Salzburg – Eigentlich kennt man die sogenannte thermische Bauteilaktivierung aus dem Betonbau: Sie ist dort eine etablierte Technologie zur Raumklimatisierung. Dabei verlaufen mit einer Flüssigkeit gefüllte Rohrleitungen durch Wände oder – häufiger – Decken aus Beton. Wird die Flüssigkeit von einer externen Quelle, etwa einem Heizkessel, erwärmt, gibt sie die Temperatur über den Beton an den Raum ab, der dabei gleichzeitig als Wärmespeicher fungiert.

Die im Vergleich zu herkömmlichen Heizkörpern deutlich größere Fläche hat den Vorteil, dass man mit einer geringen Ausgangstemperatur rasch eine gleichmäßige Raumerwärmung erzielt und so Energie spart. Forscher der Fachhochschule Salzburg wollen dieses Verfahren jetzt erstmals auch im Holzbau einsetzen.

Nachdem erste Berechnungen gezeigt hatten, dass Holz theoretisch für die Methode der thermischen Bauteilaktivierung geeignet ist, startete man vor zwei Jahren das Projekt "aHolz". Es ist eine Kooperation der beiden FH-Studiengänge "Holztechnologie und Holzwirtschaft" und "Smart Building". Gefördert vom Land Salzburg, soll die Technik im Labor so weit entwickelt und optimiert werden, dass sie von Fachbetrieben wirtschaftlich umgesetzt werden kann.

Dafür verwenden die Forscher Probenkörper aus 16 Zentimeter starkem Brettsperrholz, in das Aluminium-Kunststoff-Rohre eingeklebt sind. In einem eigens dafür aufgebauten Prüfstand wird das flüssige Heizmedium in den Rohren erwärmt. Anschließend messen die Forscher an mehreren definierten Stellen Temperatur, Temperaturverlauf und die abgegebene Heizleistung.

Holz versus Beton

Insbesondere interessieren sie die Unterschiede zwischen Holz und Beton. Deswegen finden dieselben Messungen an Probenkörpern aus beiden Materialien statt. So hat Holz zwar eine höhere spezifische Wärmekapazität.

Allerdings ist die Dichte des Naturwerkstoffs deutlich geringer, wodurch auch die Gesamtkapazität nicht mit Beton mithalten kann. Zudem weist Holz eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit auf. "Die Wärmeausbreitung erfolgt bei Holz also deutlich langsamer", sagt Thomas Schnabel, Forschungsleiter des Bereichs Holztechnologie und Holzbau an der FH Salzburg. "Das muss man bei der Auslegung berücksichtigen."

Mithilfe von Computersimulationen wurde vorab die optimale Tiefe der Verrohrung ermittelt. Dabei zeigte sich, dass sie am besten nahe an der Oberfläche der dem zu beheizenden Raum zugewandten Seite platziert werden. Bei Beton können die Rohre dagegen tiefer im Material liegen. Um eine gleichmäßige Erwärmung zu erzielen, wurde ein Rohrabstand von 30 Zentimetern gewählt, verglichen mit Beton also ein deutlich engmaschigeres Rohrnetz.

Bis zum Sommer sollen alle Untersuchungen abgeschlossen sein. Aber schon jetzt zeigt sich, dass die thermische Aktivierung von Bauteilen aus Massivholz dafür geeignet ist, Wohnräume zu beheizen. Das kommt dem Trend zum Holz im Wohnbau entgegen. "Holz ist traditionell stark im Einfamilienhaus vertreten, kommt aber jetzt auch stärker im Wohnungsbau zum Einsatz", sagt Schnabel. "Plattenförmigen Massivholzwerkstoffe sind gut für mehrgeschoßige Bauten geeignet, deshalb werden jetzt wieder viele Decken aus Holz gebaut."

Da unterschiedliche Holzarten verschiedene Wärmeleitfähigkeiten aufweisen, untersuchen die Salzburger außerdem, ob die Verwendung von Hartholzschichten die Wärmeleistung verbessern kann. Zusätzlich experimentieren sie mit verschiedenen Ausrichtungen der Faserrichtung – denn die Wärmeleitfähigkeit von Holz hängt auch von der anatomischen Richtung ab, also davon, ob die Faser parallel oder quer zum Stamm verläuft.

Fernziel Kühlung

Aktuell beschäftigen sich die Salzburger Forscher lediglich mit dem Heizen. Ein Wunschziel für weitere Projekte ist, auch das Kühlpotenzial zu untersuchen. Denn das Prinzip der thermischen Bauteilaktivierung ist umkehrbar und damit auch zur Kühlung nutzbar – im Betonbau ist das Stand der Technik.

Die Raumwärme wird dann vom Material aufgenommen, an die Flüssigkeit abgegeben und von dieser abtransportiert. Ob Holz auch dafür eine echte Alternative zu Beton ist, sollen künftige Forschungen zeigen. (Raimund Lang, 7.5.2021)