Energiesparender
Beton
Die hohe Wärmespeicherfähigkeit des Betons lässt sich planerisch optimieren. Während bei der Gebäudehülle vor allem auf den Wärmeverlust geachtet wird, können innenliegende, massive Bauteile regulierend auf die Gebäudetemperatur wirken. Durch eine entsprechende Detailplanung und Detailausbildung können Bauwerke aus Beton praktisch wärmebrückenfreiund optisch hochwertig konstruiert werden.
Insbesondere durch Stahlbeton-Sandwichfassaden und Beton-Vorhangfassaden können Gebäude thermisch optimiert werden. Hilfestellungen hierzu sowie eine umfangreiche Sammlung von Details enthält der Planungsatlas. Dabei ist jedoch auf die Rezyklierbarkeit und Nachhaltigkeit der eingesetzten Wärmedämmmaterialien zu achten. Interessante Alternativen können sich auch mit neuen Konzepten gradierter oder haufwerksporiger Betonquerschnitte, insbesondere in Decken- und Wandsystemen, ergeben.
Die thermische Trägheit des Betons (bei einer Wärmekapazität von ca. 2.400 kJ/(m³K)) entspricht vor allem dem menschlichen Behaglichkeitsempfinden. Da die Außentemperatur in Deutschland selbst im Sommer nachts für gewöhnlich auf unter 20 °C absinkt, können die massiven Bauteile wieder auskühlen und nehmen dann über den Tag verteilt wieder langsam die zusätzliche Wärme auf. Hierdurch herrscht bei gutem Wärmeschutz ein geringes Gefälle zwischen Bauteil- und Raumlufttemperatur, welches als behaglich empfunden wird. Noch effizienter ist diese Eigenschaft in Kombination mit einer Bauteilaktivierung. Studien haben ergeben, dass herkömmliche Heizsysteme die Raumtemperatur um 1– 2 °C höher heizen müssen, um ein vergleichbares Behaglichkeitsempfinden zu erzeugen.
Die Wärmespeicherfähigkeit des Betons wirkt sich im Betrieb im Vergleich mit leichteren Bauweisen positiv aus. Aus der geringeren Wärmespeicherfähigkeit leichter Werkstoffe (z. B. Holz) ergibt sich ein größerer Heizwärmebedarf im Unterhalt des Gebäudes gegenüber einer Massivbauausführung. Am Beispiel eines typischen Mehrfamilienhauses ergibt sich ein im Vergleich um 5 % höherer Heizenergiebedarf eines Holzhauses gegenüber einem Stahlbetongebäude über einen Zeitraum von 50 Jahren mit einem entsprechend über 3 % höheren CO₂-Ausstoß. Dieser Abstand vergrößert sich bei längerem Betrachtungszeitraum entsprechend.
Beton ist aufgrund seiner Materialdichte ein hervorragender Wärmespeicher. Gerade bei der Nutzung von Sonnen- und Windenergie müssen Speicherkapazitäten geschaffen werden, um die ungleichmäßige Energiebereitstellung auszugleichen. In hochwärmeleitfähigen Beton eingebettete, mit Thermoöl oder Wasserdampf gefüllte Stahlrohre befüllen oder leeren den Speicher, auch Thermischer Energiespeicher genannt. Es werden Temperaturen bis 450 °C genutzt. Pro Speichermodul können bis zu 2 MW…
Beton ist aufgrund seiner Materialdichte ein hervorragender Wärmespeicher. Gerade bei der Nutzung von Sonnen- und Windenergie müssen Speicherkapazitäten geschaffen werden, um die ungleichmäßige Energiebereitstellung auszugleichen. In hochwärmeleitfähigen Beton eingebettete, mit Thermoöl oder Wasserdampf gefüllte Stahlrohre befüllen oder leeren den Speicher, auch Thermischer Energiespeicher genannt. Es werden Temperaturen bis 450 °C genutzt. Pro Speichermodul können bis zu 2 MW Energie gespeichert werden.
Die Idee einer elektrischen Batterie aus Beton wird derzeit in Schweden entwickelt. Einem Feinkorn-Beton wird eine geringe Menge Carbonfasern zugesetzt, um die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen. Im Betonbauteil, z. B. der Bodenplatte eines Gebäudes, werden metallbeschichtete Kohlefasergewebe eingelegt – Eisen für die Anode, Nickel für die Kathode. Damit entsteht eine immer wieder aufladbare Batterie, um Solarenergie dezentral zu speichern und bei Bedarf an das Gebäude…
Die Idee einer elektrischen Batterie aus Beton wird derzeit in Schweden entwickelt. Einem Feinkorn-Beton wird eine geringe Menge Carbonfasern zugesetzt, um die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen. Im Betonbauteil, z. B. der Bodenplatte eines Gebäudes, werden metallbeschichtete Kohlefasergewebe eingelegt – Eisen für die Anode, Nickel für die Kathode. Damit entsteht eine immer wieder aufladbare Batterie, um Solarenergie dezentral zu speichern und bei Bedarf an das Gebäude abzugeben. Es wird derzeit erforscht, inwiefern die geringe Energiedichte im Vergleich zu klassischen Batterien durch die großen Betonflächen bei Gebäuden ausgeglichen werden kann.
Die thermische Aktivierung von Betonbauteilen macht sich die thermische Speicherfähigkeit des Betons zunutze und stabilisiert die Innenraumtemperaturen im Sommer wie im Winter. Sie sorgt nicht nur für ein behagliches Raumklima ohne Luftverwirbelungen, sondern reduziert gleichzeitig den Energiebedarf für die Heizung und Kühlung des Gebäudes.
Mit der sogenannten Bauteil- oder Betonkernaktivierung können alle Arten von Hochbauten ganzjährig geheizt und gekühlt werden. Kombiniert mit regenerativen Energiequellen bieten Decken und Wände als thermoaktive Bauteile beste Voraussetzungen für ein energieeffizientes und wirtschaftliches Bauen. Dazu wird ein Rohrsystem in die Betonbauteile integriert, durch das entweder warmes oder kaltes Wasser geleitet wird. Das Wasser gibt die Wärme an den Beton ab oder kühlt diesen, indem Wärme entzogen wird.
Der Beton tauscht die Wärme zu 60 % über Strahlung und zu 40 % über Konvektion mit dem Raum aus. Das System arbeitet im energiesparenden Niedertemperaturbereich, die typische Heizleistung beträgt 25 bis 30 W/m², die Kühlleistung entsprechend 30 bis 40 W/m². Die aktivierten Betonbauteile bieten eine störungsfreie Technik ohne bewegliche Teile und weisen eine Lebensdauer auf, die der Baustruktur entspricht. Großflächige Heizelemente wie Geschossdecken und evtl. Wandelemente ersetzen aufgrund ihrer großen Masse den klassischen Heizkörper und Klimaanlagen.
Der zum Erwärmen oder Kühlen notwendige, geringe Energieaufwand kann bevorzugt durch regenerative Energiequellen, z. B. Umgebungswärme aus Geothermie oder dem Grundwasser, Fernwärme, Solarenergie, Photovoltaik oder anderen Energiequellen, abgedeckt werden. Die Bauteilaktivierung ermöglicht es, den Energiebedarf durch entsprechende Regelung zeitlich zu verschieben und die Energiezufuhr auf jene Zeiten zu beschränken, in denen erneuerbarer Strom im Überschuss und demnach kostengünstig zur Verfügung steht. Insbesondere bei Spannbeton-Fertigdecken sind Wärme-Kühl-Decken inzwischen gängige und bewährte Praxis. Hier wird nicht nur Material, sondern auch Bauzeit gespart.
Beton. Für große Ideen.
