Einem Hörer verdanke ich den Hinweis auf die Trombe-Wand. Ein solares Heizungssystem, das wirklich in hervorragender Weise das Prinzip der Simple Smart Buildings verkörpert. Dieses System ist nach dem französischen Ingenieur Felix Trombe benannt. Der sich in den späten 1950er, frühen 1960er Jahren Gedanken über die Nutzung der Solarenergie gemacht hat. Das System funktioniert im Prinzip so, dass man an der Südseite des Hauses eine thermische Speichermasse positioniert. Vielleicht grundsätzlich, ich denke ja, dass die Südseite manchmal überschätzt wird. Es war ja vor allen Dingen in den 1960er, 70er Jahren üblich, große südseitige Fenster zu planen und auszuführen, sieht man ja auch immer noch. Und diese großen südseitigen Fensteröffnungen bringen natürlich auch das Problem des großen Hitzeeintrags mit sich. Ich plädiere ja - und ich glaube, da gibt es schon eine Episode dazu - für das Nordlicht. Licht von Norden kommt den Tag über relativ gleichmäßig, ist ein viel angenehmeres, feineres Arbeitslicht als dieses pralle Licht von Süden. Die Idee der Trombe-Wand besteht darin und ich denke vielleicht ist auch ihre Entwicklung in Frankreich, dass doch etwas südlicher liegt, wo eine stärkere solare Einstrahlung vorhanden ist. Vielleicht kommt es daher und vielleicht ist es aus dem Grund ja auch wirklich für die Zukunft interessant, wenn sich die Solareinträge auch in unseren Breiten intensivieren sollten. Das heißt, die Wand an der Südseite des Hauses wird von der Sonne während des Tages bestrahlt, besonnt. Es wird Energie eingetragen und zeitverzögert mit ihrer Speichermasse gibt dann diese Wand die Wärme in den Raum ab. Da ist ja einerseits das physikalische Phänomen der Wärmediffusivität - über das gibt es eine eigene Episode dieses Podcasts - dass es zwei wesentliche Faktoren in Bauteilen, in Materialien gibt. Das ist einerseits die Wärmeleitfähigkeit und andererseits die Wärmespeicherfähigkeit. Wenn man aus diesen beiden Faktoren den Quotienten bildet, erhält man die sogenannte Wärmediffusivität und die gibt darüber Auskunft, wie lange es dauert, bis ein Temperaturzustand von der Außenseite an der Innenseite ankommt, also um wie viel Zeitverzögert ist. Man nennt dieses Phänomen auch die Amplitudenverschiebung.

Das allereinfachstes System wäre eine südseitige Gebäudewand, die nicht wärmegedämmt ist, denn die Außenwärmedämmung verhindert ja, dass die Wärmestrahlung in das Gebäude eindringt. Also natürlich ist die Wärmedämmung dazu gedacht, dass in der Wintersituation die Wärme nur zeitverzögert aus dem System nach außen austreten kann, aber im Sommer gibt es natürlich genau den umgekehrten Effekt. Vielleicht da jetzt in Klammern dazu gesagt, diese außenliegende Wärmedämmung ist natürlich auch nicht günstig. Wenn das Gebäude in den kühlen Nachtstunden auskühlen sollte, dann kann das natürlich auch nicht geschehen, weil die außenliegende Wärmedämmung das verhindern würde. Aber jetzt, Klammer geschlossen und wirklich zurück zur Trombe-Wand.

Wenn eine ungedämmte Südfassade während des Tages besonnt wird, dann dringt und diese Solarstrahlung, die auf das Gebäude auftritt, vom Strahlungsspektrum her hat, die neben dem Infrarotanteil auch einen relativ hohen, kurzwelligen, energiereichen Anteil, der diese Wand aufwärmt. Wenn die jetzt entsprechende Speichermasse besitzt, das hängt von der Materialwahl ab, es gibt eben Materialien wie zum Beispiel Holz, das eine besonders günstige Wärmediffusivität besitzt, dann wird hier die Wärme eingespeichert. Aber Felix Trombe hatte die zusätzliche Idee, und das machte ihm sein System aus, vor dieser Wand noch eine Glasebene zu setzen und zwischen Glasebene und Wand einen Spalt von etwa 20 cm Breite zu belassen. Und da tritt jetzt der sogenannte Glashauseffekt ein. Also die kurzwellige Sonnenstrahlung dringt durch das Glas durch, erwärmt die Wand und die warme Wand gibt ja sowohl nach innen als auch nach außen, Infrarotstrahlung ab. Aber diese langwellige Infrarotstrahlung kann durch das Glas nicht mehr so gut nach außen entweichen. Also das ist dieser Glashauseffekt.

Wenn man jetzt die Speichermasse so geschickt wählt, und da denke ich gehört sehr viel bauphysikalisches Wissen dazu, nämlich zu überlegen, um wie viel will ich die Amplitude verschieben, wie sind die Sonnenbedingungen des Standorts. Es wird Standorte geben, es geht ja hier vor allen Dingen um den Winter, wenn der Standort des Gebäudes in einer Gegend liegt, wo es sehr viel Nebel gibt, ist es natürlich fragwürdig, ob dieses System dann wirklich gut funktioniert. Also da geht es wirklich um Standorte, wo viel Sonne vorhanden ist, wo man diesen Effekt wirklich entsprechend nützen kann. Also das heißt einerseits das Austüfteln, wann sollte dieser Effekt in welchem Umfang eintreten, welches Material wähle ich, also zum Beispiel um so eine Amplitudenverzögerung von zwölf Stunden, also von der Mittagsspitze in die Nachtstunden zustande zu bringen. Da reichen bei Holzmaterialstärken von 10 bis 15 Zentimetern, bei Ziegel, Beton, Stampflehm kommen wir in Bereiche von 30, 40 Zentimetern. Wenn man natürlich längere Phasenverzögerungen haben möchte, wenn man auch einkalkuliert, dass es vielleicht nicht so sonnige Tage gibt, dann werden die Warnstärken noch größer, aber dadurch wird natürlich das System dann auch wieder weniger flexibel und träger. Also ich denke, so wenn man auf diese Tagesamplitude, auf diese 12-Stunden-Amplituden-Verschiebung denkt, denke ich wäre das schon ein sehr kluger Ansatz.

Kombiniert ist dieses ursprüngliche Konzept der Trombe-Wand auch noch mit Lüftungsschlitzen. Das heißt, die Wand hat sowohl unten in der Nähe des Fußbodens als auch oben in der Nähe des Plafonds Öffnungen, wo man dann noch die warme Luft, die sich zwischen der vorgesetzten Glasebene und der Außenseite der Trombe-Wand bildet, auch noch in den Raum einleiten kann, also dass man auch diese Effekte noch nutzen kann und nicht nur die Strahlungswärme, die zeitverzögert von der Innenseite der Trombe-Wand abgegeben wird. Wo man jetzt noch Stellschrauben besitzt, das ist natürlich die Verglasung.

Wenn man nur eine einfache Verglasung wählt, ist das das Glas, also 3 mm Bauglas zum Beispiel, durch welches die meiste Strahlung durchdringen kann und wo sie den stärksten Glashauseffekt, den stärksten Aufwärmeffekt haben. Umgekehrt ist aber dieses Glas nicht gut in der Lage, in der kühlen Nacht diese Wärme zu dämmen und quasi in dem Zwischenraum zwischen Trombe-Wand und vorgesetzter Glasebene zu halten. Das heißt, da gibt es dann die Überlegung, hier Isoliergläser, zweifach Isoliergläser, dreifach Isoliergläser zu setzen, allerdings wiederum mit dem Nachteil, so wie es eben ist, es gibt keinen Vorteil ohne Nachteile in technischen Systemen, dass dann der Wärmeeintritt wesentlich reduziert wird. Also da sprechen wir schon im vielleicht 40%-Bereich gegenüber dem Einfachglas. Dann gäbe es natürlich noch Überlegungen, Metallbedampfungen mit sogenannten Lambda-Viertelschichten, wo man zum Beispiel auf die Innenseite des Glases eine Metallschicht, die so dünn ist, ein Viertel dieser Infrarotwellenlänge, die man drinnen haben möchte, sodass man dann durch entsprechende Interferenzen die Wärmestrahlung reflektiert, dass die durch das Glas nicht austreten kann.

Und was natürlich, denke ich, schon auch sehr entscheidend ist, dieses System nicht nur für die Wintersituation zu denken, sondern auch für die Sommersituation. Denn wenn Sie dieses für den Winter konzipierte System dann einfach im Sommer genauso betreiben, haben Sie natürlich einen extremen Energieeintrag ins Gebäude, den man im Sommer nicht haben möchte. Da geht es eben um die Beschattung und da ist ein, denke ich, sehr kluges System, wenn man an der Südseite das Dach des Hauses entsprechend weit Richtung Süden auskragen, vorstehen lässt, sodass man die unterschiedlichen Sonnenstände, den sogenannten Azimut, diesen Winkel von der Horizontalen gemessen zur Sonne entsprechend ausnutzt. Das ähnlich wie bei dem Schild einer Baseballkappe, wenn die Sonne sehr hoch steht, diese Auskragung, die gesamte Südwand beschattet, also in der Sommersituation eine Beschattung stattfindet. Im Winter hingegen, wenn die Sonne wesentlich niedriger steht, hier die Sonnenstrahlen ungehindert in das System eintreten können und die gewünschten Effekte erzielen.

Dann denke ich, könnte man das System natürlich noch mit Fensterläden im Sinn einer saisonal adaptiven Gebäudehülle weiter perfektionieren. Man könnte diese zum Beispiel hölzernen Fensterläden im Sommer, in der Sommersituation, als zusätzlichen Sonnenschutz nutzen und in der Wintersituation diese Fensterläden vor das System, also quasi als dritte Ebene, die innerste Ebene, die Trombe-Wand, dann die Glasebene und als äußere Ebene, diese Fensterläden, die dann in der Nacht im Winter wärmedämmend wirken. Dass man zum Beispiel große Schiebeelemente besitzt, die man, sobald die Sonne scheint, aufschiebt, die Sonne in das System eindringen lässt, sobald die Sonne nicht mehr scheint, das ganze System schließen und so die Wärmeabgabe durch sehr simple, einfach durch handbedienbare Elemente, durch diese Elemente, die Wärme im Gebäude drinnen behält.

Ein weiterer Aspekt, denke ich, wäre dann zu überlegen, für die Sommersituation weiter, wie kann ich dieses System thermisch entladen, dass ich mir also auch noch an der Außenseite Lüftungsschlitze überlege, analog zu denen in der Innenseite. Zu Beginn der Episode habe ich ja beschrieben, dass im Originalkonzept der Trombe-Wand sowohl in Fußbodennähe als auch in Deckennähe Lüftungsschlitze angebracht sind, um in der Wintersituation eben auch Warmluft in den Raum einzutragen. Wenn man dieses System in die äußere Ebene übertragt, dann gelingt natürlich auch eine thermische Entladung und man kann dieses wärmespeichernde System dazu nutzen, um diese Trombe-Wand in den kühlen Nachtstunden zu nutzen im Sommer zu entladen. Also hier, denke ich, ist sehr viel Potenzial drinnen. Man muss, denke ich, wirklich standortbezogen und nach den individuellen Nutzermöglichkeiten ein System entwickeln. Wenn Sie dieses einfache System der Fensterläden beispielsweise nur mit Handbetrieb und - das denke ich - das wäre ja der Sinn, dass Sie bei Simple Smart Buildings bedienen, dann müssen Sie natürlich dieses Haus bewohnen, dann müssen Sie in diesem Haus anwesend sein. Wenn Sie im Haus nur schlafen und während des Tages in der Arbeit sind, können Sie ja diese einfachen Systeme nicht bedienen. Also das heißt, das, denke ich, muss schon auch für Standort und die Lebensverhältnisse der Benutzer maßgeschneidert sein.

Ein weiteres Thema ist natürlich das Licht, ich habe eingangs vom Nordlicht gesprochen und ich denke, man könnte hier wirklich an dieser Südfassade nur sehr wenige, ganz explizite Fensteröffnungen lassen. Also diese Trombe-Wand ganz bewusst nur mit kleinen Öffnungen durchbrechen, um natürlich Ausblicke zu haben, aber letztlich sich das Licht, das man für eine gute Lichtqualität des Raumes braucht, sich über entsprechende Fensteröffnungen zum Beispiel nach Norden hin zu holen.