Wissenschaft und neue Technik im und um das Haus

Der Fernseher im Wohnzimmer, der Computer im Arbeitszimmer, der Induktionsherd in der Küche und die Spielekonsole im Kinderzimmer: Unsere Häuser und Wohnungen sind voll mit technischen Geräten und kaum wir haben ein neues angeschafft, bringt die Industrie schon wieder das neue, bessere Nachfolgemodell auf den Markt. Im Vergleich zu diesen rasanten Entwicklungen haben sich unsere Häuser und Wohnungen selbst im Lauf der Zeit nur wenig verändert. Aber auch hier macht die Forschung nicht Halt und genau so wie sich der Rest der Welt verändert, tun das auch unsere Häuser.

Das Hauptthema der letzten Jahre war und ist die Energie. Die Preise für Strom und Wärme steigen und deswegen probiert man, den Verbrauch zu reduzieren, wo immer es geht. Man achtet beim Bau neuer Häuser und Wohnungen daher besonders auf die Wärmedämmung. Die Wärme soll im Haus bleiben und nicht durch undichte Fenster, Türen oder Dächer in die Umgebung verschwinden. Das ist natürlich auch richtig – aber wenn die warme Luft nicht aus dem Haus hinaus kann, dann kann auch keine frische Luft hinein. Ziemlich schnell wird die Atmosphäre in der Wohnung also stickig und unangenehm, und man öffnet das Fenster, um zu lüften. Und mit der verbrauchten Luft verschwindet nun auch die Wärme und die Wirkung der Wärmedämmung ist dahin.

Intelligentes Türdichtungssystem (© Fraunhofer WKI)

Eine Lösung hat das Fraunhofer-Institut für Mikroelektrische Schaltungen und Systeme (IMS) entwickelt. Nicht mehr Fenster oder Türen sorgen für die Lüftung, sondern die Dichtungen. Und das vollautomatisch. Das System arbeitet mit einem Kohlendioxidsensor, der die Luft im Raum kontinuierlich überwacht. Steigt die Menge an Kohlendioxid über einen Wert von 1000 ppm (Teile pro Million), wird er aktiv (der offizielle Grenzwert liegt bei 1500 ppm). Eine Feder im unteren Teil der Tür zieht die Dichtung ein klein wenig nach oben und es entsteht ein Schlitz, durch den frische Luft von außen in den stickigen Raum dringen kann. Gleichzeitig wird die Elektronik des Gebäudes informiert und die Lüftungsanlage gezielt aktiviert, um die verbrauchte Luft nach draußen zu befördern.

Um die optimale Ausnutzung von Strom und Wärme kümmert man sich auch am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg. Heute kommt der Strom ja immer noch aus der Steckdose. In Zukunft könnte er vielleicht aus dem Keller oder vom Dach kommen. Wenn sich der aktuelle Trend in der Energiepolitik fortsetzt, dann wird die Stromerzeugung immer dezentraler werden. Die Häuser werden kleine Solaranlangen oder Windkraftwerke auf dem Dach haben. Und im Keller ein kleines Blockheizkraftwerk, in dem man Holz oder Biogas verbrennen kann um so Strom und Wärme gleichzeitig zu erzeugen. Im Labor des Fraunhofer-Instituts steht genau so eine sogenannte Kraft-Wärme-Kopplungsanlage (KWK-Anlage). Sie kann Wärme nicht nur erzeugen, sondern dank eines Pufferspeichers aus Wasser auch speichern. Die Wärme, die bei der Erzeugung des Stroms anfällt, kann hier aufgehoben werden, bis man sie zum Heizen oder zum Erhitzen des Wassers im Haus benötigt.

Die Herausforderung besteht aber nicht in der Entwicklung solcher Anlagen, sondern in ihrer Steuerung und vor allem in der Steuerung der Kommunikation zwischen den verschiedenen Anlangen und dem Rest des Stromnetzes. Die Sonne scheint nicht immer und der Wind weht nicht ständig. Will man während dieser Zeiten auch Strom haben, braucht man entsprechende Überbrückungstechniken und die Kraft-Wärme-Kopplungsanlage kann genau das leisten. Damit das alles funktioniert, braucht es aber entsprechende Technik und entsprechende Software. Die verschiedenen Energiequellen können das Netz instabil machen und im schlimmsten Fall sogar zusammenbrechen lassen. Heute schwankt nur der Stromverbrauch, aber die Menge an Strom die erzeugt und ins Netz eingespeist wird, ist einigermaßen stabil. Wenn in Zukunft verstärkt auf wetter- und tageszeitabhängige Energiequellen gesetzt wird, dann schwankt nicht nur der Verbrauch sondern auch die vorhandene Menge an Strom. Das Stromnetz muss intelligent genug werden, um das auszugleichen.

Selbst wenn das Haus der Zukunft seinen eigenen Strom erzeugt, wird es immer noch ab und zu Strom aus dem allgemeinen Netz benötigen und selbst auch überschüssigen Strom ins öffentliche Netz einspeisen. All das muss vom hauseigenen Netz selbstständig gesteuert werden und es wird vermutlich noch einige Zeit dauern, bis die kleinen Kraftwerke im Keller effizient und fehlerfrei laufen.

Schon bald könnte aber eine andere Entwicklung beim Hausbau zur Anwendung kommen: Klebebänder für Fertighäuser. Ein Fertighaus soll nicht nur schnell aufgebaut werden können, man will es auch möglichst effizient und billig produzieren. Und auch wenn alle Elemente genormt sind und in Massenproduktion hergestellt werden, müssen sie natürlich trotzdem stabil sein. Die Kanthölzer, aus denen die Rahmenkonstruktion für das Fertighaus gebaut wird, dürfen nicht zu schmal sein, damit die Nägel halten und müssen entsprechende Elemente haben, an denen die weiteren Werkstoffplatten befestigt werden können. Diese Voraussetzungen schränken die Flexibilität bei der Planung ein. Viel einfacher wäre es, wenn man das Holz einfach zusammenkleben könnte. Das ist zwar möglich, ist aber kompliziert. Denn um ausreichend stabil sein zu können, muss der Klebstoff aushärten und das geht momentan nur, wenn man entweder die gesamte Konstruktion erhitzt oder stundenlang wartet. Beides widerspricht den Anforderungen an Schnelligkeit und Einfachheit, die an Fertighäuser gestellt werden.

Am Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI in Braunschweig arbeitet man nun an einer Lösung für das Problem. Der Klebstoff wird nicht mehr direkt auf das Holz aufgebracht, sondern auf ein Klebeband. Das hat aber nichts mit dem üblichen Tesa-Film zu den, den wir aus dem Büro kennen. Es handelt sich um ein Metallband, das auf beiden Seiten mit dem Klebstoff beschichtet ist, der aber noch nicht klebt. Man kann in Ruhe die Hölzer positionieren und so anordnen, wie man sie haben möchte. Erst dann wird ein elektrischer Strom durch das Metallband geschickt. Dadurch wird es erwärmt, der Klebstoff schmilzt und verbindet sich mit dem Holz. Die Aushärtung dauert dann nur noch eine Minute, die Forscher am WKI sind aber optimistisch, dass es auch noch viel schneller geht. Man experimentiert derzeit mit verschiedenen Metallen und Klebstoffen und sucht nach der besten Mischung.

Florian Freistetter

Florian Freistetter ist Astronom. Er promovierte am Institut für Astronomie der Universität Wien und hat danach an der Sternwarte der Universität Jena und dem Astronomischen Rechen-Institut in Heidelberg gearbeitet. Zur Zeit lebt er in Jena, arbeitet dort an der Dynamik der extrasolaren Planeten, ärgert sich mit den Details der DFG-Antragstellung herum und bloggt über Wissenschaft.

1 Antwort

  1. Ja was technick und wirtschaft angeht es läufd alles rasend schnell… Wir halten aber mit…