LowEx: Heizen und Kühlen mit Niedrig-Exergie

Zum Verständnis müssen wir zunächst den Begriff »Exergie« im Wärmekontext erläutern: Thermische Exergie steht für den Arbeitswert, welcher einem Wärmestrom zugeordnet werden kann. Die Voraussetzung für eine höchstmögliche Effizienz bei der Nutzung natürlicher Ressourcen ist die Anpassung von Exergieangebot an die Exergienachfrage. Hochwertige, exergiereiche Energie soll für hochwertige Energiedienstleistungen, wie z. B. die Stromerzeugung reserviert bleiben, während exergiearme Energieformen, wie z. B. Abwärme (und eingeschränkt auch Umweltwärme), für das Heizen und Kühlen auf Raumtemperaturniveau genutzt werden können. Das ist der zentrale Ansatzpunkt der Niedrig-Exergie-Systeme (LowEx).

Eine Reduktion der Lasten und der Einsatz exergetisch effizienter Energiewandlungssysteme sind entscheidend für eine exergieoptimierte und somit primärenergieeffiziente Auslegung. Insbesondere durch Optimierung der Gebäudehülle lassen sich exergetischen Lasten reduzieren. Nach einer solchen Optimierung reichen kleine Temperaturdifferenzen zwischen Wärme abgebendem System und Raum aus, es wird also nur sehr exergiearme Energie in Form von Niedertemperaturwärme benötigt. Wird diese Wärme mit einem Niedrigexergie-Wärmeerzeuger generiert, kann ein solches Energiesystem als „LowEx-System“ bezeichnet werden. An dem effizienten und bestmöglichem Umgang mit Primärenergie müssen sich in Zukunft die Verbesserungen und Innovationen bei Energiesystemen und Gebäuden messen lassen. LowEx-Systeme können einen wesentlichen Beitrag zur Erhöhung der Primärenergieeffizienz leisten.

Im Forschungsakzent LowEx gibt es Aktivitäten zu verschiedenen Themenschwerpunkten, so beispielsweise zur Heiz- und Raumlufttechnik. Dabei werden die räumliche und zeitliche Nutzung geringer Temperaturpotenziale für Heiz- und Kühlzwecke in Gebäuden untersucht. Die räumliche Nutzung umfasst die Wärmeverschiebung zwischen Räumen sowie vom Gebäudeinneren an die Fassade, so dass eine thermische Homogenisierung des Baukörpers unter Berücksichtigung unterschiedlicher Raumnutzung erreicht werden kann. Für die Nutzung von zeitlichen Temperaturpotenzialen werden Latentwärmespeicher-Systeme betrachtet. Materialien mit einer Phasenwechseltemperatur im Bereich der Raumlufttemperatur können Energie ohne große exergetische Verluste speichern. Das nachrüstbare Speichersystem ist über Kapillarrohrmatten mit dem Raum verbunden und kann über Fassadenwärmetauscher entladen werden, anfallende Kühllasten werden zeitversetzt darüber vollständig oder teilweise abgefahren.

Weitere Schwerpunkte sind die Wärmeübertragung und Wärmespeicherung sowie aktive Latentwärme-Speichersysteme, die gezielt be- und entladen werden können.