Multifunktionale Gebäudetragstruktur zur Klimatisierung und Energiespeicherung

Forschungsschwerpunkt

Innovative Betonfertigteile

Fachgebiet Massivbau und Baukonstruktion

Prof. Dr.-Ing. Matthias Pahn

Bearbeiter

Dipl.-Ing. Christian Caspari
Dipl.-Ing. Torsten Weiler

Kooperationspartner

Technische Universität Kaiserslautern, Fachbereich Architektur, FG Methodik des Entwerfens, Prof. Dipl.-Ing. Dirk Bayer

Technische Universität Kaiserslautern, Fachbereich Mathematik, AG Optimierung, Prof. Dr. Sven O. Krumke

Projektbeschreibung

Die Entwicklung von Energie-Plus-Häuserkonzepten ist gekennzeichnet durch das stetige Zusammenwachsen von Konstruktion und Technik sowie der Kombination von tragenden und energetischen Funktionalitäten bei einzelnen Bauteilen.

An der TU Kaiserslautern entsteht eine kleine Siedlung von begehbaren Musterbauten zur Demonstration innovativer Bauweisen und zur Validierung von Forschungsergebnissen unter realen Bedingungen. Das erste Gebäude wurde im Sommer 2014 unter großer Resonanz feierlich und öffentlichkeitswirksam eröffnet. Die Großdemonstratoren weisen eine Grundfläche von 35 – 50 m² auf.

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes entsteht 2016 der Großdemonstrator „Smallhouse IV“. Der Grundgedanke des Experimentalbauwerkes ist die integrale Nutzung der Betontragstruktur für die direkte Klimatisierung des Gebäudes über die Gebäudehülle durch aktiv gesteuerte wasserdurchflossene Rohregister. Innovativer Kern ist die kurz- bis mittelfristige Pufferspeicherung von thermischer Energie in den massiven Betonbauteilen, deren Speichervermögen durch den Einsatz von Phasenwechselmaterialien (PCM) gesteigert wird. Dieses Speicherkonzept bezeichnen wir als „Konstruktiver Speicher“. Zudem wird das Überangebot an solarer Energie im Erdreich unter dem Gebäude mittel- bis langfristig gespeichert. Die thermische Energie aus dem Saisonalspeicher wird bei Bedarf durch eine Wärmepumpe für das Gebäude nutzbar gemacht. Dieses Gesamtkonzept stellt eine Alternative zu herkömmlichen thermischen Speichersystemen dar, indem das vorhandene Potential von Gebäudestruktur und Erdreich gezielt ausgenutzt wird. Die Vorteile dieses Systems konnten bereits über numerische Untersuchungen am thermischen Gebäudemodell aufgezeichnet werden. Aufgrund des hohen Speichervermögens der Bauteile, kann dieses System mit vergleichsweise geringen Vorlauftemperaturen betrieben werden. Daraus resultiert eine effektive Nutzung der Solarkollektoren im Vergleich zu einer Lösung mit einer Solarthermieanlage in Kombination mit einem Wasserspeicher.

Es besteht die Zielstellung durch eine gezielte Speichermassenbewirtschaftung der Gebäudestruktur und des Erdreichs einen solaren Deckungsgrades von ≥ 50% für die Wärmeversorgung zu ereichen.

Die Bauteile des Großdemonstrators werden als Sandwichelemente ausgebildet und mittels Spannschlösser miteinander verbunden. Eine Wand des Großdemonstrators wird so konstruiert, dass sie nachträglich ausgetauscht werden kann. Somit können verschiedenen Querschnitte hinsichtlich ihres Einflusses auf das thermische Verhalten des Gesamtsystems untersucht werden.

Den Stand der Bearbeitung können sie unserem Projektblog entnehmen.

Finanzierung

Das Vorhaben läuft über die Forschungsinitiative „Zukunft BAU“ des Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung.

Sponsoren

Wir danken ganz herzlich den nachfolgenden Sponsoren für Ihre Unterstützung des Projektes.