Thermische Bauteilaktivierung

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Thermische Bauteilaktivierung (auch: Betonkernaktivierung bzw. Baukernaktivierung) ist ein Begriff aus der Klimatechnik und bezeichnet Systeme, welche die Gebäudemassen zur Temperaturregulierung nutzen. Diese Systeme werden zur alleinigen oder ergänzenden Raumheizung bzw. Kühlung verwendet. Ein solches System ist zum Beispiel die Thermoaktive Decke (TAD) (engl.: thermoactive ceiling) bzw. Kühldecke oder auch der Energiepfahl.

Funktion[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei der Erbauung von Massivdecken oder gelegentlich auch von Massivwänden, werden Rohrleitungen, meist Kunststoffrohre, aber auch Kapillarrohrmatten verlegt. Durch diese Rohre fließt Wasser als Heiz- bzw. Kühlmedium. Die gesamte durchflossene Massivdecke bzw. -wand wird dabei als Übertragungs- und Speichermasse thermisch aktiviert: Zur Reduzierung komfortmindernder Strahlungsasymmetrien[1] sollen Heizwassertemperaturen im Heizfall nicht über 28 °C und Kaltwassertemperaturen im Kühlfall nicht unter 18 °C liegen.

Bei einer Pfahlgründung kann den Gründungspfählen Wärme und Kälte bedarfsgerecht entnommen werden. Diese dienen dann als Erdwärmesonden. Je nach Grundwasser- und Bodenverhältnissen kann der Erdboden als saisonaler Energiespeicher genutzt werden.[2]

Übertragung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Über seine gesamte Fläche nimmt oder gibt das massive Bauteil die Wärme auf oder ab, je nach Heiz- oder Kühlfall. Aufgrund der vergleichsweise großen Übertragungsfläche können die Systemtemperaturdifferenzen niedrig bleiben. Das heißt, das Medium muss im Heizfall nicht so stark erwärmt werden wie beispielsweise das Wasser der Zentralheizung, deren Heizkörper eine wesentlich kleinere Übertragungsfläche bieten. Aufgrund dieser geringeren Vorlauftemperaturen können zum Heizen z. B. Wärmepumpen effizient eingesetzt werden. Zum Kühlen eignen sich Umweltenergien, wie freie Rückkühlung, Sohlplattenkühlung oder Grundwasserkühlung.

Speicher[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das massive Bauteil nimmt die Wärme vom Medium oder vom Raum auf, speichert sie und gibt sie zeitversetzt an den Raum oder das Medium weiter. Es kommt also zu einer Phasenverschiebung zwischen Energieerzeugung und -abgabe sowie in der Heizkurve. Die täglichen Lastspitzen werden dadurch „geglättet“, d. h. sie werden abgesenkt und teilweise zu Zeiten verschoben, in denen keine Raumnutzung vorliegt. Im Sommer kann die Nachtabkühlung zur Kühlung des Mediums und zur Entnahme von Wärmeenergie aus dem Bauteil genutzt werden. Tagsüber werden die Räume dann durch Wärmeabfluss in die kalten Wände gekühlt. Die Kühlung erfolgt somit bedarfsgerecht am Tage, wenn sonst die maximale Tagestemperatur zu einer Überhitzung der Räume führen könnte. Die Thermische Bauteilaktivierung ist besonders geeignet für Bürogebäude in denen die Hauptnutzungszeit mit der Phase der höchsten Außentemperaturen und der maximalen Sonneneinstrahlung zusammenfällt.

Thermische Bauteilaktivierung im Vergleich mit Flächenheizung und nächtlicher Belüftung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die thermische Bauteilaktivierung bewirkt eine ebenso großflächige Wärmeabgabe über Strahlung wie eine Flächenheizung. Sie wirkt zugleich als Fußboden- und Deckenheizung und im Winter können die gleichen positiven physiologischen Effekte erreicht werden, wie bei einer Wandheizung.

Der Unterschied besteht darin, dass die üblichen Flächenheizsysteme möglichst dicht unter der Bauteiloberfläche verlegt werden, um eine schnelle Aufheizung von Räumen zu ermöglichen, die nicht durchgehend genutzt werden. Dies ist in der Regel bei Wohnräumen der Fall, da diese an Werktagen oft nur morgens und abends genutzt werden.

Die Verlegung der Heiz- und Kühlschlangen im Inneren von Wänden und Decken führt zu einer deutlich verzögerten Wärme- bzw. Kälteabgabe. Die thermische Bauteilaktivierung kann daher nur zur Abdeckung einer Grundlast genutzt werden, die entweder an jedem Tag gleichmäßig auftritt oder im Voraus berechenbar und steuerbar ist. Sie eignet sich so am besten für große und kompakte Gebäude, in denen sich die Heiz- und Kühllast der einzelnen Nutzungseinheiten gegenseitig ausgleicht und für Gewerbebauten mit (werk)täglich gleicher Nutzung, als für Einfamilienhäuser, in denen keine gleichmäßige Nutzung vorliegt.

Die Nutzung der Speichermasssen des Gebäudes durch die thermische Bauteilaktivierung ist besonders dann vorteilhaft, wenn im Sommer regelmäßig Kühllasten entstehen. Dann kann die Wärme aus dem Gebäudeinneren nachts an die Außenhaut des Gebäudes geleitet und dort abgeführt werden, damit die abgekühlten Wände und Decken die tagsüber entstehende Wärmelast wieder aufnehmen können. Idealerweise kann auf diese Weise auf den Betrieb von sehr energieintensiven Klimaanlagen verzichtet werden.

Eine einfache Alternative zur Nutzung der nächtlichen Abkühlung wäre es, nachts für eine automatische Durchlüftung des Gebäudes mit kalter Außenluft zu sorgen. Im Vergleich mit der thermischen Bauteilaktivierung kann hierdurch jedoch nicht der ideale gleichmäßige Temperaturverlauf erreicht werden. Die Räume werden morgens immer etwas kälter sein und sich im Laufe des Tages stetig aufwärmen. Zudem kühlen sich Wände und Decke -je nach ihrem Aufbau- durch eine reine nächtliche Belüftung oft nicht in ausreichendem Maße ab, um ihre Speicherwirkung vollständig nutzen zu können.

Montage[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Rohre können mit zwei Methoden in das Bauteil gelegt werden:

  • Die manuelle Verlegung der Rohre auf eine Trägermatte.
  • Die Verlegung von vorgefertigten Rohrmodulen. Diese Variante führt zu einem zügigen Bauablauf.

Regelung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die ausgewählte Regelstrategie sollte durch Gebäudesimulationen auf Rentabilität überprüft werden. Die Regelung der Thermoaktiven Decke erfolgt über den Selbstregeleffekt, wodurch der Aufwand an Regeltechnik erheblich reduziert wird. Massenstrom und Vorlauftemperatur werden in der Art eingestellt, dass die Oberflächentemperatur konstant bei 23 Grad Celsius liegt. Ist die Raumtemperatur höher, so wirkt die Thermoaktive Decke als Kühlung, liegt sie darunter, so gibt die Decke Wärme ab. Da die maximale Kühlleistung von Thermoaktiven Decken bei ca. 40 W/m² liegt, kann sie nur in Verbindung mit Fassaden realisiert werden, die den Strahlungseintrag wirkungsvoll begrenzen.

Anwendungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das erste in der Schweiz ausgeführte Gebäude mit eingelegtem TABS ist das Dow Chemical Gebäude in Herrliberg. Klimatechnische Planung war bei Kurt Hildebrand von der Hochschule Luzern.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Bernd Glück: „Raummodell - Definition der Strahlungstemperatur-Asymmetrie“
  2. Bundesverband Geothermie: Energiepfahl

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]