13.09.2019 | Aktualisiert am: 14.07.2021

Denkmalgeschützt und innovativ ist kein Widerspruch, zumindest nicht in der Energieforschung: Ein Team aus Wissenschaft und Wirtschaft hat unter Leitung der Universität Stuttgart Dachsteine entwickelt, die mit Photovoltaik-Zellen belegt sind. Sie fügen sich optisch unauffällig in gängige Bedachungen ein und erfüllen somit eine wesentliche Forderung der Denkmalpflege. Im Essener Stadtviertel Margarethenhöhe findet nun der Praxistest statt.

Beim Weg vom Labor auf die Dächer sind im Projekt EnQM (Energieoptimiertes Quartier Margarethenhöhe Essen) viele Akteure beteiligt: Wissenschaftler entwickeln die Dachsteine , Hersteller produzieren diese, Denkmalpflege und Eigentümer müssen ihr O.k. geben und Handwerker installieren die innovative Technologie schließlich auf ausgewählten Gebäuden. Alle Beteiligten trafen sich kürzlich, um die neuen Dachsteine und die für die Sanierung ausgewählten Wohneinheiten vor Ort zu besichtigen.

Beschreibung des Bildinhalts
© Projektträger Jülich/Forschungszentrum Jülich GmbH
Der Vorsitzende der Margarethe Krupp-Stiftung Michael Flachmann (links) und Professor Dr.-Ing. Harald Garrecht vom Institut für Werkstoffe im Bauwesen an der Universität Stuttgart präsentieren die neu entwickelten Solardachsteine. Die über 1000 Wohneinheiten auf der Margarethenhöhe sind im Besitz der Margarethe Krupp-Stiftung.

 "Denkmalpflege ist die Kür"

Bei baulichen Änderungen an denkmalgeschützten Gebäuden gelten besonders strenge Auflagen. „Somit kann man die Entwicklung von energieeffizienten Lösungen für den denkmalgeschützten Bestand als Kür bezeichnen“, erklärt der Projektleiter Professor Harald Garrecht von der Universität Stuttgart. „Wir sehen bei diesen Gebäuden einen großen Bedarf nach energieeffizienterer und klimafreundlicherer Energieversorgung“, so der Stuttgarter Professor. „Schon heute nimmt in KfW-Förderprogrammen zum KfW-Effizienzhaus der Anteil  beantragter Vorhaben in der Programmlinie KfW-Effizienzhaus Denkmal einen Anteil von 16 % ein. Dem Denkmalbestand kommt folglich auch beim energieeffizienten Bauen und Sanieren eine große Bedeutung zu.“

Dachsteine als unauffällige Energielieferanten

Bisher wird die für die Stromversorgung erforderliche Energie über Flächen von PV-Modulen auf den Hausdächern gewonnen. „Dies ist für Techniker eine sinnvolle Lösung, aber häufig für Architekten und insbesondere für Vertreter der Denkmalpflege aus ästhetischen Gründen nicht akzeptabel“, so Garrecht.

Jeder einzelne der neu entwickelten Dachsteine besteht aus einem Mineralguss und ist mit einem kleinformatigen PV-Modul belegt. Dieses setzt sich aus gebogenem mineralischem Glas und PV-Zellen zusammen. Sowohl die Form als auch die Farbtönung sind so konzipiert, dass sie sich möglichst unauffällig in die restliche Dachstruktur einfügen.

Außerdem dürfen die neuen Dachsteine aus statischen Gründen nicht mehr wiegen als die herkömmlichen Modelle. Da bei den neuen Steinen zusätzliche Elemente wie Wärmetauscher, zwei Wasseranschlüsse, ein Stromanschluss integriert werden müssen, setzten die Wissenschaftler speziell entwickelte Feinkornbetone ein.

Strom- und Wärmeversorgung im Wechselspiel

Neben Strom wird über die Dachsteine Wärme gewonnen, die in das Wärmeversorgungskonzept des Gebäudes bzw. des Quartiers einfließt. Hierzu befindet sich auf der Rückseite der Dachsteine ein Wärmetauscher. Wenn im Sommer Wärme im Überfluss vorhanden ist, wird die solare Erwärmung der Dachsteine genutzt, um mit dem Wärmetauscher die Wärme an das Wärmeträgerfluid zu übergeben. Von hier wird die Solarwärme entweder direkt genutzt oder der Erdwärmesonde zu geführt. Auf diese Weise wird das während der Heizperiode mittels Wärmepumpe entladene Erdreich wieder regeneriert. Mit der sommerlichen Beladung des Erdreichs steht die solar im Sommer gewonnene Wärme im Winter für die Beheizung der Gebäude zur Verfügung.

Effizienz auf Photovoltaik-Seite steigt

Das im Dach integrierte hydraulische System sorgt zudem dafür, dass das im Erdreich abgekühlte Wasser wieder die in den Dachsteinen integrierten Wärmetauscher durchfließt und trägt so zu deren Kühlung bei. „Dadurch steigt die Effizienz der PV-Seite“, erklärt Garrecht. „Zusätzlich entsteht mittels der Kopplung des solarthermischen Systems mit der geothermischen Anlage eine Art Endlosspeicher und die Wärmeverluste werden minimiert.“

Vom Labor in die Praxis

An fünf ausgewählten Gebäuden auf der Margarethenhöhe setzen die Wissenschaftler vom Gas- und Wärmeinstitut Essen, der RWTH Aachen und der Universität Stuttgart gemeinsam mit der Margarethe Krupp-Stiftung für Wohnungsfürsorge in Abstimmung mit der Denkmalpflege nun ihre Erkenntnisse in die Praxis um. Örtliche Handwerker verlegen erstmalig die neu entwickelten Dachsteine. Zusätzlich kommen in den Wohneinheiten innen hochwirksame Wärmedämmputze mit Aerogel zum Einsatz, die bei einem geringen Wandauftrag eine hohe Wärmedämmwirkung erzielen. Eine Wärmepumpe sorgt für die Bereitstellung von Heizwärme und Trinkwarmwasser. Die Wärme liefern eine Geothermieanlage und die Solareinheiten auf dem Dach.  Um die Vorlauftemperaturen senken zu können, werden Fußbodenheizungen verlegt. Bisher heizen die Bewohner zum Teil noch mit älteren Systemen wie etwa Nachtspeicherheizungen. Bei den neu sanierten Wohneinheiten werden elektrische Speicher sowie Wärmespeicher auf PCM-Basis installiert.

„Ziel ist, dass wir mit dem Heizsystem Low-Ex-Niveau erreichen, um mittelfristig durch eine bestmögliche Nutzung von im Quartier verfügbarer Umweltenergie eine Klimaneutralität in der Siedlung herstellen können“, so Garrecht. Die Wissenschaftler streben eine maximale Einbeziehung von Solarenergie mit den thermisch und elektrisch aktivierten Dachsteinen in der Siedlung an. Im Frühjahr 2020 werden voraussichtlich die ersten Ergebnisse zu sehen sein. 

Kontakt

Koordination

Universität Stuttgart, Institut für Werkstoffe im Bauwesen (IWB)
Pfaffenwaldring 4, 70569 Stuttgart
http://www.iwb.uni-stuttgart.de

+49(0)711-685-63324

©aryfahmed – stock.adobe.com

Klimaneutrale Wärme

Während der Großteil der Wärme insbesondere in Bestandsgebäuden und in Prozessanlagen heute noch durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe mit entsprechenden CO2-Emissionen erzeugt wird, darf im Jahr 2050 die Wärmeerzeugung nur noch CO2-frei erfolgen. Dies stellt eine große Herausforderung dar.

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