Energiesparen – mehr Innovation wagen!

Es gibt bereits eine ganze Reihe an energiesparenden Techniken und Innovationen, die zum einen die Wissenschaft begeistern, aber dafür noch längst nicht Eingang in die Praxis gefunden haben. Strom produzierende Fassaden zum Beispiel. Oder kleine Wachskügelchen, mit denen sich Räume kühlen lassen und Fenstergläser, die Räume vor Überhitzung schützen. Es bedarf nur noch der Bauherren und Architekten, die von solchen Innovationen Gebrauch machen.

Einfach mal ausgedacht: Wachswände für ein besseres Raumklima

Ein Klimapuffer aus winzigen Paraffinkügelchen – eine Idee, die nicht während einer Sitzung in einem Institut kam, sondern bei bierseliger Laune irgendwann in 1999. Da feierten einige Kollegen der BASF gemeinsam den Abschluss eines gemeinsamen Projektes. Mit dabei war Professor Volker Wittwer, der sich heute noch an die ausgelassene Stimmung zurückzuerinnern vermag. Der mittlerweile emeritierte Institutsleiter denkt dabei an die Fachgespräche unter Physikern, die in irgendeinem Moment die Wärmespeicherfähigkeit von Stoffen zum Thema erhoben haben. Das wurde sogleich von der Frage begleitet, wie man die entsprechenden Stoffe zur Kühlung bei Bauten einsetzen kann. Hier ahnte noch niemand, dass die Sache einmal zu etwas Größerem werden würde.

Ein paar Versuche gab es bereits, aber Wittwer stand letztlich vor dem Problem, das Paraffin nicht in die Baustoffe integrieren zu können. Das Thema wusste die Mitarbeiter von BASF auch nach dem feiern noch zu beschäftigen. Im Labor in Ludwigshafen begannen erste Experimente mit Tintenverkapselung. Es folgten Durschlagpapier und Acrylglas. Im Jahr 2004 kamen die ersten Produkte, ein Jahr später der erste Einsatz in einem Pilotprojekt und 2009 die Nominierung für den Deutschen Zukunftspreis. Zwischenzeitlich wurde das Produkt auf den Namen „Micronal“ getauft und wartet heute darauf, massenhaft auf Baustellen zum Einsatz zu kommen.

Viele Träume, die in Erfüllung gingen

„Micronal“ war zu jenem Zeitpunkt etwas völlig neuartiges, eine echte Innovation und damit der Traum eines jeden Forschers. Nichts ungewöhnliches, wenn man bedenkt, wie viele Träume sich vorher und nachher noch erfüllen sollten. Heute werden für Dämmstoffe Wärmedurchgangskoeffizienten berechnet und es gibt Fenster und Türen, die nach Standards gebaut werden, die man vor 20 Jahren noch für unerreichbar hielt. Hinzu kommen die stark angewachsenen Wirkungsgrade von verschiedenen Brennwert-Heiztechniken und die deutlich effizienter gewordenen Wärmepumpen.

Darüber hinaus lassen sich heute Fenster in Lüftungsanlagen integrieren. Sie entziehen einfach der Abluft Wärme, mit der sie dann die Zuluft aufheizen. Eine innovative Lösung, die sich vor allem bei Altbauten anbietet. Dank dieser und vieler weiterer Innovationen reichen für ein Haus, das im Jahr 2010 gebaut wurde, bereits 5 Prozent der Energie aus, die ein Haus aus dem Jahre 1970 benötigen würde. Und selbst aus dem Haus ließe sich noch ohne Probleme ein Niedrigenergiehaus machen.

Wie Wachströpfchen in den Wänden das Aufheizen verhindern

All die Innovationen sind nicht selten den Entwicklungsabteilungen der Konzerne zu verdanken, die sich hartnäckig den technischen Möglichkeiten widmen, Potenziale erkunden und letztlich erfolgreich zu einem Ziel hin forschen. Es kann sich aber auch alles um die Grundlagen der Physik drehen, die den Lehrstoff der Mittelstufe an Gymnasien bilden und die plötzlich in den Fokus geraten. So ergibt sich plötzlich ein neuer Ansatz, mit dem sich eine neue Produktgeneration realisieren lässt, wie es bei Micronal der Fall gewesen ist.

Die Rede ist hier von „Phase Change Materials“, kurz PCM genannt. Eine andere Bezeichnung wäre Latentwärmespeicher. Die physikalischen Phänomene, die sich beim Übergang in einen anderen Aggregatzustand ereignen, sind für diese Materialien entscheidend. Immer dann, wenn ein Stoff schmilzt, nimmt er sehr viel Wärmeenergie auf. Dabei ändert sich jedoch nicht dessen Temperatur. Um ein Kilo Eis zu schmelzen, ist genauso viel Energie notwendig, um dieselbe Menge Wasser von 0° auf 80°C aufzuheizen. Werden Innenwände mit PCM ausgestattet, können sie sehr viel Wärme aufnehmen, ohne sich aufzuheizen. Wasser eignet sich in dem Fall weniger, da es einen niedrigen Schmelzpunkt besitzt. Anders Paraffin, da es erst bei Temperaturen zwischen 21 und 26°C schmilzt. Die mit Acrylglas ummantelten Wachströpfchen nehmen bei Wechsel des Aggregatzustandes genug Wärme auf, um einen Temperaturanstieg von bis zu vier Grad zu vermeiden. Dabei wird eine Speicherfähigkeit erreicht, die dem Dreißigfachen von Beton entspricht.

Abends und nachts, wenn die Temperaturen allmählich wieder fallen, geben die Kapseln die Wärme wieder frei. Forscher am Fraunhofer-Institut in Freiburg simulierten mit 10.000 Schmelzvorgängen einen Dauereinsatz von 30 Jahren. Dabei ließen sich keinerlei Leistungsverluste feststellen. Das schafft die optimalen Voraussetzungen, um in verschiedenen Baustoffen wie Mörtel, Gips oder Holz eingesetzt zu werden. Denn gerade denen mangelt es an Wärmespeicherfähigkeit.

Intelligente Fenster für ein besseres Raumklima

Es gibt aber noch mehr dieser PCMs, Paraffin ist nur eines davon. Ein anderes wäre Salzhydrat, das derzeit vom Schweizer Hersteller GlassX in transluzente Fassadenelemente eingebracht wird. Dies wiederum stellt ein gelungenes Beispiel dar, wie einzelnen Bauteilen mehrere Funktionen zugewiesen werden können – zusätzlich zu ihrer Rolle als Gestaltungselement. Auch die Gläser von GlassX erfüllen mehrere Funktionen auf einmal, denn sie bilden eine transparente Wärmedämmung, bieten als Latentwärmespeicher Kühlung und einen wirksamen Überhitzungsschutz. Im Zwischenraum der Dreifachverglasung ist eine Schicht Prismenglas implementiert. Das reflektiert die Strahlen der hoch stehenden Sommersonne, lässt die niedriger einfallenden Strahlen der Wintersonne jedoch ungehindert passieren. Hinzu kommt noch ein Wärmespeichermodul, das die eingefallene Solarenergie aufnimmt, speichert und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgibt.

Besonders leicht und besonders dicht: Vakuumisolierglas

Und mit Vakuumisolierglas steht bereits die nächste Innovation in den Startlöchern. Diese Fenster kommen ohne schwere Rahmen aus, sind zudem leicht und dünn und weisen dennoch einen sehr niedrigen Wärmedurchgangskoeffizienten auf. Die Erkenntnis dahinter: Nichts isoliert besser als ein Vakuum. Der Physiker Helmut Weinländer vom Zentrum für Angewandte Energieforschung in Würzburg (ZAE) konnte dafür bereits Forschungsmittel beim Bund einwerben. Sein Auftrag lautet nun, Verglasungen mit Funktionsschichten zu entwickeln, die bei einem sehr schlanken Aufbau einen für Passivhäuser tauglichen Wärmedurchgangskoeffizienten von 0,5 W/m²K aufweisen. Noch ist die Entwicklung im Gange, aber bald schon könnte die Welt der Architektur um einen erfüllten Traum reicher sein.

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