Energiespar-Howto: Albedo v4 - Lowcost solarthermische Fassade

Die Anfänge meines Albedo-Projekts habe ich in einem früheren Eintrag beschrieben. Ich will nicht alles hier wiederholen, nur ganz kurz: ich fange mit einer schwarzen Oberfläche (Molton, ein dicker Baumwollstoff, 300g/m²) Sonneneinstrahlung an der Außenseite meiner ungedämmten Außenwand auf, und schirme die gewonnene Wärme durch eine transparente Schicht von der Außenluft ab. Der Wandaufbau leistet nebenbei ein gewisses Maß an Dämmung.

Mittlerweile bin ich bei der vierten Version des Aufbaus, die ich schon für ganz gelungen halte, daher stelle ich sie hier im Detail vor.

Vorgeschichte

Die erste Version war nur Moltonstoff, lose vor die Wand gespannt. Sonnenstrahlung erwärmt den Stoff, dadurch ist die Wand dahinter bei Sonnenschein weniger der kalten Außenluft ausgesetzt. Da der Wind aber hinter dem Molton durchfahren kann, ist die Dämmwirkung nahe null.

Die zweite Version (auch im obigen Artikel beschrieben) nutzte eine Schicht Luftpolsterfolie, um das Molton vor der Außenluft zu schützen. Das ganze war mit Latten gerahmt, um die Schichten an der Wand zu halten.
Aber der Wind hat Wege gefunden und die Luftpolsterfolie aufgebläht, es handelte sich also offensichtlich nicht um eine ruhende Luftschicht.
Immerhin bestehen zwei Luftschichten, eine zwischen Wand und Molton, und eine zwischen Molton und Folie (und eine weitere auf den Teilflächen, wo die Folie Bläschen hat), damit ist ein gewisses Maß an Dämmung gegeben, und das Molton gibt die Wärme nicht so schnell an die Außenluft ab, und somit kann mehr Wärme in die Wand und letztlich nach innen dringen.
Leider ist die Luftpolsterfolie nicht langzeitstabil im Sonnenlicht, sie reißt nach und nach, und es lösen sich kleine Folienfleckchen in der Größe der Blasen. Das ist schlecht, ich will ja die Umwelt nicht mit Mikroplastik verseuchen!

Version drei hat daher als weiteren Baustoff Stegplatten ins Spiel gebracht. Ein Paket “Yznahre 14 Stück Polycarbonat Hohlkammerplatten 10,25 m² Doppelstegplatte, UV-Schutz Hohlkammerstegplatten Transparent Stegplatte Gewächshausplatte für Gewächshaus” hat im April 2023 57 Euro gekostet. Es handelt sich um Platten von ca. 120x60cm Größe und 4mm Dicke. Diese haben ich mit Unterlegscheiben (zur Lastverteilung, Schrauben könnten ausreißen) vor dem Molton in die Wand gedübelt. Die Enden (die kurze Seite, wo die Kanale zwischen den Stegen enden) habe ich mit transparentem Packband abgeklebt, denn die Kanäle sollen zur Dämmung ruhende Luft enthalten, dürfen also nicht offen bleiben! Aus Sparsamkeit habe ich nur die Ränder mit Stegplatten gemacht, die Restfläche habe ich erneut mit Luftpolsterfolie ausgefüllt. Leider sind die Stegplatten nicht formstabil, sie biegen sich an den Ecken auf, und wenn der Wind dahinterfährt, können sie sogar knicken. Die Dämmwirkung war womöglich schlechter als die gerahmte Luftpolsterfolie. Letztes Frühjahr habe ich das Konstrukt nach zwei Wintern abmontiert und festgestellt, dass sich auch Feuchtigkeit hinter den Stegplatten im Molton gehalten hat, der Wandputz hat stellenweise Feuchtespuren gezeigt.

Zwischenzeitlich habe ich mal einen Stapel Stegplatten mit etwas kleineren Abmessungen (ca. 80x50cm) vom Sperrmüll mitgenommen, kann also nun wesentlich mehr Fläche belegen.

Albedo v4 - der Aufbau

Aus den bisherigen Erfahrungen hat sich der Aufbau meiner vierten Version ergeben:

• das Molton liegt (wie bisher) an der Wand auf, ich habe es an der Rückseite des oberen Tragbretts schmal umgeschlagen und gedoppelt draufgetackert.
• horizontale Bretter (ich nenne sie Tragbretter) werden in die Wand genagelt oder geschraubt/gedübelt und halten das Molton an der Wand. Der senkrechte Abstand ergibt sich aus der Höhe der Stegplatten, nur unten habe ich mich an die Unterkante des Moltons gehalten, so dass die unteren Stegplatten ein Stück überstehen, das macht nichts. Ich hatte gebrauchte Nut-und-Feder-Bretter, auch wenn die Nut und Feder hier nicht benötigt wird, stört sie auch nicht. Schrauben 4,5x40 haben sich als zu kurz erwiesen, um hinter der Dicke der Bretter (ca. 15mm) noch weit genug in die Wand zu gehen, um den S6 Dübel sicher zu halten, daher habe ich eine Packung 4,5x60 gekauft.
• die oben und unten abgeklebten Stegplatten (ich nehme nun stabileres Klebeband) werden oben und unten mit 4,0x16 Schräubchen fixiert. Die Schräubchen setze ich in den mit Klebeband verstärkten Rand, so reißen die Schraublöcher nicht aus. Die senkrechten Stöße überklebe ich mit transparentem Klebeband.
• auf die Stöße kommen deckungsgleich zu den Tragbrettern weitere Deckbretter, die werden nur an den Tragbrettern mit 3,5x30 Schrauben befestigt (es schraubt sich leichter, wenn ich in den Deckbrettern vorbohre). Damit sind die Kanten der Stegplatten fest gehalten und können sich nicht aufbiegen, die ganze Fläche ist also halbwegs winddicht.
• am Rand der Fläche kommen senkrechte Bretter zwischen die waagerechten, um die Fläche zur Seite genau so abzuschließen. Statt einem Deckbrett kann die letzte Stegplatte auch mit Klebeband auf das senkrechte Brett fixiert werden.

Dieser Aufbau stellt sicher, dass direkt auf der Wand nur diffusionsoffene Materialien (Stoff und Holz) anliegen, so dass Feuchte entweichen kann. In der Fläche kommt keine Luftpolsterfolie zum Einsatz, sondern nur die haltbaren Stegplatten. Und diese werden gerahmt, so ist der “ruhende Luftraum” vom Wind abgeschirmt und die Stegplatten werden sicher gehalten.

Ich habe statt vorher 3x3m nun ein 5m breites und 3m hohes Molton für den östlichen Teil der Südfassade benutzt und es weit ums Eck herumgewickelt und die Terrassentüre ausgeschnitten.
Hausecken sind thermisch besonders ungünstig, weil in der Ecke zwei Außenwände aufeinanderstoßen. Daher war es mir ein Anliegen, die Ecke zu umschließen und damit auch zu dämmen. Ich habe auf der Ostseite ein senkrechtes Brett montiert, das so weit vorsteht, wie die Bretter dick sind. So kann ich die ersten Stegplatten der Südseite in die Schmalseite dieses Bretts festschrauben, dass sie an die Stegplatten der Ostseite anstoßen. Diese Kante habe ich dann mit Klebeband verschlossen.

Vorgestern habe ich endlich die neue Installation fast fertig gemacht. Es hatten noch drei Deckbretter gefehlt, das Klebeband links oberhalb der Tür hatte sich gelöst, ich habe es einfach angetackert. Einige Deckbretter lagen nicht gut an, da habe ich Schrauben ergänzt. Eigentlich sind diese Spanplattenschrauben ja selbstschneidend, es schraubt sich aber leichter, wenn ich im Deckbrett ein Loch vorbohre.

Für die Tragbretter habe ich einen Trick entwickelt: wenn ich noch eine Schraube setzen will, ohne das Brett zu entfernen, bohre ich mit Tiefenanschlag mit einem 6er Holzbohrer durch das Brett, und durch dieses Loch dann mit dem 6er Steinbohrer in die Wand. Den Dübel kann ich auch durch das Loch im Brett durchstecken.

Außerdem war die Laibung um die Terrassentür noch zu machen. Da habe ich zunächst das Molton an den Türrahmen getackert und dann aus Luftpolsterfolie eine Art Rolle gebildet, die ich senkrecht an die Stegplatten mit transparentem Klebeband angeschlossen bzw. oben unter das Deckbrett geklemmt und mit Kartonstückchen oder alter Fußbodenleiste an den Türrahmen geschraubt habe.

Sonderliche Rücksicht auf die Tür muss ich nicht nehmen, die ist ziemlich verwittert und daher angezählt, in der kommenden Fassadensanierung muss sie ausgetauscht werden. Das über 50 Jahre alte Holz (das aufgesetzte Holz unter dem Fenster wurde zwischenzeitlich schon mal getauscht, weil das vorige sich gebogen hatte und abgestanden ist) ist sicherlich geschwunden, und damit ist der Übergang zur Wand undicht. Um so nützlicher ist hier die zusätzliche Schicht zwischen Wand und Rahmen auf der Außenseite, auch wenn die linke Seite ausgespart bleibt - besser als nichts.

Regen wird großteils durch den Dachüberstand von der Wand ferngehalten. Aber manchmal treibt der Wind ihn schräg an die Wand.
Damit Schlagregen nicht auf der Oberkante der Bretter stehenbleibt und Nässe ins Holz eindringt, habe ich die Oberkante der Bretter mit Klebeband an die Stegplatten darüber angeschlossen. So fließt der Regen über die Außenseite der Bretter ab.

Ich habe die Bretter bewusst mit der Nut nach oben und der Feder nach unten montiert. So hätte sich auch ohne Klebeband keine Rinne zwischen Feder und Stegplatten ergeben, in der das Wasser stehen würde, stattdessen stünde es in der Nut, immerhin würde es so von der Konstruktion dahinter abgehalten. Aber mit dem Klebeband nun nicht mehr.
Die Feder unten stellt für ablaufendes Wasser eine Tropfkante dar, die gut umlüftet schnell wieder abtrocknet.

Literaturverweis

Ganz alleine bin ich mit der Idee übrigens nicht. Der Tüftler und Autor Christian Kuhtz hat in seiner Schriftenreihe “Einfälle statt Abfälle”, Band “Sonne 1”, Ausgabe 2011 auf Seitennummer 22 eine “Solar-Heizwand” vorgestellt, er streicht die Wand mit schwarzer Farbe und montiert alte Fensterflügel davor. Das ist das gleiche Prinzip, nur eine andere Ausführung.

Energetische Betrachtung

Was bringt das ganze nun? Leider habe ich keine Messwerte, um die Wirkung zu belegen, und meine Wärmebildkamera will nicht mehr in den USB-C Anschluss meines Smartphones hinein. Aber immerhin kann ich ein wenig Theorie machen.

Ausgangspunkt der Aktion ist eine 30cm ungedämmte Ziegelwand. Ich habe diese mit Ubakus modelliert, ein Service, den ich nur empfehlen kann, um selbst ein Gefühl für U-Werte zu bekommen. Heraus kommt ein erwartungsgemäß miserabler U-Wert von 1,363.

Dann habe ich den Albedo-Aufbau hinzugefügt. Die 4 mm Stegplatte habe ich nicht gefunden, ich habe sie modelliert aus: 0,5 mm Polycarbonat, 3 mm dick 0,5 mm Polycarbonat und 9,5 mm ruhende Luft im Wechsel (die Stege sind dichter, aber auch dünner). Die Tragbretter habe ich als Fichte 15 cm breit, 15 mm dick mit 105 cm Lücke (ruhende Luftschicht) angegeben, dann kommt das Molton, was nach ubakus’ Meinung 3 mm dick ist, dann nochmal 5 mm ruhende Luft vor der Wand.

Damit vermindert sich der U-Wert immerhin schon mal auf 0,862. Weiterhin kein Vergleich zu einer Fassadendämmung, die 0,2 oder besser erreichen würde, aber immerhin nur noch etwa 2/3 des Wärmeverlusts im Vergleich zur nackten Wand. Dank Ubakus sieht man auch gleich, was das für eine Auswirkung auf die Wandtemperatur hat: im Szenario mit -5 °C Außentemperatur steigt die Oberflächentemperatur der Wandinnenseite von 12,7 °C auf 15,1 °C, ein deutlicher Gewinn an Behaglichkeit!

Das war aber nur die Dämmwirkung. Die Hauptidee der Konstruktion ist es ja, solare Gewinne zu erzielen. Wie kann ich die berechnen? Ich kann zumindest versuchen, sie abzuschätzen.
Das PV-Modul daneben an der Südwand kann im Februar an sonnigen Tagen bis zu 300 W liefern. Es ist 1,7 m² groß, wenn ich einen Wirkungsgrad von 20% unterstelle, ist da also etwa 880 W Sonnenstrahlung pro Quadratmeter aufgetroffen. Wenn ich die Deckung durch die Bretter abziehe, habe ich auf der Südfassade ca. 9 m² sichtbares Molton, das würde bei 20% Reflexionsverlusten durch die Stegplatten gut 6 kW Sonnenenergie erhalten und erwärmt sich dadurch. Die Abgabe dieser Wärme erfolgt im wesentlichen durch Strahlung, also zur Hälfte nach außen und zur Hälfte zur Wand hin. Es wäre also denkbar, dass es bis zu 3 kW Heizleistung Richtung Haus liefert. Ich finde, das klingt schon ganz ordentlich.
Die etwa 2 m² netto auf der Ostseite habe ich da noch nicht eingerechnet – im tiefsten Winter bekommt der Osten weniger Sonne ab, aber in der Übergangszeit dann doch auch.

Was bedeutet das an Energie? Im Winterhalbjahr hat das PV-Modul insgesamt etwa 80 kWh Strom geliefert. Wenn ich die obige Umrechnung darauf anwende, dann hätte die Albedo-Installation 800 kWh Wärme an die Wand abgegeben. Das entspricht 80 Liter Heizöl. Klingt aufs ganze Haus bezogen nicht arg viel, aber es heizt ja im wesentlichen einen Raum, und ein bisschen noch den im OG darüber.

Jedenfalls bedauere ich es, dass ich so lange gebraucht habe, das ganze diesen Winter zu montieren. Es hätte viel geholfen, damit schon im Herbst fertig zu sein. Aber bis ich irgendwann einmal die Fassadensanierung durchführe, bleibt das ganze jetzt drauf. Ich gehe davon aus, dass es im Sommer nicht sehr nachteilig ist, da steht die Sonne steil und somit trifft weniger Strahlung auf die Wand, und diese wird teils durch die Stegplatten reflektiert. Ich hatte auch vorige Albedo-Installationen ganzjährig an der Wand gelassen und nicht darunter gelitten. Der oberste Teil wird sogar vom Dachüberstand verschattet. Sollte es mir im Haus zu warm werden, kann ich temporär Bettlaken mit Reißnägeln an den Deckbrettern befestigen, um den “Kollektor” von der Sonnenstrahlung abzuschirmen.

Kosten

Angenommen ich müsste das alles heute kaufen, mit welchen Kosten muss ich dann rechnen?

Bretter: hagebau listet Nut- und Federbretter “Profilholz, Fichte / Tanne, BxH: 9,6 x 240 cm, Stärke: 12,5 mm” 2,3 m² für 28,72 €, das dürfte mehr als genug sein für die hier benötigten Trag- und Deckbretter.

Molton: auf ebay gibt es neue und gebrauchte Angebote für Bühnenmolton schwarz 300g zwischen 3 und 5 € pro m², das wären jetzt hier für 15 m² etwa 60 €.

Stegplatten 4 mm: auf ebay finde ich ein 10 m² Paket für 50 bis 55 €, der Preis ist also in etwa stabil geblieben.

Schrauben, Dübel, Nägel würde ich in größeren Packungen kaufen, die hier anteilig anzusetzen wären. Wetterfestes Klebeband kommt noch dazu, und ein paar Tackerklammern.

Dann hätte das Projekt hier Materialkosten von unter 200 €. Das finde ich recht überschaubar.