Kostendämpfung durch innovative F 2054 Energiesparmassnahmen · F 2054 Bei dieser Veröffentlichung handelt es sich um die Kopie des Abschlußberichtes einer vom Bundesmini sterium

Bauforschung

Kostendämpfung durch innovativeEnergiesparmassnahmen

F 2054

Fraunhofer IRB Verlag

F 2054

Bei dieser Veröffentlichung handelt es sich um die Kopiedes Abschlußberichtes einer vom Bundesmini sterium fürVerkehr, Bau- und Wohnungswesen -BMVBW- geför-derten Forschungsarbeit. Die in dieser Forschungsarbeitenthaltenen Darstellungen und Empfehlungen gebendie fachlichen Auffassungen der Verfasser wieder. Diesewerden hier unverändert wiedergegeben, sie gebennicht unbedingt die Meinung des Zuwendungsgebersoder des Herausgebers wieder.

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INSTITUT FOR INDUSTRIALISIERUNG DES BAUENSForschung • Entwicklung • Planung • Professor Dr.-Ing. Dr. h.c. Helmut Weber

RUF: (0511) 79 60 88 • FERNSCHREIBER: 09-23868 (TECHNISCHE UNIVERSITÄT HANNOVER)

Hannover, 22. August 198629. 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: BUSSILLIATWEG24FORSCHUNGSGRUPPE C: HEGEBLACH 11 • FORSCHUNGSGRUPPE D: MORGENSTERNWEG 8C

GLIEDERUNG

A. EINLEITUNG

1. Ziel der Untersuchung

2. Eingrenzung des Themenbereiches

3. Methodik und Umfang

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 Sensible Wärmespeicherung

2.2 Latent- Wärmespeicher

2 . 3 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 Energie-

umwandlung

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

2

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 Strahlungs-

charakteristik

5 . 3 . 3 Infrarot-reflektierende Verglasungen

C. ERGEBNIS

1. Forschung und Entwicklung

2. Technische Konsequenzen

3. Ökonomische Konsequenzen

4. Zusammenfassung

D. ANHANG

I Literatur

II 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 ge-

funden 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 Weiter-

entwicklungen und Innovationen angeregt werden. Dies ist besonders

wichtig, weil die angesprochenen Entwicklungen vielfach in solchen Berei-

chen 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 angespro-

chen werden:

es soll sich um Maßnahmen und/oder Bauteile handeln die in

den Bereichen des Rohbaus und des Ausbaus von Gebäuden

anwendbar sein können;

Energie-gewinnung

Wärme-dämmung

Wärme-speicherung

Wärme-Rück-gewinnung

6

- die Maßnahmen /Bauteile ollen für diese Bereiche des Bau-

wesens neuartig sein, sei es im Sinne einer völligen Neuent-

wicklung 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 "Energiespar-

maßnahmen" in der Mehrzahl der Fälle um solche Maßnahmen, die eine Ein-

sparung von Wärmeenergie bewirken. Aber auch Maßnahmen zur Energie-

gewinnung werden erfaßt, z.B. bei der Umwandlung von Strahlungsenergie

in Wärme oder in elektrische Energie, sofern eine Integration in Gebäude-

strukturen möglich und sinnvoll erscheint.

Abb. A.1: Prinzipdarstellung der erfaßten Energiesparmaßnahmen(Wärmedämmung, Wärmespeicherung, Wärmerückgewinnungund Energiegewinnung )

7

3. METHODIK UND UMFANG

Basis der Arbeit sind umfangreiche Recherchen sowie für die ausführ-licher dargestellten Entwicklungsansätze auch Kontakte und Abstimmungenmit Forschern und Institutionen, die an diesen Ansätzen arbeiten. So wur-den allein im Rahmen einer Recherche in der Bauforschungs-Datenbankdes Informationszentrums RAUM und BAU (IRB) der Fraunhofer-Gesell-

schaft ca. 1.700 Hinweise auf Veröffentlichungen und Forschungsprojektedurchgesehen.

Einzelne Ansätze aus dem angesprochenen Themenbereich werden an Handeines für die Untersuchung entwickelten Beschreibungsmusters in ver-gleichbarer Form beschrieben. Das, Beschreibungsmuster ist in Abb. A.2dargestellt. Im Bereich der Darstellung der physikalischen Eigenschaften(S. 2 des in Abb. A.2 dargestellten Beschreibungsmusters) muß die Be-schreibung häufig den besonderen Eigenschaften des jeweiligen Entwick-

lungsansatzes angepaßt werden, da eine unmittelbar vergleichbare Be-schreibung hier nur ausnahmsweise möglich ist.

Für die Beschreibung der einzelnen Ansätze wird eine knappe, stich-

wortartige Form gewählt, um eine möglichst gute Übersichtlichkeit desQuerschnittsberichtes zu gewährleisten, dennoch aber dem Leser die Mög-lichkeit einer umfassenden Information, ggf. auch auf dem Weg über wei-tere angegebene Informationsquellen zu geben.

Die Aussagen dieses Querschnittsberichtes geben zunächst die Darstellungdes jeweiligen Forschers wieder, wie sie in den jeweils benannten Quellenbeschrieben ist oder aber unmittelbar vom Forscher mitgeteilt wurde.

Dies betrifft auch die Aussagen zur Effizienz der einzelnenMaßnahmen.

Die als "Ergebnis" (Teil C des Querschnittsberichtes) dargestellten

technischen und ökonomischen Konsequenzen sowie die Hinweise fürForschung und Entwicklung sind eine Beurteilung durch den Verfasser

auf der Basis der Recherche sowie eigener Erfahrungenin der Entwicklung von Bauteilen und Konstruktionen.

WSrme (DIN 4108): Dr.•In0. Dr.Rc Helmut Weber • HANNOVERINSTITUT FOR INDUSTRIALISIERUNG DES BAUENS • Prof

Innovative Energiesparmaßnahmen 9

(INSTITUT FOR INDUSTRIALISIERUNG DE8 BAUENS • Proleesor Dr; (n0. Dr.h. c Helmut Weber • HANNOVER

2

EIGENSCHAFTEN (soweit zutreffend)

Ansatz/Bezeichnung:

Kurzbeschreibung:

(Funktion)

Innovative Energiesparmaßnahmen

NSTIM FOR INDUSTRIALISIERUNG DES BAUENS • Professor Dr: Inst. Dr. Ao. Helmut Weber • HANNOVER

29,U-19.07.85

INNOVATIV E ENERGIESPARMASSNAHMEN

HERSTELLUNG

Ausgangsmaterialien:Î

INSTITUT FOR INDUSTRIALISIERUNG DES BAUENS • Professor Dr.- n 0. Dr.ßa Helmut Weber • HANNOVERRohstoffe:'Innovative Energiesparmaßnahmen 4

Forschung: Name:Anschrift:

ANWENDUNGTel.:

Feuchtigkeit:Entwicklung: Name: Haibzeugherstellung:

Anwendungsbereiche:

Anschrift:

Tel.:

Herstellung: Name: Feuer: (DIN 4102)Anschrift:

Tel.:Schall: (DIN 4109) Evtl. Hemmnisse fOr die

Schutzrechte, Patente: Bautenherstellung: Anwendung:

8

Hygiene:

Mechanische Festlgke it:

Gebäudeintegration,Endverarbeitung,

Vergleichbare vorhan-dene Produkte

:'Aufwand/Nutzen:

Literatur: Bestondigkeit gegen

i Bemerkungen:

Abb. A.2 Beschreibungsmuster zur Erfassung der Entwicklungsansätze

11

1. MASSNAHMEN ZUR WÄRMEDÄMMUNG

Wesentliche Maßnahme zur Energieeinsparung in Gebäuden ist derWärmeschutz - die Verminderung der Wärmeverluste aus geheiztenRäumen an die Umwelt. Dem beachtlichen Einsparungspotential ent-spricht die Wärmeschutzverordnung (in der jüngsten Fassung vom

24.02.82 . ) , in welcher der Wärmeschutz von Außenbauteilen festge-

legt wird. Die Verordnung bezieht sich (neben der Begrenzung vonWärmeverlusten bei Undichtigkeiten) auf den Wärmedurchgang ge-schlossener und transparenter Bauteile.

Der Wärmedurchgang durch geschlossene Bauteile - Außenwände,Decken, Dächer und an das Erdreich angrenzende Bauteile - er-

gibt sich aus der Wärmeleitfähigkeit der verwendeten Baustoffe

und deren Dicke. Um den erforderlichen Wärmeschutz zu erreichen,

werden überwiegend mehrschichtige Konstruktionen eingesetzt, beiwelchen einer Schicht in besonderem Maße die Funktion der Wärme-dämmung zugewiesen wird.

Bei transparenten Bauteilen - Fenstern, Fenstertüren und groß-flächigen Verglasungen - werden in der Regel Doppel- oder Drei-fachverglasungen eingesetzt, bei welchen der Wärmedurchgang

durch die dämmende Wirkung des Luftraumes zwischen den Schei-ben 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 Verbesserungder Wärmedämmschicht durch eine weitere Verringerung der Wärme-leitfähigkeit bei geringer Dicke. Hier ist besonders der Einsatz des

Vakuums zur Wärmedämmung zu nennen, für den Konzepte sowohlfür geschlossene als auch für transparente Bauteile dargestellt wer-den (Kap . 1.1 Vakuumisolation)

12

Ein weiterer innovativer Ansatz beruht auf dem Gedanken, insbe-

sondere transparente Bauteile als thermische Gleichrichter auszubil-

den. 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 jewei-

ligen 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 wirk-

samste Form des Wärmeschutzes eingesetzt wird - erwähnt sei hier

nur der nach dem Prinzip der "Thermoskanne" konstruierte Behäl-

ter - konnte es im Bauwesen bisher kaum Anwendung finden. Eine

solche praktische Anwendung setzt die Lösung folgender Problem-

bereiche voraus:

- Formgebung, die den vorwiegend flächigen Genmetrien ange-

paßt werden kann;

- Vermeidung von Wärmebrücken an Anschluß- und Verbindungs-

stellen;

Ggf. Ausgleich der für das Vakuum notwendigen Dampfdichtig-

keit 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 Wärme-isolierung, basierend auf dem Isolationseffekt des Vakuums.

Metallische Hüllen verschiedenster Geometrien werden vakuum-dicht verschweißt. Die sich bildenden Hohlräume werden miteinem anorganischen Pulver gefüllt und evakuiert. Da das Pul-ver druckfest ist, braucht der Umgebungsdruck, im Gegensatz

zu herkömmlichen Vakuumisolierungen, nicht von einer druck-festen Hülle, aufgenommen werden, so daß die Wandstärkenbis auf Folienstärke herabgesetzt werden können.

b) Eigenschaften

- Wärme:Wärmeleitfähigkeit: 0,008 W / mK

Rohdichte: systemabhängigWasserdampfdiffusionswiderstand: praktisch dampfdichtWärmeausdehnung: systemabhängigSpez. Wärmekapazität: 960 J/kg K

Feuchtigkeit:Wasser-undurchlässigkeine 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 (äußereBelastung) werden z. Zt. im Labor ermittelt.

c) Herstellung

Ausgangsmaterialien :Rohstoffe: Stahl (Edelstahl), anorganisches Pulver

- Bauteilherstellung: Es werden doppelwandige Körper (z.B.Rohre, Behälter, Paneele) aus Edelstahl hergestellt. Derverbleibende Hohlraum wird mit einem anorganischen Pulvergefüllt und evakuiert. Die für die Einbausituation erforder-

liche Formgebung muß bei der Herstellung berücksichtigtwerden, da eine nachträgliche Bearbeitung aufgrund desVakuums nicht möglich ist.

Gebäudeintegration, Endverarbeitung, Montage: systemabhän gig

d) Anwendung

15

- Anwendungsbereiche:

Energiespeicherung- Warmwasserspeicher- Kühlhäuser- Paneele- Abdeckungen

Energieversorgung und -gewinnung

- Fernwärmerohre- Pipelinerohre- Kühlleitungsrohre- Darnpfinjektionsrohre

Logistik- Fahrzeugaufbauten- Tankcontainer- Container- Thermalboxen

Vergleichbare vorhandene Produkte

bekannte Wärmedämm-Materialien haben wesentlich höhereWärmeleitzahlen (z . B . Polyurethan-Hartschaum minimal

AR = 0.020 W/mK )

Aufwand/Nutzen: systemabhängig

Als Beispiel wird ein Fall gewählt, bei welchem eine 4 cm

dicke Schaumstoff-Dämmschicht durch eine gleich dickeVakuum-Außen-Isolation ersetzt wird. Der k-Wert der Aus-

gangsversion 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:

16

k2 = 1 • (1 .^ + 1 ^ = ^ : (0.13 0.04

p^ . / - 1 . T 0.008

Die Differenz (Verbesserung) beträgt

kl - k2 = 0.46 - 0.19 = 0.27 W /m2K.

0.04 ) = 0.19 W /m2K

Hieraus ergibt sich eine jährliche Energieeinsparung inHöhe vonc _ 0.271.000 800 24 = 24.62 kWh/m.a

unter Voraussetzung der Klimabedingungen von Hannover.Die Effizienz der Maßnahme ist umso größer je schlechterdie 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

Komprimie rtes Füllmaterialunter Vakuum

Vakuumhülle

Membran

Abb. 1.1.1-1 Vakuum -Super-Isolation (nach MB-86)

17

18

1. 1.2 Transparente /transluzente Vakuum -Isolation

a) Funktion

Durch die Anordnung von evakuierten Glas-Zylindern im Hohl-

raum eines Zwei-Scheiben-Isolierglases wird der k-Wert verbessert.

Der atmosphärische Druck wird durch die Glaszylinder aufge-

nommen, so daß die äußeren Glasscheiben unbelastet bleiben

(VEGLA-Solar-Wand) .

Bei einer anderen Ausführungsform wird im evakuierten Raum

zwischen zwei Glasscheiben eine transluzente Schaumstruktur ange-

ordnet, die bei geringer eigener Wärmeleitfähigkeit die Abstützung

der Glasscheiben gegen den atmosphärischen Druck übernimmt.

Zusätzlich kann bei beiden Ausführungsformen eine Infrarot-reflek-

tierende Beschichtung angeordnet werden ( s . a. Kap. 5.2.3

Infrarot-re flektierende 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 Kon-

struktion 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.

Vergleichbare vorhandene Produkte: gute Isoliergläser mitInfrarot-Reflektion (z.B. CLIMAPLUS N der VEGLA) erreichen

bereits mit vergleichsweise geringerem Aufwand ähnliche Daten.

Bemerkungen: nach Angaben des Forschers wird die erstge-nannte Konstruktion (VEGLA-Solarwand) nicht weiter verfolgt,

da sie gegenüber guten Isoliergläsern mit Infrarotreflexionkeinen wirtschaftlichen Vorteil bietet, während die schaum-geschützte Konstruktion noch in der Entwicklung ist.

e) Forschung, Entwicklung, Herstellung

VEGLA, Vereinigte Glaswerke GmbHViktoriallee 3-5, 5100 Aachen

19

GLAS

ZYLINDRISCHES ROHR

VAKUUM

LUFT

METALLOXIDBE-SCHICHTUNG

GLAS

EVAKUIERTERZWISCHENRAUM MITTRANSLUZENTEMSCHAUM ALSSTÜTZSTRUKTUR

Abb. 1.1.2-1 Zwei mögliche Ausführungsformen eines transparentenbzw. transluzenten Bauteils mit Vakuum-IsolierungI VEGLA-Solar-Wand mit evakuierten GlaszylindernII Evakuiertes Glasbauteil mit Stützstruktur aus transluzentem Schaum(nach NN-83 und Hinweisen des Forschers)

21

kann, während man ihn nachts schließt, um die Wärme "gefangen-

zuhalten". Durch zeitlich richtiges Öffnen und Schließen kann

also der temporäre Wärmeschutz eine Gleichrichterfunktion er-

füllen, wobei die Richtung des Energiestroms durch die Bedin-

gungen 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 Wärmeschutzmaß-

nahmen" 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 Schiebe-

läden oder auch Rollos,

- die sog. "Bead Wall", bei welchen mit Hilfe eines Gebläses bei

Bedarf Polystyrol-Streusel in den Raum zwischen zwei Glasschei-

ben 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 Varia-

bilität auf die Steuerung der Durchlässigkeit für langwellige Strah-

lung bezieht.

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 Konzep-

tion eines solchen "Gleichrichters" sind z. B.:

Glas, insbesondere mit infrarot-reflektierender Beschichtung.

Glas ist für Strahlung im Wellen-Längenbereich der Sonnen-

strahlung (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 Bedin-

gungen auch unerwünscht sein bzw. zur Überhitzung des Raumes führen.

Veränderliche Wärmeschutzeinrichtungen (sog. "temporärer Wärme-

schutz") , 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

22

23

1.2.1 Folienrollo

a) Funktion

Passive Solarenergienutzung mit großflächigen Verglasungen er-fordert einen wirksamen temporären Wärme- und Sonnenschutz.Das hier vorgestellte System reduziert die Wärmeverluste eines

Fensters durch Verringerung der Konvektions- und Strahlungs-

verluste und erlaubt gleichzeitig die volle Nutzung der Solar-strahlung für Heizzwecke durch Verwendung selektiv beschich-teter, beweglich angebrachter Folien. Mit diesem System konnten die Wärmeverluste eines zweifach ver-

glasten Fensters auf ca. 1/3 des ursprünglichen Wertes verringertund 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 For-schers nur eine theoretische Ergänzung, da eine entsprechende

selektive Beschichtung derzeit nicht erhältlich ist.

c) Herstellung

- Ausgangsmaterialien, Rohstoffe: Transparente Kunststoff-Folie, metallbedampft, mit Vorrichtungen zum Auf- und Ab-

rollen 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 flektierende GläserIR-re flektierende Folien (auf Glasscheiben).Unter der Bezeichnung "Warmhang" wird ein raumseitig

installiertes Rollo angeboten, das wahlweise aus äußeren, deko-

rativen, textilfarbigen Folien und einer oder zwei Folien mitbesonders hohem Reflektions- und geringem Emissionswert be-steht. 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 Luft-

austausch mit der Raumluft weitgehend unterdrückt ist. Dererreichbare k-Wert wird angegeben mit :

24

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

Solar-zellen

Feder

Fensterrahmen

Gehäuse +Steuerelektronik

26

Abb. 1.2.1- 1 Zwei Möglichkeiten der Montage des Folienrollosan 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 Energieverbrau-

cher 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 Auf-

wand nicht realisiert werden (HR-80).

Ansatzpunkte für die Konzeption von Wärmespeichern sind

- großvolumige Speicher sensibler Wärme, z. B. in Form von

Wasserspeichern,

Umwandlungswärme für- Latentwärmespeicher, bei welchen die

die Speicherung genutzt wird,

- chemische Speicher, bei welchen in reversiblen chemischen

Reaktionen Wärme aufgenommen bzw. abgegeben wird.

Entsprechend seiner Masse und seiner spezifischen Wärmespeicher-

kapazitäten 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

2.1 SENSIBLE WÄRMESPEICHERUNG

Speicherung von Wärme in fühlbarer - sensibler - Form ist die

bislang gebräuchlichste Form der Wärmespeicherung. Im Bau-

wesen werden im wesentlichen zwei Medien für die sensible Wärme-speicherung 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 Wärme-

abgabe (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 haustech-

nischen Systemen werden sie im Zusammenhang mit solaren Luft-

heizungssystemen 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 Wärme-

dämmung 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 Temperatur-

niveaus verbunden ist und daß die Speicherverluste mit der Tempera-

turdifferenz zur Umgebungstemperatur steigen.

Dieser Nachteil kann durch zwei Ansätze zumindest teilweise ausge-

glichen 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), insbesonderefür einen Warmwasserspeicher, wenn dieser der Sonnenstrahlungausgesetzt ist; hier werden die Wärmeverluste durch Wärmege-

winne aus der Sonnenstrahlung mehr oder weniger ausgeglichen.

Das oben Gesagte gilt prinzipiell für Speicher sensibler Wärme inallen Größen. Allerdings ist bei großen Speichern in der Regel dasVerhältnis von Ober fläche zu Volumen günstiger, als bei kleinenSpeichern. Dadurch werden auch die spezifischen, auf die Volumen-einheit bezogenen Verluste geringer.

Eine Sonderform des Speichers sensibler Wärme ist der Erdspeicher.Dabei handelt es sich um Erdreichvolumina, die gegen das umge-bende Erdreich nicht gedämmt sind. Primär wird aus ihnen mit Hilfe

von Sonden oder horizontal verlegten Rohrschlangen Wärme entzogenund mit Hilfe von Wärmepumpen für die Raumheizung genutzt. DerSpeicher wird regeneriert aus der über das Jahr hinweg praktisch

gleichbleibenden Temperatur des umgebenden Erdreichs. Sekundärist es auch möglich, über das gleiche Wärmetauscher-System den

Speicher zu laden; dabei muß allerdings berücksichtigt werden, daßauch eine Wärmeabgabe an das (in dem Fall kältere) umgebende Erd-reich stattfindet, so daß eine Nutzung als " Saisonaler Speicher"

(Ladung im Sommer, Entladung im Winter) nur sehr begrenzt mög-lich scheint.

2.2 LATENT - WÄRMESPEICHER

Seit Jahren wird an vielen Stellen daran gearbeitet, die von Stoffen

zur Phasenänderung zwischen dem festen und dem flüssigen Zu-

stand aufgenommenen bzw. beim umgekehrten Vorgang wieder ab-

gegebene 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 wesent-

lichen diejenigen Formen des Latentspeichers zu behandeln, die eine

Wärmespeicherung unmittelbar in Bauteilen ermöglichen. Damit wer-

den 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 ge-

worden sind, eine breitere Anwendung jedoch aus verschiedenen

Gründen noch ausblieb. Der Komplex des Latentspeichers in Bau-

teilen soll daher hier als Gesamtes behandelt werden. Auf konkrete

Forschungs- und Entwicklungsansätze wird jeweils im Zusammen-

hang hingewiesen.

a) Funktion

Die dem Speicher zugeführte Wärme bewirkt ein Schmelzen des

Speichermediums. Während des Schmelzvorganges, der Phasen-

umwandlung von der festen zur flüssigen Phase, bleibt die Tempe-

ratur 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)

31

32

Die Vorteile der latenten Wärmespeicherung sind demnach

(MB-85) :

- Gegenüber sensiblen Wärmespeichern kann die gleiche Wärme-

menge auf niedrigerem Temperaturniveau gespeichert werden;

- die Nutzwärme kann auf konstantem Temperaturniveau bereit-

gestellt werden;

- die Betriebstemperatur kann durch die Auswahl geeigneter

Speichermedien dem Einsatzbereich angepaßt werden;

- das Temperaturniveau ermöglicht eine unmittelbare Speiche-

rung 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 Zu-

fuhr bzw. Abführung der Wärme insofern eine besondere Be-

deutung, 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 Wärme-

austauscher 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 be-

wegt. 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 unmittel-

bar 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 wer-

den. Das gleiche gilt für solche Speicher, bei welchen der ge-

samte Speicherbehälter bewegt wird, um dadurch einen gleich-

mäßigen Schmelz- oder Erstarrungsprozeß zu erreichen (NN-78).

b) Materialien

Die als Latent-Wärmespeicher eingesetzten Materialien müssen,entsprechend dem spezifischen Einsatzbereich, u.a. die folgendenBedingungen erfüllen (nach LG-74, AT-83):

33

- Phasenumwandlungstemperatur im

temperatur,

Bereich der Betriebs-

- hohe Phasenumwandlungsenthalpie (je höher, umso mehr Wärmekann gespeichert werden) ,

- hohe Dichte (je höher, umso kleiner kann der Speicher sein) ,

- hohe spezifische Wärmekapazität im geladenen und im unge-ladenen Zustand (je höher, umso mehr Wärme kann auch über

oder unter der Phasenumwandlungstemperatur gespeichertwerden),

- gute Wärmeleitfähigkeit (je besser, umso einfacher kann

Wärme zugeführt und entnommen werden) ,

- geringe Dichte- und damit Volumenänderung beim Phasenüber-gang (je geringer die Dichteänderung, umso einfacher ist dieBehälterkonstruktion) ,

- einheitlicher Schmelzpunkt (damit sich das Material im Phasen-übergang nicht entmischt) ,

- keine Unterkühlung (Unterkühlung verhindert die Wärme-

abgabe 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, sindbisher nicht bekannt. So werden jeweils besondere Vorkehrungen

erforderlich, um einzelne negative Eigenschaften auszugleichen.

34

Mögliche Speichermaterialien lassen sich in folgenden Gruppenzusammenfassen (AT-83) :

- Paraffine sind für einen weiten Bereich von Arbeitstempera-turen verfügbar, haben eine hohe Umwandlungsenthalpieund neigen nicht zur Unterkühlung (Abb. 2.2-2)

- Fettsäuren haben ebenfalls eine hohe Umwandlungsenthalpie undkeine oder geringe Neigung zur Unterkühlung; ihre Kostenliegen deutlich höher als bei Paraffinen; (Abb .2.2-3)

- Salzhydrate haben eine hohe Umwandlungsenthalpie sie neigen

aber zur Entmischung und zur Unterkühlung der Schmelze, sodaß zum Ausgleich zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind(Abb. 2.2-4) ;

Eutektika organischer und anorganischer Substanzen habeneinen 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 Anwen-dung im technischen Bereich besonders auch auf die Bedingungen

der Ungiftigkeit, Unbrennbarkeit und der niedrigen Kosten Wertgelegt werden. Aus diesem Grunde wurde bei vielen versuchsmäßi-gen Anwendungen das Natriumsulfat-Dekahydrat (Na2 SO4 . 10H20)- Glaubersalz - verwendet (TS-74) , bei dem allerdings besondereMaßnahmen 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 Komponentenheizungstechnischer Anlagen einer besonders sorgfältigen Lösungsowohl der physikalischen und chemischen Aspekte (u. a. Zyklen-festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Brandschutz) als auch der

Herstellung, wenn nicht eine Unwirksamkeit oder auch schwerwie-gende Bauschäden auftreten sollen. Hierin liegt der Grund dafür,daß seit langem immer wieder Konzepte für Bauteile mit Latent-

speichern vorgestellt werden, ohne daß sich diese vom Ansatz her

35

einleuchtende Technik durchsetzen konnte. Drei Grundkon-

zepte sollen im folgenden kurz dargestellt werden:

Bereits 1947 stellt Telkes (TS-47) ein Außenwand-System

vor. Hinter einer Doppelverglasung ist eine Latent-Speicher-

Wand mit Glaubersalz (Na2 SO4 • 10H20) angeord net. Zwi-schen 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 Spei-

cher an der Raumseite hinter einer gedämmten Wand, so daß

sich eine Trennung zwischen dem Kollektorteil außen und dem

Speicherteil innen ergibt. Der Wärmetransport zwischen Kollek-

tor 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 Speicher-

masse 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 unmittel-

barer Verbindung. Die Wärmeabfuhr (Entladung) geschieht über

einen Wasserkreislauf an der Rückseite des Speichers (Abb .2.2-8).li%I1JC1lC des U^1Cll:herS (AUU.2.G-Of

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 Bauteilewird z. B. von Brehler und Cekel (BC-83) vorgeschlagen.Hier werden Metallbehälter mit Glaubersalz in die Hohlräumevon Mauersteinen eingebracht, bevor diese dann vermauertwerden. Ziel ist es, damit der Wand eine zusätzliche Wärme-Speicherkapazität zu geben. Wärmezufuhr und Wärmeabgabekönnen bei dieser Form der Integration nicht kontrolliert wer-den. Schäden am Speicher, die auch schon aus dem Einbauder Einheiten unter Baustellenbedingungen resultieren können,würden einen Abriß des gesamten Bauteils erforderlichmachen (Abb. 2.2-10) .

Bei der durch Bourdeau, Jaffrin und Moisan (BS-78) vorge-schlagenen Deckenplatte sind in die Betonplatte Rohre einge-bettet, bei welchen ein vom Wärmeträger durchströmtes Rohr

von einem Mantelrohr umgeben ist. Der Raum zwischen Wärme-träger-Rohr und Mantel-Rohr ist mit Latentspeichermasse (aufder Grundlage von Kalziumchlorid) gefüllt. Die Wärmezufuhr

kann kontrolliert über den Wärmeträger erfolgen, währenddie 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 aufdie Funktion des Speichers als auch in Bezug auf die Sorgfalt

beim Einbau erforderlich.

d) Anwendung

Anwendungsbereiche:

Erhöhung der Speicherfähigkeit von Bauteilen. Passive Systemezur Solarenergienutzung,

Wärmespeicher in Heizungssystemen.

Hemmnisse für die Anwendung:

Identifikation von Speichermaterialien mit den für einen Einsatzin Bauteilen erforderlichen Eigenschaften.

Vergleichbare Konzepte:sensible Wärmespeicher.

37

- Aufwand/Nutzen:Angesichts der offenen Fragen zu Material, Konfektionie-

rung und Einbaubedingungen sind Aussagen zum effek-

tiven Aufwand kaum möglich (s . a. Kap . C .2 "Ökonomische Konse-

quenzen").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

VerfahrenstechnikProf. Dr. R. Brehler

Lohbrügger Kirchstraße 65

2050 Hamburg 80

Fraunhofer - Institut für BauphysikN. A. Malatidis, K. Bertsch

Nobelstr . 12

7000 Stuttgart 80

Institut für KernenergetikUniversität StuttgartA. Abhart

7000 Stuttgart

und Energiesysteme (IKE)

20 40 60 80

Temperatur [°C]

Abb. 2.2-1: Energiedichte eines Latentspeichermediums

im Vergleich zu Wasser in Abhängigkeit

von der Temperatur (nach MB-85)

100

120

// ‚///

//

/^Wasse r

,'/

//

/

/anorganisches Eutektikum_

/ aus Mg(NO 3 ) 2 . 6H2O + NH4 NO3

_ ^^ ^

20

38

39

PARAFFIN DISTRIBUTION• OF

C-ATOMS

OILCONTENT

X

FREEZINGPOINT/RANGE

'C

FEAT OF FUSION

KJ/KG KJ/m s

DENSITYAT

20 'C 70'CKG/E&

SPECIFICFEAT

AT 100 'C

KJ/KG.K

THERMALCONDUCTIVITY(SOLID PHASE)

W/M.K

COST(1979)

DM/KG

REF.

- 1) 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 0,50 4

OCTADECANE C18 0 28 244 189 0.814 0.774 2.16 0.15 150.0 4

6106 3) C16 - C28 5 42 - 44 189 145 0.910 0.765 2.1 0.21 0.70 4

P116 4) - - 45 - 48 210 165 0.817 0.786 2.5 - 0.442) 205838 3) C20 - C33 <0.5 48 - 50 189 145 0.912 0.769 2.1 0.21 1.00 4

6035 3) C22 - 645 4 58 - 60 189 150 0.920 0.795 2.1 0.21 0.60 46103 C23 - C45 <0.5 62 - 64 189 150 0.915 0.790 2.1 0.21 1.01 46499 3) C21 - C50 3 66 - 68 189 157 0.930 0.830 2.1 0.21 0.80 4

1) - IMPLIES DATA NOT AVAILABLE

3) MANUFACTURERS OF TECFNICAL GRADE PARAFFINS 5913, 6106, 5838, 6035,5103 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)

MATERIAL MELTINGPOINT/RANGE

'C

HEAT OF FUSION

KJ/KG KJ/DM S

DENSITY

KG/DM 3

SPECIFICHEAT

KJ/KG.K

THERMALCONDUCTIVITY

N/M.K

COST(1979)DM/KG

REF.

CAPRILIC 16.5 149 128 1.033(10 'C) - 1) 0.148(20 °C) - 4ACID 0.862(80 °C)

CAPRIC 31.5 153 136 0.886(40 °C) - 0.149(40 °C) - 4ACID

LAURIC - 42 - 44 178 155 0.870(50 'C) 1.6 0.147(50 °C) 2.50 4ACID

MYRISTIC 54 187 158 0.844(80 'C) 1.6(5) 2) - 2.50 4ACID 2.7(L)

PALMITIC 63 187 159 0.847(80 'C) - 0.165(70 'C) 2.30 4ACID

STEARIC 70 203 191 0.941(40 'C) 2.35(125'C) 0.172(70 'C) 2.00 4ACID

1) -IMPLIES DATA NOT AVAILABLE

2) - SOLID; L - LIQUID


einiger Fettsäuren (nach AT-83)

40

MATERIAL MELTINGPOINT

'C

HEAT-OF-FUSION

KJ/KG KJ/DMS

DENSITY

KG/DMS

SPECIFIC HEAT

KJ/KG.K

THERMALCONDUCTIVITY

W/M.K

COST(1979)

DM/KG

REF.

H2O 1) 0 333 3060.917 (0 'C)0.998 (20'C

2.09 (5) 2)4,18 (U 2)

2.2 (s)2)0.6 (20'C)

°3) 23

KF.4H 20 18.5 231 336 1.455 (18%)--- 1.84 (s) _4) - 231.447 (20'C) 2.39 (L)

CACL 2 .6H2 0 29.7 171 256 1.710 (25'C) 1.45 (S) - 0.36 41.496 (L)

NA 2 SO 4 ,10H20 32.4 254 377 1.485 (s) 1.93 (5) 0.544 0.10 4

NA2 HPO 4 .12H20 35.0 281 405 1.520 (s) 1.70 (5) 0.514 (32'C) 0.95 161.442 (L) 1.95 (L) 0.476 (49'C)

ZN(NO 3 ) 2 .6H20 36.4 147 304 2.065 (14'0 1 ' 34 (5)2.40 4

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 20 78.0 267 581 2.180 (s) 1.17 (s) - 1.75 4

MGCL2 .6H2 O 116.0 165 239 1,57 (20°C) 1.72 (s) - 0.20 231.442(78°C) 2.82 ( U

13 DATA FOR H2 O IS INCLUDED FOR THE SAKE OF COMPARISONS

2) S - SOLID; L - LIQUID

3) NEGLIGIBLE4) - IMPLIES DATA NOT AVAILABLE


einiger Salzhydrate (nach AT-83)

MATERIAL(WEIGHT I OF COMPOUND

IN BRACKETS)

MELTINGPOINT

'C

HEAT-OF-FUSION

KJ/KG KG/DM'

SPECIFICHEAT

KJ/KG K

COST

DM/KG

REFERENCE

NA2 SO 4(31 S)

NACL (13 X) 4 234 - 1) - 16KCL (16 S)H2 O (40 S)

CACL2(48 S)NACL (4.3 I) 26.8 1) 20KCL (0.4 S)H 2 O (47.3 I)

CA(NO 3 ) 2 .4H2 0 (67 1) 30 136 228 - 0.324)MG(NO 3 ) 2 .6H2 0 (33 S) 20

PROPIONAMIDE (25.1 X) 50 192 1.96 (S) - 7, 19PALMITIC ACID (74.9 X) 2.40 (L)

MG(NO ) 6H 0 (53 Z) 2)3 2' 2 59.1 144 232 1.34 (5) 3) 0.44 5) 29MGCL 2 .6H 2 0 (47 X) 3.16 (L)3)

MG(NO 3 ) 2 .6H 20 (53 I)2> 61 148 249 - - 20AL(NO 3 ) 2 .9H 2 0 (47 Z)

LINO 3(27 I) 2 > 1.07 (s)3) 3,u0 5) 29NH 4 NO 3(68 S) 81.6 111 205 2.20 (03)NH 4 CL (5 X)

1) IMPLIES DATA NOT AVAILABLE 4) COST DATA IS FOR 1974

2) PROPORTIONS ARE IN MOL I

5) COST DATA IS FOR 1977 (JAPANESE MARKET)

3) S - SOLID; L - LIQUID


einiger organischer und anorganischer

Eutectika (nach AT-83)

DoubleG/oss

41

Insulating ParlitionLowered of Night

©Heat Control

un=/00bHeat

StorageWa//at90'Fwith

ChemicalHeat

Storage

Absorbed.720

Net Goias320

Eff/ciency 32X

Floor-

Room Temp 70°F

DoubleG/ass

Air Duct

InsulatedIYa/^

SUS : /000

Out.vord Loss :350

Heat/StorageN/a/! nf.

_ ^ _ a+• s / miJ/r/Chemical/ Heat //Storage

Co/lector-Temp. > /00"1-

Efficiency 377

Fan Floor

f/eat Co^trol

Room Temp_ 70?-

Net Gain370

Wand mit Latent-Wärmespeicher (nach TS-47)

a) Speicher-Wand nach dem Prinzip der

Trombe-Wand

b) Speicher-Wand mit kontrollierter Wärme-

zuführung

Abb. 2.2 -6:

vent Feu-

Abb. 2.2-7: Schema einer "Dioden- Wand" mit Latent-

Wärmespeicher (nach BJ-78)

Glasabdeckung

Luftspalt

Absorber

Beladesystem Speicherkammer Entladesystem

Wärmeübertragungsrippen Speichermedium

Wärmedämmung

Wasserkanal

Deckel

Wasseraustritt

Seitenwand

Innenberippung

Seitenwand

Rückwand(mit integriertemKanalsystem zurSpeicherentladung

Absorber(Speicherbelade-fläche)

-Wassereintritt

Boden

42

Abb. 2.2-8: Prinzipieller Aufbau eines solaren Latent-speichersystems zur Warmwasserbereitung(nach MB-85)

Abb. 2.2 -9: Schematische Darstellung eines solaren

Latent-Wiirmespeicher-Moduls mit Wasser-

entladesystcm (nach MB-85)

BetonMantelrohrLatentspeicher (KalziumchloridRohr CaC12 • 6 H2O)

Wärmeträger (Wasser)

Behältermit Glauber-salz(Na2 SO4 • 10 H2O)

Abb. 2.2-10: D reikammerstein mit Latentspeicher(nach BC-83)

Abb. 2.2-11: Vereinfachter Schnitt durch eine Decken-

platte mit Latent-Speicher (nach BJ-78)

43

44

2.3 THERMOCHEMISCHE WARMESPEICHERUNG

Das Grundproblem bei der Nutzung regenerativer Energieformen,

insbesondere der Sonnenenergie, liegt in dem Fehlen einer prakti-

kablen Möglichkeit verlustfreier Speicherung - und gegebenenfalls

Transportfähigkeit der gewonnenen Energie. Unabhängig vom Pro-

blem der ungewollten Entladung und der Reversibilität des Prozes-

ses weisen herkömmliche Wärmespeicher eine im Vergleich zu fos-

silen 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 vergleich-

baren 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 Ver-

brennungsprodukt -w-reci-e-rum Wasser ist (tsd-80) .

- einstufige oder hybride Reaktionen von Metallen (z.B. Aluminium

oder Magnesium) , welche durch Wärmezufuhr auf hohem Tempera-

turniveau aus Verbindungen isoliert und dann zu beliebigem späte-

ren 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 thermodynamischeProzesse, eher in technischen Systemen als unmittelbar in Gebäudenzur Anwendung kommen können, und daß sie damit nicht zum eigent-lichen Themenbereich dieses Querschnittsberichtes gehören. AusGründen der Vollständigkeit wurden sie dennoch erwähnt. Hinzukommt, daß Prozesse, die sowohl aus energetischer, als auch ausökonomischer 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 Energiege-

winns 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. Inno-

vationen in diesem Bereich sind allerdings eher der Haustechnik zu-

zuordnen 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 er-

reichen (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 nahe-

legt.

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 Folien-

rollo (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 photo-thermischen Nutzung der Sonnenenergie sowohl bei aktiven als auchbei passiven Systemen angewendet:

Beim Solarkollektor als Komponenten aktiver Systeme ist derAbsorber durch eine oder mehrere transparente Schichten (z .B .

aus Glas, Acrylglas oder transparenten Folien) abgedeckt. Diesetransparente Abdeckung hat die Funktion, die Strahlung zueinem möglichst großen Anteil auf den Absorber treffen zu lassen,gleichzeitig aber die Wärmeverluste des Absorbers aus Wärmestrah-lung 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 gleicheAufgabe: Minimierung der Wärmeverluste aus Abstrahlung und un-erwünschter Konvektion.

Während nun beim Kollektor und auch bei der Trombe-Wand die Wärme

mehr oder wenige kontrolliert abgeführt und unmittelbar z. B. zurWarmwasserbereitung oder zur Raumheizung genutzt wird, ist dieAußenwand mit transparenter Wärmedämmung so aufgebaut, daß der

Wärmehaushalt der Außenwand selbst im Sinne des Energiegewinnsbeeinflußt wird.

49

3.1.1 Lichtdurchlässiges energiegewinnendes Isolationssystem (LEGIS)

a) Funktion

Ein sehr einfaches und effektives Konzept ist das der lichtdurch-lässigen Wärmedämmelemente an Fassaden. Es ist in der Funktionder 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 geeig-net. Eine Schicht aus lichtdurchlässigem Wärmedämmaterial wirdvor einer Fassade angebracht. Sonnenstrahlung kann das Material

ungehindert durchdringen und wird an der als Absorber ausge-bildeten Wandoberfläche absorbiert. Von der so gewonnenen

Wärmeenergie fließt je nach den Wärmetransporteigenschaften vonIsolation 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 abhängigvon der gewählten Materialkombination:

- die zu isolierende Außenwand kann aus nahezu beliebigen

konventionellen Materialien bestehen,

- für die transparente Dämmschicht werden sowohl organischeals auch anorganische Materialien untersucht, deren Eigenschaf-

ten ebenso unterschiedlich sind (s. Abb. 3.1.1-2)

- für den erforderlichen Witterungsschutz kommt aus feuertech-nischen Gründen im wesentlichen Glas in Frage.

Drei mögliche Materialien sind im folgenden nach

(GS-84.2) dargestellt :Goetzberg.er u.a.

- PMMA-SchaumDieses Produkt ist bereits auf dem Markt erhältlich. Es besteht

aus expandiertem PMMA. Große Luftblasen im Inneren desMaterials gewährleisten gute Lichttransmission und geringe

Wärmeleitung. In größerer Dicke wird die Lichttransmissionallerdings durch starke Grenzflächenreflexion beeinträchtigt.

50

Waben- bzw. KapillarstrukturenBei diesen Strukturen verlaufen Kunststofflamellen im wesent-lichen senkrecht zur Absorberfläche. Auf diese Weise werdenalle Lichtstrahlen, die eine Richtungskomponente senkrechtzur Horizontale haben, auf den Absorber gelenkt. Durch Reflexio-nen an Ober flächen der (transparenten) Lamellen treten nurgeringe Verluste auf, da diese Art der Reflexion (Fresnel-Reflexion) im Prinzip verlustfrei ist. Wenn weiterhin gewähr-

leistet ist, daß das Verhältnis h/d groß ist (in der Praxish/d > 5), dann wird die Konvektion der Luft weitgehend unter-bunden. Je nach den optischen Eigenschaften des Absorbersund des Kunststoffmaterials können auch Verluste durch Wärme-strahlung reduziert werden. Wichtig bei diesen Strukturen ist,

daß die Lichttransmission praktisch unabhängig von der Schicht-dicke ist, so daß man optimale Transmission bei fast frei wähl-barer Wärmedämmung erhält.

AerogelDas Material, das heute nur in Form von kleinen Proben ausLaborversuchen erhältlich ist, verspricht in der Zukunft

äußerst interessant zu werden. Es besteht aus einem porösenGerüst von mikroskopischen SiO2-Kügelchen und wird durcheinen chemischen Ausfällprozeß mit nachfolgender überkriti-scher Trocknung erhalten. Seine Wärmedämmeigenschaften

sind ausgezeichnet, jedoch tritt im blauen Wellenlängenbereich

noch merkliche Lichtstreuung auf. Als Silikat ist es extremtemperaturstabil.

Im Hinblick auf eine sommerliche Überhitzung der Außenwand

ist zusätzlich ein wirksamer veränderlicher Sonnenschutz erforder-lich. Für dieses Regelungssystem kommen z. B. Rollos, Lamellenoder Folien in Frage.

c) Herstellung

- Ausgangsmaterialien sind z. B. Kunststoff-Folien und -Schäume,Aerogel und Glas.

51

- Halbzeugherstellung als vorkonfektionierte Platten mit standardi-

sierten 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 Wärmedämm-

schichten auf Außenwänden als auch als vorgefertigte Elemente

in einer tragenden Struktur.

- Gebäudeintegration:

Die transparente Wärmedämmung bildet eine zusätzliche Außen-

haut, 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 Kombina-

tion mit Sonnenschutzmaßnahmen (z.B. Rollo) ergibt sich

zusätzlich die Notwendigkeit einer weitgehenden Standardisie-

run 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, Glie-

derung

Bauphysikalische Eigenschaften, insbesondere in Bezug

auf die Dampfdiffusion

- Vergleichbare Konzepte: Trombe-Wand

52

- Aufwand/Nutzen:

Beispiel: Die nachträgliche Ausstattung einer schlecht gedämm-

ten 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 Ein-

strahlung als Wärmegewinn) .

- Zum Vergleich: vorhandene Wand, zusätzlich mit

konventioneller Wärmedämmung:

C3 = - 23 kWh/m2a

e) Forschung und Entwicklung

für Solare Energiesysteme- Fraunhofer-Institut

Oltmannstr. 22

7800 Freiburg

- Fraunhofer-Institut

Nobelstr. 12

7000 Stuttgart

für Bauphysik

in Zusammenarbeit mit Industrieunternehmen.

aulien innenBoden

Abb. 3.1.1-1 Prinzip der lichtdurchlässigen Wärmedämmung

an einer Außenwand (nach GS-84.2 )

53

54

TABELLE I

MaterialDicke(cm)

DiffuseTransmission

(%)

Wärmeverlust-koeff i zi ent

(W/m2K)

selekt.Absorber

PMMA-Schaum(2 Schichten)

5 45 - 50 1,8

Kapillar-

struktur10 60 - 65 1,0

Wabenstruktur ausdünnen Folien

10 70 - 80 1,4

Wabenstruktur ausdünnen Folien

10 70 - 80 2,2

Aerogel zwischen2 Glasplatten

1 60 - 70 2,0

Aerogelevakuiert

1 60 - 70 1,5

Abb. 3.1.1-2 Transmissions- und Dämmeigenschaften unter-

schiedlicher Materialien für die transparente

Dämmschicht (nach GS-84)

Heizenergiebeda rf Feb. 1984 Westfassadekw _1,3 W/m 2 K; kt _1 W/m2 K; fineriternperatvr 20°C

7,2

^4-

55

E

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 hoch-

transparentem 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 elektri-

sche 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 Be-

lichtung innenliegender Räume,

- als Konzentratoren auch für diffuses Tageslicht für die photovol-

taische 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 nahe-

liegt.

Eine weitere Möglichkeit bietet der Fluoreszenzkollektor als Konzentra-

tor für die photothermische Energieumwandlung. Hier werden Fluores-

zenzkollektorplatten in Verbindung mit einem Vakuum-Kollektor-Rohr

eingesetzt (s.Abb. 3.2.2-3) . Auf diese Weise wurde eine maximale Leer-

lauftemperatur 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 verbesserungs-

fähig. 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 gutbelichteten Bereichen außerhalb oder auch innerhalb von Gebäu-

den oder auch z. B. Schiffen Tageslicht in sonst nicht natürlichbelichtbare Räume weiterzuleiten. Die Notwendigkeit einer solchenBelichtung kann sich daraus ergeben, daß in der Außenhaut eine

Anordnung von Fenstern nicht möglich ist oder daraus, daß diezu belichtenden Räume keine unmittelbare Verbindung zur Außen-

haut haben.

Die wesentlichen Komponenten des Tageslichtbeleuchtungssystems

sind:

- der Fluoreszenzkollektor als Licht-Sammler an einer vom Tages-

licht gut ausgeleuchteten Stelle,

- das Lichttransport- und Verteilungssystem, zum Beispiel ausklaren Plexiglasplatten, die optisch an die Kante des Fluores-

zenzkollektors angekoppelt sind.

Prinzip und Realisierungsmöglichkeiten von Tageslichtbeleuchtungs-systemen 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. farbdotier-

tes Plexiglas. Die für die Gebäudeintegration wesentlichen Material-

eigenschaften sind:

- Plexiglas ist ein brennbarer Baustoff (Brennbarkeitsklasse B2

bzw. B1 nach DIN 4102, Teil 1), entsprechend sind ggf. Vor-

kehrungen im Hinblick auf den Brandschutz erforderlich,

- die für die Fluoreszenz verwendeten Farbstoffe müssen dauer-

haft lichtstabil sein.

c) Herstellung

- Ausgangsmaterialien:Acrylglas, das für den Fluoreszenzkollektor mit fluoreszierenden

Farbstoffen dotiert wird, z. B. BASF 241,

- Halbzeugherstellung:plattenförmige Materialien nach bereits üblichen Verfahren,

- Bauteilherstellung:

Vorkonfektionierung zu funktionsfähigen Komponenten in den

endgültigen Abmessungen, im wesentlichen nach Verfahren

der Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe,


Montage funktionsfähiger Komponenten

d) Anwendung


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 Spektral-

bereich) zur Verfügung, das entweder durch Filterung (Licht-

verluste !) 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.


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 Ener-

giemenge von 175 kWh/mza.

(s . a. Kap . C . 2 "Ökonomische Konsequenzen") .

58


- Fraunhofer-Institut für Solare EnergiesystemeOltmannsstr.227800 Freiburg

59

optische Ankopplung

Lichtleitplatte

innen(dunkel)

Fluo reszenz -kotlektor

außen(hell)

f4‘

a

L Lra^

b

Tageslicht

60

Wand

Abb. 3.2.1-1 Prinzip eines Tageslichtbeleuchtungssystems

mit Fluoreszenzkollektor

d

c

Abb. 3.2.1-2 Verschiedene Realisierungsmöglichkeiten von Fluoreszenz-

kollektor-Tageslichtbeleuchtungssystemen. a) Beleuchtung

von der Fassade, b) vom Dach aus, c) Treppenhausbeleuchtung,

d) Ausnutzung des Lichtes in einem hellen Raum. F = Fluo-

reszenzkollektor, 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

a) Funktion

Als Konzentratoren für gerichtetes und für diffuses Licht dienenFluoreszenzkollektoren dazu, den Solarzellen-Bedarf pro instal-

lierte Leistung zu reduzieren. Sie bedürfen keiner Nachführung.

b) Eigenschaften

Nach Angaben des Forschers hat der Fluoreszenzkollektor ohneSolarzellen einen internen Wirkungsgrad von 40 der die Ver-luste von Lichtumwandlung in Fluoreszenzlicht, Einfang des Fluores-zenzlichtes und die Lichtleitung berücksichtigt. Der Absorbtions-grad für die einfallende Solarstrahlung beträgt ca. 15

Hinzu kommt der Wirkungsgrad der Solarzellen, so daß sich ins-gesamt ein Wirkungsgrad von 1 bis 2,5 % je nach Art der Solar-zellen ergibt.

Das verwendete Material (Acrylglas) ist ein brennbarer Baustoff

nach DIN 4102, was bei einer Gebäudeintegration zu berücksichtigenist.

c) Herstellung

- Halbzeugherstellung

Aus Acrylglas, das mit fluoreszierenden Farbstoffen dotiert ist,werden dünne Platten hergestellt.

- Bauteilherstellung:Die Kollektorplatten erhalten einen Rahmen sowie an einer oderzwei Kanten Solarzellen zur Umwandlung des konzentrierten

Lichtes in Elektrizität. Zur Stabilisierung und für den Kanten-schutz ist der Rahmen in der Regel erforderlich.

- Gebäudeintegration:Der Fluoreszenzkollektor kann im Gebäude gleichzeitig die Funk-

tion eines transluzenten Bauteils in solchen Anwendungsfällenübernehmen, bei welchen die Lichtfarbe eine untergeordnete Rolle

63

spielt. Die Integration kann dann in Form einer festen Verglasungz. B. in Brüstungsfeldern oder auch eines Oberlichtes erfol-gen. Wegen des Kantenschutzes und der an den Kanten ange-brachten Solarzellen sind angepaßte Konstruktionen erforder-lich. Ggf. kann auch die Kombination mit Glas sinnvoll sein.

d) Anwendung

- Anwendungsbereiche

unabhängig von Gebäuden als elektrisches Versorgungs-

system, 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. imBrüstungsbereich, bei Treppenhausverglasungen oder

als Oberlicht

- an der Außenseite von Gebäuden vor geschlossenen Bau-

teilen im Sinne der hinterlüfteten Fassade.

- Mögliche Hemmnisse für die Anwendung

Brennbarkeit des Ausgangsmaterials (Brennbarkeits-klasse B2 bzw. B1 nach DIN 4102 Teil 1)

Funktionsbedingte Farbe, insbesondere beim Einsatzin transluzenten Bauteilen

- Vergleichbare vorhandene Produkte

für die Lichtkonzentration optische Konzentratoren, dieallerdings nur gerichtete Strahlung (direkte Sonnen-

strahlung) konzentrieren.

- Aufwand/Nutzen

Bei einem Wirkungsgrad von ca. 2 (s.vorn) und einer jähr-lichen Einstrahlung von 1.000 kWh/m 2 ergibt sich ein Energie-gewinn von ca. 20 kWh/m 2 a. Dies betrifft allerdings ausschließ-lich die energetische Funktion. Der Nutzen kann bei einemEinsatz als mehrfunktionales Bauteil wesentlich größer sein.

64

Außerdem kann, bezogen auf die Kollektorfläche, der Energie-gewinn dadurch verbessert werden, daß mehrere Kollektor-scheiben mit unterschiedlichen spektralen Absorbtionsbereichenübereinander angeordnet werden (s.a. Kap. C.2 "ÖkonomischeKonsequenzen").


- Fraunhofer Institut für solare EnergiesystemeOltmannsstraße 227800 Freiburg

einfallende Solarstrahlung(100 %)

Im Kollektor eingefangenesFluoreszenzlicht

65

Kante mrt Renekta Anzen e

Reflektor Solarzelle

transmittierteSolarstrahlung ( 80 %)

Abb. 3.2.2-1 Funktionsprinzip des photovoltaischen Fluoreszenz

-kollektors (nicht maßstäblicher Schnitt)

Akku -Hatz efunoen

1 1

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Kahle mit So6aizLAKi Sd 1a+t er

Tr>wqnn Buchse FluaeszenzWatte

Abb. 3.2.2-2 Fluoreszenzkollektor als Ladegerät für Nickel-

Cadmium-Akkumulatoren für net zunabhängigen

Betrieb (nach NN-86)

reflector

collector ,col lecto

glasstube

col lector

evacuated glass-tube collector

vacuums

absorber

66

Versuchsanordnung für die photothermische

Energieumwandlung mit Hilfe von Fluores-

zenz-Kollektoren (nach SW-86)

Abb. 3.2.2-3:

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-Rück-

gewinnung, bei welcher neben der Temperatur auch die Feuchte ausge-

tauscht 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 Wärme-

strahlung wird an anderer Stelle dargestellt (s. Kap. 5.2 "Infrarot-

verspiegelung" 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 Wellen-

längenbereich von ca. 3.0 bis 60.0 m durch besondere Beschichtungen

der Außenbauteile reflektiert. Dies bewirkt eine Verbesserung der Be-

haglichkeit 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 energeti-

sches 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 Lüftungs-

anlagen erreicht. Dabei setzen sich die Wärmeverluste aus den

Transmissions-Wärmeverlusten und den Lüftungs-Wärmeverlusten zu-

sammen. 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, zwi-

schen 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 teil-

weise dem Raum wieder zugeführt werden kann.

Roetzel (RO-81) weist nach, daß bei natürlicher Lüftung unter

Ausnutzung von Wind und Dichteunterschieden der Lüftungswärme-

bedarf bei gleicher Außenluftmenge dadurch verringert werden kann,

daß die Lüftung durch feinporöse, luftdurchlässige Außenwände er-

folgt.

Gilli (GI-82) stellt dar, daß der Energiespareffekt sowohl bei Ver-

wendung von Frischluft(Luftströmung entgegengesetzt dem Wärme-

strom) als auch von Abluft (Luftströmung parallel zum Wärmestrom)

möglich ist. Die Verwendung von Abluft bedingt allerdings eine

Umkehrung der Luftströmung in gewissen Abständen, um entstehen-

des Kondensat wieder zu entfernen.

Außerdem beschreibt er eine mit einer transparenten Außenhaut ver-

sehene 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 nied-

rigere Oberflächentemperatur der Wand die Behaglichkeit im Raum

70

herabgesetzt wird. Erst eine zusätzliche Berücksichtigung beim Luft-

wechsel macht eine Verringerung des Gesamtwärmebedarfs um ca. 30 %

möglich. Insgesamt kommt er zu dem Ergebnis, daß der Gesamtwärme-

bedarf 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).

4.1.1 Porenlüftung

a) Funktion

Über luftdurchlässige (offenporige) Außenflächen strömt Frisch-luft in den Raum. Die Außenflächen wirken dabei als großflächige

Wärmetauscher. Die Transmissionswärme dient zur Erwärmungder Zuluft. Dadurch sind effektive Wärmedurchgangskoeffizientenvon 0 W/m 2 K möglich. Die für den Luftdurchgang erforderlichen

Druckunterschiede können durch mechanische Anlagen hervor-gerufen werden.

b) Eigenschaften

abhängig von den verwendeten porösen Materialien.( s.u.)

c) Herstellung, Ausgangsmaterialien, Halb zeugherstellung undB auteilherstellung:

- Poröse Dämm-Materialien in üblicher Ausführung als Filze oder

Platten (z.B. Glaswolle, Mineralwolle, Kokosfaser), lose Schüt-tungen (z.B. Perlite, Leca, haufwerksporige Betone, Sägespäne)

- Gebäudeintegration , Endverarbeitung, Montage:Einbau konventioneller poröser Dämm-Materialien (z. B. Glas-

wolle, Mineralwolle, Kokosfasern) in Außenwände und Decken.Zusätzlich erforderlich ist eine geschlossene Außenhaut sowieggf. Filter und mechanische Luftumwälzung.

d) Anwendung

- Anwendungsbereiche:StallungenWohnbauten (Einfamilienhäuser)GeschoßwohnbautenBürobauten

71

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 redu-

ziert 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

72

nachträglicher Einbau (außen)dichte Fassade

äußerer Zuluftkanalduftdurchlässige Dämmplatte

innerer Zulu ftkanalsY vorhandene Mauer

i. \&///////j

..Bohrungen0,try • für Zulu! I

Anzahl,Größe,Verteilungnach Er-fordernis

lyl-fmind. 5cm

d nach Bemessung für 1(0nd.5 cm

Offener Frst

bei Feuchträumen:ev. Kondensatfarg

wärmmegedärrmtAbiuttkaminRegelklappe

eventuellWärmepumpegier-Lauscher

y.5rrt3/m2hPaNL

PORENLÜFTUNGwärmeökonomische Verbesserung

73

Abb. 4.1.1-1 Prinzip der Porenlüftung für einen Dachausbau (I)

und eine Außenwand (II) (nach BA-81)

FORSCHUNGSPROJEKT "PORENLÜFTUNG' . BMfBuT F511:V0RSCHLAG FÜR EINEN SAALNEUBAU

Porendecke auf Brettbinder. ALTERNATIVE : abgehängte Porendecke unter Betonschale

BlechdachHintert0ftungZulu' traum

^y^}^j{}^ ^,

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( — neu_ I • wni

FORTLUFT

t-

(t.

EROGESCHOSS 1100

Leimbirde'20/116

&ettbinder

IlLSCHNITT A-A 1 100

Blechdach 02' Holzschalung5 Hint erliiftun

Alutolie verkebt2s Holzschalung

T2 Mineralvolle2s min. Holzvoller ilte

•Brett binder

ETAILC 110

NVA- GUMPENSTE IN

Rabi 'tie:

.wmw.y^2::^fF^^ ^nrw.w^.v

a

^^v^' Sichtschalung1^ ^- w^ê-Referat Bauwesen SCHNITT 0-0 1 : 10 luftdurchlässige

PCRENOECKE

ZULUFTEinstieg 60/60

SCHNITT B-B 1100

. .... a^q`

p rru SORE N

74

Abb. 4.1.1-2 Vorschlag einer Porenlüftung für einen Saalneubau

(nach BA-81)

Schwerkraft -Porenlüffund bei Gescho(3-wohnbauten-Prinzip

WINTER I SOMMER

44gig

e lzli...^:. , aatusa 'aiäiiiit

J

offener First

reegqelbareAt ftfän

Zuluftteitungoder im Deckschatloedäm

abgehängteDecke

ein schatt9edämmtesf/ zentraleZuluftgerät pra Wohn- Filterungeinheil

innen vorgesetzte PorenwändeApluft

75

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- undAbluft großflächig durch luftdurchlässig ausgebildete (fein-poröse) Außenbauteile zu- oder abgeführt wird (s.a. "POREN-

LÜFTUNG" Kap. 4.1.1). Zusätzliche Nutzung von Solarenergiedurch verglaste, luftdurchlässige Südwände.

b) Eigenschaften

Die Eigenschaften sind abhängig vom verwendeten Material fürdie poröse Schicht, z. B. Mineralfaserplatten.

Bei Mineralfaserdämmstoffen ist nach Angabe des Forschers auf

Grund von Versuchsergebnissen ein Austrag von Fasern nichtzu erwarten.

Herstellung

- Ausgangsmaterialien, Halbzeugherstellung und Bauteil-herstellung :

Poröse Dämm-Materialien in üblicher Ausführung als Filze oder

Platten (z.B. Glaswolle, Mineralwolle, Kokosfaser), lose Schüt-

tungen (z.B. Perlite, Leca, haufwerksporige Betone, Sägespäne).

- Gebäudeintegration , Endverarbeitung, Montage :

Einbau konventioneller poröser Dämm-Materialien (z . B . Glaswolle ,Mineralwolle, Kokosfasern) in Außenwände und Decken. Zusätz-lich erforderlich ist eine transparente Außenhaut sowie ggf.Filter und mechanische Luftumwälzung.

d) Anwendung


Stallungen

Wohnbauten (Einfamilienhäuser)Geschoß wohnbautenB ürobauten

- Evtl. Hemmnisse für die Anwendung:

Die Abstimmung von Baudetails, Lüftungsplanung, Bauaus-

führung, Installationstechnik und Nutzerverhalten entschei-

det 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 "ÖkonomischeKonsequenzen")

- Weiterentwicklung:

- "Atmungslüftung" (5. Kap . 4.1.3 )


Univ. Doz. Dipl.-Ing. Dr. techn. Helmut BartussekFalkenburg 134

A 8952 Irdning

77

konditionierteZuluft

poröseSpeicherwand

Abb. 4.1.2-2 Varianten der Luftführung beim Solporsystem für

Zuluft- und Umluftführung sowie für den Sommerbetrieb

(nach BA-85)

78

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 voran-gegangenen Kapiteln dargestellten "Porenlüftung" und des"Solpor-Systems". Beheizte Aufenthaltsräume werden belüftet,indem Zu- und Abluft großflächig durch luftdurchlässige, fein-poröse Außenbauteile (Wände und Decken) geführt wird. DieseLuftführung vollzieht sich in periodischem Wechsel der Strömungs-richtung. Durch einen zusätzlichen regenerativen Rückgewinnungs-effekt wird so im Vergleich mit der einfachen Porenlüftung zusätz-lich Wärme eingespart, die sonst mit der Abluft verlorengeht.

b) Eigenschaften

Es wurden Versuche an einem Modell aus 10 cm dicken luftdurch-lässigen Steinwolleplatten durchgeführt. Nach den Versuchsergeb-nissen können die Phasen der Strömungsrichtungen bei 1 bis 30

Minuten liegen, ohne daß deren Länge einen wesentlichen Einflußauf 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 einekoordinierte Planung voraussetzt. Die einzelnen Bauteile und Kom-ponenten können dann nach üblichen Verfahren hergestellt und

eingebaut werden.

d) Anwendung


Wohnungsbau, Bürobau, Schulen, Stallungen

80

Hemmnisse für die Anwendung:

Sorgfältig abgestimmte Planung des gesamten bau- und in-

stallationstechnischen Systems erforderlich.

Nutzerverhalten muß auf das System abgestimmt sein.

Festlegungen in Bezug auf die Ober flächenbehandlung der

raumseitigen Ober flächen der durchströmten Außenbauteile.

Filterwirkung der durchströmten Bauteile kann langfristig

zu Verschmutzungen führen.

Aufwand/Nutzen:

Der durch den Forscher benannte Effekt einer 50 eigen Reduk-

tion 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 Transmissionswärme-

verluste 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.


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 durch-

führbar, und so kommt es darauf an, für die jeweilige Gebäudefunk-

tion ein Optimum zu finden. Dieses Optimum ist z. B. davon abhängig,

ob der Innenraum klimatisiert ist oder nicht. Bei klimatisierten Gebäu-

den entsteht der größte Energiebedarf durch die Kühlung in der

Übergangszeit und im Sommer, während bei nicht klimatisierten Ge-

bäuden 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 zurück-

gewonnenen Wärme die Frischluft vorzuwärmen. Entsprechende Aggre-

gate zum Einbau im Fenster oder Fensterrahmen sind im Handel. Sie

sind neben dem Wärmeaustauscher mit einem Ventilator und mit Ein-

richtungen zur Schalldämmung ausgestattet. Bei entsprechender kon-

struktiver Ausbildung sind sie in der Lage, auch Luft aus dem Zwischen-

raum 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 Einfachver-

glasung und einer äußeren Doppelverglasung geführt. In dem Zwischen-

raum 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 ab-

gegebene 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 gegen-

über:

- Notwendigkeit mechanischer Lüftungseinrichtungen,

- Wertlosigkeit der bereits abgekühlten Abluft für eine Wärmerück-

gewinnung 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 Behag-

lichkeit im Raum deutlich verbessert wird. Hier könnte ergänzt werden,

daß diese höhere Oberflächentemperatur, insbesondere bei einer gros-

sen Fensterfläche, in gewissen Grenzen eine Absenkung der Raum-

lufttemperatur erlaubt.

Reinmuth stellt außerdem die energetischen Zusammenhänge beim so-

genannten "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 geschlos-

sen werden, so daß zunächst wärmetechnisch das Fenster entweder

den Wärmedurchgangswert einer Einfachverglasung oder den einer

Dreifachverglasung annehmen kann. Hinzu kommt die Wirkung der Ja-

lousie, 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

InnereScheibe

Au(kre Isofierscne+be

2

^

Abb. 4.2-1 Temperaturverlauf im Abluftfenster im Winter-auslegungsfall 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)

5. SONSTIGE MASSNAHMEN

Im folgenden sind insbesondere solche Maßnahmen dargestellt, beiwelchen die Aspekte der Wärmedämmung, der Wärmespeicherung,des Energiegewinns und der Wärmerückgewinnung gleichermaßenbedeutend sind, so daß die Zuordnung zu einem einzigen dieserAspekte nicht sinnvoll erscheint.

Dies gilt für die im Kap. 5.1 benannten Maßnahmen, bei welchenluftdurchströmte Bauteile sowohl Energie aus der Umwelt gewinnenals auch Abwärme des Gebäudes rückgewinnen können und bei denenauch eine Zwischenspeicherung der Wärme in Bauteilen erfolgt.Auch die von Wasser oder einem, anderen flüssigen Wärmeträger-medium durchströmten Außenbauteile, die im Kapitel 5.2 dargestelltsind, werden so ausgelegt, daß sie jede dieser drei Funktionen

in gewissem Maße übernehmen können. Außerdem werden Maßnahmenerwähnt, die im wesentlichen dem Schutz vor unerwünschter Ein-strahlung dienen und die in der Regel glechzeitig die Funktion einesthermischen Gleichrichters (Energiedurchlässigkeit, z. T. regelbar,

in einer gewünschten Richtung) übernehmen können.

Die im Kap. 5.3 dargestellten Maßnahmen basieren auf einer imBereich der Wärmestrahlung reflektierenden Beschichtung von Fen-

stern und von nicht transparenten Bauteilen.

Weitere Maßnahmen zur Steuerung der Energiedurchlässigkeit, hierim wesentlichen im sichtbaren Bereich des Sonnenspektrums, sind u. a. :

- die Anordnung von richtungsabhängigen Verspiegelungen imZwischenraum von Isolierverglasungen, welche für steil einfallen-des Licht (Sommer) undurchlässig, für die flach einfallendeSonnenstrahlung im Winter jedoch durchlässig sind (K0-83, AL-83) ;

- die temperaturabhängige Lichtdurchlässigkeit von Baumaterialien,

insbesondere von Verglasungen (IB-83) und die Steuerungder Lichtdurchlässigkeit durch andere physikalische Einflüsse;

- verstellbare Blendensysteme (Louver) , welche, vor transparen-ten oder geschlossenen Bauteilen angeordnet, den Durchgangder Sonnenstrahlung regeln (WI-82).

86

87

Diese Maßnahmen sollen hier lediglich erwähnt werden. Ihre Wirksam-

keit 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 raumluft-

technische 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 Quer-

schnittsberichtes ist, auf den Bereich der Meß- und Regeltechnik

hinzuweisen. Der Einsatz der Mikroelektronik erlaubt bei der Rege-

lung von Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystemen wesentliche Energie-

einsparungen 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 Regel-

einrichtungen 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, die-

sen Hohlräumen bei nur geringfügiger Modifikation durch die Her-

stellung zusammenhängender Kanalsysteme eine zusätzliche Funk-

tion 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 beidenSchalen ist durchgehend. Aus diesem Luftraum wird die Luftvom Dach her durch die Außenwände und durch die Kellersohle

angesaugt. Dabei nimmt sie Wärme aus der Abwärme des Gebäudesund aus dem Erdreich auf. Diese Wärme wird ihr durch eineLuft-Wasser-Wärmepumpe entzogen und mit höherer Temperaturder Fußbodenheizung zugeführt. Die entsprechend abgekühlte

Luft wird durch einen Schacht wieder in den Dachraum geblasen,von wo aus sie von neuem zur Wärmeaufnahme angesaugt werdenkann (Abb. 5.1.1-1) .

In dem Luftspalt wird die Temperatur im Vergleich zu einemstationären Zustand abgesenkt. Dadurch wird die Wärmeabgabean die Umwelt verringert. Zusätzlich wird Wärme aus dem Erd-

reich gewonnen.

b) Eigenschaften

Die Außenbauteile können mit herkömmlichen Materialien erstellt

werden. Entsprechend ergeben sich keine Besonderheiten inBezug auf den Schall-, Brand- und Feuchtigkeitsschutz

(s. Abb. 5.1.1-2).

c) Herstellung

Entsprechend der gewählten Konstruktion werden herkömmlicheVerfahren (Mauerwerk, Stahlbeton, Stahlbetonfertigteile u.a.)

eingesetzt. Anschlüssen wie Deckenauflagern, Fensteranschlüssen,

Gebäudeecken u.a. ist, insbesondere in Bezug auf die ununter-brochene Durchführung der Wärmedämmung, besondere Sorgfaltzu widmen, da diese Punkte bei mangelhafter Ausführung leicht

zu Bauschäden führen können. Dies gilt auch für die konstruktiveVerbindung der beiden Schalen untereinander.

d) Anwendung

- Anwendungsbereiche:beheizte Gebäude allgemein, insbesondere Wohnungsbauten

- Mögliche Hemmnisse für die Anwendung:Erhöhter Aufwand im Rohbau (zweischalige Außenbauteilemit durchgehendem Luftraum) ,nachträgliche Installation bei bestehenden Gebäuden kaummöglich,

Absenkung der Oberflächentemperatur an der inneren Ober-fläche der Außenbauteile,

- vergleichbare Konzepte:

Belüftete Fassade (s .Kap . 4.2)Massiv-Absorber (s.Kap.5.2.2)

- Aufwand/Nutzen:An einem ausgeführten Gebäude wurden Vergleichsmessungendurchgeführt (KO -83) :

- mit entsprechend dem Air-Therm-System betriebener Luft-umwälzung und Einsatz der Wärmepumpe

- als Vergleich ohne Luftumwälzung mit elektrischer Wider-standsheizung.

Aus der Hochrechnung der Ergebnisse ergab sich für dasgleiche Gebäude ein Jahresenergieverbrauch von 8.300 kWh elt/afür das Air-Therm-System gegenüber 19.600 kWhelt/a beikonventioneller Beheizung. Der spezifische Heizwärmebedarf

des Hauses bei konventioneller Beheizung beträgt ca. 50 W/m2beheizte Wohn- und Nutzfläche bei einer Außenlufttemperaturvon -12°C. Das bedeutet für das Wohnhaus (beheizte Wohn-und 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 systembedingteEnergieeinsparung von ca. 50 kWh/m 2 a bezogen auf die

Gebäudeaußenfläche.


- Air-Therm GmbH + Co KGIm Oberdorf 1 a3306 Lehre-Wendhausen

90

4^5 ^30 ^,5 ^3^ 115 1 ®

INNEN

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91

Abb. 5.1.1-1 Air-Therm-Wärmerückgewinnungssystem,

Funktionsschema

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-Abstand-

halter, (5) Luftraum, (7) Putz, (9) Air-Therm-

Doppelboden, (10) Air-Therm- Auflager, (11) Schwim-

mender 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 Bauteilekann sich unter sommerlichen Klimabedingungen ungünstig aufdas Raumklima auswirken. Stark schwankende Raumlufttemperaturen

und Uberhitzung können die Folge sein. Wasser mit seiner hohenspezifischen Wärmekapazität kann in solchen Bauteilen die Funk-tion des Wärmespeichers übernehmen und sich so stabilisierendauf das Raumklima auswirken (K0-78).

- Außenbauteile sind, auch bei guter Wärmedämmung, diejenigenFlächen, über welche unter winterlichen Klimabedingungen dieWärme aus dem Raum abfließt. Mit der dadurch verursachtenniedrigen Oberflächentemperatur wird auch das Behaglichkeits-

gefühl in der Nähe dieser Bauteile reduziert. Eine Durchströmung

mit Heizungswasser macht die Außenbauteile zu Heizflächen und hebt den oben dargestellten Nachteil auf. Außerdem kannunter 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 dieserForm können sie außerdem auch Wärme aus der Sonnenstrahlungaufnehmen und über die Wärmepumpe an das Heizsystem abgeben.Das Außenbauteil wird damit zum Absorber im Sinne des Energie-daches oder der Energiefassade (HU-84) .

Die hier aufgeführten Ansätze können einzeln oder auch miteinanderkombiniert in Bauteilen angewandt werden. Entsprechende Entwick-lungen werden im folgenden kurz dargestellt.

5.2.1 Wasserdurchströmte Außenbauteile zur Raumheizung und -kühlung

a) Funktion

An der dem Raum zugewandten Seite vornehmlich leichter, ge-schlossener Außenbauteile ist ein Kanalsystem angeordnet, das

wahlweise von warmem oder auch von kaltem Wasser durchströmtwerden 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 Strahlungals auch in Form von Konvektion. Das Konzept beinhaltet dieVersorgung mit warmem und kaltem Wasser aus jeweils einemwarmen und einem kalten Tank, deren Temperatur mit Hilfeeiner Wärmepumpe geregelt werden kann. Zur Versorgung mit

Wärme aus der Umwelt können Sonnenkollektoren, Absorber, Erd-reich- und Grundwasser-Wärmetauscher in das System integriertwerden. Die folgenden Ausführungen beziehen sich ausschließ-

lich auf die Außenbauteile und gehen nicht weiter auf die üb-rigen Komponenten des Systems ein.

b) Eigenschaften

Es werden zwei Grundausführungen dargestellt, welche dann aufähnliche Weise modifiziert und ergänzt werden.

Außenwandelement mit metallischen Komponenten

Ein Sandwichelement aus zwei ebenen, an den Rändern ver-formten Blechen und einer dazwischen liegenden Wärme-dämmschicht ist an der Innenseite mit einem Trapezblechund dieses wieder mit einem zusätzlichen ebenen Blech ver-bunden (Abb. 5.2.1-2). Dadurch entsteht ein doppeltes

Kanalsystem, bei welchem abwechselnd ein Kanal über dazusenkrecht verlaufende Verteiler mit Heizungswasser durch-strömt wird, während die dazwischenliegenden Kanäle an ihren

Enden zum Raum hin geöffnet sind und so von der Raum-luft durchströmt werden können.

93

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 ange-

ordnete Schlitze kann die Raumluft durch den Hohlraum

zirkulieren und dort erwärmt werden.

Ergänzungen bzw. Modifikationen erlauben bei beiden Ausführungs-

arten

- 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 zuder üblichen Herstellung eine wasserdichte Verschweißungein wirksamer Korrosionsschutz sowie Anschlüsse an das Hei-zungssystem herzustellen.

Bei der Holz-Rahmenbauweise ist ein Heizregister mit An-schlüssen an dos Heizsystem in das Bauteil zu integrieren.

In beiden Ausführungsformen ist für den Fall der sommerlichenKühlung eine wirksame Kondensat-Ableitung erforderlich.


Entsprechend konventionellen Bauteilen vergleichbarer Bau-weise. Zusätzlich Anschluß an das Heizungssystem undggf. 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 grös-seren Behaglichkeit durch Vermeidung von Abkühlungsflä-chen im Raum. Hinweise zur Energieeinsparung werden durchden Forscher nicht gegeben. In Analogie zu den an andererStelle gemachten Ausführungen (z . B . Kap . B . 5.3) kannan genommen werden , daß die Raumlufttemperatur um 1... 3 Kabgesenkt werden kann. Ein Teil des daraus resultierendenEnergiegewinns wird allerdings wieder durch die Anordnungdes Heizregisters in der Außenwand verlorengehen.Eine Absenkung der Raumtemperatur um 1 K entspricht einerEnergieeinsparung von ca. 5 Dies würde bei einer 100 m2großen Wohnung und einem Außenflächenanteil von 50 m 2 , davon25 m 2 geschlossen, und einem spezifischen Heizenergieverbrauchvon 160 kWh/m 2 a (bezogen auf die Wohnfläche) ca. 16 kWh/m2aAußenwandfläche entsprechen.

e) Forschung, Entwicklung:

Prof. Dr.-Ing. Friedrich Haferland

Technische Hochschule Delft/NL.

Auf die Konstruktonen sind Schutzrechte angemeldet.

96

LUFTZIRKULATIONBEI KÜHLUNG IMSOMMER —^

LUF TZIRKULATICNBEI HEIZUNG IMWINTER

• OOnnrnu

b) WASSER-WÄRMETAUSCHER0-11—.I WJA

VOR-UND RÜCKLAUFRINGLEITUNGEN

R^•il^'C.t! VP.I.VIMYY.M•.TN.Y1 T{

FLUSSWASSER-ABZWEIGKANAL

GRUNDWASSER-BRUNNEN

11-11-1-1+-141-1-1411-11-H Ê'.ii{r^dl^v:^w ̂wavwl^..^► ^

KALTWASSERTANKWÄRMETAUSCHER FÜR:KUHLWASSERENTNAHME

^—KÜHL- BZW, WÄRMEPUMPE EXTERNE KÜHLQUELLEN

`WARMWASSERTANKCaCIa SCHMELZWÄRMESPEICHERWÄRMETAUSCHER FÜR:HEIZWASSER ENTNAHMEKÜHL- BZW. WÄRMEPUMPE

VARIANTEN NATÜRLICHERWASSERKÜHLUNG DURCHEXTERNE WÄRMETAUSCHER

a ) LUFT-WÄRMETAUSCHER--^GEBÄUDEQUERSCHNITT MIT LUFTFÜHRUNG

97

UMWÄLZPUMPEUND

THERMOSTAT-MISCHVENTIL

Abb. 5.2.1-1 Gebäudequerschnitt mit Darstellung

der Funktion als Grundausführung

(nach HA-80)

IFlu

VERTIKALSCHNITT

PANEELBLECH AUSSENWARMED XMMSCHIC HTPANEELBLECH INNENFALZBLECH FUR KANXLELUFT- (ODER WASSER-I KANALBLECHVERKLEIDUNG INNEN

HORIZONTALSCHNITTEELEM EN TA NSCH LU SS

InA YRIMMilla I til nMNEOPR ENEPROFILE

ST U T ZE NA NSCHLUSS

DETAILS

UNTERELUFTSCHLITZE

STÜTZE

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• N • \• \\•\ ‘,_‘\‘• \

DECKE

OBERE

LUFTSCHLITZ E

FENSTERELEMENT

•WASSERKANÄLELUFTKANÄLE

VOR-UND RÜCKLAUF-

0 0 II — THE RMOSTATVENTILST EIGELEIT UNGEN

..,01A4 KONDENSRINNE it- _O

NI

tr

98

Abb . 5.2.1-2 Wasserdurchströmte metallische leichte

Außenwand - Wärmeabgabe über Strahlung

und Konvektion (nach HA-80)

a VERTIKALSCHNITT

111*"....41017§VERTIKALE HOLZ SCHALUNGHORIZONTALE LATTUNGPU-SCHAUM-WARMEDXMMUNGAUFKASCHIERTE ALUFOLIENGIPSKARTONPLATT EN

weir0.47.

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HORIZONTALSCHNITTE

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6 %LA.9 9.41

THERM MOSTATVE IL1 ST EIGEL EITUNGEN

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ANONNMINIONMWMWMINIfiii vanitliNiaarik

FE NSFENSTERELEMENT

11. 1"!.a ":aua strAn„.. ,

viloweammeamer

Abb . 5.2.1-3 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 Beton-

Außenwandteile 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 Niedertemperatur-

Heizsystem 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 Wär-

me 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 betrie-

bene Wärmepumpen durch die Elektrizitätsversorgungsunterneh-

men Abschaltzeiten festgelegt werden, so daß sich ein unter-

brochener Heizbetrieb ergibt.

Herstellung

Auch die Herstellung entspricht der konventioneller Stahlbeton-

Fertigteile. Das Rohrsystem wird in die äußere Schicht des Bau-

teils vor dem Betonieren eingelegt. Nach der Montage werden

die Elemente an den Wärmeträger-Kreislauf angeschlossen.

d) Anwendung

- Anwendungsbereiche:Außenwandelemente beheizter Gebäude aller Art, Außenwändeunbeheizter Gebäude (z.B. Garagen), gebäudeunabhängigeBetonbauteile (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

Wärmepumpen-Heizsystem (mittlere Leistungsziffer = 3.0

(SN-81). Der Massiv-Absorber als solcher kann mit anderenAbsorber-Systemen verglichen werden. Aufgrund der ver-gleichsweise einfachen Herstellung (Einlegen von Kunststoff-rohren in den Beton) ist ein wirtschaftlicher Vorteil zu er-

warten, der allerdings hier nicht quantifiziert werden kann.

Der Hersteller gibt unter Berücksichtigung von Steuerver-günstigungen 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 Werk-stoff Beton.

c) Forschung, Entwicklung, Herstellung

- Fraunhofer-Institut für Bauphysik

Außenstelle Holzkirchen

8150 Holzkirchen (Obb. )

- Seemann Systembau GmbH7730 Villingen-Schwenningen

und Lizenznehmer

100

101

Abb. 5.2.2-1 Funktion des Massiv-Absorber-Heizsystems

(nach SN-81)

(1) Massiv-Absorber, (2) Regler, (3) Wärme-

pumpe, (4) Heizung, (5) Massivspeicher

102

Wärmeströme

ohne Absorber

+20 'C

Wärmeströmemit 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 Sonneneinstrah-

lung und Phasenumwandlungen (vereinfachte

Darstellung nach SN-81)

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 % Redu-

zierung 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 sei-

nen 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 reflek-

tierenden Schichten sowie bei der Anwendung in Außenwänden und in

Fenstern dargestellt.

103

5.3.1 Infrarot reflektierende Schichten

a) Funktion

Für das thermische Behaglichkeitsempfinden von Menschen inner-halb eines Raumes, gekennzeichnet durch das erreichte Maß ther-mischen Gleichgewichtes zwischen dem menschlichen Organismus

und den raumklimatischen Einflüssen, sind konvektive und radia-tive Wärmeabgabe von etwa gleicher Bedeutung (in Ruhe jeweils

ca. 5 W/m 2 K) . So kann in gewissen Grenzen eine gleiche Behag-lichkeit bei abgesenkter Lufttemperatur durch eine höhere Wärme-strahlung erreicht werden .

Übliche Baumaterialien (außer Aluminium und Edelmetallen) haben fürInfrarotstrahlung im Wellenlängenbereich von A = 0,3 bis 3, O j m

ein hohes Emissionsvermögen entsprechend dem Absorptionsver-mögen von E= 0,9 (-) .Infrarotreflektierende Schichten , wie z . B . Aluminiumfolien ,aluminium-pigmentierte Gummierungen oder Kunststoffpolymer-

beschichtungen mit Aluminiumpigmenten hingegen weisen einEmissionsvermögen von £. = 0,2 (-) auf.

Durch die Reflexion der Infrarotstrahlung an den kälteren Raum-begrenzungsflächen tritt bei sonst gleichen Bedingungen eine Rück-

erwärmung des Menschen im radiativen Bereich ein - die Wärme-abgabe verringert sich.

Untersuchungen der Wirksamkeit infrarot-reflektierender Schich-ten gehen von unterschiedlichen Ansätzen aus:

- Dieb.schlag (DI-85) untersucht experimentell Auswirkung^, ur^êrsuc^^^ ex erimentell die Auswirkunim Infrarotbereich unterschiedlich re flektierender Tapeten aufdie Temperaturempfindung und Thermoregulation von Versuchs-

personen.

- Kast und Klan (KK-83) ermitteln rechnerisch den Wärmeaus-tausch in einem Wohnraum mit unterschiedlichen Wandoberflä-chen und unterschiedlichen Heizungsarten. Dabei wird der

Mensch als Rechteckfläche mit einer Temperatur von 26° Cangenommen.

104

105

- Gertis (GE-82) ermittelt ebenfalls rechnerisch den Einflußinfrarotreflektierender Schichten in unterschiedlicher Anord-nung an Außenbauteilen.

Über infrarotreflektierende Gläser und deren Wirksamkeit wirdim Kapitel B .5.3.3 "Infrarot-reflektierende Verglasungen" berichtet.

b) Eigenschaften

Wasserdampfdiffusionswiderstandi bis unendlich, bei Verwendungvon Folien. Er kann durch Perforation oder durch Verwendungvon Pigmenten verringert werden, ohne daß dadurch die Infra-rotreflexion wesentlich beeinflußt wird.

c) Herstellung

- Ausgangsmaterialien, Halbzeuge :

Die günstigsten Reflexions- bzw. Emissionszahlen weisen Edel-metalle mit polierten Oberflächen auf. Für die praktische An-wendung kommen Aluminium-Folien, mit Aluminium beschichteteKunststoff-Folien sowie aluminiumpigmentierte Gummierungen

in Frage. Hiermit können Emissionszahlen von ca. (.,= 0.2erreicht werden.

- Gebäudeintegration, Endverarbeitung :

Infrarotreflektierende Schichten werden wirkungsvoll an Innen-oberflächen von Bauteilen oder aber in luftdicht abgeschlossenenHohlräumen angebracht, da ihre Wirksamkeit durch Konvektionstark beeinträchtigt wird (GE-82). Die Anbringung von Folien

oder Anstrichen kann nach hierfür üblichen Verfahren erfolgen.

Zu beachten ist der hohe Wasserdampfdiffusionswiderstand beider bauphysikalischen Konzeption des entsprechenden Bauteils.

d) Anwendung

- Anwendungsbereiche:Zusätzlicher Wärmeschutz von Außenwänden und von Elementenfür temporären Wärmeschutz, besonders wirksam bei thermisch

schlecht gedämmten Außenbauteilen.


Folienrollos "AGERO-SYSTEM" aus metallbedampften Polyester-

bahnen (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") Heiz-

energieeinsparungen bis ca. 12 %. Bei infrarotreflektierenden

Fensterabdeckungen außen oder innen ca. 15..40% Reduzie-

rung der Transmissionsverluste.

Ein Vergleich schlecht gedämmter mit gut gedämmten Bauteilen

(k < 0.5 W/m 2 K) ergibt nach Gertis sowohl für infrarotreflek-

tierende Außenwände als auch für Fensterabdeckungen, daß

bei gut gedämmten Bauteilen eine infrarotreflektierende Be-

schichtung praktisch ohne Wirkung ist. Gemessen bzw. be-

rechnet wurde hier der Ab fluß von Wärme durch das entspre-

chende Bauteil.

Mit modifizierter Versuchsanordnung, durch Messungen an

Versuchspersonen, stellt Diebschlag fest, daß bei gleicher

thermischer Behaglichkeit die Raumtemperatur um 1..3 K ab-

gesenkt werden kann, wenn die Außenbauteile mit einer infra-

rot-reflektierenden Schicht ausgestattet sind. Bei Räumen mit

hohen Raumtemperaturen (z. B. Hallenbädern) sei ein noch deut-

licherer Effekt zu erwarten.

Eine Absenkung der Raumtemperatur um 1 K entspricht einer

Energieeinsparung von ca. 5 Dies würde bei einer 100 m2

großen Wohnung und einem Außenflächenantei.l von 50 m 2 , da-

von 25 m 2 geschlossen, und einem spezifischen Heizenergiever-

brauch 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")

106

e) Forschung

Prof. Dr. med. Dr.-Ing. W. DiebschlagLehrstuhl und Institut für ArbeitsphysiologieTechnische Universität MünchenBarbarastr. 168000 München 40

- Prof. Dr.-Ing. W. Kast, Dr.-Ing. H. Klan

Fachgebiet Thermische VerfahrenstechnikTechnische Hochschule Darmstadt -

Petersenstr. 30

6100 Darmstadt

- o. Prof. Dr.-Ing. habil. K. Gertis

Lehrstuhl für konstruktive BauphysikUniversität Stuttgart

Pfaffenwaldring 7

7000 Stuttgart 80

107

5.3.2 Außenwand mit richtungsabhängiger Strahlungscharakteristik

a) Funktion

Ein Teil der Transmissions-Wärmeverluste eines Gebäudes wirdin Form von Wärme-(Infrarot)-Strahlung an die Umwelt abgegeben.

Andererseits empfängt das Gebäude Wärmestrahlung aus der Um-welt. Abstrahlung und Einstrahlung sind in ihrer Intensität ab-hängig von der Strahlungsrichtung und von der Wellenlänge. Eswerden Außenwandprofile vorgeschlagen, welche

- gegen den Zenit verspiegelt sind und damit eine geringe Wärme-

aufnahme bei sommerlicher Sonneneinstrahlung haben, aber aucheine geringe Wärmeabstrahlung in der Nacht und in der kaltenJahreszeit;

- gegen den Horizont besonders in dem Bereich des Sonnen-

spektrums absorbierend sind und damit Energie aus der Strah-lung der tiefstehenden Wintersonne aufnehmen können;

- außerdem gegen den Horizont im Infrarotbereich reflektierendsind und damit gleichzeitig eine geringe Emission für Wärme-strahlung haben.

Sie sind gekennzeichnet durch eine entsprechende Formgebung

(s.Abb.5.3.2-1) sowie durch die Materialwahl (Verspiegelungvon eloxiertem AC (Anticorodal) mit ca. 2.000 A Cr (Crom))

b) Eigenschaften

Der Forscher geht von einer metallischen Außenhaut aus, ohneden Aufbau der Wand näher darzustellen. Thermisch sinnvoll er-scheint eine Konzeption, bei welcher die Energiegewinne der Aus-

senhaut auch dem Gebäude selbst zugute kommen. Die bei metalli-schen Fassaden gebräuchliche Hinterlüftung schließt sich damitaus. Eine Kombination mit dem Konzept der belüfteten Fassade(s. Kap. 4.2) erscheint sinnvoll, bedarf aber in Bezug auf dieeffektiven thermischen Eigenschaften noch einer genaueren Unter-suchung.

108

109

Für die weitere bauphysikalischen Eigenschaften (Feuchtigkeits-schutz, Schallschutz, Brandschutz, Beständigkeit gegen Korro-sion etc.) dürften die für Metallfassaden geltenden Regeln auchfür diese Konstruktion anwendbar sein.

c) Herstellung

Über die Herstellung werden in den Veröffentlichungen kaum

Angaben gemacht. Die folgenden Hinweise ergeben sich in Ana-logie zu Metallfassaden aus Aluminium.

- Ausgangsmaterialien, Rohstoffe:XAnticorodal (AC) , beschichtet mit ca. 2.000 A Chrom (Cr)mit

einem Reflexionsvermögen von ca. 80 ... 85 %, teilweise schwarzgefärbt (z.B. lackiert oder eloxiert) .

- Halbzeugherstellung, Bauteilherstellung, Gebäudeintegration:

Halbzeug- und Bauteilherstellung sowie die Gebäudeintegra-tion und Montage kann weitgehend an die Technologie vonAußenwänden aus Aluminium angelehnt werden. Der Einsatz vonVerbundbaustoffen mit einer Außenhaut aus Anticorodal ist

ebenfalls denkbar. Wichtig erscheint eine Formgebung, die denSelbstreinigungseffekt der Außenwand unterstützt, besondersin Gegenden, in denen mit starken Staubablagerungen auf denschrägen (verspiegelten) Flächen gerechnet werden muß .

d) Anwendung

- Anwendungsbereiche:Außenwände von Gebäuden jeglicher Art

- Hemmnisse für die Anwendung:Ungewohnte Formgebung, die ausschließlich aus der thermi-

schen Funktion abgeleitet ist und wenig gestalterischen Spiel-

raum, auch bei der Anpassung an umliegende Bebauung,offenläßt. Die Eigenschaften der Ober flächen werden durchVerschmutzung und Korrosion beeinträchtigt.


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. Erfah-

rungen aus praktischer Anwendung gehen aus den Veröffent-

lichungen nicht hervor.

Anhand eines durchschnittlichen Wertes der in Abb . 5.3.2-2

dargestellten Tabelle soll der winterliche Wärmegewinn über-

schläglich ermittelt werden. Die Annahmen sind:

Außentemperatur 0 °C

Innentemperatur: 20 °C

Wärmedurchgangskoeffizient (k), 0.8 W/mzK

Wärmeübergangskoeffizient (a ) 8 W/m2K

Infrarotstrahlung aus

Atmosphäre und

Erdoberfläche: 250 W/m2

Globalstrahlung: 0 W/m2

Dauer/Heizperiode: 5 Monate je

30 Tage je

10 Stunden entsprechend

1.500 Stunden

Emissivität (-) 0.2

Differenz des Wärmeverlustes

18.98 - 15.77 = 3.21 W/m2

Der Wärmegewinn beträgt demnach:

3.21 W/m 2 • 1.500 Stunden/a

4.815 Wh/m 2 a 5.0 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.

110

C =0

C =I

WANDPROFIL 1

WANDPROFIL 2

111

Abb.5.3.2-1 Wandprofile mit richtungsabhängiger Strahlungs-

charakteristik . Schwarze Flächen sind durch E = c . = 1, ideal

spiegelnde Flächen durch E = oc = 0 charakterisiert.

112

E T,,.(° C) Q(E)

(W m-'- )

G(%)

I, -3,73 18,98 00,9 -3,35 18,68 20,8 - 2 ,94 18,35 30,7 -2,50 18,00 50,6 -2,30 17,62 70,5 -1,52 17,22 90,4 -0,97 16,78 120,3 -0,36 16,29 140,2 -0,29 15,77 170,15 -0,65 15,48 180,10 1,02 15,18 200,05 1,41 14,87 220,00 1,82 14,54 23

Abb.5.3.2-2 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 anHeizenergie 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°CTL = 0°C, IA = 250 Wm-2, IS=0

klare Winternacht sonniger Wintertag

T,,.(° C) Q Tw(°C) Q(Wm-2 ) (Wm-2)

schwarze -3,7 19,0 38,0 -14,4FlächeProfil 1 -0,7 16,6 18,4 1,3Profil 2 -0,2 16,1 13,7 5,5verspiegelte 1,8 14,5 1,8 14,5Fläche

Abb.5.3.2-3 Vergleich der Wärmeverluste Q (Wm- 2 ) einer

ebenen schwarzen und einer ebenen verspiegelten Wandober-

fläche mit dem Wärmeverlust der Wandprofile 1 und 2. Der

Öffnungswinkel für Wandprofil 1 ist r = 90°. Für das Wand-

profil 2 ist der Öffnungswinkel = 30° und das Verhältnis

d/1 = 0.5. Innen und Außentemperaturen T iund TL sowie

der k-Wert k' der Außenwand entsprechen den Werten der

Tabelle 1. Für diese Tabelle wurde mit einer Sonneneinstrah-

lung von 600 W m- 2 gerechnet.

113

Infrarot-re flektierende Verglasungen 5.3.3

a) Funktion

Verglasungen haben in Bezug auf den Energiehaushalt von Gebäu-

den neben dem Nachteil eines im Vergleich zu nicht transparenten

Bauteilen schlechteren k-Wertes den Vorteil, Wärmeenergie aus direk-

ter und diffuser Sonnenstrahlung gewinnen zu können. Dies gilt

umso mehr, je mehr Sonnenstrahlung ( ? 0.3...3.0 »um) die Ver-

glasung 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 Be-

schichtungen mit Edelmetallen erreicht, die im sichtbaren Spektral-

bereich nicht wahrnehmbar sind.

b) Eigenschaften

Folgende Ausführungsformen wurden untersucht bzw. vorgeschla-

gen (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) , infra-

rotreflektierende 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), infrarotreflek-

tierende 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 entspre-

chen denen von Isoliergläsern.

c) Herstellung

Ausgangsmaterialien, Rohstoffe:

unterschiedliche GlasartenIndium

Zinn

Silber

Gold

- Halbzeugherstellung:Je nach Verfahren Aufbringen der IR-Reflexschicht durch

Bedampfen, Besprühen oder Tauchen

- Bauteilherstellung:Kombination von Einzelscheiben zu Isoliergläsern, auch mitspeziellen Anforderungen

- Gebäudeintegration, Endverarbeitung, Montage:

Isolierverglasung mit der entsprechenden (bekannten) Tech-nologie .

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 Herstellungs-

Kosten als Hemmnis genannt .

- Vergleichbare vorhandene ProdukteCLIMAPLUS N (VEGLA, Aachen)

iplus neutral (INTERPANE, Lauenförde)

- Aufwand / Nutzen: (s . Kap . C .3 "Ökonomische Konsequenzen")

- Bemerkungen :Eine Weiterentwicklung der VEGLA, Aachen, bei welchen mandas Prinzip der Vakuum-Isolierung durch evakuierte Glasröh-

ren mit dem der Infrarotverspiegelung verband, wurde wegendes zu hohen Aufwandes bei geringem Nutzen nicht weiter ver-folgt (lt. mündlicher Auskunft) .

114

115

Der gleiche Zusammenhang bei infrarotreflektierenden Schei-

ben 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 Infrarotreflek-

tion 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)

I II III

116

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-reflektie-

render Folie (SCHOTT)

117

C.1 FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG

Die folgende Gruppierung der im Abschnitt B. dargestellten Maßnahmen

soll eine Orientierungshilfe in Bezug auf deren praktische Realisierbar-

keit geben. Dabei ist zu berücksichtigen, daß im Einzelfall der noch aus-

stehende 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 Vereinfachun-

gen sind andererseits hilfreich, den Trend deutlich werden zu lassen.

Hierzu werden die Maßnahmen in folgenden drei Gruppen zusammenge-

faßt:

- anwendungsreife Maßnahmen, bei welchen Forschung und anwen-

dungsbezogene 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 Auf-

wand für die noch ausstehenden Schritte. Eine Beurteilung, welcher

Entwicklungsaufwand im Einzelfall sinnvoll wäre, würde eine Abschät-

zung 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 ausführ-

licher Dokumentationen als Planungs- und Ausführungshilfe für den

Anwender erforderlich, ähnlich denen, wie sie für konventionelle Materia-

lien und Konstruktionen bis hin zu Normen und Vorschriften vorliegen.

Dies entspricht aber durchaus dem Charakter der "innovativen" Maßnahme,

118

deren breite Einführung in das Bauwesen noch bevorsteht.

Maßnahmen, die in diesem Sinne anwendungsreif sind und die auchbereits angewendet werden, sind das Air-therm-System (s KapB.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 wesentlichendie anwendungsbezogene Entwicklung und Erprobung ganz oder inwesentlichen Teilen noch aus. Diese umfaßt u. a.:

- die Klärung konstruktiver und materialbezogener Standards ,

- eine Erprobung in solchem Umfang, daß auch eine Gewährleistungin dem im Bauwesen üblichen Umfang ohne Risiko übernommen

werden kann,

- Planungshilfen, insbesondere in Bezug auf eine sichere Dimensio-nierung und in Bezug auf die Wechselwirkungen z. B. mit denHeizungs- 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 Herstellungs-techniken gegenüber vergleichbaren Konstruktionen (z. B. hoch-wertigen Verbundglasscheiben) keinen wesentlichen Vorteil ver-sprachen.

- Das Folienrollo (s . Kap . B .1.2.1) bedarf noch der anwendungsbe-zogenen Entwicklung und breiten Erprobung. Es erscheint in be-sonderem Maße geeignet für eine industrielle Herstellung im Zu-sammenhang mit Fenstern.

- Für Fluoreszenzkollektoren zur photovoltaischen Energieumwand-lung (s. Kap. B.3.2.2) ist der gesamte Bereich der baulichen Inte-gration noch zu entwickeln bzw. zu erproben. Hierzu gehören ins-

besondere die Aspekte des Brandschutzes sowie der konstruktivenund gestalterischen Verträglichkeit. Hinzu kommt, daß geeigneteAnwendungsmöglichkeiten für den Einsatz der Photovoltaik imBauwesen identifiziert werden müssen.

119

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) könnenin Bezug auf den Entwicklungsstand zusammen dargestellt werden,da sie auf gleichen bzw. sich ergänzenden Grundlagen aufbauen

und auch vom gleichen Forscher vorgeschlagen wurden . Die an-wendungsbezogene Entwicklung und Erprobung müßte sich hier-bei 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 Planungsricht-linien erforderlich, die außer Fragen der Dimensionierung und Aus-legung auch den formalen Bereich abdecken müssen (Akzeptanz ?) .

- Belüftete Fenster und Fassaden (s. Kap. B.4.2) bedürfen in Bezugauf den innovativen Anteil weiterer praxisbezogener Erprobung,insbesondere auch der Wechselwirkungen dieser Maßnahme mit demLüftungs- und dem Heizungssystem des Gebäudes. Hieraus sollten

technische Standards und Planungshilfen abgeleitet werden.

- Auch bei wasserdurchströmten Außenbauteilen zur Raumheizungund -kühlung (s . Kap . B . 5.2.1) ist noch eine anwendungsbezo-gene Entwicklung und Erprobung erforderlich, insbesondere im

Hinblick auf ausführliche Planungsrichtlinien.

- Bei infrarotreflektierenden Schichten (s . Kap . B . 5.3.1) wären ins-besondere solche Hinweise hilfreich, mit welchen besonders sinn-

volle Anwendungsbereiche identifiziert und die Kombination mit an-deren Maßnahmen zur Energieeinsparung vollzogen werden kann.

- Die anwendungsbezogene Entwicklung und Erprobung, ggf. auchnoch ergänzende Untersuchungen im Bereich der Basisforschung

sollten sich bei der Außenwand mit richtungsabhängiger Strah-lungscharakteristik (s . Kap . B .5.3.2) , insbesondere auf Material-fragen (Absorptions- und Emissionseigenschaften, auch im Zu-sammenhang mit Veränderungen der Ober fläche durch Umweltein-

flüsse und Verschmutzung) , Konstruktionsalternativen sowie auf dieKombination dieser Maßnahme mit anderen beziehen.

- Für infrarotreflektierende Verglasungen (s. Kap. 5.3.3) müßtesich 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 Entwicklungs-

stand 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 bezie-

hen, 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 Ent-

wicklung einer für das menschliche Auge angenehmen, dem Weiß

angenäherten Farbe (Akzeptanzproblem !) .

C.2 TECHNISCHE KONSEQUENZEN

Bei fast allen in diesem Querschnittsbericht dargestellten innovativenEnergiesparmaßnahmen steht eine praktische Erprobung noch aus -jedenfalls eine Erprobung in dem Umfange, wie er für die Formulierungexakter Richtlinien zur Anwendung erforderlich wäre. Dem ent-sprechend können auch technische Konsequenzen eher im Sinne einerTendenz angegeben werden, ohne daß dabei auf Einzelheiten derfunktionalen, konstruktiven, herstellungstechnischen und formalenAspekte 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 wesentlichenbei Neubauten in Frage kommt;

- Maßnahmen, die über die Konstruktion von Bauteilen hinaus ein

besonderes Gebäudekonzept erfordern, und die daher bereits beider Planung des Gebäudes berücksichtigt werden müssen.

In die Beurteilung der technischen Konsequenzen fließt auch dieFrage nach der Akzeptanz ein. Diese ist ein häufig unbewußtes Ent-scheidungskriterium sowohl bei Nutzern (Bauherren z. B. bevorzugen"problemlose" Lösungen) als auch bei Planern (sie bedürfen einer auf-

bereiteten Information und der Sicherheit in Bezug auf die Auswir-

kungen) und Handwerkern (scheinbar geringfügige Einbauproblemekönnen zu einer stillen Ablehnung führen, an der eine Einführungder Maßnahme scheitert ) .

Die Gruppierung erfolgt hier unabhängig davon, welcher wirtschaft-

liche Effekt der einzelnen Maßnahme zuzuordnen ist, und auch unab-hängig vom jeweiligen Entwicklungsstand. Häufig wird es im Sinne

einer Energieeinsparung sinnvoll sein, innerhalb eines Gebäudes meh-

rere Maßnahmen miteinander zu verbinden - dies wird dann ein beson-deres Gebäudekonzept erfordern, also wesentliche technische Konse-quenzen haben, auch wenn jede Maßnahme für sich leicht applizierbarist oder nur die Konstruktion einzelner Bauteile betrifft. Im Bereich

122

123

der Energieeinsparung gilt in besonderem Maße, was dem erfahrenenPlaner auch aus anderen Bereichen der Planung bekannt ist, daßnämlich die wesentlichen Einflußmöglichkeiten auf den Energiebedarfeines Gebäudes in der Phase der Konzeption liegen.

C.2.1 LEICHT APPLIZIERBARE MASSNAHMEN

Ohne besondere Vorkehrungen und ohne konstruktive Eingriffe inBauteile können infrarot-reflektierende Schichten und Verglasungenangebracht werden.

- Infrarot-re flektierende Schichten (s. Kap. B.5.3.1) werden inForm von Folien oder Anstrichen in Außenwänden angeordnet.Dabei ist gegebenenfalls eine Veränderung im Dampfdiffusions-verhalten dieser Bauteile zu berücksichtigen .

- Infrarot-reflektierende Verglasungen (s. Kap. B.5.3.3) können

wie konventionelle Verglasungen in Fensterrahmen eingesetztwerden. Bei größeren Glasdicken (Drei-Scheiben-Verglasung,Zwei-Scheiben-Verglasung mit zusätzlicher Folie) ist ggf. einentsprechend konstruierter Fensterrahmen erforderlich.

Das Folienrollo (s. Kap. B.1.2.1) nimmt insofern eine Sonderstellungein, als es in einer einfachen Form auch wie gebräuchliche Rollosnachträglich an Fenstern angebracht werden kann. Dies wird aller-dings sowohl technisch als auch formal eher eine provisorische Lösungsein.

C.2.2 MASSNAHMEN MIT EINGRIFFEN IN DIE KONSTRUKTION

Die Mehrzahl der in diesem Querschnittsbericht aufgeführten Maßnahmenerfordert einen Eingriff in die Konstruktion der entsprechenden Bau-teile - in der Regel Außenwände und Fenster - welche ihre Anwendung

bei Neubaumaßnahmen und bei umfangreicheren Sanierungen sinnvollerscheinen läßt. Bei Modernisierungen setzen diese Maßnahmen eine

Neukonstruktion der betroffenen Bauteile und einen dementspre-chenden Aufwand voraus.

124

- Die Vakuum-Isolation (s. Kap. B.1.1.1) kann bei haustechnischenMaßnahmen, insbesondere zur Isolierung von Speicherbehälternund evtl. auch von Rohrleitungen eingesetzt werden.

- Das Folien-Rollo (s. Kap. B.1.2.1) setzt eine besondere Verbund-fenster-Konstruktion voraus, bei welcher das Rollo einschließlichder erforderlichen Trommeln und des Antriebes im Raum zwischenden Glasscheiben angeordnet werden kann. Die vom Forscher auchvorgeschlagene Anordnung an der Raumseite eines herkömmlichenFensters stellt eher eine provisorische Lösung dar.

- Latent-Wärmespeicher (s. Kap. B.2.2) können - eine Lösung dernoch offenen Fragen vorausgesetzt - im haustechnischen Bereichals kompakte Speicher eingesetzt werden. Sie erfordern dann eineentsprechende Auslegung der Heizungs- oder Warmwasseranlagen.Die Integration von Latentspeichern in Außenwände und Decken,

wie sie insbesondere zur passiven Nutzung der Solarenergie vorge-

schlagen wird, erfordert speziell konstruierte Bauteile, in welchenauch 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 Latentwärmespeichersim wesentlichen Neubauten vorbehalten.

Die transparente Wärmedämmung (s. Kap. B.3.1.1) erfordert eben-

falls eine in Bezug auf das Speichervermögen und die Dampf-

diffusion sowie auf die konstruktive Verträglichkeit mit hohen Tem-peraturen angepaßte Konstruktion der Außenwand, so daß ihre

Anwendung im wesentlichen bei Neubauten in Frage kommt. Zu be-

achten ist darüber hinaus der formale Aspekt (das Erscheinungs-bild des Gebäudes wird ganz wesentlich beeinflußt) sowie die Tat-sache, daß nach dem derzeitigen Entwicklungsstand bewegliche Teilezur 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 Lichtleitsystemsowie die Führung des Lichtleitsystems innerhalb des Gebäudes.

125

Dadurch werden sowohl außen- als auch innenliegende Bauteile

beeinflußt. Diese Konsequenzen können bei Neubauten und um-

fassenden 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 An-

ordnung im Sinne eines mehrfunktionalen Bauteils anstelle von

festen Verglasungen setzt die Beachtung der Brandschutzvor-

schriften voraus, was zu Einschränkungen der Einsatzmöglichkeiten

oder zu Sonderkonstruktionen führen kann. Der Anwendungsbe-

reich 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 kön-

nen bei Neubaumaßnahmen mit angemessenem Aufwand berücksich-

tigt werden.

- Das Solpor-System (s. Kap. B.4.1.2) erfordert über die Bedingungen

der Porenlüftung hinaus die Anordnung einer transparenten Außen-

haut. Dies kann zu Akzeptanzproblemen führen. In besonderem

Maße sind die Anlagen zur Belüftung und zur Raumheizung respek-

tive -kühlung auf das Solporsystem abzustimmen. Das Anwendungs-

feld wird daher bei Neubauten liegen.

- Belüftete Fenster und Fassaden (s. Kap. B.4.2) erfordern jeweils

eigene Konstruktionen, die darüber hinaus eine sorgfältige Abstim-

mung 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 Warmwasser-

heizung und eine entsprechende Auslegung der Heizung erforder-

lich wird. Eine mechanisch unterstützte Luftführung kann zusätz-

lich sinnvoll sein.

C.2.3 MASSNAHMEN MIT BESONDEREM GEBÄUDEKONZEPT

Über eine entsprechende Konstruktion von Gebäudeteilen hinaus mußbei einzelnen Maßnahmen auch das Konzept des gesamten Gebäu-des angepaßt werden. Dies setzt in der Regel eine Berücksichti-

gung bereits im ersten Entwurfsstadium voraus. Neben den reintechnischen Konsequenzen einer weitgehenden Abstimmung desgesamten Gebäudes auf diese Maßnahme ergeben sich hier leichtauch Probleme der Akzeptanz, weil zugunsten der energetischenFunktion ggf. auch ungewohnte Formen gewählt und Materialien

eingesetzt werden müssen. Maßnahmen, die dieser Gruppe zuge-ordnet 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 Festlegungenin Bezug auf Größe und Orientierung des Bauteils sowie in Bezugauf die räumliche Kombination mit speicherfähigen anderen Bauteilen

und ggf. auch mit Sonnenschutzeinrichtungen.

- Bei der Atmungslüftung (s.Kap. B.4.1.3) muß die gesamte Kon-

struktion des Gebäudes dem System angepaßt werden, außerdembedarf es einer entsprechend ausgelegten Lüftungsanlage .

- Ähnliches wie für die Atmungslüftung gilt auch für luftdurchströmteBauteile im Sinne des Air-therm-Systems (s. Kap. B.5.1.1), dahier in allen Außenbauteilen einschließlich der Kellersohle zusam-menhängende Hohlräume geschaffen werden müssen. Für die Be-

heizung des Gebäudes ist ein Wärmepumpensystem erforderlich.

- Beim Massiv-Absorber (s . Kap . B .5.2.2) sind in Außenbauteilensoleführende Rohrsysteme angeordnet, die ebenfalls mit einerWärmepumpe 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 konzipiertenAußenwand ein extrem ungewohntes Aussehen des Gebäudes,das besondere Anstrengungen im gestalterischen Bereich erfordert.

126

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 Kon-

sequenzen betreffen also auch hier die Konzeption des gesamten

Gebäudes.

128

C.3 ÖKONOMISCHE KONSEQUENZEN

Was schon bei der Abschätzung der technischen Konsequenzen ange-führt wurde, gilt in besonderem Maße auch für eine ökonomische Ab-

schätzung: fast alle aufgeführten Maßnahmen befinden sich in einemEntwicklungsstadium, bei welchen eine breite praktische Erprobungnoch aussteht. Dadurch können Kosten für die Durchführung dieserMaßnahmen kaum benannt werden. Ähnlich verhält es sich mit derErmittlung möglicher Energiegewinne. Hier werden zwar in vielenFällen 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 Beur-teilung der ökonomischen Konsequenzen zu ermöglichen, werden imfolgenden die erfaßten Maßnahmen drei Gruppen zugeordnet:

- Maßnahmen, die im Wettbewerb bereits mehrfach realisiert werden

konnten und von denen daher angenommen werden kann, daß sieunter heutigen Bedingungen bereits wirtschaftlich sind oder dochder Grenze der Wirtschaftlichkeit nahekommen;

- Maßnahmen mit absehbarer Wirtschaftlichkeit, bei welchen der zu-sätzliche Aufwand unter der Annahme heutiger Energie-

kosten bis hin zu einer Steigerung auf das Zweifache dieses Betragesim Bereich der Wirtschaftlichkeit liegen kann;

- Maßnahmen, welche erst bei wesentlich höheren Energiekostenin den Bereich einer Wirtschaftlichkeit kommen können und die da-mit 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 Querschnittsberichtesnicht überprüft werden.

Als vergleichbarer Rechenwert wurde die unter wirtschaftlichen Gesichts-

punkten "sinnvolle Investition" (I) für die Durchführung der Maßnahmenach der Formel

I = Ä

[ DM /Einheit]

gewählt. Darin bedeuten:

[ a ]

129

I [DM /Einheit]

E [DM/Einheit• Jahr]

unter wirtschaftlichen Gesichts-

punkten sinnvole Investition für

die Durchführung der Maßnahme,

jährliche Kosten der eingesparten

Energiemenge bezogen auf die je-

weilige Einheit; als Ausgangswert

werden -,25 DM/kWh gewählt, welche

unter heutigen Bedingungen als Orien-

tierungswert für die Bereitstellung von

Heizwärme gelten können (Mittelwert

aus unterschiedlichen Energieformen

unter Berücksichtigung der erfor-

derlichen 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-1Darin bedeuten:

A [ - ] Annuität

p =1+100

kalkulatorischer Zinsfuß; für die

Rechnung wird ein Zinsfuß von

10 % p.a. angenommen

Abschreibungszeitraum

der Abschreibungszeitraum wird hier

gleichgesetzt mit einer angenommenen

Lebensdauer von

10 Jahren für technische Anlagen

15 Jahren für Ausbaumaßnahmen

20 Jahren für Rohbaumaßnahmen

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 Zu-

ordnung 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 Wettbe-

werb bereits mehrfach realisiert wurden. Bei ihnen kann

daher angenommen werden, daß sie unter heutigen Bedingungen be-

reits 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 sinn-

volle 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 Wirtschaftlich-

keit 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) Amortisations-

zeiten 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

16 0.1315• 0.25 -

30.42 DM/m 2 Außenwandfläche

Mit steigendem , d. h. sich verschlechterndem k-Wert erhöht sich

diese "sinnvolle Investition" unabhängig davon, daß auch die Wirk-

samkeit der Maßnahme selbst zunimmt. Damit liegt die Maßnahme

für viele Anwendungsbereiche (insbesondere bei schlecht gedämm-

ten 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 Energie-

kosten 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

I

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 "sinn-

volle 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 Mon-

tage, 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

I - (82 + 108) 0.50 = 722,43 DM/m2.0.1315

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/m20.1315

Alle hier benannten Werte für die sinnvolle Investition werden um-

so kleiner, je besser die Dämm-Eigenschaften der Ausgangskon-

struktion 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

I 1051315.50 - 665,40 DM/m2Eine Erstellung der Kollektorfläche und des anteiligen Licht-

Leitsystems 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

I 10003150.50 = 3.802,28 DM.

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 Energieeinspa-

rung entsprechen, umgerechnet auf eine Wohnung von 100 m2

Wohnfläche einem Wert von ca. 3.000 kWh/a. Hieraus ergibt sich

bei einer Lebensdauer von 15 Jahren eine "sinnvolle Investition"

in Höhe von

I 30001315.5 - 11.406, 85 DM für die o. g. Wohnung

Es erscheint möglich, in diesem Kostenrahmen einen Teil der

nach Süden orientierten Außenwand entsprechend auszuführen

und die zusätzlichen, zur Luftführung erforderlichen Einrichtun-

gen 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 Lebens-

dauer von 10 Jahren eine "sinnvolle Investition" in Höhe von

I 80.160750 - 245.85 DM/m2.

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 berück-

sichtigt .

- 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

I 160.1627• 0.50

0.162750 49,17 DM/m 2 geschlossene Außenwandfläche.

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 ge-

schlossenen Außenwandflächen als großflächige Heizung in die-

sem 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 Berei-

chen nahelegt, in welchen andere als wirtschaftliche Kriterien ausschlag-

gebend 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 Anwen-

dungsfälle selten, aber z. B. bei Bauten in abgelegenen Gebieten

und unter extremen klimatischen Bedingungen durchaus möglich.

Diese Maßnahmen können im Rahmen eines Technologietransfers durch-

aus 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(s.Kap. B.3.2.2)

zur photovoltaischen Energieumwandlung

- Außenwand mit richtungsabhängiger Strahlungscharakteristik

(s. Kap. B. 5.3.2)

135

C.4 ZUSAMMENFASSUNG

In den vorangegangenen Kapiteln wurde versucht, die einzelnen

Maßnahmen zur Energieeinsparung in Bezug auf die technischen und

ökonomischen Konsequenzen sowie auf ihren Entwicklungsstand be-

stimmten Gruppen zuzuordnen. So wurden jeweils die schnell reali-

sierbaren von denjenigen Maßnahmen getrennt für deren Realisierung

noch wesentlicher zusätzlicher technischer oder ökonomischer Auf-

wand 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 Entwicklungs-

schritte 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 Konse-

quenzen 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 Aspektunberücksichtigt bleiben, der sicherlich eine wesentliche zusätz-liche Anstrengung im Bereich der Forschung und Entwicklung erfor-

dert, der aber andererseits auch die Aussicht auf bedeutendere,

Energieeinsparungen beinhalten würde: die wechselseitige Beein-

flussung und Ergänzung der hier aufgeführten und anderer Maßnahmenuntereinander sowie im Hinblick auf ihre Effizienz unter dem Einfluß weitererFaktoren. Eine Untersuchung solcher Wechselbeziehungen, auch in

Abhängigkeit von äußeren Einflüssen aus technischen, wirtschaftlichenund politischen Entwicklungen könnte dann Maßnahmenpakete iden-tifizieren, deren Entwicklung und Förderung im Hinblick auf eineEinsparung konventioneller Energieformen durch noch intensivere

Nutzung regenerativer Energien und durch Energieeinsparungenbesonders sinnvoll erscheint. Das Konzept zu einem entsprechenden

Verbundprojekt ist im Anhang II zu diesem Querschnittsbericht darge-stellt.

Die Literaturhinweise sind im Folgenden zur

besseren Auffindbarkeit bereits den einzelnenKapiteln bzw. Entwicklungsansätzen zugeordnet.Weiterführende Literatur findet sich in der

Regel bei den hier genannten Quellen.

Anhang I

LITERATUR

137

138

I LITERATUR

Die Literaturhinweise sind im Folgenden zur besseren Auffindbar-

keit bereits den einzelnen Kapiteln bzw. Entwicklungsansätzen

zugeordnet. Weiterführende Literatur findet sich in der Regel bei

den hier genannten Quellen.

Zu Kap. B.1.1 "Vakuum- Isolation"

139

ER-82 ERNO RaumfahrttechnikGmbH :

Optimierung des Systems 2 derVakuumsuperisolation am VorhabenKT 76030 (12.79-02.82)

In: AGB Mitteilungsblatt Nr. 68s.a. BMFT Proj. Nr. 5-ET 5139 A

ME-83 MBB-ERNO: Firmeninformation der MBB-ERNO-Raumfahrttechnik GmbH, Bremen

MB-86 MBB: Vakuum-Super-Isolation (VSI)

Firmeninformation der Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH

München 1986

NN-83 NN: Glasbauelement für passive Solar-energienutzung (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 Sonnen-schutz mit Folienrollos

In: arcus 1984/1, S. 37 ff

FS-85 Frank, R.; Schmid, J.:

ZE-82 Zapke, W.; Ebert, H.;Friedrich, H.:

Temporärer Wärmeschutz von FensternForschungsbericht im Auftrage desBMBau, Bonn

In: Kurzberichte aus der BauforschungApril 1985, Bericht Nr. 49

Die temporäre Verbesserung des Wärme-schutzes im Fensterbereich durch Roll-läden und anderen Vorkehrungen

Unveröffentlichter Forschungsbericht imAuftrage des BMBau, Bonn, Hannover 1982

Zu Kap . B . 2.1 "Sensible Wärmespeicherung"

140

BB-84 BMBau (Hrsg.): HandbuchPassive Nutzung der Sonnenenergie

Im Auftrag des BMBau vorgelegt vonKoblin, W., Krüger, E., Schuh, K.

Heft Nr. 04.097 der Schriftenreihedes BMBau - Bonn 1984

GO-84 Goetzberger, A.: Saisonale Wärmespeicherung mit strah-lungsbeheizten Speicherwänden

In: Fünftes Internationales SonnenforumBerlin, DGS, 1984

LO-85 Lund, P.D.; tstmann,M.B.: A numerical Model for Seasonal Storageof Solar Heat in the Ground byVertical Pipes

In: Solar Energy Vol. 34 (1985) No 4/5pp.351-366

SL-74 Schöll, G.: Warmwasser-Großwärmespeicher

In: VDI-Berichte Nr. 223, 1974

SZ-83 Schulz, H.: Sonden-Erdspeicherfür Wärmepumpen

In: Sonnenenergie + WärmepumpeJg. 8 (1983) Heft 6

VL-79 vom Lehn, H.: Sonnenenergie-Wärmespeicher

In: Elektrowärme im Technischen Ausbauelektrowärme international Edition A37 (1979) A 2 - März

141

Zu Kap . B .2.2 "Latent-Wärmespeicher"

AT-83 Abhat, A.: Low Temperature Latent Heat ThermalEnergy Storage:Heat storage Materials

In: Solar Energy, Vol 30 No 4, 1983pp . 313-332

BC-83 Brehler, R. ; Cekel, 0.: Latentspeicherwände, eine beachtens-werte Komponente zur passiven Solar-energienutzung

In: Sonnenenergie 6/83, S. 16-19

BJ-78 Bourdeau, L. ; Jaffrin, A. ; Etude experimentale de parois a chaleurMoisan, A.: latente pour l'Habitat

In: DGS, 2. Internationales SonnenforumMünchen 1978

DA-84 Danc, Edna, A.:

EL-0J Elektrowärme-InstitutEssen e. V.:

GR-84 Goetzberger , A . :

The behaviour of saturated solutions oftrisodium phosphate dodecahydrate asheat storage media

In: Solar Energy Vol. 33, No 1 (1984)pp. 41-48

Grundsätzliche Untersuchung anMaterialien auf ihre Verwendbarkeit zurWärmespeicherung

In: AGB-Mitteilungsblatt Nr. 47 Nr. 4729

Saisonale Wärmespeicherung mit strah-lungsbeheizten Speicherwänden

In: DGS - 5. Internationales Sonnen-forumBerlin 1984

GW-86 Goetzberger, A. ; Witt wer , V.: SonnenenergiePhysikalische Grundlagen und thermischeAnwendung

Stuttgart, Teubner, 1986

KK-84 Kimura, H. ; Kai, J.: Phase Change Stability ofCaC12 • 6 H2O

In: Solar Energy Vol. 33 No 6, 1984pp . 557-563

Kristallisations-Wärmespeicher undderen Anwendung

In: VDI-Berichte Nr. 223, 1974

LG-74 Laing, N.:

142

Lo-83 Lou, D.Y.S.:

MA-83 Marks, Stephen, B.:

MB-85 Malatidis, N.A.;Bertsch, K.:

ML-84 Marshall, R.:

MS-84 Malatidis, N.A. :

NG-83 Nöttling, G.:

NN-78 NN.:

NN-81 NN. :

OL-0J Oltmanns Ziegel undKunststoffe GmbH:

RR-78 Reiter, F.W.:

RR-84 Reiter, F.; Rota, R.:

Sodification process in a Glauber saltmixture


The effect of crystal size on thethermal storage capacity of thickenedGlaubers salt

In: Solar Energy Vol. 30, no 1 (1983)

Latentspeicher für Solarenergie- derzeit lohnend?

Fraunhofer-Institut für BauphysikIBP-Mitteilung 96, 12 (1985)Stuttgart 1985

Parametric sensitivity studies usingparaffin wax storage sub-systems

In: Solar Energy Vol. 32, No 1 (1984)

Latente Thermospeicher als Bauteile zurSolarenergienutzung

Bericht SA 01/84Fraunhofer-Institut für BauphysikStuttgart, April 1984

Selbstbau eines einfach Paraffin-Speichers

In: Sonnenenergie + WärmepumpeJg. 8 (1983) Heft 6, S.20 ff

Die Speicherung von Sonnenwärme

In: FAZ vom 13.09.78

Fettsäuren stabiler als Salzhydrate

In: Sanitär- und Heizungstechnik46 (1981) Nr. 6, S. 615-616

Entwicklung eines hoch wärme-, schall-dämmenden und wärmespeicherndenZiegelwandsystems

In: AGB-Mitteilungsblatt Nr. 66, S. 8

Speicherung von Sonnenenergie beiniedrigen Temperaturen durch chemischeProzesse

In: Zweites Internationales SonnenforumMünchen, DGS, 1978

Low Temperature Latent HeatStorage by reciprocal Salt Pairs

In: Solar Energy Vol.32 No 4 (1984)pp 499-503

143

SC-79 Schmiedt, W.: Entwicklung von Konzepten für Latent-speicher

In:ASSA (Hrsg.)Sonnenenergie-Ergebnisse von Forschungs-und Entwicklungsarbeiten in Österreich 1979Wien, ASSA, 1979

SE-79 Stiebel Eltron GmbH + Co KG: Latentwärmespeicher für Niedrigtempera-turwärme, insbesondere für die Gebäude-heizung

In: AGB -Mitteilungsblatt Nr. 66, S. 21Arbeitsgemeinschaft für Bauforschung Bonn

ST-84 Stunic, Z.: Heat Storage by phase transitionEquation of state


SW-0J Swedish Council for Building Storage of low-temperature heat inResearch salthydrate melts - calcium chloride

hexahydrate

In: AGB-Mitteilungsblatt Nr. 58, S. 29

TE-81 Taube, M.:

TS-47 Telkes, M.:

Latentwärmespeicher für Energie ausunkonventionellen Quellen

In: Energie in Alternativen 2München, Udo Pfriemer-Verlag, 1981

Solar House Heating -A Problem of Heat Storage

In: Heating and Ventilation, May 1947

TS-64 Telkes, M.: Solar-Heat-Storage

In: ASME publication, New York 1964

sTS-74,1 Telkes, M: Storage of Solar Heating/Cooling_, _ se O S

In: Ashrae annunal MeetingJune 23-27, 1974, Montral, CanadaNew York, Ashrae, 1974

TS-74,2 Telkes, M.: Das Speichern von Sonnenenergiezum Heizen und Kühlen

In: Klima + Kälteingenieur 2 (1974) H.11S. 465-470

TM-84 Tamme, R.: Einsatz von Natriumacetattrihydrat undvon Bariumhydroxid Oktahydrat indynamischen Wärmespeichern

In: DGS, 5. Internationales Sonnen-forumBerlin 1984

144

VD-77 VDI Verein DeutscherIngenieure

VF-83 Vaccarino, D. ;Fioravanti, T . :

WN-84 Woodman, T.S.:

Rationelle Energiespeicherung durchWärme-Speicherung

VDI-288, Stuttgart 1977

A new system for heat storageutilizing salt hydrates

In : Solar Energy Vol. 30 , No 2 (1983)pp. 123-125

Neues vom Latentspeicher

In: Sonnenenergie-energie solaire1/84 S. 39 f

Zu Kap . B . 2.3 "Thermochemische Wärmespeicherung"

BI-82 Battelle- Institut

BJ-80 Bockris, J.; Justi,E.:

VN -78 Vialaron, A.C.:

WR-85 Weber, R.:

Thermochemical heat Storage(Thermochemische Wärmespeicherung)

Bericht im Auftrage desSwedish Council for Building Research,Stockholm1982

Wasserstoff -Die Energie für alle ZeitenMünchen , Pfriemen , 1980

Communication sur un Conceptclinique hybride pour le Stockage del' energie solaire

In: Zweites Internationales SonnenforumMünchen, DGS, 1978

Eignen sich Leichtmetalle als Speichervon Sonnenenergie?

In: Bild der Wissenschaft 11-1985

ZR-84 Zettler, H.: Zeolith - ein Langzeitspeicher für Wärme

In: FAZ vom 09.05.84

Zu Kap. B.3.1 "Transparente Wärmedämmung"

145

AL-83 Altmann, K.:

BB-84/1 Bertsch, K.; Boy, E.;Frangoudakis, A.;Heim, U.:

BB-84/2 Boy, E.; Bertsch, K.:

BB-85/1 Boy, E.; Bertsch, K.;Lang, H.; Legrum, J.;Schall, K.D.:

BB-85/2 Bertsch, K.; Boy, E.;

BS-85 Boy, E.; Schreiber, E.;Heim, U. ; Bertsch, K.:

GS-84/1 Goetzberger, A.; Schmid,

Erste Ergebnisse der Temperatur- undWärmeenergiemessungen beim Einsatzvon Fassadenelementen mit optischerWärmeregelung

In: Passive Solararchitektur. Energie-sparende Neuentwicklungen - Lösungenfür das Energieproblem mit baulichenMitteln, Berlin, Senator für Wirtschaftund Verkehr, Selbstverlag 1983

Lichtdurchlässige Wärmedämmung -Eine Möglichkeit zurr drastischen Redu-zierung des Verbrauchs an fossilenEnergieträgern im Haushaltsbereich

Proceedings of the First EC-Conferenceon Solar Heating Amsterdam (1984)pp. 413 - 418

Thermal Aspects of the Behaviour oftransparent insulation in Buildings

In: Tagungsbericht 5. InternationalesSonnenforum Berlin (1984)

Wärmetechnische Ganzjahresmessungenan freistehenden Meßzellen mit licht-durchlässiger Wärmedämmung

In: Clima 2000, Kopenhagen 1985

Thermisches Verhalten von Gebäude-außenwänden mit lichtdurchlässigenDämmaterialien

49. Physikertagung, München 1985

Reduzierung des Heizenergieverbrauchsdurch passive Solarenergienutzungmit lichtdurchlässigen Wärmedämmschichtenin verschiedenen Standorten und Klima-zonen

In: Clima 2000, Kopenhagen 1985

J.: Komponenten der passiven Solarenergie-nutzung

In: Tagungsbericht 5. InternationalesSonnenforum Berlin (1984) ,Bd.2,S.529-545

146

GS-84/2 Goetzberger, A. ; Schmid, J. ; Lichtdurchlässige Wärmedämmung zurWittwer, V. ; Platzer, W. ; passiven Solarenergienutzung an Gebäude-Stahl, W.: fassaden

In: Tagungsbericht 5. InternationalesSonnenforum Berlin (1984) , B d . 2 , S .624-629

GS-84/3 Goetzberger, A. ; Schmid, J. ; Transparente Wärmedämmung zur passivenWittwer, V.: Solarenergiegewinnung an Gebäude-

fassaden

In: arcus 32-36, 1984

GS-84/4 Goetzberger, A. ; Schmid, J. ;Wittwer , V. :

HR-83 Hauser, Gerd:

IB-82 IBP Stuttgart:

IB-83 IBP Stuttgart:

KO-83/1 Köster, H.:

KO-83/2 Köster, H.:

Transparent Insulation System forpassive Solar Energy Utilization inBuilding

Int. J. Solar Energy 2 (1984) , H.2,pp.289-308

Passive Sonnenenergienutzung durchFenster, Außenwände und temporäreWärmeschutzmaßnahmen. Eine einfacheMethode zur Quantifizierung durchKeq-Werte (dt. ; Ref.engl. )

In: Heiz . -Lüft . -Klimatech . -Haustech .(HLH) 34 (1983) Nr. 6

Lichtdurchlässige Dämmschicht

In: AGB Mitteilungsblatt Nr. 68

Temperaturabhängige Lichtdurchlässig-keit von Baumaterialien(1982 bis 06.83)

In: AGB-Mitteilungsblatt Nr. 76, S.30

Wärmedämmfassaden und Dachelementemit optischer Wärmeregelung. Produkt-neuentwicklungen

In: Passive Solararchitektur. Energie-sparende Neuentwicklungen - Lösungenfür das Energieproblem mit baulichenMittelnBerlin, Senator für Wirtschaft und Verkehr,Selbstverlag 1983

Wärmedämmfassaden und Dachelementemit optischer Wärmeregelung (dt. )

In: Kälte und Klimatechnik 36 (1983) Nr.6,S. 254, 256, Abb.

PF-84 Pflüger, A.:

PL-84 Platzer, W.; Pflüger,A.;Stahl, W.; Wittwer, V.:

PL-85 Platzer, W. :

PW-84 Pflüger,A., Wittwer,V.:

WI-82 NN:

WP-85/1 Wittwer, V. , Platzer, W. ;Pflüger, A. ; Stahl, W. ;Goetzberger, A.:

WP-85/2 Wittwer,V.: Platzer, W.;Stahl, W. ; Pflüger, A. ;Goetzberger,-A.:

WS-83 Wittwer, V. ; Stahl, W. ;Pflüger, A. ; Goetzberger,Schmid, J.:

SB-85 Schreiber,E.;Boy,E.;Bertsch, K. :

Exact Analytic Solution of ThermalRadiation. Trough Radiative GreyFilms

In: Solar Energy Materials 11,337-343,1984

Charakterisierung lichtdurchlässigerIsolationsmaterialienIn: Tagungsbericht 5. InternationalesSonnenforum Berlin (1984) ,B d .1, S .123-127

Solare Transmission von lichtdurchlässigerWärmedämmungIn: 49. Physikertagung, München 1985

Exact Analysis of Radiative and Conduc-tive Heat Transfer Through RadiativeGrey FilmsIn: SPIE Proceedings Vol. 502 ,1984

Energieeinsparung bei Gebäuden durchEinsatz verstellbarer BlendsystemeIn: Forschungsbericht BMFT-FB-T82-037des Bundesministers für Forschung undTechnologie

Translucent Insulation MaterialsIn: Intersol 85, Congress of theInternational Solar Energy Society,Montreal 1985

Lichtdurchlässige Wärmedämmung zurpassiven Solarenergienutzung an Gebäude-fassaden

In: 49. Physikertagung, München 1985

Heat Loss Mechanism in TransparentA.; Insulation with Honeycomb Structure

In: Proceedings of 27. SPIE Conference,Vol. 428, pp. 100-104

Energy Saving Patential of Aerogelas a Transparent Thermal IndulationMaterial

147

In: First International Symposium onAerogel, Würzburg 1985

SW-83 Stahl, W.; Wittwer, V.;(Goetzberger, A.:

Thermal Radiation Effects in Honeycombs

In: Proceedings of the 8. Congressof ISES, Vol.2,753-756, Perth 1983

SW-84 Stahl, W. ; Wittwer, V • ; Transparent InsulationPflüger, A.: In: Solar Energy Materials 11,199-208,1984

SW-86 Stahl, W. ; Wittwer, V. ; Thermal Conversation with FluorescentGoetzberger, A.: Concentrators

In: Solar Energy Vol. 36 No 1 (1986)S. 27-35

Zu Kap. B. 3.2 "Fluoreszenz-Kollektor"

GG-77 Goetzberger,A. ; Greubel, W.: Solar Energy Conversion withFluorescent 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-Concen-trations; a Review

In: Solar Cells, 4 (1981) 3-23

NN-86 NN : Solarladegerät mit Fluoreszenzkollektoren

In: Sonnenenergie 4/86, S. 7

148

Zu Kap. B.4.1 "Poröse Außenbauteile"

149

AJ-83 Anderlind, G. ;Johansson, B.:

Dynamic insulation. A theoretical analysisof thermal insulation through which a gasor fluid flows (Dynamische Wärmedämmung.Eine theoretische Analyse einer Wärme-dämmung durch Luft- und Feuchtigkeits-transport)

Bericht (engl.) Hrsg. : Swedish Councilfor Building Research, StockholmStockholm 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.:


BA-85/1 Bartussek, H. :

Porenlüftung

Forschungsbericht (142 Seiten) ,Österr. Kuratorium für LandtechnikWien, 1981, vergriffen

Porenlüftung

Wien, Österreichisches Kuratoriumfür Landtechnik, Selbstverlag 1981

Das SOLPOR-System

Forschungsbericht (146 Seiten),Österreichisches Kuratorium für Land-technik, Wien, 1985, noch (19.07.85)im Druck

BA-85/2 Bartussek, H. ; Das SOLPOR-SystemHausleitner, A.:

Österreichisches Kuratorium fürLandtechnik, Wien, Selbstverlag, 1985


FI-83 Fiala, W.:

GE-72 Gertis, K.:

Atmungslüftung

Bericht über einen Modellversuch1985 , noch (19.07.85) unveröffentlicht

Möglichkeiten und Grenzen der Verringe-rung von Wärmeleistungsverlusten mittelsDurchströmung mit einem Stoffstrom(dt. ; Ref. engl. )

In: Heiz . -Lüft • -Klimatech . -Haustechn .(HLH) 34(1983) Nr.10,S.405-411,Abb.Lit.

Belüftete WandkonstruktionenThermodynamische, feuchtigkeitstechnischeund strömungsmechanische Vorgängein Kanälen und Spalten von AußenwändenWärme- und Feuchtigkeitshaushaltbelüfteter Wandkonstruktionen

In: Berichte aus der Bauforschung, Heft 72Wilhelm Ernst + Sohn, Berlin, München,Düsseldorf 1972

150

GI-82 Gilli, Paul, P.:

RO-81 Roetzel, W.:

WM -84 Watzl, H.; Maier, B.:

Wärmerückgewinnung mittels poröserdurchströmter Außenbauteile -Berechnungsverfahren und Fallstudie (dt.)Bauphysik 4(1982) Nr.5,S.173-178Bauphysik 4(1982) Nr.6, S.203-207

Verringerung des Lüftungswärmebedarfsbei natürlicher Lüftung von Gebäudendurch Verwendung luftdurchlässiger porö-ser AußenwändeIn: Heiz. -Lüft . -Klimatech . -Haustech . (HLH)32 (1981) Nr. 2, S. 45-43,Abb. ,Tab. ,Lit.

Erstes Wohnhaus mit solar erwärmterPorenlüftung (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, TechnischerAusbau (AIT) 92 (1984) Nr. 1,S. 50-52, 54-56, Abb. Lit.

Zu Kap. B.5.1 "Luftdurchströmte Bauteile"

151

AT-0J (AIR-THERM) :

BA-82 Bach, H. u.a.:

DO-83 Dornier System GmbH,Friedrichshafen:

GE-82 Gertis, K.:

HA-86 (Bericht über einen Vor-trag von Prof. Dr. -Ing.F. Haferland, Delft)

Firmeninformation der Air ThermGmbH + Co KG3306 Lehre-Wendhausen

Reduzierter Energieeinsatz für raum-lufttechnische Anlagen bei Verwendungeiner Luftführung von unten nach oben

In: BMFT-Bericht 082-023, Fiz-qKarlsruhe 1982

F. u. E.-ProgrammLüftung im Wohnungsbau, Demonstrations-vorhabenBMFT-Projekt Nr. 03E 5361B/8

In: AGB-Mitteilungsblatt Nr.78,S.73

Sonnenenergienutzung - mit passiven,statt aktiven Maßnahmen

In: Passive Solararchitektur. Energie-sparende Neuentwicklungen - Lösungenfür das Energieproblem mit baulichenMittelnBerlin, Senator für Wirtschaft undVerkehrSelbstverlag 1982

Betondecken als EnergiespeicherSonnenenergie wird eingefangen, ge-speichert und verwertet

In: beton 3/86, S. 85

NN-85 NN: Ein neues Heizverfahren erobert denMarkt

In: Beratende Ingenieure 3/85, S.48 f

KO-83 Köhler, V.: Jahresenergieverbrauch eines monova-lenten Heizsystems mit Luft-Wasser-Elektromotorwärmepumpe und Vergleichmit herkömmlichen Heizanlagen

Unveröffentlichter Bericht desInstitut für Wärme- und Brennstoff-technikTechnische Universität Braunschweig 1983

Zu Kap. B.5.2 "Flüssigkeitsdurchströmte Außenbauteile"

152

BE-82.1 Brake, T.:

BE-82.2 Brake, T.:

BR-82 Bayer,R.:

BR-84 Bayer, R.:

BR-85 Bayer, E.:

Der Massivabsorber - Eine sichere Energie-quelle (dt.)

Solar- und Wärmetechnik, Bielefeld 4(1982) Nr. 2, S. 8-9

Der Massivabsorber - Eine sichere Energie-quelle (dtl.)

Solar- und Wärmetechnik, Bielefeld 4(1982) Nr. 2, S. 8-9, Abb.

Erfahrungen beim Bau von Massiv-absorbern (dt.)

In: Zement + Beton 27 (1982) Nr. 4,S. 157-159, Abb.

Massivabsorber-Heizsystem (dt.)Hrsg. Baugesellschaft Nägele + Co, SulzSulz-SelbstverlagFörd.: Österreich, Bundesminister fürBauten und Technik, Sektion V, Wohnbau-forschung, Wien.Ausf. Stelle: Baugesellschaft Nägele + Co,Sulz. Manuskript abgeschlossen 03.84,ca. 90 Seiten, Bezug bei BaugesellschaftNägele + Co GmbH + Co KG,A-6832 Sulz-Röthis 143, Best.-Nr. F 797

Heizen mit Wärme aus Beton,Massivabsorber-System in der Praxisbewährt (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.:

HA-80 Haferland, F.:

Künftiger baulicher Wärmeschutz in Ver-bindung mit neuen Heizsystemen. Massiv-Absorber Heizsystem - Ein wirkungsvollerBeitrag zur Luftreinhaltung (dt.)

In: Architekt, Innenarchitekt, Techn.Ausbau(AIT) 93 (1985) Nr. 1, S. 60-61, Abb.

Durchströmte leichte Fassaden-Konstruk-tionen zur natürlichen und künstlichenRegulierung 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 Sinneeiner bautechnischen Affinitätfür Energiedächer

In: Schriftenreihe derAbteilung für Industrialisierung desBauens, Universität Hannover, 1984

IR-85 IRB, Stuttgart (Hrsg.) : Massivabsorber - Eine Literaturdokumen-tation (dt.)Hrsg.: Informationszentrum Raum undBau der Fraunhofer-Gesellschaft - IRB,StuttgartIRB Verlag, Stuttgart 1985, 112 S . ,Lit .

KU-78 Künzel, H.: Wassergefüllte Bauteile als Heizflächenund Wärmespeicher in Wohnungen

In: AGB-Mitteilungsblatt Nr.62 S.41s.a. BMFT Proj.-Nr. 5-ET 5031 A

LK -83 Leimböck, R.:

MO-85 Mardo, D.:

NN-85 NN.:

OD-83 Oswald, D.:

SD-82 Seyfried, K.-H.:

Wärme aus Beton - Auch im tiefstenGebirgswinter (dt.)

In: Betonwerk und Fertigteiltechnik 49(1983) Nr. 5, S. 355-357, Arb.

Bauen mit Massiv-Absorbern, Innovationals Überlebenstechnik? (Dt. ; Ref. Dt.)

In: Baugewerbe 65 (1985) Nr. 4, S.10-14,Arb., Lit.

Hongkong, Heerlen und Bayreuth zufriedenWärme aus Fassadenstützen

In: Sanitär- und Heiztechnik 50 (1985)Nr. 1 S. 26-27

Wärmetechnische Untersuchungen an einerWärmepumpenheizung mit massivem Dach-absorber und einem Erdkollektor (Dt.)

In: Deutsches Architektenblatt (Ausg.Baden-W.) 15 (1983) Nr. 11, S.BW 273-BW 276, Arb., Tab., Lit.

Neues System zum Energiesparen, Beton-speicher (dt.)

In: Capital 21 (1982) Nr. 2, S.86,88 Arb.

SN-81 Seemann Systembau GmbH, Massiv-Absorber. Der Stoff, aus demVS-Villingen (Hrsg.) : die Wärme kommt (dt.)

Villingen: Selbstverlag 1981? 11 S. ,Abb.Förd.: Bundesminister für Forschungund Technologie, Bonn

154

Heizen ohne Schadstoffausstoß. Umwelt-schutz-Pionierleistung im Limmattal (dt.)

In: Heizklima 12 (1985) Nr. 1/2,S.44-45,Arb.

Erfahrungen bei Tiefsttemperaturen.Massivabsorber Heizsystem (dt.)

In: Planen und Bauen 18 (1985) Nr.5,S. 84, Arb.

Der Massivabsorber. Flüssigkeitsdurch-strömte Betonbauteile als Flächenwärme-tauscher und Wärmespeicher für Wärme-pumpen-Heizungen (dt.)

In: Bauphysik 3 (1981), Nr. 6, S.222-224

Heizen mit Wärme aus Beton. Alternativ-energie-Konzepte, Massivabsorber-Heiz-system (dt.)Hrsg.: Verein Schweizerischer Zement-,Kalk- und Gips-Fabrikanten, Zürich

In: Aktuelle Beiträge zur Gestaltung undBauphysik im Betonbau, Fachseminar ander ETH Zürich 1. Dez. 1981Heizen mit Wärme aus Beton; Beton undFarbe; Architekturpreis Beton 81

Der Massivabsorber - Ein neuartiges Heiz-system für den Beton-Fertigteilbau (dt.)

In: Schweiz.Ing. u.Architekt 100 (1982)Nr. 4, S. 33-36, Arb.

Der Massivabsorber - Heizen mit Wärmeaus Beton (dt.)

In: Detail (1982) Nr. 2, S. 138-140,Arb., Tab., Lit.

Zu Kap. B . 5.3 "Infrarotreflexion"

155

AR-83 Arfsten, N.J.: Energieeinsparende Isolierverglasung(k-Wertminderung mit und ohne Sonnen-schutz)

Bundesministerium für Forschungund Technologie, BonnForschungsbericht T 83-137

AR-84 Arfsten, N.J.: Sol-Gel derived transparent ir-reflectingITO Semiconductor Gratings and futureApplications

In: Journal of Non-Crystalline Solids63 (1984) 243-249

DI-85 Diebschlag, W.: Klimatische Behaglichkeit des Menscheninnerhalb Raumumschließungsflächen mitunterschiedlich starker Reflexion von Infra-rot-Wärmestrahlung (dt.)

In: Gesundh.-Ing. (gi) 106 (1985) Nr.3,S. 113-119, Abb., Tab., Lit.

DS-84 Deuble, W..; Schmid, J.: Temporärer Wärme- und Sonnenschutzmit Folienrollos

In: arcus 1/1984, S. 37 ff

FK-79 Finger, G.; Kneubühl ,F.; Verbesserung des Energiehaushaltes vonThiebaud, F.; Zürcher, Ch.; Gebäuden durch Verringerung der Wärme-Frank, Th.: abstrahlung von Fenstern und Fassaden

In: Schweiz.Ing. u.Architekt 97 (1979),H. 17, S. 287-294

GE-82 Gertis, K.; Ehrhorn, H. : Infrarotwirksame Schichten zur Energie-einsparung bei Gebäuden? (dt.)

In: Haustech.Bauphysik Umwelttech. (gi)103 (1982) Nr. 1, S.20-24, 33-34,Abb.Tab., Lit.

IN-85 INTERPANE, Lauenförde: ProduktdatenblattWärmeschutzglas, iplus neutral

Deutsche Baudokumentation Celle

KK-83 Kast, W.; Klan, H.: Energieeinsparung durch infrarotreflek-tierende Tapeten (dt.)

In: Haustech. Bauphysik Umwelttechn (gi)104 (1983) Nr. 4, S. 181-184, 193-197,Abb., Tab., Lit.

SL-84 Scholl, R.:

VE -84 VEGLA, Aachen:

"Plus"-Temperaturen selbst bei"Minus"-GradenSolarhaus einer neuen Generation

In: Sanitär- und Heizungstechnik49 (1984) Nr. 10, S. 681 f

ProduktdatenblattWärmedämmglas CLIMAPLUS N

Deutsche Baudokumentation, Celle

156

WS-81 Weiss, G.: Fenster sind nicht zwangsläufig"Schwachstellen" der Fassade (dt.

In: Detail (1981) Nr.2, S. 159-161, Abb.,Tab.

ZF-82 Zürcher, Ch.; Finger, G.; The influence of thermal and solarKneubühl, F.K. , Thiebad, F.: radiation on the energy consumationFetsch, H.: of buildings

In: Infraread phys. Vol. 22 pp.277 to 291(1982)

ZU-80 Zürcher, C.u.a.: Einfluß der Strahlungsvorgänge an derGebäudehülle auf den Energieverbrauch.Teil I: Strahlungsaustausch zwischenGebäudehülle und AtomsphäreSchlußbericht IVBH-Kongreß, Wien (1980),S. 502-506

Internationale Vereinigung für Brückenbauund Hochbau

157

Anhang II

KONZEPT FÜR EIN VERBUNDPROJEKT

INTEGRATION VON NEUEN ENERGIETECHNIKEN

IN DAS BAUWESEN

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 Szena-

rien ist dann ihre Abhängigkeit von äußeren Einflüssen, insbeson-

dere von technischen, wirtschaftlichen und politischen Entwicklungenzu erläutern. Das Ergebnis ist die Identifikation von technologischen

Lücken und Entwicklungszielen sowie die Formulierung von Maßnah-

menkatalogen, 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 vorge-

schlagen, Produkte wurden entwickelt. Mit Hilfe entsprechender Ver-

ordnungen und Subventionen wurde ein Teil dieser Maßnahmen im Be-

reich des Wärmeschutzes und der Heizungstechnik durchgesetzt, wäh-

rend 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 Wärme-

pumpe 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.

158

159

Es erscheint daher erforderlich, vorhandene und gegebenenfallsabsehbare neue Entwicklungsansätze im Sinne einer ganzheitlichenErgänzung und Optimierung zu untersuchen und darzustellen. Dazuist 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 Fragender Akzeptanz im Bereich des Baumarktes erforderlich.

ARBEITSPLAN

Das Projekt könnte in den folgenden fünf Arbeitsschritten realisiertwerden (s. hierzu auch die grafische Darstellung) .

1. Erfassung neuer Energietechniken, u.a. nach ihrem technischenKonzept, den Bedingungen für eine Integration in Gebäude, denmarktbezogenen und ökonomischen Bedingungen sowie ihrenWechselwirkungen zu anderen Techniken.

2. Entwicklung eines Interdependenzmodells für die erfaßten Tech-niken untereinander sowie ihrer Abhängigkeit von äußeren Rand-bedingungen.

3. Erfassung möglicher Einflußfaktoren, u.a. aus der technischen

Entwicklung, den Versorgungsbedingungen, des Energie- unddes Baumarktes sowie der allgemeinen wirtschaftlichen undpolitischen Entwicklung.

4. Ableitung von Szenarien für Entwicklungsmöglichkeiten unterBerücksichtigung des unter (2.) entwickelten Interdependenz-modells sowie der unter (3.) erfaßten Randbedingungen undBewertung dieser Szenarien.

5. Identifikation von Entwicklungszielen und Entwicklungslinien,insbesondere auch für koordinierte Entwicklungen mehrererFachdisziplinen sowie von Entwicklungslücken auf der Basis

der Szenarien.

Der Zielbereich des Projektes ist das Bauwesen, das insgesamtwohl den größten Energieverbrauch repräsentiert. Einzelaspekte desProjektes bedürfen der Bearbeitung durch Fachleute aus anderen

Bereichen, insbesondere der Energietechnik und der Wirtschafts-wissenschaften.

INTERDEPENDENZ-

MODELL

DARSTELLUNG DER WECHSEL-BEZIEHUNGEN DER KOMPONENTENUNTEREINANDER UND ZURANDBEDINGUNGEN

NEUE ENERGIE-

TECHNIKEN

ERFASSUNG U.A. NACH:

- TECHNIK- INTEGRATION- OKONOM.BEDINGUNGEN- MARKTBEZOGENE BED.- WECHSELWIRKUNGEN

ABLEITUNG

VON SZENARIEN

AUFGRUND

ÄUSSERER EINFLOSSE

SOWIE DEREN BEWERTUNG

^MÖGLICHE

EINFLUSSFAKTOREN

ERFASSUNG DER FAKTOREN:

- TECHNISCHE ENTW.- WIRTSCHAFT/MARKT- POLITISCHE ENTW.- VERSORGUNGSMOGL.

J ̂

e

IDENTIFIKATION

VON

- TECHNOLOGIE - LOCKEN- ENTWICKLUNGSZIELEN- MASSNAHMENKATALOGEN

AUF DER BASIS DERSZENARIEN

160

INTEGRATION

VON NEUEN ENERGIE -TECHNIKEN

IN DAS BAUWESEN

THEMENBEREICHE

THERMISCHE SYSTEME

PHOTOVOLTAISCHE SYSTEME

PASSIVE SYSTEME

MARKT, WIRTSCHAFT

BAUWESEN

PROJEKTSTEUERUNG

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Kostendämpfung durch innovative F 2054 Energiesparmassnahmen · F 2054 Bei dieser Veröffentlichung handelt es sich um die Kopie des Abschlußberichtes einer vom Bundesmini sterium