Der DLR-Sonnenofen als Niedrigenergie-Laborgebäude

Außenansicht des Sonnenofen-Gebäudes
Beim Bau des Sonnenofengebäudes im Jahr 1994 wurde großen Wert auf seine Gebäude-Energieeffizienz gelegt.
Credit:
DLR (CC BY-NC-ND 3.0)
Download Download

Das Gebäude des Sonnenofens in Köln, mit einer Nutzfläche von 240 m² wurde im Niedrigenergiestandard konzipiert, um die Möglichkeiten und Grenzen zur Reduzierung des Energiebedarfs an Betriebsbauten zu untersuchen. Der Grund dafür ist, dass sich die Stoff- und Energieströme deutlich von denen, wie sie im Wohnbereich vorkommen, unterscheiden können und andere Ansatzpunkte zur Reduzierung der Energieumsätze an Gebäuden erfordern.

Das Gebäude und der Luft-Erdwärmetauscher (siehe Abschnitt unten) wurden fünf Jahre im Auftrag des Forschungsministeriums NRW im Rahmen der Fördereinrichtung „Arbeitsgemeinschaft Solar Nordrhein-Westfalen“ im Projekt „Energetische Diagnose von Gebäuden“, zusammen in einem Netzwerk von 13 weiteren Gebäuden in Nordrhein-Westfalen, intensiv vermessen. Die Ergebnisse dieses Ursprungsprojektes können im unten verfügbaren Download nachgelesen werden. Hierauf aufbauend entstand der "Planungsleitfaden L-EWT".

Bei der Planung und beim Bau des Gebäudes wurden folgende wesentliche Aspekte beachtet:

Zur Minimierung der Transmissionsverluste durch die Gebäudehülle wurde das Gebäude stark mit 16 cm Polystyrol-Hartschaumplatten gedämmt.
Durch die sehr kompakte Bauweise ergibt sich ein geringes Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis. Dadurch konnten Konvektions-, Transmissions- und Lüftungsverluste reduziert werden.
An der Südfassade wurden großflächige Fenster mit Dreifachverglasung zur Nutzung der Sonnenenergie installiert. Dadurch wird die Raumheizung im Winter unterstützt und die natürliche Beleuchtung der Innenräume verbessert. Die Blendrahmen der Fenster wurden in die Außenwandisolierung eingekapselt.
Konsequente Vermeidung von Wärmebrücken durch Kapselung von Rohbauelementen (zum Beispiel Attika) mit hochwertiger Dämmung und die Verwendung von niedrigleitenden Materialien wie Holz und Kunststoff anstelle von Metall.
Verwendung eines Luft-Erdwärmetauschers (L-EWT) zur Kühlung der Außenluft im Sommer und zur Erwärmung im Winter.
Einbau einer hocheffizienten Wärmerückgewinnungsanlage (WRG) zur Erwärmung der optional durch den EWT geleiteten Außenluft.
In die Südfassade ist eine Testfassade als Experimentträger integriert. Die Felder aus Wülfratherm-Dämmplatten sind demontierbar, um andere Fassadenaufbauten (zum Beispiel TWD-Fassaden) anbringen zu können.

Der Luft-Erdwärmetauscher

Schema der Funktionsweise des L-EWT
Credit:
© DLR. Alle Rechte vorbehalten

Neben den genannten passiven Maßnahmen bildet der Luft-Erdwärmetauscher (L-EWT) das zentrale aktive Element zur Raumlufttemperierung. L-EWT bestehen aus horizontal im Erdreich verlegten Rohren, durch die Außenluft über die konventionelle Lüftungsanlage in das Gebäude geleitet wird. Die Temperaturdifferenz zwischen Erdreich und Außenluft führt je nach Jahreszeit zu einem Kühl- oder Heizeffekt für die transportierte Luft und damit für das belüftete Gebäude. Durch einen relativ geringen Aufwand an elektrischer Energie für den Antriebsventilator können dadurch Heiz- und Kühlkosten eingespart werden.

Beispiel ökologische Gebäudekühlung ohne Klimatechnik: aus 30 Grad Celsius Außenluft werden 15 Grad Celsius Zuluft
Credit:
DLR Messwerte für AG Solar Nordrhein-Westfalen

Wegen der hohen Zahl von Wärmequellen innerhalb des Sonnenofengebäudes (Personen, Computer, betriebstechnische Anlagen, thermische Prozesse) hat die Raumkühlung durch den L-EWT insbesondere im Sommer einen positiven Effekt auf die Temperatur im Gebäude.

Im Verbundprojekt L-EWT ist unter der Leitung des DLR ein umfangreicher Planungsleitfaden entstanden, der alle Systemgrößen und Berechnungsverfahren (analytisch und numerisch) abdeckt und mit einer Vielzahl von bundesweit vermessenen Versuchsanlagen ein umfangreiches Regelwerk zur Berechnung von L-EWT aller Größen zur Verfügung stellt. Im folgenden Download-Bereich kann der Leitfaden heruntergeladen werden.