Funktion
So funktioniert die Bioenergiefassade
Was macht die Bioenergiefassade so produktiv?
Zwei Aspekte sind entscheidend für die hohe Effizienz der Sonnenausnutzung bei der Produktion von Wärme und Biomasse:
Für die Biomasse ist es die optimale Durchmischung im Kulturraum, die eine Konversionseffzienz von 8% des eingestrahlten Lichts in Biomasse ermöglicht. Für die Wärme ist es der mehrschichtige Aufbau der Glaselemente, der nach dem Prinzip einer Isolierglasscheibe für eine Konversionseffizienz von 38% in Wärme sorgt. Dieser Wert ist vergleichbar mit etablierten Solarthermieanlagen, die ca. 45 % erreichen.
Wie wird die reibungslose und optimale Funktion der Bioenergiefassade sichergestellt?
Der Betrieb der gesamten Anlagentechnik einer Bioenergiefassade wird über eine vollautomatische Steuerung (SPS) geregelt. Dafür steht eine Steuerungssoftware zur Verfügung, die sowohl die optimale Produktion von Wärme und Biomasse als auch die Versorgung des Hauses zu jedem Zeitpunkt sicherstellt.
Wieviel Energie braucht der Betrieb der Bioenergiefassade?
Die für den Betrieb der Bioenergiefassade notwendige Hilfsenergie (Strom) entspricht ca. 25 % der Energie, die bei der Wärmeproduktion entsteht.
Macht die Fassade Geräusche?
Die Fassade erzeugt durch die Wasserbewegung und die aufsteigenden Gasblasen tagsüber ein sanftes Gluckern. Nachts wird die Anlage ausgeschaltet.
So funktioniert die Bioenergiefassade
Was machen die Algen in der Bioenergiefassade?
Die Mikroalgen sind Pflanzen, die mit Licht, CO2 und Nährstoffen (N,P) wachsen und dabei Biomasse aufbauen. Da Mikroalgen Einzeller sind, wachsen sie im Gegensatz zu Pflanzen nicht indem sie an Größe zunehmen, sondern indem sie sich teilen und so an Zellzahl zunehmen. Jede Zelle ist ein autonomes Kraftwerk. Das führt dazu, dass Mikroalgen schneller wachsen können als höhere Pflanzen.
Wo wachsen die Mikroalgen?
Die Mikroalgen wachsen in einem Scheibenzwischenraum von circa 1 cm Dicke. Dieser Scheibenzwischenraum ist mit Wasser gefüllt, das mit Nährstoffen (N, P, CO2) angereichert ist und durch große Gasblasen, die periodisch eingeblasen werden, turbulent durchmischt wird. Diese Turbulenz führt dazu, dass die Mikroalgen im Millisekunden-Takt von der lichtzugewandten Vorderseite der Fassade auf die dunkle Rückseite transportiert werden. Durch diese oszillierende Bewegung wird sichergestellt, dass alle Algen immer ausreichend mit Licht versorgt werden bzw. das alles Licht optimal ausgenutzt wird.
Wie werden die Scheiben geputzt?
Die Innenseiten der Scheiben werden durch kleine Putzkörper, die durch die turbulente Wasserströmung herumgewirbelt werden, kontinuierlich gereinigt. So wird sichergestellt, dass die Scheiben über Monate vollkommen sauber bleiben. Dies ist wiederum die Voraussetzung dafür, dass die Bioenergiefassade kontinuierlich ohne Unterbrechung betrieben werden kann.
So funktioniert die Bioenergiefassade
Wie erfolgt die Wärmegewinnung?
Die Wärme wird rein physikalisch über die Absorption des Sonnenlichts im Wasser erzeugt. Um diese Wärme für die Heizung bzw. Warmwasserversorgung nutzen zu können, wird das erwärmte Wasser (Kulturmedium) über Wärmetauscher geleitet, in denen die Wärme ausgekoppelt wird. Die gewonnene Wärme hat eine Temperatur zwischen 20 °C und 35 °C und wird bei Bedarf mit einer Wärmepumpe auf bis zu 70 °C erhöht.
So funktioniert die Bioenergiefassade
Wie werden die Algen mit Nährstoffen versorgt?
Alle Fassadenelemente sind über ein Rohrsystem miteinander verbunden, worüber das Kulturmedium kontinuierlich im Kreislauf geführt wird. Die Nährstoffzugabe (N, P und CO2) erfolgt an einer zentralen Stelle des Rohrsystems – immer dann, wenn die Nitrat-Konzentration unter einen Grenzwert sinkt.
Wieviel CO2 wird durch die Algen gebunden?
Pro Gramm Trockenmasse Mikroalgen werden ca. 2 g CO2 gebunden. Die Zugabe des CO2 erfolgt über eine Saturationsanlage, in der das Kulturmedium mit gelöstem CO2 gesättigt wird. Dieses Verfahren verhindert, dass das zugegebene CO2 ausgast und so zu Emissionen führt.
So funktioniert die Bioenergiefassade
Wie werden die Algen geerntet?
Die Algen werden über das Verfahren der Ultrafiltration kontinuierlich geerntet und zwar immer dann, wenn die Zelldichte im Kulturmedium einen Grenzwert überschreitet (circa viermal täglich). Die Ernte erfolgt in einem Filtersstem mit einer Trenngrenze von 32 nm, mit dem die Algen im Retentat, mit geringem Energieeinsatz von nur 2,5 W/L, bis zu einer Konzentration von 100 g Trockenmasse/L angereichert werden können. Das Filtrat ist damit Partikel frei und kann für die Kultivierung wiederverwendet werden.
Was passiert mit den Algen nach der Ernte?
Algen werden frisch oder getrocknet bzw. als Extrakt der Biomasse vermarktet. Da diese reich an bioaktiven Substanzen, z.B. Antioxidantien, Vitaminen, entzündungshemmenden Stoffen sind, werden sie als Zusatzstoff in der Kosmetik, bei Futtermitteln und für Health Food eingesetzt.
Automatisierte Prozessführung für eine optimale Funktion
Schallschutz
Schalldämmende Eigenschaften erzielt die Bioenergiefassade sowohl über ihre Masse als auch über den Schalenaufbau der einzelnen Elemente. Die aus akustischer Sicht dreischalige Konstruktion ist so optimiert, dass die Resonanzfrequenzen unterhalb von 100 Hz liegen, und damit unterhalb des Frequenzbereichs, in dem der Mensch hohe Hörsensibilität besitzt. Das mit der Bioenergiefassade zu erzielende Schalldämm-Maß von > 50 dB entspricht nach DIN 2719 einer Schallschutzklasse 6.
Sonnenschutz
Je nach Zelldichte im Scheibenzwischenraum ist die Fassade mehr oder weniger lichtdurchlässig. Über die Ernte der Mikroalgen kann die Sonnenschutzfunktion der Bioenergiefassade genau gesteuert werden. Über die Drehbarkeit der Fassadenelemente können bestimmte Raumbereiche selektiv verschattet werden.
Thermische Isolation
Die Fassadenelemente sind aus vier Glasscheiben mit jeweils zwei gasgefüllten und einem wassergefüllten Scheibenzwischenräumen aufgebaut. Dadurch erreicht ein Gebäude mit einer Bioenergiefassade eine signifikante Absenkung des Wärmedurchgangskoeffizienten mit einem U-Wert entsprechend einem Dreischeiben – Isolierglas.
Aufgrund der gleichzeitigen Produktion von Wärme wird die wärmetechnische Eigenschaft des Gebäudes mit einer Bioenergiefassade wesentlich verbessert, was jedoch in den Maßgaben für die Bewertung von Gebäuden nach der Energieeinsparverordnung (EnEV) bisher noch nicht berücksichtigt wird.
Wasserrecycling
Die Energiefassade eröffnet auch die Möglichkeit einer Verwertung von behandeltem Abwasser durch direkte Koppelung an eine dezentrale Abwasserreinigung. Dabei ist eine Koppelung an eine anaerobe gegenüber einer aeroben Abwasserreinigung zu bevorzugen, da erstere nicht nur Biogas produziert sondern auch alle freigesetzten Nährstoffe (Stickstoff und Phosphor) für die Produktion der Mikroalgen genutzt werden können.
Das Abwasser einer Person kann so auf einer Fläche von 10 m2 Bioenergiefassade vollständig wiederverwertet werden.