Betonblöcke als Heizung: Innovative Nutzung von Solarenergie hebt passive Nutzung auf ein neues Level

Beim Prinzip der passiven Nutzung von Solarenergie wird die Hülle eines Gebäudes, also Wände und Decke, genutzt, um Wärmeenergie der Sonne zu speichern und zum Heizen des Hauses zu nutzen. Mit speziellen Bauteilen kann dieser Effekt sehr effektiv genutzt werden.Mit dem Beton der Schweizer Materialforschungsanstalt Empa wird dieses Konzept auf ein neues Level gehoben. Nun kann die Energie der Sonne im Sommer bis in den Winter hinein gespeichert werden.

Beton speichert Wärme bis in den Winter

Der von EMPA entwickelte Beton enthält besonders viel Ettringit. Dabei handelt es sich um ein spezielles Material, das in seiner Kristallstruktur viel Wasser bindet, nämlich 32 Moleküle. Bei Temperaturen von mehr als 80 Grad Celsius trocknet das Material aus und gibt das Wasser vollständig wieder ab. Wenn erneut Wasser hinzugefügt wird, werden etwa 600 Kilojoule Wärmeenergie pro Kilogramm frei.

“Das Neue daran ist, dass sich Wärme aufgrund der chemischen Umwandlung langfristig speichern lässt”, so Josef Kaufmann von der EMPA. Die Wärme vom Sommer kann so völlig ohne Verluste in den Winter hinein gespeichert werden.

Praxisbeispiel für die Anwendung in einem Einfamilienhaus

In Seelisberg in der Schweiz steht ein Einfamilienhaus, in dem der Beton derzeit einem Praxistest unterzogen wird. Eine 20qm große Solaranlage heizt das Wasser in einem Wasserspeicher im Sommer auf 85 Grad Celsius auf. Dieser Speicher reichte aber bisher nur bis Weihnachten, und die Ausbeute der Anlage ist erst im Februar wieder groß genug, um zum Heizen der Wohnräume genutzt werden zu können.

Mit Unterstützung es Bundesamts für Energie (BFE) und der School of Engineering der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) wurden in dem Haus 24 Blöcke des EMPA-Betons in der Rückwand der Garage verbaut. Diese werden im Sommer durch durch Kupferheizschlangen geleitetes heißes Wasser getrocknet. Im Winter strömt kaltes Wasser durch die Heizschlangen, und die durch die Wasseraufnahme des Ettringit freigesetzte Wärmeenergie wird genutzt, um das Haus zu heizen.

Die Betonheizung ist seit dem 24. Juni in Betrieb, erste Versuche verliefen bereits erfolgreich. In nur zwei Tagen ließ sich der Beton auf 60 Grad aufheizen. Nun versuchen die Forscher, ihn vollständig trocken zu bekommen. Im Januar soll die Betonheizung dann dem ersten Belastungstest unterzogen werden, indem Wasser durch die Blöcke geleitet wird. Es gibt jedoch Bedenken, dass sich beim Trocknen Risse im Beton bilden, die die Speicherleistung beeinträchtigen (eine denkbare Abhilfe wäre hier zum Beispiel der selbstheilende Beton).

Die Materialforscher denken bereits über praxisgerechtere Lösungen nach. “Es ist schon erstaunlich, dass man aus so einem alten Material wie Beton noch so viele neue Technologien entwickeln kann”, so freut sich Kaufmann.