Kühl- und Heizdeckensysteme für vielfältige Einsätze

Das Thema Klimawandel ist in den Köpfen der meisten Menschen angekommen.

Die Auswirkungen des Klimawandels zeigen, worauf sich Europa zukünftig in den Sommermonaten einstellen muss. Deshalb gewinnt auch das Thema Kühlung an Bedeutung. Der Bundesverband Flächenheizungen und Flächenkühlungen e.V. (BVF) möchte mit diesem Fachbeitrag die Potentiale moderner Systeme für Kühldecken und Heizdecken aufzeigen.

Die steigenden Energiekosten stehen den wachsenden Ansprüchen an ein optimales Raumklima gegenüber. Einen Ausweg aus diesem Zielkonflikt können im Kontext der Gebäudebeheizung und -kühlung moderne Kühl- und Heizdeckensysteme aufzeigen, welche, neben den Lösungen für Fußboden und Wand, zunehmend eingesetzt werden. Niedrige Systemtemperaturen im Heizfall und hohe Systemtemperaturen im Kühlfall sind dabei aus energetischen und ökologischen Gründen anzustreben, was bekanntlich exakt dem Profil von Flächenheizungen und Flächenkühlungen entspricht. Kühl- und Heizdecken sind im Prinzip wartungsfrei. Derartige Systeme behalten ihre Gebrauchstauglichkeitseigenschaft durch das Funktionsprinzip der „stillen Kühlung“ bzw. „stillen Heizung“ über die gesamte Nutzungsdauer. Durch das Fehlen von beweglichen Teilen (ausgenommen Verteiler, Mengeneinstellungen, Ventile) ist der Wartungsaufwand bei Kühl- und Heizdeckensystemen minimal.

Kühl- und Heizdecken werden vorzugsweise auch in hygienisch sensiblen Bauobjekten eingesetzt. Da es sich, je nach Ausführung, in der Regel um Systeme mit einem hohen Strahlungsanteil handelt, entsteht im Raum kaum Konvektion und damit sehr wenig staubaufwirbelnde Luftbewegung. Zudem wird die Raumluft durch die Form der Wärmeübergabe – Strahlung statt Konvektion – in der Heizperiode nicht so stark ausgetrocknet.

Thermische Behaglichkeit im Kühlfall

Im Kühlfall wird dem Raum Wärme entzogen, um die gewünschte Raumtemperatur zu erreichen. Bei konventionellen Kühlsystemen, welche die Kühllast vorwiegend konvektiv über die Zuluft oder über Umluftgebläse abführen, kommt es häufig zu hohen Luftgeschwindigkeiten und entsprechenden Turbulenzen im Raum, welche zu nicht behaglichen Zugerscheinungen bei den anwesenden Personen führen können. Bei der Kühlung über die Raumumschließungsflächen, auch „stille Kühlung“ genannt, ist das nicht der Fall. Die Kühlleistung wird hier vorwiegend durch Strahlungsaustauch direkt (Mensch zur Kühlfläche) oder indirekt (Mensch zu Einrichtungsgegenständen und anderen Umschließungsflächen) realisiert. Ein weiterer Aspekt ist die Anordnung der Kühlflächen im Raum. So zeigen Untersuchungen, dass eine Kühlung von der Decke als am behaglichsten empfunden wird. Ganz nach dem altbewährten Motto: „Gekühlt wird von oben!“

Bereits bei der Planung gilt es, nach dem Prinzip „Integrierte Planung und Ausführung“, alle Anforderungen an die Konstruktion zu bündeln. Die Grundlage dafür sollte rechtzeitig unter Einbezug aller Gewerke (Bauherr, Architekt, TGA-Planer, Heizungsbauer, Trockenbauer) abgestimmt werden. Unter Berücksichtigung der bauphysikalischen Vorgaben wird eine Heiz- und Kühllastberechnung erstellt. Das Ergebnis ist die Basis für die Wahl des Kühl- und Heizdeckensystems, welche in breiter Angebotspalette am Markt zur Verfügung stehen. Ob nun Metall-Rasterdecken, mineralische Deckensysteme (Gipskarton, Lehm) oder Sonderbauformen gewählt werden, hängt im Wesentlichen von den Leistungskennwerten der jeweiligen Systeme ab. Selbstverständlich spielen hier auch die architektonischen Vorgaben, wie Gestaltung, Akustik und Beleuchtung, eine bedeutende Rolle.

Der Leistungsermittlung von Kühl- und Heizdeckensystemen ist besondere Beachtung zu schenken. Dabei sollten nur normgerechte Leistungswerte für die Auslegung verwendet werden. Die Heizlastberechnung ist dabei nach DIN EN 12831 („Verfahren zur Berechnung der Raumheizlast“), die Kühllastberechnung nach VDI 2078 („Berechnung der thermischen Lasten und Raumtemperaturen“) durchzuführen. Auf Basis der vorliegenden Heiz- und Kühllastberechnungen sowie der Leistungskennwerte der in Frage kommenden Systeme kann dann die Systemauswahl erfolgen. Geprüfte und zertifizierte Systeme sind dabei ein wesentlicher Bestandteil für eine zuverlässig und wirtschaftlich funktionierende Anlagentechnik im Gebäude.

Dämmvorschriften beachten

Um die Anforderungen an Funktion und Wohnkomfort zu erfüllen, müssen bei der Planung und Herstellung des Flächenheiz- und -kühlsystems einige weitere Aspekte beachtet werden: Ein wichtiger Punkt ist die Wärme- und Trittschalldämmung. Ob eine Dämmung oberhalb der Kühl- und Heizdecken vorzusehen ist oder nicht, ist von den individuellen Gebäude- und Anlagenanforderungen abhängig. Bei Neubauten ist in der Regel das über der Kühl- und Heizdecke liegende Geschoss im Fußboden gedämmt – das Deckensystem muss somit nicht mit einer Dämmschicht bedeckt werden.

Bei nachträglichem Einbau in Bestandsgebäude ist jedoch stets zu prüfen, ob das Kühl- und Heizregister nach oben an einen ungedämmten Fußboden oder an eine ungedämmte Dachfläche grenzt. Um unerwünschte Wärme-/Kälteverluste an die darüber liegenden Räume zu vermeiden, kann eine Dämmauflage entweder direkt auf das Heiz-/Kühlregister aufgelegt oder an der Rohdecke befestigt werden.

Entscheidend für den reibungslosen Betrieb einer Flächenheizung und Flächenkühlung ist des Weiteren die Einhaltung bestimmter regelungstechnischer Aspekte. Dazu stehen verschiedene Technologien zur Verfügung. Je nach Anforderung und Randbedingungen kann ausschließlich geheizt oder ausschließlich gekühlt werden. Eine zentrale Umschaltung ermöglicht den Heiz- oder Kühlbetrieb mit demselben System (2-Leiter-System). Aber auch das zeitgleiche, individuelle Heizen und Kühlen einzelner Räume ist denkbar (4-Leiter-System). Wichtig ist in allen Fällen der korrekte hydraulische Abgleich des Systems.

Ein weiterer wesentlicher Punkt ist die Vermeidung der Unterschreitung der Wasserdampf-Taupunkttemperatur auf der kühlenden Raumfläche. So darf die Kühlwassertemperatur nicht beliebig tief abgesenkt werden, um eine höhere Kühlleistung zu erzielen. Die definierte Mindesttemperatur von 16 °C darf nicht unterschritten werden. Dies lässt sich bei den heute üblichen Systemen auf unterschiedliche Weise realisieren: Entweder wird die Vorlauftemperatur oberhalb des errechneten Taupunktes der Bauteilfläche gehalten oder der Kühlwasserzufluss wird bei Erreichen des Taupunktes an der Bauteilfläche zwischenzeitlich unterbrochen.