Solararchitektur in Europa (10)

Ein Haus mit einer speziellen Speicherwand  

Das Einfamilienhaus steht in  Ebnat-Kappel, eine kleine Gemeinde in der Ostschweiz, auf einem Grundstück, oberhalb der Nebelzone(635 ü.d.M.), aber den Winden ausgesetzt. Hier hart der für seine innovativen Häuser bekannte  Schweizer Architekt Dietrich Schwarz ein Einfamilienhaus projektiert, das den Schweizer Solarpreis 2001 gewonnen hat.

Das Einfamilienhaus von Norden gesehen

Das eingeschossige Haus ist vollständig aus vorgefertigten Holzelementen gebaut. Die Nordfassade ist 25 Meter lang und 3,3 Meter hoch. Norden ist die Wetterseite, aber weil die Fassade niedrig ist, ist der Einfluss des Windes nicht sehr gross. Die Sudfassade ist hingegen hoher und enthalt verschiedene Elemente zur passiven Nutzung der Sonnenenergie. 38 Prozent der Fassade sind verglast, die restlichen 62 Prozent bestehen aus Elementen, in die Paraffinkassetten eingefügt sind, welche die Sonnenwärme speichern. Diese Elemente machen die Besonderheit des Hauses aus.

Die Nordfassade und das Dach sind mit einer Schicht von 40 cm Zelluloseflocken (isofloc) gedämmt und haben einen Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) von 0,11 W/m²K. Der U-Wert der Speicherwand beträgt 0,4 W/m²K. Die Holzfenster (Lärche) haben eine Dreifachverglasung mit IV-Scheiben.  

Die Speicherwand

Eine traditionelle Speicherwand wie zum Beispiel diejenige von Felix Trombe  (1906-1985) in den 40er Jahren erfundene, erwärmt sich unter der Sonnenstrahlung, überträgt die Wärme nach innen und, infolge ihrer thermischen Trägheit,  speichert sie diese für längere Zeit. Um ausreichend Wärme zu speichern, muss die Wand schwer sein, ist deshalb dick und hat ein hohes Gewicht. 

Infolge der Verwendung von handlichen Speicherelementen aus Paraffin, ist die Wand des Hauses in Ebnat-Kappel leicht und hat die bescheidene Dicke von 106 mm.  Der Aufbau der Wand ist folgender: aussen hat sie eine Doppelverglasung, die aus zwei Glasscheiben und Zwischenraum besteht (6 + 29 + 6 mm). Die äussere Scheibe aus Sicherheitsglas ist selektiv (6 mm), die innere nicht. Der Im Zwischenraum, der mit Argon-Gas gefüllt ist, befindet sich eine Scheibe aus prismatischen Plexiglas, die das Licht nach aussen reflektiert, wenn die Hohe der Sonne 40° überschreitet.  Deswegen können die Sonnenstrahlen nur im Winter die Verglasung passieren. Hinter dieser Verglasung, im Abstand von 12 mm befindet sich das zwischen zwei Gasscheiben eingeschlossene Paraffin (42 mm).

Weil man das Paraffin nicht direkt zwischen die zwei Glasscheiben einbringen kann, befindet sich dieses in transparenten, hermetisch geschlossenen  Plastikkassetten (PP, UV resistent), die zwischen den zwei Glasscheiben angeordnet sind. Die Kassetten sind 100 x 100 x 20 mm gross und wiegen 140 g.

Die Paraffin-Elemente

Die Verflüssigung des Paraffins erfolgt langsam, beginnt an der äusseren Oberfläche und schreitet langsam nach innen fort. Bis zur totalen Verflüssigung bleibt die Temperatur des Paraffins zwischen 27 und 35°C. Auch wenn die Temperatur der äusseren Kassettenseite etwa 40°C erreicht, überschreitet diejenige  der inneren Seite nie 25°C, weil das Paraffin während der Nacht wieder erstarrt. Das Paraffin verflüssigt sich vollständig nur nach mehreren aufeinanderfolgenden Sonnentagen. Nach einigen bewölkten Tagen braucht das Paraffin drei bis vier Tage um sich unter der Sonne zu verflüssigen. Im Winter verflüssigt sich das Paraffin sehr selten und wenn, dann nur für kurze Zeit. 

Ansicht der Speicherwand von aussen

Die Speicherwand hat auch einen optischen Effekt. Wenn das Paraffin flüssig ist (wenn die Sonne scheint), ist es hell und transparent, während es in festem Zustand (an bewölkten Tagen) dunkler erscheint.

Das Innere des Hauses 

Trotz ihrer Leichtheit besitzt die Speicherwand alle vier Grundelemente einer Solartechnologie: Wärmedämmung, Absorption der Sonnenstrahlung, Wärmespeicherung und Sonnenschutz gegen Überhitzung im Sommer.

Nicht nur der Paraffinspeicher ist ein innovatives Element im Hauses, sondern auch der Sonnenschutz. Das Element aus primatischen Plexiglas lässt die direkte Sonnenstrahlung nur im Winter passieren, wenn der Sonnenstand niedrig ist; bei höherem Sonnenstand reflektiert es da Licht. Dies geschieht natürlich nur, wenn das Plexiglas direkt nach Süden (+/- 20°) ausgerichtet ist. Die Messungen, die im Rahmen der wissenschaftliche Begleitung des Projektes durchgeführt wurden, hat gezeigt, dass schon am Ende des Oktobers die Sonnenstrahlen vollständig den Plexiglasschirm passieren. Die Speicherwand wurde von der Firma INGLAS GmbH & Co. KG aus Friedrichshafen (Deutschland) gebaut. Die wissenschaftliche Begleitung des Projektes wurde vom Bundesamt für Energie finanziert.

Technische Installationen

Die technischen Installationen (Lüftungsanlage, Sanitärinstallation) sind zum Teil zwischen Dach und Unterdecke untergebracht, zum Teil unter dem Fussboden der Küche und des Bades.

Das Haus ist mit aktiven Solarsystemen ausgestattet, die zur Einsparung von Primärenergie beitragen. Eine mechanische Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung und Erdwärmetauscher, verringert die Lüftungswärmeverluste. Eine Wärmepumpe mit einer Leistung von 1,4 kW (COP 3,5) entzieht der Abluft die Wärme und deckt den Restbedarf an Wärme wenn es sehr kalt ist. Die Wärmepumpe tritt automatisch in Aktion, wenn die Innentemperatur unter 18°C fällt und erzeugt Warmwasser, wenn der Sonnenkollektor nicht in der Lage ist, den Bedarf zu decken. Eine Photovoltaik-Anlage von 17 m² deckt den gesamten Jahresbedarf an elektrischen Strom, aber im Winter, wenn die Sonne wenig scheint, bezieht das Haus auch Strom aus dem öffentlichen Netz. Im Sommer wird hingegen der nicht im Haus benötigte Strom ins Netz eingespeist. 

Zufriedenheit der Bewohner

Die Bewohner des Hauses empfinden das Klima im Haus als angenehm, sowohl im Winter als im Sommer. Geschätzt wird insbesondere die Tatsache, dass die Temperaturschwankungen, zwischen Minimum und Maximum, sehr gering sind.

Baukosten

Die Baukosten des Hauses betrugen (2000) 660.000 Schweizerfranken (447.000 €). Die  Kosten der Speicherwand beliefen sich auf 1.200 Schweizerfranken (815 €) pro Quadratmeter. Zu berücksichtigen ist, dass es sich um einen Prototyp handelt. Der Architekt glaubt, dass bei Serienfertigung der Elemente die Kosten sich halbieren liessen. 

Fotos: Frederic Comtesse