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Verborgene Energien nutzen

Dass durch die pflanzliche Transpiration latente Wärme freigesetzt wird, die sich vermittels geeigneter Technik und innerhalb der geschlossenen Gewächshauskultur auch für Heizzwecke nutzbar machen lässt, ist nicht neu. Seit 2010 untersucht das Zineg-Teilprojekt der Humboldt-Universität zu Berlin am Standort Dahlem eben diese energetischen Prozesse im speziell erbauten Solarkollektorhaus.

Dr. Martin Buchholz von der Technischen Universität Berlin entwickelt die Pflanzenheizung als Alternative zur Ölheizung. Foto: TU-Pressestelle/Ruta

Im Fokus der wissenschaftlichen Forschung steht hier die Nutzung der durch Sonneneinstrahlung entstehenden überschüssigen Wärmeenergie (fühlbare Wärme) unter Einbeziehung latenter Energieressourcen (Kondensationswärme).

Ziel ist es, den Wärmeüberschuss für Bedarfszeiten nutzbar zu machen. Im Solarkollektorhaus werden verschiedene Wärmetauschersysteme auf Effizienz und Kosten getestet (Schlauchgebläseheizung unter der hohen Kulturrinne, mitwachsende Alu-Flügelrohrheizung, Rippenrohrkühlung im Dachbereich), die über Wärmepumpen auch für die Entfeuchtung/Kühlung eingesetzt werden können.

In allen Varianten wird die der Umluft entzogene Wärme einem Wasserspeicher zugeführt. Die so gewonnene und speicherbare Wärmeenergie lässt sich in Bedarfszeiten wieder dem Heizkreislauf zuführen. Nach Information von Prof. Dr. Uwe Schmidt, Fachgebietsleiter Biosystemtechnik an der Humboldt Universität zu Berlin und Leiter des Projektes, zeigen die Forschungsergebnisse bislang, dass die so gewonnene Wärme in zehn Monaten des Jahres (von Ende Februar bis etwa Mitte November) zur Absenkung des Primärenergiebedarfes im Forschungsprojekt beitragen kann.

Abhängig sei diese Verfügbarkeit allerdings auch von den Dimensionen des Speicherreservoires für das erwärmte Wasser. Je größer die bevorratete Wassermenge sei, desto länger lasse sich die Zusatzwärme nutzen. Damit eine solche Anlage in betriebswirtschaftlich sinnvollem Rahmen bleibt, arbeitet das Zineg-Projekt in Berlin derzeit mit einem Speichervolumen von einem Kubikmeter je Quadratmeter Gewächshaus-Grundfläche.

Die Idee der Pflanzenheizung hat nun auch das Fachgebiet Gebäudetechnik und Entwerfen an der Technischen Universität Berlin aufgegriffen. Unter Leitung von Dr. Martin Buchholz arbeiten Wissenschaftler hier an einem System zur thermochemischen Energiespeicherung. Ebenso wie beim Zineg-Projekt soll dabei Wärme unabhängig von der Jahreszeit und unter Ausnutzung der Sonneneinstrahlung generiert werden. Im Fokus der Forscher steht dabei der im Transpirationsprozess entstehende Wasserdampf. Denn um ihn zu erzeugen, werde zwar auch Sonnenlicht benötigt, jedoch dies im geringeren Maße als bei thermischen Kollektoren.

Während es im Zineg-Projekt um die möglichst CO2-neutrale Produktion von Kulturpflanzen geht, haben Buchholz und sein Team Lebensbereiche und wirtschaftliche Prozesse im Visier. In einem Niedrigenergiehaus testen sie deshalb Möglichkeiten der Einsparung von Primärenergie für Heizung und Warmwasseraufbereitung im Wohnbereich. Dabei bildet ein Absorber das Energiezentrum des Hauses und verbindet die übrigen Komponenten der Heizung miteinander: Er ist nach Information der TU mit einem Gewächshaus verbunden, in dem Buchholz Schilf angepflanzt hat. Es verdunstet schon bei niedrigen Temperaturen das leicht verschmutzte Abwasser, welches in das Treibhaus geleitet wird. „Die Heizung funktioniert auch mit anderen wintergrünen Pflanzen wie Bambus, die frostresistent sind“, sagt Buchholz.

Die warme feuchte Luft aus dem Gewächshaus wird nun in den Absorber geführt, durch den eine Salzlösung rieselt. Buchholz nutzt hier die hygroskopische Eigenschaft der Sole aus, die Eigenschaft des Salzes also, Feuchtigkeit aus der Umgebung aufzunehmen. Bei diesem Phasenwechsel, dem Übergang von Wasserdampf zu Wasser, wird Wärme frei und die Sole erwärmt sich auf bis zu 45 Grad Celsius. Die Wärme kann zum Heizen direkt in das Gebäude geführt oder in einen der neun, jeweils einen Kubikmeter umfassenden Tanks geleitet werden, die an den Absorber angeschlossen sind. Das Verfahren der Wärmespeicherung vermittels der aus Magnesium-Chlorid relativ kostengünstig hergestellten Salzlake bezeichnet Buchholz als effizient und verlustarm.

Obwohl die Salzlake eine in Abhängigkeit von ihrer Konzentration vergleichsweise höhere Wärme-Speicherfähigkeit besitzt, sieht Prof. Schmidt ihre Einsatzmöglichkeiten im Unterglasanbau doch eher skeptisch. Zum einen nutze das System der „Pflanzenheizung“ nur die latente Wärmeenergie aus dem Gewächshaus. Diese stelle lediglich ein Drittel des gesamten Wärmepotenzials aus latenter und fühlbarer Wärme. Zum anderen sei Magnesium-Chlorid, wenn auch kostengünstig zu bekommen, dennoch teurer als Wasser. Es stelle sich auch die Frage, ob sich gesundheitsschädliche Stäube bei seiner Verwendung entwickeln könnten. (ks)