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Kurztitel: LEXU II
Förderkennzeichen: 0327370T, 0327370Y
Status: Laufend
Laufzeit: 01/2012 bis 09/2018
Themen: Exergetische Optimierung, Heizen, Lüften, Kühlen, Sanierung von Einzelgebäuden
Standort: 66115 Saarbrücken, Altenkesseler Strasse 17
Innovation: Die außen liegende Wandtemperierung bietet neue Lösungsansätze für nieder-exergetische Heiz- und Kühlsysteme und eine minimalinvasive Gebäudesanierung.
Schlagworte:

Quintessenz

  • Zur Sanierung wird ein Flächenheizsystem von außen auf die Fassade gebracht und anschließend gedämmt
  • System zur minimalinvasiven Sanierung wird mit dem Prinzip Niedrig-Exergie-Beheizung kombiniert
  • Wärmeerzeugung erfolgt regenerativ über hybride Solarkollektoren, eine CO2-Wärmepumpe und einen Eisspeicher
  • Das Konzept wird an einem Bürogebäude der 1960-70er Jahre erprobt

Für das grundlegend neue Beheizungskonzept wird ein System zur minimalinvasiven Sanierung mit dem Prinzip Niedrig-Exergie-Beheizung kombiniert. Hierbei wird im Zuge der Gebäudesanierung ein Flächenheizsystem von außen auf die Fassade gebracht. Es wird anschließend mit einer Dämmschicht bedeckt, so dass das Gebäude über die Außenwand und bereits mit kleinen Temperaturdifferenzen temperiert oder beheizt werden kann. 

Projektkontext

In dem Forschungsvorhaben wird die praktische Umsetzbarkeit der Forschungsergebnisse aus dem vorangegangenen Projekt LEXU I an einem Demonstrationsobjekt untersucht.
Die außen liegende Wandtemperierung bietet neue Lösungsansätze für nieder-exergetische Heiz- und Kühlsysteme. Die Installation eines solchen Systems ist immer im Zusammenhang mit einer energetischen Optimierung des "Gesamtsystems Gebäude" zu sehen. Daher eignet sich die außen liegende Wandtemperierung besonders für die noch im großen Umfang erforderliche Altbausanierung. Bei dem Demonstrationsobjekt handelt es sich um ein Bürogebäude aus den 1960-70er Jahren. Im Zuge einer fälligen Betonsanierung konnte eine Fassade des Gebäudes mit der außen liegenden Wandtemperierung belegt werden.

Bereits mit Vorlauftemperaturen knapp über der Ruhetemperatur der Wand in der Heizebene kann der Verlustwärmestrom über die Außenwand kompensiert – und mit Vorlauftemperaturen über der Raumtemperatur überkompensiert werden, die Räume werden dann beheizt.

Hierfür kann regenerative Wärme bzw. Kälte aus dem Erdreich, aus solarer Wärme oder Abwärme genutzt werden. Mit der außen, zwischen der Bestandsaußenwand und der neuen Wärmedämmung liegenden Wandtemperierung kann das Gebäude wärmetechnisch nahezu vollständig von außen saniert werden.

Das Sanierungskonzept ist minimalinvasiv, die Beeinträchtigungen für die Bewohner bleiben vergleichsweise gering. Hinzu kommen die Komfortvorteile einer Flächenheizung und die energetischen Vorteile der Nutzung regenerativer Wärmequellen auf niedrigem Temperaturniveau mit geringem Exergiegehalt. Optional kann die außen liegenden Wandtemperierung zur außen liegenden Luftheizung erweitert werden, indem ein Luftspalt zwischen Flächenheizungssystem und Wärmedämmung ein ergänzendes, schnell regelbares Luftheizungssystem eröffnet.

Forschungsfokus

Ziel des Demonstrationsprojekts ist es, die Umsetzbarkeit des Konzepts an einem realen Gebäude zu demonstrieren. Zusätzlich soll die Wandheizung hinsichtlich Funktion, Einsatzgrenzen, Zeitkonstanten etc. ausgiebig untersucht werden. Des Weiteren sollen in dem Forschungsvorhaben potenzielle exergetische Vorteile der außen liegenden Wandheizung und -kühlung durch die Verbindung mit innovativen Systemkonzepten verbessert werden. Beim Demonstrationsobjekt an der Universität des Saarlandes wird die außen liegende Wandheizung mit einer Wärmepumpe, einem Eisspeicher und hybriden PVT-Kollektoren gekoppelt.

Die Kapillarrohrmatten werden als Flächenheizsystem außen auf die Fassade aufgebracht. Im Bild wird gerade der Klebemörtel glatt gezogen für den Leichtputz. Die außen liegende Wandheizung eignet sich besonders für die Sanierung von Gebäuden.

© IZES gGmbH

Fassade des Demonstrationsobjekts mit außen liegender Wandheizung nach der Sanierung im Januar 2016. Im Zuge einer fälligen Betonsanierung wurde eine Fassade des Gebäudes mit der außen liegenden Flächenheizung belegt.

© IZES gGmbH

Das Demonstrationsobjekt vor der Sanierung Mitte 2015.

© IZES gGmbH

Die Kapillarrohrmatten wurden außen auf der Fassade des Demonstrationsobjekts als Flächenheizsystem angebracht. Darauf wird später eine Wärmedämmung angebracht.

© IZES gGmbH

Einputzen der Kapillarrohrmatten mit Klebemörtel

© IZES gGmbH

Aufbringen der 16 Zentimeter starken Wärmedämmung (WLG 032)

© IZES gGmbH

Erfolge

In Zusammenarbeit mit der Dürr Thermea GmbH wurde zunächst ein Prototyp einer CO2-Wärmepumpe mit einer thermischen Leistung von 20 kW entwickelt und gebaut. Der Prototyp wurde auf einem Prüfstand im Technikum der IZES gGmbH intensiv hinsichtlich Funktionalität und Leistungsumfang bzw. -grenzen getestet. Anschließend wurde der Prototyp anhand eines realistischen Lastprofils für ein simuliertes Mehrfamilienhaus getestet und messtechnisch erfasst. Das Lastprofil beruhte auf dem Einsatz der außen liegenden Wandtemperierung bzw. außen liegenden Luftheizung. Die Ergebnisse des Labortests sind als positiv einzustufen.

In einem zweiten Arbeitspaket wurde das Konzept der außen liegenden Luftheizung im Rahmen eines Laborversuchs durch Aufbau einer Modellwand untersucht. Neben den praktischen Messungen an der Modellwand im Labor wurde die außen liegenden Wandheizung theoretisch modelliert und in mehreren Simulationsprogrammen abgebildet. Der Vergleich der gemessenen Ergebnisse mit den theoretisch berechneten Ergebnissen zeigte eine sehr gute Übereinstimmung. Bei dem Demonstrationsobjekt wurde zusätzlich zur außen liegenden Wandtemperierung eine kleine Teilfläche als außen liegende Luftheizung realisiert.

Schematischer Aufbau der außen liegenden Wandheizung, bestehend aus der Bestandswand, der Kapillarrohrmatte, dem Klebemörtel, der Wärmedämmung und dem Oberputz

© IZES gGmbH

Schema des niederexergetischen Heizsystems, wie es bei dem Demonstrationsobjekt installiert werden soll

© IZES gGmbH

Prüfstand für den Prototypen einer CO2-Wärmepumpe, wie es bei dem Demonstrationsobjekt installiert werden soll

© IZES gGmbH

Der Eisspeicher – hier im eingebauten, noch unverfüllten Zustand – ergänzt das Niedrig-Exergie-Heizsystem

© IZES gGmbH

Anwendung

Neue Produkte sind nicht das Kernthema des Projekts. Stattdessen werden auf dem Markt befindliche Produkte neuen Anwendungsgebieten zugeführt, beispielsweise die Flächenheizung. Als ein potenziell neues Produkt ist die vom Projektpartner Dürr Thermea GmbH entwickelte CO2-Wärmepumpe einzuordnen, die in dieser Leistungsklasse (20 kW) ein Novum ist.

Letzte Aktualisierung: 18. April 2017

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