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Nr. 88, 22.10.2016  voriger  Übersicht  weiter  REIHEN  SUCHE 

Heißes Haus und kalter Boden

Am Institut für Geowissenschaften arbeiten Forschende an einer intelligenten Möglichkeit, Wärme unterhalb von Gebäuden zu speichern. Für die Umwelt und den Geldbeutel soll der neuartige Speicher vor allem eines sein: schonend.


Ein gut gedämmter Wärmespeicher hält die Wärme im Haus, so dass der Schnee nicht schmilzt. Foto:  pixabay

Die größten Probleme nachhaltiger Energien sind momentan ihr Preis und ihre Effizienz. Denn solange Gas und Öl billig auf den Markt gepumpt werden, sind die Investitionskosten für Sonnenenergie-Anlagen und Co unverhältnismäßig höher als für »traditionelle« Anlagen. Nur zehn Prozent der heute benötigten Wärme werden deshalb nachhaltig produziert, obwohl mehr als 80 Prozent des Energieverbrauchs in deutschen Haushalten für die Heizung und zur Warmwasserversorgung aufgewendet werden. An der CAU forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an einem Weg, dies zu ändern. Im Zentrum dieser Forschung steht ein großer Betonklotz.

»Unser geothermischer Speicher ist aus einfachsten Materialien hergestellt: Zement und Plastikrohren«, beschreibt Professor Sebastian Bauer vom Institut für Geowissenschaften das Projekt namens IGLU. So können die Investitionskosten geringer gehalten werden als bei vergleichbaren Hochdruck- Heizkesseln aus Metall. Vergraben unter einem Wohngebäude und von einem intelligenten Regelungs system angesteuert, kann man mit dem neuen Speicher für mehrere Tage bis zu einigen Wochen Wärme zwischenhalten. Dabei gilt: Je größer die Anlage, desto länger hält der Speicher. Bis 2017 forschen er und seine Kollegen Andreas Dahmke und Frank Wuttke von der CAU an dem Projekt gemeinsam mit Projektpartnern vom Umweltforschungsinstitut Leipzig und der Firma Scheer Heizungssysteme. Finanziell unterstützt werden sie dabei vom Bundeswirtschaftsministerium.

Das Prinzip ist denkbar einfach: Wärmekollektoren auf dem Dach eines Hauses gewinnen Wärme aus der Sonneneinstrahlung und das Rohrsystem leitet sie in den Speicher unter dem Haus. Andere Wasserkreisläufe im Speicher werden dadurch nach Bedarf erhitzt und abgekühlt, etwa für heißes Wasser zum Duschen oder warmes zum Betrieb einer Fußbodenheizung. Das Besondere: Die etwa einen Kubikmeter großen Blöcke sind modular. Das heißt, es können beliebig viele davon aneinandergeschlossen werden. Durch ihre Beschaffenheit können sie zudem wie eine zweite Bodenplatte direkt unter ein Haus gebaut werden.

»Wir erforschen momentan alle Faktoren, die bei einem solchen Einsatz bedacht werden müssen. Etwa, wie die Rohre idealerweise in den Blöcken verlegt werden, oder wie dick die Speicher isoliert sein müssen, damit man nicht den Boden heizt. Denn das könnte im schlimmsten Fall eine Erwärmung des Grundwassers zur Folge haben, in milderen Fällen eine Austrocknung des Erdbodens rund um das Haus«, beschreibt Professor Bauer die Problematik. Ersteres ist bis auf kleine Ausnahmen nicht erlaubt, denn es könnte das Entstehen von Kleinstlebewesen wie Legionellen fördern. Und eine Austrocknung könnte den Baugrund instabil machen.

Um dies auszuschließen, modelliert Bauers Arbeitsgruppe mathematisch die Wärmeverteilung im Speicher und in den angrenzenden Bodenschichten. An einem Großrechner der CAU bauten sie die Speicherblöcke virtuell nach, aus mehreren Millionen digitalen Einzelteilen. Schon am Rechner können sie so aufzeigen, welche Auswirkungen kleinste Konstruktionsänderungen haben. Um die Genauigkeit der Berechnungen zu überprüfen, arbeiten sie mit der Heider Firma Scheer zusammen, die einige der Speicher im Feldversuch verbaut hat. Auch im Labor der Uni steht ein solcher Block, angeschlossen an dutzende Sensoren, die seinen Wärmeausstoß und die Speicherkapazität messen.

Am Ende geht es aber nicht um ein Patent, erläutert Professor Bauer: »Wir wollen der Verwaltung, also den Bauämtern oder Wasserbehörden, eine Handreichung geben und wissenschaftlich belegen, ob ein solches System umweltschonend ist.« Für alle, die in Zukunft ein Haus bauen oder einfach nur ihre Versorgung umstellen wollen, könnte das deutlich geringere Energiekosten bedeuten. Und es schont die Reserven fossiler Brennstoffe.

Sebastian Maas
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