Heizen und Kühlen mit thermischer Bauteilaktivierung

Entwicklungstrends im Einklang mit Ökologie und Ökonomie

Martin Müntjes

Wirtschaftlichkeit ist im heutigen Büro- und Gewerbebau das Planungskriterium Nr. 1. Hinzu kommen steigende Nutzeranforderungen an die Ausstattung, den Komfort und das Innenraumklima. Dabei sind energieeffiziente Heiz- und Kühlsysteme heute nicht bloß eine Option, sondern vielmehr fester Bestandteil eines wirtschaftlichen Gebäudekonzeptes und damit einer erfolgreichen Vermarktung moderner Immobilien. Nicht zuletzt formuliert das EE Wärme-Gesetz seit dem 01.05.2011 konkrete Anforderungen zur Nutzung erneuerbarer Energien für die Deckung des Heiz- und Kühlenergiebedarfs von Gebäuden. Wie die Anforderungen an Energieeffizienz, Wirtschaftlichkeit und Akustik im Büro- und Gewerbebau mit der thermischen Bauteilaktivierung in Einklang gebracht werden und welche Möglichkeiten thermisch aktivierte Spannbeton-Fertigdecken mit sich bringen, zeigt der nachfolgende Beitrag.

Mit der aktuellen Energieeinspar-Verordnung verfolgt der Gesetzgeber konsequent die Einhaltung der gesteckten Klimaschutzziele. Das Resultat der hohen Anforderungen an den Wärmeschutz ist eine deutliche Senkung des Jahresheizenergiebedarfs der Gebäude. Gleichzeitig steigen, vor allem in den heißen Sommermonaten, die inneren Wärmelasten in den Räumen. Insbesondere in modernen Bürogebäuden mit ihrer offenen Architektur, kombiniert mit großen Fensterflächen, steigt daher der Bedarf an Kühlung in Räumen, die trotz Beschattungsmaßnahmen mehr und mehr Wärmelasten ausgesetzt sind. Zusätzlich trägt die Ausstattung von Büros mit einer Vielzahl von technischen Geräten dazu bei, dass aufgrund der guten Dämmung der Gebäudehülle fast ganzjährig ein Bedarf an Kühlung für ein behagliches Raumklima am Arbeitsplatz besteht.
Thermisch aktivierte Bauteile, wie das System Contec des Herstellers Uponor, bieten die Möglichkeit, Büro- und Verwaltungsgebäude nachhaltig und energieeffizient zu kühlen und darüber hinaus für eine Abdeckung der Grundlast im Heizbetrieb zu sorgen.

Funktionsprinzip der thermischen Bauteilaktivierung
Die thermische Bauteilaktivierung nutzt dabei im Gebäude vorhandene Massivbauteile, insbesondere im Decken­bereich, um dort mit dem Einsatz von wasserführenden Rohrsystemen zu kühlen oder optional zu heizen. Die positiven thermischen Eigenschaften des Werkstoffs Beton begünstigen dabei die Wirkungsweise des Systems.

Von der Hypokausten­heizung zum thermisch aktivierten Beton
Dabei ist die Nutzung von Speichermasse zum Heizen und Kühlen im eigentlichen Sinne keine Erfindung der Neuzeit. Bereits die bekannte Hypokaustenheizung der Römer arbeitete nach dem interstationären Prinzip. Rauchgase aus Feuerungen wurden hierbei über längere Wege durch Hohlräume unter Fußböden und Wänden geleitet, um die angrenzenden Flächen und Bauteile zu erwärmen.

Die erste in Deutschland gebaute Deckenheizung wurde erst 1930 realisiert, nachdem Paneelheizungen mit Stahlrohr schon im Jahr 1907 in England patentiert wurden. Das nach der Liverpooler Firma Crittal benannte System, bei dem vorgefertigte Rohrmäander aus Stahl fest in die Stahlbetondecken einbetoniert werden, fand in den 50er Jahren auch in Deutschland weitere Verbreitung – wenn auch mit überschaubarem Erfolg. Es wurde jedoch schon zu Beginn der 1930er Jahre über den möglichen Einsatz des Systems zum Kühlen publiziert – diese Idee verwarf man nach Versuchen jedoch schnell, da Taupunktunterschreitung und Kondensatbildung nicht kontrollierbar erschienen.
Die Probleme der Kondenswasserbildung bei Stahlrohr, die unpräzise Vorlauftemperaturführung und die mangelnde Überwachung von Raumfeuchte und Temperatur konnten im Laufe der 1990er Jahre durch den Einsatz von Vollkunststoffrohr und entsprechender Technik behoben werden [Glück, 1999]. Es folgte eine rasante Marktverbreitung der Kühlung mit thermisch aktiven Bauteilen, die sich bis heute fortsetzt. Annähernd 50 % der heutigen Neubauten im Gewerbebau (Büroflächen) werden mit der Technologie ausgestattet.