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Kabel statt Rohre



Kabel statt RohreBild: my-PV
Bild: my-PV 
Bild: my-PV 
Bild: my-PV 

2. Juni 2022

Betonkernaktivierung: Bodenplatte wird zum Speicher für PV-Überschuss

Während üblicherweise Wasser oder Luft als Energieträger zum Aktivieren des Betonkerns eingesetzt werden, erfolgt dies beim neuen Firmengebäude von my-PV in Österreich erstmalig per Elektroheizdrähte, die in das Fundament eingegossen wurden.

Ein solarelektrisches Gebäude benötigt thermische Speichermasse, um den Tagesgang der Sonnenenergie optimal nutzen zu können. Bauteilaktivierung bzw. Betonkernaktivierung sind etablierte Begriffe, die das Konzept einer Fundamentplatte als Wärmespeicher beschreiben. Erstmalig erfolgt das Aktivieren nun anhand von „Kabel statt Rohre“ durch Aktivierung mittels Photovoltaikwärme. Der Beton wird somit zum Tagspeicher für PV-Überschuss.

Die Energie dafür wird zum größten Teil des Jahres sauber und nachhaltig von der Sonne zur Verfügung gestellt. Die Leistungssteller von my-PV, sogenannte AC•THOR 9s, sorgen dabei für eine ganz präzise Dosierung der Heizleistung.

Eine 100 kWp Photovoltaikanlage, die auf dem Pultdach und an der Fassade des Gebäudes angebracht wurde, stellt hierfür massiv Überschussenergie bereit, die optimal mit der im Gebäude vorhandenen thermischen Speichermasse genutzt werden kann.

Welche Gebäude sind geeignet?
Grundvoraussetzung für ein solches Konzept ist ein hoher, zeitgemäßer Dämmstandard des Gebäudes. Denn die Oberflächentemperatur der aktivierten Fundamentplatte kann nur wenige Grad über der gewünschten Raumtemperatur liegen. Andernfalls würde die Behaglichkeit in den Räumen beeinträchtigt werden. Dazu wurde das neue Firmengebäude in Holzleichtbauweise ausgeführt. Neben der Verwendung nachhaltiger Rohstoffe wird dadurch auch der thermische Standard eines Niedrigenergiehauses erreicht.

Power to Heat
Regenerative Energieerzeuger wie Photovoltaik unterliegen naturgemäß einer schwankenden Produktion. Der Bedarf von Raumwärme deckt sich zeitlich oft nicht unmittelbar mit dem zur Verfügung stehenden Überschuss an sauberer Umweltenergie. Durch die Speicherung der anfallenden Produktionsspitzen in der Bauteilmasse lässt sich aber ein erheblicher Anteil der zur Verfügung stehenden PV-Überschussleistung unmittelbar vor Ort in sinnvoller Weise nutzen. Ergänzend wird die Netzeinspeisung wesentlich vermindert. Die riesige Masse des Betons stellt dabei ein geeignetes und kostengünstiges Speichermedium für Wärme dar und ermöglicht auch bei ganzjähriger Betrachtung hohe Autarkiegrade. Um ungewollte Wärmeverluste in Richtung Erdreich zu begrenzen, wurde unterhalb der Fundamentplatte eine Dämmschicht angelegt.

Üblicherweise setzt man für die Beladung des Betonspeichers stets auf die Medien Wasser oder Luft. Nun wird als Energieträger aber erstmals Strom für eine leistungsgeregelte 40 kW Elektroheizung verwendet. Die Heizlast dieses Niedrigenergiegebäudes ist mit 14 kW zwar eigentlich deutlich niedriger, jedoch steht dadurch ein sehr großer Regelbereich zur Beladung des Wärmespeichers zur Verfügung. Leistungsspitzen werden damit ausgeglichen.

Ein ganz neuer Ansatz
Durch den my-PV Leitsatz „Kabel statt Rohre“ reduzieren sich die materiellen und monetären Aufwände für die Haustechnik signifikant. Im Einfamilienhaus, wie auch im mehrgeschossigen Wohnungsbau, wurde das Konzept bereits mehrfach erfolgreich umgesetzt. Doch ist solarelektrische Haustechnik auch für ein Produktionsgebäude funktionstauglich und sind damit hohe Autarkiegrade erreichbar? Da es sich um ein Pilotprojekt handelt, ließ sich hier nicht auf vorhandene Erfahrungen bauen. Zur Beantwortung dieser Fragen wurde das Konzept daher vorab ausführlich simuliert und Heiz-sowie Kühllasten ganz genau berechnet.

Enorme Speicherkapazität
Vergleicht man die Masse der Fundamentplatte und die Wärmespeicherkapazität von Beton mit den Werten von Wasser, so kann man errechnen, dass schon bei wenigen Kelvin Erwärmung so viel Energie gespeichert wird, als würde man 12 000 l Wasser um 50 °C erhitzen. Dabei kommt der Doppelnutzen des Fundaments zum Vorschein: Neben den statischen Aufgaben erspart dieser Bauteil durch die Bauteilaktivierung aber auch einen riesigen hydraulischen Wärmespeicher und den Aufwand für unzählige Verteilleitungen. Die Solarenergie wird erst dort in Wärme umgewandelt, wo sie benötigt wird, direkt im Boden.

Speichern und Einspeisen
Der prognostizierte Jahresertrag am Standort beläuft sich auf über 80 000 kWh Solarstrom, so viel wie 20 Haushalte durchschnittlich pro Jahr benötigen. Dank der Fassadenintegration eines Teils der Module wird ein nicht unwesentlicher Ertrag davon sogar im Winter zur Verfügung stehen, also genau dann, wenn Energie für die Gebäudeheizung erforderlich ist. Somit wird, trotz der hohen PV-Leistung von 100 kWp, ein Drittel der erzeugten Energie direkt im Gebäude verwendet werden können. Sommerliche Überschüsse werden in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Trotz geringer Vergütung trägt auch das zu einer Verringerung der Betriebskosten bei.

Nicht geeignet zur Kühlung
Kühlen kann die solarelektrische Bauteilaktivierung zwar nicht, aber für ein Betriebsgebäude dieses Typs wäre dieser Weg auch nicht zielführend. Flächenkühlungen, die über den Fußboden oder per Kühldecken wirken, ermöglichen keine Feuchtigkeitskonditionierung der Luft. Darüber hinaus bietet eine Kühldecke stets die Gefahr der Bildung von Kondensat. Aus diesem Grund wird für die Kühlung eine reversible Wärmepumpe verwendet, die vom elektrischen Heizsystem komplett unabhängig arbeitet.

Die jährlichen Betriebskosten für Strom und Wärme liegen voraussichtlich bei ca. 2 100 Euro. Ganz genau kann man das aufgrund der üblichen Restunschärfe bei den Berechnungen im Vorhinein nicht sagen, aber es ist ein Novum, ein Betriebsgebäude in dieser Größe derart günstig zu betreiben.


Fazit
Im Haus der Zukunft ist alles rein elektrisch, größtenteils solarelektrisch. Das gilt von nun an auch für die Heizung in Betriebsgebäuden. Wärmeerzeugung, die ohne bewegliche Teile auskommt, ist dazu nicht nur komplett wartungsfrei, sondern auch völlig geräuschlos. „Kabel statt Rohre“ vereinfachen die Installation und den Betrieb. Das Konzept ist bei entsprechender Dimensionierung der Photovoltaikanlage außerdem sauber und nachhaltig.

Autor: Reinhard Hofstätter, Trainer und Schulungsleiter bei my-PV.

Bilder: my-PV


Objektdaten

Bruttogrundfläche: 858 m2

Bauweise: Holzleichtbau

PV-Leistung und Ausrichtung: 100 kWp, davon 70 kWp am Pultdach, 30 kWp an der Fassade

Heizlast: 14 kW

Heizregelleistung: 40 kW

Kühllast: 30 kW

Fensterfläche: 100 m2

Heizwärmebedarf Standortklima: 34 kWh/m2a

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