Thermische Bauteilaktivierung (TBA) als zusätzliches Speichermedium

Massive Bodenplatten und Decken können zur thermischen Bauteilaktivierung von Gebäuden genutzt werden. Daraus ergeben sich Systemlösungsoptionen für solarthermische Beheizung auf sehr niedrigem Temperaturniveau. Durch die Kombination von Solarthermie und Bauteilaktivierung kann mit relativ geringen Investitionskosten ein hoher solarer Deckungsgrad erreicht werden. (Vgl. Friembichler,F.; Handler, S.; Kreč, K.; Kuster, H.: 2016: 50)

Bei einer Bauteilaktivierung wird die Speichermasse der massiven Bauteile genutzt, indem – ähnlich einer Fußboden- oder Wandheizung – Leitungsrohre in die massive Bauteile eingearbeitet werden und deren gesamte Masse thermisch aktiviert wird. Die in den Bauteilen gespeicherte Wärme wird dann in den Raum abgegeben. Ein großer Vorteil liegt darin, dass im Unterschied zu Wasserspeichern der Temperaturbereich auf relativ niedrige Temperaturen begrenzt ist.

Das nutzbare Temperaturniveau ist, abhängig von der Nutzungsart des Gebäudes (Wohnen, Arbeiten, Lagern oder sportliche Aktivitäten), unterschiedlich groß. Während z. B. bei einer Lagerhalle Raumtemperaturen zwischen 16 °C und 26 °C akzeptiert werden können, liegt das akzeptable Temperaturspiel im Wohnbau eher nur bei 3 bis 4 °K (z. B. zwischen 21 °C und 24 °C). Entsprechend kann dann auch die maximale Temperatur für den aktivierten Bauteil eingestellt werden.

Grundsätzlich haben massive Bauteile wie Beton zwar nur ein Viertel der Wärmekapazität von Wasser, dafür aber mehr als die doppelte Dichte. Daher hat 1 m³ Beton die gleiche Wärmespeicherfähigkeit wie 570 Liter Wasser bei gleicher nutzbarer Temperaturdifferenz.

Im Gegensatz zu einer Fußboden- oder Wandheizung profitiert die Bauteilaktivierung von einer deutlich größeren Speichermasse. Man muss jedoch berücksichtigen, dass diese sehr träge ist. Das heißt, dass keine starken Temperaturschwankungen ausgeglichen werden können und auch sehr schwer auf eine definierte Raumsolltemperatur hin geregelt werden kann. Eine flink reagierende Regelung über die Bauteilaktivierung ist nicht möglich. Dieser Effekt wirkt synergetisch zum Energiestandard des Gebäudes: Je besser die Gebäudehülle ist, desto besser lässt sich Bauteilaktivierung anwenden bzw. desto weniger zusätzliche, schnell reagierende Wärmeabgabesysteme müssen verbaut werden.

Üblicherweise bewegen sich die Oberflächentemperaturen der thermisch aktivierten Bauteile zwischen ca. 21 und 25 °C. Trotz der großen Wärmeübertragungsflächen sind daher die erreichbaren Heizleistungen auf rund 25 bis 30 W/m² begrenzt. Jedenfalls sollte Betonteilaktivierung mit einem geeigneten Speichermanagement kombiniert werden, um Überhitzung oder Unterkühlung von Räumen möglichst zu vermeiden (siehe BINE, Informationsdienst).

„Mit der Systemvariante Solarthermie und Bauteilaktivierung können hohe solare Deckungsgrade bei vergleichsweise geringen Investitionskosten erreicht werden. Die Möglichkeit der Kühlung eines Gebäudes über die Bauteilaktivierung ist allerdings ohne zusätzliche Systemkomponenten nicht möglich. Aus diesem Grund ist es bei diesem Gebäudekonzept besonders wichtig, die sommerliche Überwärmung mittels bautechnischer Maßnahmen zu verhindern. Sind bauliche Maßnahmen allein nicht ausreichend, sind Brunnenanlagen, Erdsonden oder Bodenkollektoren einfach realisierbare Energiesenken für die TBA.

Ob das Konzept der Energieversorgung der TBA mittels Solarthermie für ein konkretes Projekt in Frage kommt, muss im Zuge der Entwurfsphase anhand einer Analyse der meteorologischen und topografischen Randbedingungen sowie der geplanten Nutzung des Gebäudes festgestellt werden. Es ist insbesondere darauf zu achten, dass die steil aufgeständerten Kollektoren nicht durch die Umgebungsbebauung oder natürliche Hindernisse verschattet werden. Aus diesem Grund wird die Kombination Solarthermie und Bauteilaktivierung im städtischen Bereich selten in Frage kommen. Während bei der Installation von Kollektoren auf Flachdächern darauf geachtet werden muss, dass es nicht zu einer Eigenverschattung hintereinander platzierter Kollektorreihen kommt, ist bei fassadenintegrierten oder auf Steildächern montierten Kollektoren auf die Ausrichtung des gesamten Gebäudes zu achten. Das gewählte Konzept beeinflusst somit bereits den ersten architektonischen Entwurf und muss dementsprechend früh in der Planungsphase festgelegt werden.“ (Friembichler,F.; Handler, S.; Kreč, K.; Kuster, H.: 2016: 48)