Eine Fußbodenheizung in ein bewohntes Gebäude einzubauen, ist sehr aufwendig. Warum also nicht die Außenwand als Flächenheizung nutzen? Kombiniert mit einem Sandwich-Fassadenelement kann diese zusätzlich Umweltenergie gewinnen, speichern sowie das Gebäude dämmen – wie das Vorhaben LEXU_PLUS zeigt. 

Vorgefertigte Sandwich-Fassadenelemente sollen dazu beitragen, dass auch in Bestandsgebäuden mehr erneuerbare Energie zum Einsatz kommt. Sandwichelemente werden Fassadenteile genannt, die aus mehreren Schichten bestehen und hauptsächlich zur Dämmung von Gebäuden eingesetzt werden.

Im jetzt abgeschlossenen Vorhaben LEXU_PLUS (Entwicklung und Erprobung innovativer vorgefertigter Sandwich-Fassaden-Elemente, zur ganzheitlich niederexergetischen Temperierung von Bestandsgebäuden, unter Ausnutzung der Gebäudestruktur) haben die Projektpartner die neuen Elemente mit einer thermisch aktivierten Außenwand kombiniert. Diese hatte das Wissenschaftsteam bereits in  Vorgängerprojekten entwickelt. Bei der thermischen Bauteilaktivierung wird die Gebäudestruktur zur Temperierung und Speicherung genutzt.

Da die Übertragungsfläche sehr groß ist, muss das Wärmeträgermedium bei einer solchen Flächenheizung nicht so stark erhitzt werden wie bei herkömmlichen Heizsystemen. Zusätzlich steht eine große thermische Speichermasse zur Verfügung. Wärmeerzeugung und -verbrauch können besser zeitlich entkoppelt werden. Dies erleichtert nicht nur die Einbindung erneuerbarer Energien in das System, sondern auch die Nutzung niedriger Vorlauftemperaturen von 25 bis 30 Grad Celsius oder weniger.

Sandwich-Fassadenelement an zwei Demonstratoren getestet

Die Entwicklungen und Erprobung dieser Sandwich-Fassadenelemente haben die Forschenden unter Leitung des Instituts für Zukunftsenergie und Stoffstromsysteme (IZES) in Saarbrücken an zwei Demonstratoren getestet. Dabei gab es einen Vorteil zum Vorgängerprojekt: Das neue Fassadensystem muss nicht mehr komplett vor Ort umgesetzt werden. In den Vorgängerprojekten wurde das System der thermisch aktivierten Außenwand von verschiedenen Gewerken umgesetzt. Dies führte zu vielen Schnittstellen und hohen Kosten. Mit den neuen Sandwich-Elementen ist das Verfahren einfacher. Die Komponenten können im Fertigteilwerk vorgefertigt werden und müssen vor Ort nur noch an der Bestandswand befestigt werden.

Die Forschenden haben das neue Sandwichelement an zwei Demonstratoren praktisch erprobt. An der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau wurde es unter realen Bedingungen thermisch untersucht. Die Montage des Elements testeten die Expertinnen und Experten an einer Fassade beim Projektpartner Komzet Bau Bühl in Baden-Württemberg. Die Versuche haben gezeigt, dass die Elemente an eine bestehende Wand montiert werden können, das Gebäude dämmen und temperieren und auch wieder demontiert und recycelt werden können.

Geringere Wärmeleitfähigkeit mit neuem Verbindungsmittel

Das im Projekt entwickelte und untersuchte vorgefertigte Sandwichfassadenelement ist ein Bauteil aus zwei parallel zueinander angeordneten Stahlbetonschalen, der Vorsatzschale und der Tragschale. Diese sind durch gleichmäßig verteilte, stabförmige Verbindungsmittel miteinander gekoppelt. Zwischen diesen beiden Schalen befindet sich eine in Stärke und Material frei wählbare Dämmschicht. Die Verbindung der Schalen erfolgt mit den im Projekt neu entwickelten stabförmigen Verbindungsmitteln aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK). Das Material der Verbindungsmittel hat den Vorteil, dass es im Vergleich zu Stahl nicht korrosionsgefährdet ist. Außerdem verfügt es über eine geringe Wärmeleitfähigkeit, was eine nahezu wärmebrückenfreie und damit energieeffiziente Verbindung der beiden Betonschalen ermöglicht.

Neues Fassadenelement liefert zusätzliche Umweltwärme

Insgesamt ist das neue Sandwich-Fassadenelement ein Multitalent: Es kann Energie gewinnen und speichern, dämmen und angrenzende Räume temperieren. Dies erfolgt über ein innovatives Wärmeübertragersystem, das unabhängig von der Art des Gebäudes an der Außenwand angebracht werden kann und die Gebäudestruktur als Speicher nutzbar macht. Eine Sanierung mit den neuen Sandwich-Elementen ist daher auch im bewohnten Zustand möglich. Mit dem neuen Element soll zusätzlich Umweltwärme über integrierte Massivabsorber gewonnen werden. Die Wärme der Umgebungsluft sowie Solarstrahlung, die auf die Fassade trifft, werden gespeichert und können in Kombination mit einer Wärmepumpe zum Heizen genutzt werden.

Das Projektkonsortium arbeitet aktuell daran, diese minimalinvasive Sanierungsvariante auf den Markt zu bringen. Dazu sollen zunächst die Herstellungskosten reduziert und das Gesamtsystem effizienter gestaltet werden. (bs/ks)