Projekt 24458/01

Solare Beheizung von Gebäuden mit extrem großem Speichervermögen

Projektträger

Förderverein für Handwerk und Denkmalpflege e. V. - Schloss Trebsen -
Thomas-Müntzer-Gasse 4 c
04687 Trebsen
Telefon: 034383/92310

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Anlass. Ein Lösungsansatz zur Energie- und Kosteneinsparung im Bereich der Gebäudeheizung ist die Speicherung sommerlicher solarer Wärmegewinne für die winterliche Warmhaltung der Räume. Bisher scheiterten solche Überlegungen in erster Linie an den hierfür notwendigen aufwendigen Speichertechniken. Wesentliche Vereinfachungen erscheinen möglich, wenn man die Baukonstruktion selbst und eventuell auch das angrenzende Erdreich als Wärmespeicher nutzt. Bevorzugter Anwendungsbereich dieses Prinzips ist die Warmhaltung von Räumen mit einer extrem großen thermischen Speichermasse. Dazu gehören auch viele Baudenkmale. Für deren künftige Finanzierbarkeit und damit auch ihren Erhalt ist eine kostengünstige Wärmebereitstellung eine wesentliche Voraussetzung.
Ziel. Es wird untersucht, inwieweit durch ein sommerliches Aufladen der Baukonstruktion mittels eines Solar-Luft-Systems der winterliche Energiebedarf für die Beheizung massiver, erdangrenzender Räume in Baudenkmalen reduziert werden kann und welche Auswirkungen dieses Aufladen auf die thermisch-hygrischen Verhältnisse im Raum hat. Zudem wird die Frage der denkmalgerechten Anordnung der Kollektoren des Solar-Luft-Systems betrachtet.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Bearbeitung des Themas erfolgte an Hand eines konkreten Objektes. Durchgeführt wurden die Untersuchungen im Schloss Trebsen in einem Teil der mittelalterlichen Kelleranlagen.
Die Projektbearbeitung erfolgte in 8 Arbeitsschritten
1. Ermittlung der gebäudebezogenen Ausgangsdaten sowie messtechnische Erfassung des Eigenklimas des Kellers
2. Planung und Realisierung einer temporären Solaranlage mit dem Ziel erste Erfahrungen hinsichtlich Auslegung und Betriebsverhaltens zu gewinnen
3. Monitoring der 1. Solaranlage und messtechnische Erfassung der thermisch-hygrischen Verhältnisse im Keller
4. Planung und Realisierung einer technisch verbesserten und denkmalgerecht gestalteten Solaranlage
5. Monitoring der 2. Solaranlage und messtechnische Erfassung der thermisch-hygrischen Verhältnisse im Keller
6. messtechnische Untersuchung eines ganzjährig konventionell beheizten Referenzkellers
7. Durchführung von Simulationsrechnungen zum thermischen Verhalten von Baukonstruktion und angrenzendem Erdreich
8. Herausarbeitung der Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes von Solar-Luft-Systemen zur Beheizung von denkmalgeschützten Gebäuden mit extrem großer thermischer Speichermasse


Ergebnisse und Diskussion

Ergebnisse

Energieeffizienz. In den Sommermonaten können die Baukonstruktion und das angrenzende Erdreich gegenüber dem Eigenklima deutlich erwärmt werden. Die eingespeicherte Wärme hat jedoch nur einen begrenzten Einfluss auf das winterliche Raumklima. Unter der Wirkung der zum Frühjahr hin ansteigenden Solargewinne steigt jedoch die mittlere Raumlufttemperatur im Vergleich zum Eigenklima deutlich schneller an. Im Herbst ist im Vergleich zum Eigenklima ein deutlich verlangsamter Abfall der mittleren Raumlufttemperatur zu verzeichnen. Mit Ausnahme des Hochwinters kann das Solar-Luft-System somit auch bei historischen Gebäuden mit einer extrem großen thermischen Speichermasse einen nennenswerten Beitrag zur Reduzierung der Energiekosten leisten.
Raumklima. Unter der Wirkung des Solar-Luft-Systems kommt es vielfach zu einer deutlichen Absenkung der relativen und absoluten Raumluftfeuchte gegenüber dem Wert, der im Falle des Eigenklimas vorliegt. Die Spannbreite der Schwankungen der relativen Raumluftfeuchte wird jedoch vergrößert.
Denkmalverträglichkeit. Es ist möglich, das Solar-Luft-System nahezu ohne Eingriffe in die historische Bausubstanz zu installieren. Der Einsatz von Solarkollektoren hingegen ist selbst dann, wenn diese im Rahmen einer eigenständigen architektonischen Lösung und ohne Beeinträchtigung des Erscheinungsbildes des Schlosses angeordnet werden, unter dem Aspekt der Denkmalverträglichkeit umstritten.
Aufwands-Nutzen-Verhältnis. Durch die im Zusammenhang mit der denkmalgerechten Aufstellung der Luftkollektoren aufgetretenen investiven Mehraufwendungen wurde die Wirtschaftlichkeit des Solar-Luft-Systems beeinträchtigt.

Diskussion

Auch wenn die ursprüngliche Erwartung, dass die Raumlufttemperaturen im Hochwinter infolge des sommerlichen Wärmeeintrages deutlich gesteigert werden kann, nicht bestätigt werden konnte, hat sich gezeigt, dass mit einem Solar-Luft-System, welches den Grundsätzen der Low-Tech entspricht, ohne nennenswerte Eingriffe in die historische Bausubstanz eine deutliche Reduzierung des Bedarfs an fossilen Primärenergieträgern erreicht werden kann. Zur Verbesserung des Aufwand-Nutzen-Verhältnisses ist es jedoch notwendig, die Effizienz des Energieeintrages in die thermischen Speichermassen zu steigern und die investiven Mehraufwendungen für eine denkmalverträgliche Anordnung der Solarkollektoren zu senken.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Bisher: Zu Projektbeginn erfolgte in der Tagespresse eine Information über das Grundanliegen des Vorhabens (Bild Leipzig 7. März 2007). In der Leipziger Volkszeitung wurde ausführlich über die Einweihung des Energiegartens berichtet (LVZ, 1. Okt. 2009). Zwischenzeitlich wurde das Projekt auch 2008 zur Denkmalmesse in Leipzig präsentiert. Der Öffentlichkeit wurden 2008 studentische Arbeiten zur denkmalgerechten Anordnung der Luftkollektoren im Rahmen einer Ausstellung auf Schloss Trebsen präsentiert. Im Forschungsbericht der HTWK Leipzig konnten 2007 und 2008 erste Ergebnisse vorgestellt werden. Auf folgenden Tagungen wurden bereits Projektergebnisse veröffentlicht: 20. Symposium
Thermische Solarenergie 2010 in Kloster Banz und Messe Intersolar 2011. 2010 erfolgte zudem eine Projektvorstellung im Heft 2 des Leipziger Transferbriefes.
Geplant: Für 2012 ist ein Vortrag zur Wissenschaftlichen Fachtagung Energie + Gebäudetechnik der HTWK Leipzig geplant. Projektergebnisse sollen zudem bereits 2011 auf der Homepage zweier Institute der HTWK Leipzig (Institutes für Hochbau, Baukonstruktion und Bauphysik (IHBB) und Architektur Institut Leipzig (AIL) veröffentlicht werden. Veröffentlichungen in Fachzeitschriften, z. B. Bausanierung, befinden sich in Vorbereitung.


Fazit

In Rahmen des Projektes konnten grundlegende Erkenntnisse über die Möglichkeiten und Grenzen der Nutzung von in monumentalen Baudenkmalen ohnehin vorhanden thermischen Speichermassen (Baukörper, Erdreich) und der dabei zu berücksichtigenden denkmalschutzseitigen und bauklimatischen Fragestellungen gewonnen werden.