Aus der Forschung: Solarthermische Fassadenelemente sammeln Wärme für Wärmepumpen

Zu sehen ist zum einen die Rückseite eines TABSOLAR®-Elements (solarthermisches Fassadenelement), mit bionischer FracTherm®-Kanalstruktur, seitlichen Sammelkanälen und Hydraulikanschlussbuchsen (oben) und zum anderen ein Schnitt durch ein TABSOLAR®-Element (unten).

Ihr kennt das schon von uns: Wir machen euch hier auf dem Solarthermieblog regelmäßig auf die aktuelle Forschung rund um solare Wärme aufmerksam. So auch heute: Es geht um neuartige solarthermische Fassadenelemente. Die sollen Solarwärme sammeln und einer Wärmepumpe zur Verfügung stellen. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) arbeitet deshalb gemeinsam mit Industriepartnern an einem neuen Projekt namens TABSOLAR III. Wir stellen euch die neuen Solarthermie-Fassadenelemente hier vor.

Wärmepumpen sind Umweltheizungen, die Wärme aus der von der Sonne erwärmten Umwelt (Luft, Wasser, Boden) nutzen, um Räume zu heizen und/oder Warmwasser bereitzustellen. Als erneuerbare Heiztechnologie bilden sie eine wichtige Säule der Wärmewende. Allerdings bietet nicht jedes Grundstück genug Platz für die zum Beispiel Außenlufteinheit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe.

Solarthermische Fassadenelemente als Wärmequelle für Wärmepumpen

Und genau da setzt das Forschungsprojekt TABSOLAR III des ISE an: Im Zuge dessen werden solarthermische Fassadenelemente aus Ultrahochleistungsbeton (UHPC) entwickelt und getestet, die eine geräuschlose, architektonisch gestaltbare und platzsparende Alternative zu herkömmlichen Wärmepumpen darstellen.

Tipp: Auf der Messe BAU in München, die heute startet und noch bis Freitag läuft, wird ein Demonstrator als vorgehängte hinterlüftete Fassade mit zwei hydraulisch verbundenen TABSOLAR^®-Design-Mustern vorgestellt. Handmuster zeigen die Möglichkeit der Oberflächenstrukturierung und einen Schnitt durch die Kanäle. Das schreibt das ISE in der zugehörigen Pressemeldung. 

Die TABSOLAR®-Elemente seien demnach solarthermische UHPC-Komponenten, die sowohl als verglaste als auch als unverglaste Fassadenbekleidungselemente architektonisch gestaltet werden könnten. Sie seien von Kanälen durchzogen, durch die ein Solarfluid ströme, das sich dank solarer Strahlung, die auf die Fassade treffe, aufwärme. Über einen Wärmetauscher werde diese Wärme dann an den Heizkreislauf der Wärmepumpe übergeben.

Das Design der Kanalstrukturen beruhe auf dem vom Fraunhofer ISE entwickelten bionischen FracTherm®-Verfahren und sei demnach mehrfach verzweigt (fraktale) strukturiert – ähnlich vernetzt wie Blutbahnen oder Blattadern. Diese Struktur ermögliche ein gleichmäßig durchströmtes Kanalnetzwerk in fast jeder Form. Zugleich würde das fraktale Design damit punkten, dass für das gleichmäßige Durchströmen des UHPC-Elements nur ein geringer Energieaufwand seitens der Pumpe nötig ist. Die Fassadenelemente selbst werden mit einem innovativen Membran-Vakuumtiefziehverfahren hergestellt wird, erklärt das ISE. Dieses sei im Rahmen des Forschungsprojekts TABSOLAR III mit zahlreichen Industrie- und Forschungspartnern weiterentwickelt worden.

Die Fassadenelemente würden demnach der Aufgabe gerecht, als Niedertemperatur-Wärmequellen für Wärmepumpen zu dienen. Sie stellten somit eine geräuschlose und optisch ansprechende Alternative zu herkömmlichen Außenlufteinheiten von Luft-Wasser-Wärmepumpen dar, ist in der Pressemitteilung des ISE weiter zu lesen.

Simulationen des ISE hätten ergeben, dass die verfügbaren Fassadenflächen bei Neubauten oder sanierten Bestandsgebäuden für diesen Zweck ausreichen würden. Das erklärt Dr.-Ing. Michael Hermann, der das Verbundforschungsprojekt TABSOLAR III koordiniert und Projektleiter am Fraunhofer ISE ist.

Die unverglaste Variante (Produktfamilie: TABSOLAR® Design) lasse sich

• wie beschrieben als Wärmepumpen-Quelle,
• aber auch zur Trinkwarmwasservorerwärmung
• oder zum Beheizen von Schwimmbädern einsetzen

und könne ähnlich wie marktverfügbare Fassadenelemente aus UHPC mit Struktur und/oder Farbe gestaltet werden.

Die verglasten und mit spektralselektiven Schichten versehenen Elemente der Produktfamilie TABSOLAR® Premium dagegen seien ähnlich wie klassische Solarthermie-Kollektoren

• für die Trinkwassererwärmung
• und die Heizungsunterstützung

vorgesehen. Der Grund: Sie erreichen dem ISE zufolge höhere Temperaturen.

Die vorgefertigten solarthermischen Fassadenelemente habe man aktuell für vorgehängte hinterlüftete Fassaden (VHF) entwickelt. Denkbar sei künftig jedoch auch ein Einsatz in Wärmedämmverbundsystemen (WDVS) oder Sandwichwandaufbauten.

Innen im Gebäude sollen die Elemente aus der Produktfamilie TABSOLAR^® Heat & Cool als thermoaktive Bauteilsysteme (TABS), auch ergänzt mit einer klassischen Betonkernaktivierung, fürs Heizen oder Kühlen zum Einsatz kommen.

Im Rahmen des Projekts TABSOLAR III teste man die Planung, Fertigung und Montage der neuen Fassadenelemente bis hin zum Betrieb unter Einbeziehung der beteiligten Gewerke.

Foto: ©G.tecz Engineering GmbH