luft

Der Erdwärmetauscher besteht aus Rohren, die nahezu horizontal im frostfreien Erdreich verlegt werden. Dies ist rund um die Baugrube oder auch unter offenen Flächen wie dem Garten möglich. Bei Einfamilienhäusern beträgt die Länge maximal 30 bis 50 Meter. Die Aufenthaltsdauer der Luft im Erdwärmetauscher ist entscheidend. Der Durchmesser der Rohre beträgt 150-200 Millimeter.

 

Der Luftbrunnen ist keine neue Erfindung. Schon in der Antike wurden solche Systeme hauptsächlich zur Kühlung von Gebäuden in den heißen Gegenden eingesetzt. Er sorgt für eine ökologische Kühlung des Gebäudes mit i.d.R. bis zu 16°C Einströmtemperatur (bei bis zu 30°C Außentemperatur).

 

Grundwasser
Betonkernaktivierung, auch thermische Bauteilaktivierung genannt, bezeichnet Systeme, die Gebäudemassen zur Temperaturregulierung nutzen. Diese Systeme werden zur alleinigen oder ergänzenden Heizung und Kühlung verwendet, indem Rohrleitungen (Kunststoffrohre) in Massivdecken oder auch in Massivwänden verlegt werden, durch die Wasser als Heiz- bzw. Kühlmedium fließt. Die gesamte durchflossene Massivdecke bzw. -wand wird dabei als Übertragungs- und Speichermasse thermisch aktiviert.
Eine wichtige Eigenschaft ist, dass die aktivierten Bauteile über ihre gesamte Fläche je nach Heiz- oder Kühlfall Wärme aufnehmen oder abgeben. Aufgrund der vergleichsweise großen Übertragungsfläche können die Systemtemperaturdifferenzen niedrig gehalten werden, sodass das Medium nicht so stark erwärmt werden muss wie beispielsweise das Wasser der Zentralheizung mit Heizkörpern. Aufgrund dieser geringeren Vorlauftemperaturen können zum Heizen z.B. Wärmepumpen effizient eingesetzt werden. Zum Kühlen eignen sich Umweltenergien, wie freie Rückkühlung über Flächenkollektoren, Grundwasserkühlung oder auch Kaltwassersätze.

Adiabatische Kühlung und adiabatische Befeuchtung

Quelle: wincool Klima- und Energietechnik

Wasserfliessbett in einer KWL
Quelle: Fritz Curtius
Adiabate Abluftkühlung
In den Klimaanlagen kann Regenwasser zur Kühlung des Gebäudes in den Sommermonaten verwendet werden. Bei der adiabaten Abluftkühlung wird Wasser in den Abluftstrom des Gebäudes versprüht und die Zuluft über einen Wärmetauscher vorgekühlt. Bei der Verwendung von Regenwasser anstelle von Trinkwasser in den Klimaanlagen wird zugleich Wasser und Abwasser gespart. Diese Technik ist aber in der Fachwelt umstritten, weil nur keimfreies Wasser verwendet werden darf und sollte deswegen nur in den Abluftstrom gesprüht werden, damit kein Kontakt zur Zuluft besteht.

Wirkungsvoller ist das Einsprühen von Wasseraerosolen oder über einen Flächenbefeuchter direkt in die Zuluft. Dieser Prozess der Gebäudeklimatisierung ist derart effektiv, dass noch bei Außentemperaturen von bis zu 30°C die Zuluft auf 21–22°C vorgekühlt werden kann, ohne auf technisch erzeugte Kälte zurückgreifen zu müssen.

Adiabatische Kühlung - wincool Klima- und Energietechnik
 

 


Quelle: Ökoservice GmbH

 

Schema - Dachteich

Quelle: ZinCo GmbH

Verdunstungskühlung (adiabatische Kühlung)

Die meisten indirekten Wärmeeinträge finden über das Dach statt. Es ist immer sinnvoll, diese Wärme nicht in ein Haus zu lassen. Auch die beste Außendämmung verhindert das Eindringen von Wärme nicht, wenn sich z. B. die Dachfläche stark aufheizt. Der Einsatz einer Verdunstungskühlung (adiabatische Kühlung) ist hier eine Alternative zu aufwendigen Kühlsystemen und kann mit einer natürlichen Nachtlüftung kombiniert werden.
Eine Dachberieselung ist eine Art der Verdunstungskühlung auf Flachdächern. Es ist möglich über Düsen auf dem Dach, das Dach zu berieseln und so mit Wasser zu bedecken. Die Berieselung findet in der Nacht statt. Tagsüber kann dieser Wasserfilm verdunsten, wobei viel Wärmeenergie verbraucht wird, die somit das Gebäude nicht aufheizen kann.
Bei zirkulierenden Wasserschichten wird Wasser über die Dachoberfläche geleitet. Durch die Geschwindigkeit, die durch die Bewegung entsteht, steigert sich der Verdunstungsprozess und damit auch die Kühlleistung. Das Wasser wird in Zisternen gespeichert und zirkuliert von da aus über ein Leitungssystem auf das Dach und kühlt dieses ab. Das Wasser läuft in einem „geschlossenen“ Kreislauf über die Regenrinne zurück in die Zisterne. Auch erwärmte Wasser kann noch genügend Kühlung erreichen. Der Einsatz eines Erdkollektors kann das Zisternenwasser abkühlen bzw. direkte in das Leitungssystem geleitet werden.
Dachkühlung + Dachkühlung - Ökoservice GmbH
Ein Dachteich ist eine einfachere Lösung im Gegensatz zu der Berieselung oder zirkulierender Wasserschichten. Hierbei werden Dachteiche auf Flachdächern installiert. Diese müssen allerdings während des Tages beschattet werden, z.B. durch eine bewegliche Dämmung, um eine Überhitzung zu vermeiden.
Wird ein Luftstrom in einem raumlufttechnischen Gerät durch Wasserzerstäubung befeuchtet, kühlt sich die Luft bis zu 2,5 K ab. Der Zustandsverlauf der adiabaten Kühlung läßt sich sehr einfach im h-x-Diagramm nachvollziehen.
 

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.

Grundstruktur solarer Klimatisierung

Quelle: Solarserver.de / Fraunhofer ISE

 

Funktionsprinzip Solare Kühlung
Quelle: Solution
Solare Kühlung
"Überschüssige“ Sonnenenergie kann zur Kühlung von Gebäuden oder Geräten besonders in der heißen Tageszeit genutzt werden. Die Solare Kühlung spart Strom und hat im Gegensatz der solaren Heizung keine Speicherprobleme: Der Kühlbedarf steigt und fällt im Verhältnis mit dem Angebot an Sonnenenergie.
Bei der solaren Kühlung werden je nach Anwendung verschiedene Verfahren eingesetzt. Kühlschränke können nach dem Prinzip der Wärmepumpe oder nach thermoelektrischen Verfahren betrieben werden. Gebäude und Räume werden gekühlt, indem man der warmen Raumluft durch Adsorption an geeigneten Materialien Wasser entzieht und sie damit kühlt (Verdunstungskälte). Damit die Adsorptionsmaterialien wieder Feuchtigkeit aufnehmen können, werden sie durch Wärme getrocknet, die der Sonnenkollektor liefert. Der gleiche Sonnenkollektor kann also im Sommer zur Kühlung und im Winter zur Heizungsunterstützung eingesetzt werden.
Die solare Kühlung wird auch zunehmend in Mitteleuropa eingesetzt. Ein besonderer Einsatzbereich ist die "passive Gebäudekühlung". In tropischen und subtropischen Gegenden wird die solare Klimatisierung schon länger eingesetzt.
Unter dem Motto "Helfen statt Haben" engagieren sich Schüler und Lehrer der Staatlichen Berufsschule Altötting seit Ende der siebziger Jahre in verschiedenen erfolgreichen Entwicklungshilfeprojekten, so entwickelten sie einen Sorptions-Kühlschrank.

 

 

 

Natürliche und mechanische Nachtlüftung
Das Klima in Mittel- und Nordeuropa (einige Regionen ausgenommen) bietet gute Voraussetzungen für die passive Kühlung mit natürlicher und mechanischer Lüftung, weil auch während der heißesten Sommertage die Nächte unter 20°C abkühlen. Auch der Einsatz eines Erdwärmetauschers oder ein Luftbrunnen kann die Außentemperatur absenken. Mit diesen Temperaturen können bei richtigen Rahmenbedingungen die Wärmelasten des Tages abgeführt werden.
Die wichtigsten Rahmenbedingungen sind:
  •  Begrenzung der Wärmelasten - Kühllasten (Summe aus internen und externen Lasten)
  •  Speichermasse im Gebäudeinneren
  •  Ein auf die Nachtlüftung abgestimmtes Lüftungskonzept
Da bei diesem Lüftungskonzept die Wärme überwiegend nur nachts abgeführt werden kann, muss vor allem die Überwärmung der Räume tagsüber vermieden werden. Dazu ist die Reduktion der Wärmelasten auf ein möglichst geringen Wert eine wichtige Voraussetzung (passive Gebäudekühlung). Ergibt die Summe aus internen und externen Lasten max. 150 Wh/m²d, so kann man davon ausgehen, dass diese Lasten durch eine Nachtlüftung abgeführt werden können.

Windtürme

Windtürme in Dubai
Quelle: Holger Quast
Windfänger (Badgir)
Quelle: Irene Kohlberger

Windtürme sind ein Wahrzeichen der klassischen Architektur in der Region des Persischen Golfes und des Mittelmeerraumes. Sie reichen von 2 m über dem Erdgeschoß bis in eine Höhe von 15 m. An heißen Tagen wird der kühle Seewind durch Leitvorrichtungen an der Oberseite des Turmes durch die Öffnungen in den schattigen Innenraum des Turmes geleitet. Die kühle Luft sinkt aufgrund höherer Dichte ab. So strömt die kühle Luft in die Wohnräume und verdrängt die vorhandene warme Innenluft über den von der Windseite abgewandten Schacht des Turmes sowie über die Fenster und die Türen.
In der Nacht und bei Windstille funktioniert der Windturm wie ein Kamin über den Dichteunterschied der warmen und kalten Luft. Die Hitze, die während der Tageszeit in den dicken Wänden des Turmes gespeichert wurde, erwärmt die Luft in den Innenräumen. Diese wird dadurch leichter, steigt im Turm hoch und zieht frische Luft durch Fenster und Türen des Gebäudes nach. Bei Wind ändert sich die Strömungsrichtung der Luft. Da die Mauern des Turmes warm sind, ist die Nachtluft aus dem Windturm weniger stark gekühlt als die Tagesluft. Viele Bauten im Iran zeigen, dass die Kühlwirkung des Windturmes durch Einbeziehen des Prinzips der Wasserverdunstung (
adiabatische Kühlung) noch verbessert werden. Vielfach wird dabei die Luft aus dem Windturm durch einen feuchten Keller oder über wassergefüllte poröse Tankzüge geleitet. Durch die Verdunstung wird der Umgebung Wärme entzogen. Die kühle angefeuchtete Luft bedeutet eine zusätzliche Annehmlichkeit dieser wirkungsvollen sonnen- und windbetriebenen Klimaanlage.
Die Windtürme vieler Gebäude in Dubai am Persischen Golf sind zweiseitig geöffnet, um am Tag den kühlen Seewind und nachts den wärmeren Landwind in die darunterliegenden Wohnräume leiten zu können. In Heyderabad, Indien, sind die Windturmöffnungen nur nach Südosten orientiert, um den über das ganze Jahr wehenden, vom Meer kommenden kühlen und feuchten Südostpassat einfangen zu können.
Bei der natürlichen Lüftung werden Lüftungsöffnungen und Druckdifferenzen zwischen innen und außen benötigt. Eine Thermik über mehrere Geschosse (z. B. Treppenhaus, Wohngalerie) kann hilfreich sein. Der thermische Auftrieb wird nur dann wirksam, wenn die Raumluft wärmer ist als die Außenluft bzw. eine Druckdifferenz durch den Windanfall erzeugt wird. Es können Luftwechselraten von über 10 h-1 erreicht werden. Der große Vorteil bei der natürlichen Lüftung liegt im ausreichender Luftaustausch bei geringen Betriebskosten. Natürlich müssen die Lüftungsöffnungen am Tage geschlossen sein.

Der Windturm (Malqaf) ist ein massiv gebauter Turm bzw. Erhöhung auf einem Gebäude mit dem die Temperaturdifferenz zwischen der nächtlichen kalten Außenluft und der warmen Innenluft genutzt wird. Der Kamineffekt sorgt auch ohne Wind für einen Luftaustausch durch Fensteröffnungen und die Öffnungen im Windturm. Die Masse des Gebäudes (Wände, Decken, Fußboden) werden abgekühlt.


Der Windfänger (Badgir) ist ein massiv gebauter Turm, der über das Dach hinausreicht. Er hat in der Regel vier senkrechte Lüftungskanäle, die oben in alle vier Himmelsrichtungen offen sind. Je nach dem Windanfall wird der jeweilige Kanal durch Lüftungsklappen geöffnet und kalte (Nacht-)Luft wird in das Gebäude transportiert. Der Staudruck auf der der Windrichtung zugewandten Seite (Luv) drückt die kalte Luft in das Gebäude. Liegt der statische Druck in der strömenden Luft unter dem natürlichen Luftdruck, kann die unter natürlichem Luftdruck stehende Raumluft auf der Windschattenseite (Lee) abgeführt werden.

"Qa'a" Empfangshalle in einem Haus mit einem Windturm (Malqaf) und Windfänger (Badgir)
Quelle: lrz-muenchen.de

Der "Qa’a" ist ein zentraler Raum im Obergeschoss, der dem Gästeempfang dient. Traditionell setzt er sich aus drei ineinander übergehenden Räumen zusammen: Einem geschlossenen, höher gelegenen Nischen, den Iwanen. Dieses Raumsystem bildet einen geschlossenen Kreislauf für die zirkulierende Luft, die im Innenhof durch den Springbrunnen weiter abgekühlt wird. Die heißer werdende Luft steigt in einem hohen Turm, dem „Shuksheika“, auf und kann dort über Lüftungsklappen, den „Mashrabiya“, austreten. Im Winter können die Öffnungen geschlossen werden, um die warme Luft im Innenbereich zu halten. Quelle: ARCHITEKT HASSAN FATHY - lrz-muenchen.de

 

 

 

 

Ein Qanat kann in Verbindung mit einem Windturm (Malqaf) oder Windfänger (Badgir) in den heißen Regionen (persischer, arabischer und Mittelmeerraum) zur Kühlung (Free Cooling) von Gebäuden eingesetzt werden.
Durch die Einbindung eines Qanats in das Lüftungssystem kann die Kühlleistung zusätzlich erhöht und auch am Tage wirksam werden. Die Außenluft wird über einen Lüftungsschacht des Qanats dem Qanatkanal zugeführt und von dort über einen Kanal in das Gebäude transportiert. Hier wird die Verdunstungskühlung (adiabatische Kühlung) wirksam, die im Qanat durch das Vorbeistreichen der Luft an der Wasseroberfläche stattfindet. Außerdem kühlt die Luft auch an den kalten Qanatwänden ab.


Luftqualitätssteuerung - Fensterlüftung
Mit der MSR Luftqualitätssteuerung öffnen sich VELUX Elektro- und Solarfenster bedarfsgerecht automatisch.
Quelle: VELUX Deutschland GmbH
Auch ohne eine mechanische Lüftungsanlage ist ein regelmäßiger automatischer Luftaustausch in Wohn-, Geschäfts- und Gewerbebereichen durch die Sensorkombination von Luftfeuchte- und VOC-Sensor in Verbindung mit VELUX Elektro- und Solarfenstern (Automatikfenster) möglich. Die MSR Luftqualitätssteuerung (Luftqualitätsregler) steuert die Fensteröffnung bedarfsgerecht.
Ein Sensor misst die Luftfeuchtigkeit und ein zweiter Sensor misst die Schadstoffkonzentration, die sogenannten VOCs (Volatile Organic Compounds), die flüchtigen organischen Verbindungen in der Luft, in Wohnräumen. Wenn die Grenzwerte überschritten sind, werden die Fenster kabellos per Funk geöffnet. So können Schadstoffe oder feuchte Luft gegen trockene, frische Luft ausgetauscht werden. Dabei ist die Lüftungsempfindlichkeit individuell einstellbar. Ein Regensensor am Fenster verhindert, dass sich diese bei Niederschlag öffnen und ein zusätzlich integrierter Temperatursensor schließt die Fenster, wenn die Raumtemperatur unter 16 °C fällt.
Korrelation CO2 - VOC (Aufzeichnung während einer Besprechung)
Quelle: MSR-Electronic-GmbH
VOC-Sensor
Beim dem Metalloxid Halbleiter Sensor wird die elektrische Leitfähigkeit des nanokristallinen Metalloxids gemessen, welches auf einen beheizbaren Substrat aufgebracht ist. Die typische Betriebstemperatur liegt bei 300 - 400 °C. Die Dotierung des Metalloxids mit Edelmetallen bewirkt eine positive Empfindlichkeit gegenüber brennbaren Gasen wie VOCs, Kohlenmonoxid und Erdgas. Die Dotierung erlaubt die Anpassung an die Bedürfnisse der Messaufgabe. VOCs werden an der Sensoroberfläche teilweise oder vollständig durch den Sauerstoff des Metalloxids verbrannt. Die bei diesem Prozess im Halbleiter freigesetzten Elektronen führen zu einer Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit. Nach dem Ende des Verbrennungsprozesses kehrt das Metalloxid durch den Einbau von Luftsauerstoff in seinen Ausgangszustand zurück, wobei die Leitfähigkeit wieder den Ausgangswert annimmt. Die Änderung der der Leitfähigkeit wird über den integrierten Microcontroller ausgewertet und als Standard Signal ausgegeben.
Typische Raumluftverschmutzer (VOCs und andere)
Quelle: MSR-Electronic-GmbH

Mit der MSR Luftqualitätssteuerung öffnen sich VELUX Elektro- und Solarfenster bedarfsgerecht automatisch.
Quelle: VELUX Deutschland GmbH
Auch ohne eine kontrollierte Wohnungslüftungsanlage ist ein regelmäßiger automatischer Luftaustausch durch die Sensorkombination von Luftfeuchte- und VOC-Sensor in Verbindung mit VELUX Elektro- und Solarfenstern möglich. Die MSR Luftqualitätssteuerung steuert die Fensteröffnung bedarfsgerecht.
Ein Sensor misst die Luftfeuchtigkeit und ein zweiter Sensor misst die Schadstoffkonzentration, die sogenannten VOCs, die flüchtigen organischen Verbindungen in der Luft, in Wohnräumen. Wenn die Grenzwerte überschritten sind, werden die Fenster kabellos per Funk geöffnet. So können Schadstoffe oder feuchte Luft gegen trockene, frische Luft ausgetauscht werden. Dabei ist die Lüftungsempfindlichkeit individuell einstellbar. Ein Regensensor am Fenster verhindert, dass sich diese bei Niederschlag öffnen und ein zusätzlich integrierter Temperatursensor schließt die Fenster, wenn die Raumtemperatur unter 16 °C fällt.

PCM (phase change material)
Phasenwechselmaterialien (Latentwärmematerial) können zur Wärme- und Kältespeicherung und zur Begrenzung von Temperaturspitzen (Überhitzungsschutz) eingesetzt werden. Durch die Nutzung des Phasenwechsels (fest-flüssig oder flüssig-fest) verfügt das Material über ein hohes Speichervolumen, da die Wärmekapazität um ein vielfaches höher ist als herkömmliche Materialien bzw. Medien.
Wärmekapazität verschiedener Materialien
Quelle: Rubitherm Technologies GmbH
Die PCM's werden aus Salzen (z.B. Glaubersalz, Natriumacetat) oder organischen Verbindungen (z.B. Paraffine, Fettsäuren) hergestellt.

Die thermische Energie kann bei einer festgelegten Temperatur zeitversetzt entnommen werden. Dadurch ergeben sich viele verschiedene Einsatzmöglichkeiten:

  • Speicher zur Raumklimatisierung
  • Speicher zur Spitzenlastverringerung
  • Pufferspeicher für Solar-, Festbrennstoff- und Wärmepumpentechnik bzw. Heizungstechnik
  • Fassadendämmung
  • Luftkollektoren
  • Verpackungen (Menütransporte)
  • Speicher für medizinische Anwendungen - Transportkühlung
  • in der Kleidung zur Pufferung der Körpertemperatur
  • Temperaturpufferung an elektrischen Bauteilen
Abpufferung der Raumtemperaturspitzen
Quelle: ZAE Bayern
Der Vorteil des PCM's liegt in der Nutzung der latenten Wärme während des Phasenwechsels. Aber es wird auch sensible (fühlbare) Wärme gespeichert. Hier liegt auch der Grund, dass sie in unterschiedlichen Baumaterialien (Gipsplatten und -putze, Porenbetonsteine, Kühldeckenelemente, Estriche, Holzwerkstoffe, Spachtelmassen) eingesetzt werden. Auch in Glasscheiben kann das Material eingebracht werden.

Das Micronal® PCM ist ein Phasenwechselmaterial, das bei einer Raumtemperatur bei 21 °C, 23 °C oder 26 °C einen Phasenwechsel von fest nach flüssig vollzieht. Dabei werden sehr große Mengen an Wärme gespeichert. Das Material enthält im Kern der Mikrokapsel (ca. 5 µm) ein Latentwärmespeichermaterial aus einer speziellen Wachsmischung. Diese nimmt bei einem Temperatur-anstieg über eine festgelegte Temperaturschwelle (21 °C, 23 °C oder 26 °C) die überschüssige Wärmeenergie der Raumluft auf und speichert diese im Phasenwandel. Wenn die Temperatur unter die Temperaturschwelle absinkt gibt die Kapsel diese gespeicherte Wärmeenergie wieder ab.
Quelle: BASF SE
30 kg Micronal® PCM bieten etwa 1 kWh Speicherleistung.
  •  26 °C für den sommerlichen Überhitzungsschutz (z.B. in Dachgeschossen oder für die passive Anwendung in warmen Regionen)
  •  23 °C für die Stabilisierung der Raumtemperatur im Komfortbereich, dadurch häufige Nutzung des PCM-Effektes. Wichtigstes Produkt für aktive und passive Anwendungsfälle.
  •  21 °C für die Nutzung in Flächenkühlsystemen
Quelle: BASF SE
Die Beladung des Speichers findet eigenaktiv statt. Die Entladung des Speichermaterials kann durch die natürliche Luftbewegung, durch eine mechanische Lüftung oder durch regenerative oder konventionelle Kühlkonzepte erfolgen.
Quelle: BASF SE
Das Micronal® PCM kann in unterschiedlicher Form in die Baustoffe integriert werden. Die Mikrokapseln (BASF Micronal® PCMDispersionen) können in flüssiger Form in Wasser dispergiert oder in pulverförmiger Form in Baustoffen (trockene Fertigmischungen z. B. Gips- oder Zementmörtel) gemischt werden.
Wirkungsweise
Anwendung als Putz
Quelle: BASF SE
Beispiel 1
Das regenerative Kühlkonzept mit Kühldecken des Gebäudes basiert auf der regenerativen Kühlung durch Erdwärmesonden, deren Kühlwasser im Kreis durch die Kühldeckensegel gepumpt wird. Die Regeneration des PCM erfolgt somit durch Wasser als Energietransportmedium und ist unabhängig von den nächtlichen Temperaturen. Die Gebäudemasse wird durch Nachtauskühlung mit automatischen Fensteröffnungen zusätzlich entladen.
Regeneratives Kühlkonzept mit Kühldecken
Quelle: Dipl.-Ing. (FH) Marco Schmidt, BASF SE
Tagsüber erfolgt die Kühlung des Gebäudes durch stille Kühlung über die Kühlsegel. Das PCM darin stellt im Bedarfsfall (bei unzureichender “just-in-time” Kühlleistung) weitere Kühlreserven zur Verfügung und dämpft die Spitzenlast ab. Die Lüftungsanlage ist im Sommerfall nur für den hygienischen Luftwechsel zuständig und übernimmt im Winterfall die Luftführung für die Wärmerückgewinnung. Die Fußbodenheizung wird betrieben mit Abwärme aus der Produktionshalle, welche sich an das Gebäude anschließt. Alle konventionellen Kühlaggregate konnten entfernt werden. Quelle: BASF SE
Beispiel 2
Micronal® PCM stellt die Grundlage für viele intelligente und energieeffizient Systemlösungen dar. Ein Beispiel sind die fertig integrierten Kühldeckenelemente der Firma Ilkazell aus Zwickau. Abgeleitet aus der Sandwichtechnologie (Metalloberfläche / PURHartschaum-Dämmung / Metalloberfläche) wurden hocheffiziente Kühldeckensegel entwickelt, die im einfachen Plug-and-Play an bestehende Wasser-Kühlkreisläufe angeschlossen werden können. Dabei wurde eine Metalloberfläche durch eine PCM Gipsbauplatte ersetzt. Kapillarrohrmatten befinden sich auf der Rückseite der zum Raum hin orientierten PCM Schicht. Somit wird Wasser als Wärmeträger verwendet. Man wird hierdurch unabhängig von Lufttemperaturen und die Entladeleistung steigt erheblich. Über Strahlungsaustausch mit dem darunter befindlichen Raum wird überschüssige Wärme entzogen – bei höchstem Komfort. Die Kombination mit PCM in der Decke eröffnet die Möglichkeit auf regenerative Kälte zurückzugreifen, die nicht immer dann zur Verfügung steht, wenn die Kühlung gerade gebraucht wird. Die zeitliche Entkopplung von Wärmeanfall und Wärmebehandlung wird dabei vom PCM geleistet.
Kühldeckenelement mit PCM-Gipsbauplatte
Frei hängende Kühldecken-Segel / Wärmebild der aktiven Kühldecke
Quelle: Ilkazell Isoliertechnik GmbH
Die Kühlelemente sind relativ leicht und können sowohl im Neubau als auch in der Sanierung eingesetzt werden. Dort können sie u. U. eine Betonkernaktivierung ersetzen. Sie können deckenintegriert oder frei hängend montiert werden.
Die IR-Thermografie zeigt die Funktion der Kühlflächen. Ca. 50 W/m² werden dem Raum entzogen. Dies ist ausreichend für die üblichen Lastfälle in Büroanwendung. Gerade wenn man in Betracht zieht, dass Energieeffizienz auch Reduktion von thermischen Lasten mit ins Konzept einschließen muss, sind bisher übliche 70 W/m² - und mehr - nicht mehr zeitgemäß. Der Anteil an PCM in den raumseitigen PCM-Gipsbauplatten reicht theoretisch für 2 Stunden Volllast ohne Kühlungsunterstützung. Liegt nur eine Teillast an, reicht die Wärmespeicherkapazität der Kühldecke entsprechend länger. Damit sind die Ilkazell-Kühldeckenelemente herkömmlichen Metallkühldecken ohne Speicherfähigkeit deutlich überlegen – denn diese müssen immer “just-in-time” kühlen. Selbst eine Art "Notlaufeigenschaft" im Leichtbau lässt sich realisieren.
An vielen Tagen im Jahr kann die Kühlung damit komplett entfallen, da das PCM die anfallende Wärme aufnimmt und in die Nacht verschiebt. Die nächtliche automatische Fensteröffnung sorgt dann für eine Entladung des PCM und des restlichen Gebäudekörpers. Jede kWh, die nicht mit Kühleinrichtungen behandelt werden muss, ist reale Einsparung und CO2-Reduktion. Im diesem Fall resultiert ein "vollklimatisiertes" Bürogebäude mit einem Primärenergieverbrauch von nur 54 kWh/m²a. Ein klarer Beweis, dass sich integrierte Konzepte schlussendlich rechnen. Quelle: BASF SE

Der PCM-Porenbeton
Dämmleistung und Masse
Quelle: BASF SE

Höchste Wärmespeicherkapazität im Porenbeton: Durch den Einsatz eines latenten Wärmespeichers wird mit gleichen Wandstärken doppelte Wärmespeicherkapazität erreicht. Im realen Anwendungsfall wird darum eine gleich bleibendere Oberflächentemperatur erreicht, als es mit einem auf die Spitze getriebenen Lambda-Wert alleine möglich wäre.
Außerdem steigt das Energieniveau der Wand, was auch zu erheblichen Einsparungen an Heizenergie führt. Dies wurde u. a. mit der dynamischen Gebäudesimulation "PCMexpress“ nachgewiesen. Quelle: BASF SE

Wassergestützte Latentwärmespeicher in Putz- und Dünnestrichsystemen


National Gypsum ThermalCORE mit Micronal PCM
Quelle: BASF SE / National Gypsum
National Gypsum ThermalCORE mit Micronal PCM absorbiert und speichert die Wärme während des Tages und kühlt dadurch den Raum und gibt die Wärme in den kühleren Abendstunden bei absinkender Temperatur wieder ab.
Die Platten werden wie normale Gipskartonplatten verarbeitet und montiert und sorgen für eine zusätzliche thermische Masse, die in der Regel in herkömmlichem Leichtbau nicht vorhanden ist. Die Paneele erfordern eine Spachtelung und Dekoration ähnlich der Standard-Gipskartonplatten.

 


PCM zur passiven Klimatisierung
Dieses PCM funktioniert wie ein Wärmespeicher. Das Speichermaterial besteht aus Salzhydrate, die im Gegensatz zu Paraffinen nicht brennbar sind. Sie sind somit ideal für den Einsatz in Gebäuden mit höheren vorbeugenden Brandschutzanforderungen.
Wenn dem Material (Deckenpaneele) Wärme zugeführt wird, ändert sich bei Erreichen der Schmelztemperatur der Aggregatzustand von fest zu flüssig. Im umgekehrten Phasenwechsel wird die gespeicherte Wärme wieder abgegeben. So lassen sich Temperaturschwankungen glätten und Wärmespitzen verhindern, ohne dass Energie zum Kühlen eingesetzt werden muss.
DELTA®-COOL Board - Dörken GmbH & Co. KG
DELTA®-COOL Board
Quelle: Dörken GmbH & Co. KG

PCM Warmluftspeicher
Zunehmend werde Energiespeicher (Latentspeicher) aus PCM Materialien hergestellt. In diesem wird die thermische Energie verborgen, verlustarm und mit vielen Wiederhohlzyklen über lange Zeit gespeichert.

Quelle: Trubadu.de
PCM Materialien haben festgelegte Temperaturgrenze an denen Sie schmelzen. Die Nutzung eines Phasenübergangs ist für die Energiespeicherung dabei wesentlich effektiver als das bloße Erwärmen eines Mediums. Die Zustandsänderung der Speichermaterials für die Energiespeicherung sollte im Bereich zwischen 25 - 35 °C liegen.

Der Speicher wird im Wohnraum (beheizte Gebäudehülle) betrieben, um unnötige Wärmeverluste so gering wie möglich zu halten. Wenn wir uns nun unsere Wohnraumtemperatur ansehen, liegt diese zwischen 18 und 22 °C. Wenn der Speicher entladen wird, kühlt das geschmolzene PCM ab und gibt die Wärme an die durch den Speicher strömende Luft ab. Hierzu ist eine Temperaturdifferenz von einigen Grad (Kelvin) erforderlich. Wenn nun die Wohnraumtemperatur auf ca. 17 °C absinkt, so soll diese abgekühlte Raumluft automatisch durch den Speicher transportiert und wieder auf ca. 22 °C erwärmt werden.

Hierbei behält der Speicher solange seine Temperatur von z. B. 27 °C (gewählte Schmelztemperatur des PCM Materials) bis alle gespeicherte Energie an die Luft abgegeben das PCM wieder vollständig erstarrt ist – der Speicher ist entladen.
Eine elektronische Regelung sorgt dafür, dass der Speicherlüfter erst dann seinen Betrieb startet, wenn die Raumtemperatur unter eine voreingestellte Temperaturgrenze sinkt. Zur Ladezyklenoptimierung werden leise und leistungsfähige Walzenlüfter und eine elektronische Steuerung aus dem Solarbereich verbaut.
Bei diesen geringen Wärmeunterschieden von 5 - 7 K spielt auch die Eigenabkühlung des PCM keine wesentliche Rolle, zumal die Energie nicht verloren geht, sondern auch zur Raumerwärmung mit beiträgt. Die Eigenabkühlung ist aber so gering, dass am nächsten Morgen der Speicher noch immer eine Kapazität von ca. 80% hat, wenn die gespeicherte Wärme nicht abgerufen wurde. Quelle: Trubadu.de

 

Bauanleitung PCM Warmluftspeicher - Trubadu.de / Dipl. Ing . Stefan Brandt
PCM in der Gebäudetechnik - Dipl.-Ing. (FH) Thomas Haussmann - ISE
Wärmespeicher auf Salzbasis - Dr. Heiner Marx, K-UTEC AG Salt Technologies
Temperaturmanagement – in seiner leichtesten Form - Dipl. Ing. (FH) Marco F. Schmidt, BASF AG, Ludwigshafen
CSM Platte & PCM Kompaktspeicher - Rubitherm Technologies GmbH

Die passive solare Architektur ist nicht neu, sie wird in allen Teilen der Erde schon seit Jahrtausenden angewandt. Ein Beispiel mag das antike Griechenland vor rund 2.500 Jahren geben, das damals ebenfalls in einer Energiekrise steckte. Als Lösung für das Problem des immer knapper und teurer werdende Brennholzes wurde die verglaste Südfläche mit weitüberstehendem Vorbau entwickelt. Sokrates beschrieb dies so: "In Häuser, die nach Süden blicken, dringt die Sonne im Winter durch die Vorhalle bis in die Wohnräume vor und wärmt sie. Im Sommer jedoch hält das Dach der Vorhalle die Sonne ab und spendet kühlenden Schatten."  mehr > hier ein paar Beispiele   Quelle: Buch der Synergie - Achmed A. W. Khammas
Ein Beispiel ist das Heliotrop-Haus
Heliotrop®
Holzkonstruktion des Heliotrop
Drehkranz
Heliotrop-Solarpanel
Quelle: Rolf Disch
Heliotrop-Haus
Das Hauskonzept entspricht dem Prinzip der Sonnenblume. Diese Blume dreht ihre Blütenköpfe und Blätter nach dem Sonnenstand von Osten nach Westen. Die Frucht bleibt in der Oststellung stehen.
Dem drehbaren Solarhaus Heliotrop® liegt die Idee zugrunde ein Gebäude zu konstruieren, das höchsten Ansprüchen an Architektur und Umweltschutz genügt und dennoch ohne lästige Einschränkungen seinen Bewohnern exklusiven Wohnkomfort bietet.
Das Heliotrop® ist nicht nur ein architektonisch außergewöhnliches Wohn- und Geschäftshaus, es repräsentiert vielmehr ein Konzept, das in jeder Hinsicht so ressourcenschonend wie möglich vorgeht. Erstmals wurde der zukunftsweisende Plusenergiehausstandard zu einem einzigartigen Wohnerlebnis komponiert.
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Das Grundgerüst des Hauses, das aus Fichten-Brettschichtholz besteht, windet sich in einer Höhe von  6 m zylinderförmig um eine 14 m hohe, tragende Zentralsäule, in der die Elektrostationen untergebracht sind. Die Räume sind über eine Wendeltreppe an der Zentralsäule zu erreichen.

Die Wohn- und Arbeitsräume sind umlaufend, ansteigend in einer 18-eckigen Spiralkonzeption angeordnet und sind so alle miteinander verbunden. Die optimale Ausrichtung nach dem Sonnenstand wird durch einen Drehkranz mit Schwenklager und einem Elektromotor möglich. Eine passive Kühlung kann bei Bedarf durch das Drehen der großen Glasflächen des Hauses aus der Sonne erfolgen.
Auf der zentralen Säule ist über der Dachterrasse ein zweiachsig nachgeführtes Fotovoltaik-Solarkraftwerk angebracht, das fünf bis sechsmal soviel Strom erzeugt, als im Haus selbst verbraucht wird. Dadurch wird es zu einem Plusenergiehaus. Durch die Konstruktion des Hauses wird das Haus durch die Sonne, Vakuumröhren-Kollektoren und einem Erdwärmeaustauscher beheizt und Trinkwasser erwärmt. Hierzu kann auch ein Pufferspeicher eingesetzt werden.
Dass in diesem Haus auch die Abfälle und Fäkalien kompostiert und das Abwasser durch eine Teichklärung wiederverwendet werden, ist wohl auch eine Selbstverständlichkeit.
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Adiabate Kühlung

Adiabate Abluftkühlung
Hitzeschutzratgeber
Solararchitektur
Erdwaermetauscher - Luft
Erdwärmetauscher - Flüssigkeiten
Bäume und Pflanzen lassen Städte atmen
Stadtklimamodell - am Beispiel Berlin
Die moderne Architektur sorgt für eine Hitzespirale
Passive Kühlkonzepte für Büro- und Verwaltungsgebäude mittels luft- bzw. wasserdurchströmten Erdreichwärmetauschern
Darstellung im h,x-Diagramm  - Institut für Luft- und Kältetechnik GGmbH
Raumtemperatur nicht über 26° C - und noch einmal 26 ° C
das "Bielefelder Urteil" wurde neu entschieden, das ändert aber nichts an der zulässigen Raumteperatur
Klimadaten
Klima in Städten
Dachbegrünung
Luftbrunnen
Kühllastberechnung
Thermische Bauteilaktivierung
Passive Sonnenenergienutzung / Trombe Wand
Kühlungseffekt des SolarVentils
Raumkühllastermitlung - Formblatt
Thermisch aktivierte Fassade
Luft-Erdwärmetauscher
Adsorptiponskältemaschine
Raumkühlung
Arbeitsstätten-Richtlinien (ASR)
das neue Videoportal von HaustechnikDialog mit vielen interessanten Informationen und Anleitungen aus der Haustechnik
Videos aus der SHK-Branche
SHK-Lexikon
Hinweis! Schutzrechtsverletzung: Falls Sie meinen, dass von meiner Website aus Ihre Schutzrechte verletzt werden, bitte ich Sie, zur Vermeidung eines unnötigen Rechtsstreites, mich umgehend bereits im Vorfeld zu kontaktieren, damit zügig Abhilfe geschaffen werden kann. Bitte nehmen Sie zur Kenntnis: Das zeitaufwändigere Einschalten eines Anwaltes zur Erstellung einer für den Diensteanbieter kostenpflichtigen Abmahnung entspricht nicht dessen wirklichen oder mutmaßlichen Willen. Die Kostennote einer anwaltlichen Abmahnung ohne vorhergehende Kontaktaufnahme mit mir wird daher im Sinne der Schadensminderungspflicht als unbegründet zurückgewiesen.

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