Sanfte Raumlufttemperierung mit solarer Wohnungslüftung Luftgeführte Solarfassade in einem Mehrfamilienhaus

Auf dem Ost- und dem Westdach waren bereits je ein Kollektorfeld geplant, welche unabhängig voneinander, jedoch beide solegeführt, geplant wurden. Ein drittes Kollektorfeld hätte die Anlage zunächst sehr viel komplexer gemacht. Nach genauerer Betrachtung stellte sich aber die Frage: Warum müssen die Anlagen zwangsläufig „zusammengehören“? Da alle Wohnungen mit einem zentralen Wohnungslüftungsgerät ausgestattet werden sollten, wurde die Integration eines Solar-Luftkollektors in die Fassade geprüft. Mittels eines Solar-Luftkollektors kann im Winter und in der Übergangszeit solare Wärme direkt auf die Frischluft übertragen und somit direkt dem Wohnraum zugeführt werden.
Die Anordnung an der Fassade trug der optimalen Ausrichtung für die Heizperiode Rechnung und lies einen entsprechend hohen Solarertrag, unabhängig von den solegeführten Kollektorfeldern, die die Zentralheizung unterstützen, erwarten. Der Ansatz war in erster Priorität: den winterlichen Solarertrag direkt zu nutzen. Doch auch im Sommer sollte die solar erwärmte Luft genutzt werden. Über einen Luft-Sole-Wärmeübertrager sollte die solare Wärme aus der Luft auf eine Sole übertragen werden, um ein gebäudeintegriertes Wärmereservoir thermisch zu beladen.


Die Montagekonstruktion bildet auch die Grundlage für die Blechabdeckungen am Rande zur Fassade, aber auch an den Stoßstellen der einzelnen Kollektormodule.


Dieses Detail zeigt die beschichteten Absorberlamellen der Luftführung im Luftkollektor. Ebenso ist die Wärmedämmung an der Rückseite innen zu erkennen.

Nach der Ausarbeitung der Systemintegration wurde die wirksame Kollektorfläche nach den baulichen Gegebenheiten bestimmt. Erste Detailpläne wurden gezeichnet, die Aussparungen der Fläche genau festgelegt und mit Bautechniker, Anlagentechniker und Hersteller des Luftkollektors abgestimmt. Die Breite der Südfassade ließ sich gänzlich nutzen und auf Brutto 5,12 m festlegen. Die Höhe wurde aus statischen Gründen begrenzt. Somit konnte der Kollektor nicht vollständig bis unter das Dach geführt werden, erreichte aber dennoch eine Bauhöhe von 6,00 m.
Dieser Tatsache war es auch zu schulden, dass die beiden Luftkanalanschlüsse des Kollektors im Treppenhaus des Dachgeschossbereichs sichtbar blieben, bevor diese senkrecht nach oben über der Holzdecke in der den Lüftungsgeräten vorgeschalteten Solar-Luft-Zentrale verschwinden. Auf eine Verkleidung wurde zunächst verzichtet, da die Wickelfalzrohre auf Sicht einen angenehmen Kontrast zu dem sehr hellen Treppenhaus herstellen.
Die Bewegungsfreiheit für den Zugang ins Dachgeschoss – wo sich Lagerräume für die Mieter befinden – wäre mit einer Verkleidung zudem mehr eingeschränkt. Die Mauerdurchführungen wurden bis etwa 10 mm über den Innenputz gedämmt, um Kondensatbildung bei etwaiger Taupunktunterschreitung (die aber kaum zu befürchten ist) zu vermeiden.


Funktionsschema der Systemintegration des Solar-Luftkollektors in das zentrale Lüftungssystem Frischluft- bzw. Zuluftseitig mit den beiden unterschiedlichen Stellungen: Im Winterbetrieb (Stellung 1) wird die Frischluft in Reihe durch den Solar-Luftkollektor geführt und an die Frischluftanschlüsse der Lüftungsgeräte geführt. In der Aussenluftansaugung (2) war der Einbau einer motorisch betriebenen Rückschlagklappe notwendig, um Fehlströmungen und Vernichtung des Solarertrags zu vermeiden. Diesbezüglich ist auch immer die konkrete Einbausituation entscheidend. Im Sommerbetrieb (Stellung 2) schaltet der Motor am Umlenkstück den Solar-Luftkreis in Umluftbetrieb über die Solarbox als geschlossenen Kreis, der die Wärme über einen Solekreis in das Wärmereservoir einbringt. Die motorische RSK der Außenluft 2 öffnet und ermöglicht die direkte Einführung von Frischluft an die Lüftungsgeräte.   Quelle: Forum Wohnenergie/Grammer Solar

Funktionsbeschreibung der solaren Frischlufterwärmung
Der Solar-Luftkollektor wird in einem Sommer und einem Winterbetrieb betrieben. Innerhalb der Heizperiode steht er für die Frischlufterwärmung zur Verfügung, die dann einsetzt, wenn die Kollektortemperatur  höher ist, als die Außenlufttemperatur (Frischlufttemperatur). Sodann schaltet der Solarregler den Ventilator, der wie bei herkömmlichen solegeführten Solaranlagen mit einer Solarpumpe vergleichbar ist. Der Solar-Luftkreis zirkuliert.
Wird im Sommer keine Frischlufterwärmung benötigt, schaltet ein Bypass den Luftkollektorkreis über die Solarbox in der sich ein Luft-Sole-Wärmeübertrager befindet. Eine Solarleitung transportiert sekundärseitig die aus der Luft gewonnene Solarwärme in die Speicher- und Bereitstellungstechnik im Keller. Auch diese Funktion wird über den Solarregler realisiert und die Solarpumpe im Sekundärkreis geschaltet. Der Anschluss erfolgt über einen klassischen Solarkreis. Die Durchflussmenge wurde entsprechend dem Wärmetauscher eingestellt und neben
den üblichen sicherheitstechnischen Einrichtungen ein Wärmemengenzähler im Solarkreis eingebaut. Mehrere Sensoren dokumentieren über eine EIB/KNX-Visualisierung die Temperaturen im Solar-Luftkreis.


GLK-Fassade - Ansichten – Schnitte.

Fassadenintegration des Solar-Luftkollektors
Die Anforderung der baulichen Integration des Solar-Luftkollektors in die Fassade verlangte eine genaue Detailplanung bezüglich sämtlicher Baumaße, da das Treppenhaus mit einem entsprechenden Wandversatz gemauert wurde, in der der Kollektor eingepasst wurde. Die Schwächung des Mauerwerks war auch aus Wärmeschutztechnischen Überlegungen möglich, da das Treppenhaus unbeheizt und vom Gebäude thermisch entkoppelt ist. Des Weiteren wirkt auch die Wärmedämmung im Solar-Luftkollektor an der Rückseite zur Fassadenwand. Hierbei spielte auch die Befestigung der insgesamt 12 Kollektormodule eine wesentliche Rolle, was die herzustellende Bautiefe anbelangte, um eine vollständige und vollflächige Integration in die Fassade zu gewährleisten.
Auch wurde die gesamte Fassadenoberfläche abgeschlossen, sodass der Kollektor am Ende eingepasst montiert und an den Seiten mit Abdeckrahmen verkleidet wurde. Die Außenwandfläche hinter dem Kollektor wurde verputzt, um einerseits eine winddichte Ebene herzustellen und andererseits eine plane Oberfläche zu gewährleisten, auf der die Montageschienen und Halteprofile für die einzelnen Kollektormodule optimal ausgerichtet montiert werden konnten.
Die Wanddurchführungen wurden als Kernlochbohrungen mit einem Durchmesser von 400 mm nach Plan hergestellt. Nach der Montage der beiden Luftanschluss-Kollektormodule ließen sich von innen die Lüftungsrohre einpassen und fixieren. Es erfolgte eine Demontage der beiden Kollektoren, um die eingepassten Lüftungsrohre aus Wickelfalz an der Fassadenseite einputzen zu können. Danach wurden die Kollektormodule wieder aufgesetzt und fest montiert. Abschließend brachte man die Abdeckrahmen an, die farblich auf die Fenster abgestimmt wurden.


GLK-Fassade Details.

Systemintegration des Solar-Luftkollektors
Die Wohnungslüftungsgeräte wurden im Dachgeschoss zu einer Lüftungszentrale zusammengefasst und die Frisch- und Fortluft über Dach geführt. Nun stellte sich die Frage, wie der Solar-Luftkollektor in das Lüftungssystem baulich zu integrieren ist. Der Luftkollektor bildete einen geschlossenen Luftkreis, der in die Frischlufteinführung zu integrieren ist, um solare Wärme auf die Frischluft zu übertragen. Der Kollektor musste also im oberen Teil zwei Luftauslässe aufweisen, die durch die Fassadenmauer und das Treppenhaus in die Lüftungszentrale des Dachgeschosses zu bringen waren. Aufgrund der Kollektorfläche von 30 m² und dem durchzuführenden Luft-Volumenstrom (1500 – 2500 m³/h betrugen die Kollektoranschlüsse jeweils 315 mm. Die entsprechend großen Lüftungskanäle mussten nun durch das Treppenhaus in die Lüftungszentrale gebracht werden.
Neben den großen Lüftungskanälen waren noch verschiedene Komponenten, wie Umschaltklappe, Rückschlagklappen, Luftfilterkassetten und nicht zuletzt die Solarbox unterzubringen. Die räumliche Aufteilung der Lüftungsgeräte links und rechts einer mittig verlaufenden Brandschutzwand kam zusätzlich erschwerend dazu. Schließlich wurde unter dem Dach des Treppenhauses eine Decke aus Holz-Konstruktion eingezogen und mit einer Revisionsluke versehen, um an dieser Stelle, unmittelbar nach der Lufteinführung vom Fassadenkollektor ins Treppenhaus, die Solarbox und andere Komponenten als auch die beiden Frischlufteinführungen zu platzieren.


Herstellen der Luftkanalanschlüsse im Gebäude nach der Fassadenwanddurchführung.


Montage der Befestigungsschienen für die Fassadenmontage des Solar-Luftkollektors.

Kein Standard
Solare-Luftkollektoren sind keineswegs schon Standard und verlangen eine genaue Detailplanung und das Engagement aller Beteiligten. Nicht nur bezüglich der Systemintegration in eine ventilatorgestützte Wohnungslüftungsanlage, sondern auch die bautechnische Integration in das Bauwerk sind wesentlich für eine reibungslose Montage und Funktion. Diese Anlagentechnik ist mehrfach gewerkeübergreifend und betrifft nicht nur den Heizungs- und Lüftungsbauer. Umso mehr ist eine integrale Planung wichtig, um solch individuelle Systemintegrationen beispielhaft realisieren zu können.


Montage der einzelnen Solar-Luftkollektormodule zu einem ganzen Kollektorfeld als Fassadenintegration.



Bilder: Hartmann