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Thermoaktive Bauteilsysteme heizen und kühlen das Energon-Gebäude in Ulm.
© Software AG Stiftung, Darmstadt

Wie können Gebäude gekühlt werden? - Eine Systematik
© Fraunhofer ISE, Freiburg

Thermoaktive Bauteilsysteme (TABS): Kapillarrohrsysteme, Betonkerntemperierung, Fußbodentemperierung und Zweiflächen-Bauteiltemperierung. Aus der Vielzahl der unterschiedlichen TABS wird in diesem Themeninfo die wassergeführte Betonkerntemperierung (BKT) herausgestellt.
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Passiv kühlen mit TABS

„Schlanke“ Gebäudekonzepte setzen auf energieeffiziente und nachhaltige Systemlösungen, die sich durch ein geringes Maß an Gebäudetechnik und niedrige Betriebskosten für Heizung, Kühlung, Lüftung, Beleuchtung und Wartung auszeichnen. Auch unter veränderten Randbedingungen können sie den thermischen, hygienischen und visuellen Raumkomfort sicherstellen. Das Kühlen und unter bestimmten Voraussetzungen Heizen von Bürogebäuden mit Umweltenergie aus Erdreich, Grundwasser und Außenluft ist energetisch und wirtschaftlich besonders interessant.

Heute sind energieoptimierte Gebäude realisierbar, die einen vergleichsweise geringen Heiz- und Kühlbedarf haben. In diesen Gebäuden lässt sich auch ohne aufwändige Gebäudetechnik ein angenehmes Raumklima erreichen. Möglich wird dies erst mit der Kombination sorgfältig aufeinander abgestimmter Maßnahmen mit folgenden Grundelementen: Sehr guter Wärme- und Sonnenschutz, ausreichende thermische Gebäudespeicherkapazität, luftdichte Gebäudehülle in Verbindung mit einer Grundlüftung und hygienisch notwendigem Luftwechsel sowie Wärmerückgewinnung. Der Verzicht auf aktives Kühlen im Sommer zu Gunsten der passiven Kühlung ist nur möglich, wenn Gebäude sorgfältig geplant werden, so dass Architektur, Baukonstruktion, Nutzeranforderungen und Gebäudetechnik in einem integralen Gesamtkonzept aufeinander abgestimmt werden. Kühlkonzepte mit freier oder mechanischer Nachtlüftung wurden in den letzten Jahren erfolgreich in Büro und Gewerbegebäuden eingesetzt.

Die Erfahrung mit per Nachtlüftung gekühlten Niedrigenergie-Bürogebäuden zeigt, dass im Sommer angenehme Raumtemperaturen erreicht werden – auch ohne Klimaanlage. Aber bei lang anhaltenden Hitzeperioden – so z. B. in den Sommern 2003 und 2006 – verhindern relativ hohe Außentemperaturen in der Nacht eine ausreichende Kühlung der thermischen Gebäudemasse. Dann reichen bauliche Maßnahmen und eine mechanisch unterstützte Nachtlüftung oft nicht aus, um tagsüber ein behagliches Raumklima zu gewährleisten. Erheblich wirkungsvoller sind thermoaktive Bauteilsysteme, kurz „TABS“. Hierbei wird die Gebäudestruktur mit bauteilintegrierten Rohrregistern gekühlt, um das Raumklima komplett oder unterstützend zu konditionieren. Werden TABS mit Kälte aus dem Erdreich oder über einen Kühlturm aus der Umgebungsluft versorgt, muss lediglich die Energie zur Verteilung der Kühlenergie, nicht aber zu deren Erzeugung, aufgewendet werden. Gebäude mit niedrigem Wärmebedarf können mit TABS auch beheizt werden.

Thermoaktive Bauteilsysteme – eine Systematik

Wasserführende Rohrsysteme, welche zwecks ganzjähriger Temperierung von Gebäuden in Decken und Fußböden integriert werden, sind schon seit längerem verbreitet. Dennoch hat sich hierfür noch keine allgemein akzeptierte Bezeichnung durchgesetzt. Es finden sich – je nach Anwendung – vor allem die Begriffe Betonkernaktivierung, Betonkerntemperierung, thermoaktive (Beton-)Decken, Bauteilheizung bzw. Bauteilkühlung, Bauteilaktivierung, Betonkernkühlung sowie Fußbodenheizung oder -kühlung. Vereinzelt werden auch die Begriffe Aktivspeichersysteme, Aktivflächensysteme, Bauteilkonditionierung, Bodentemperierung, teilaktive Böden und eingebettetes Flächenheiz- und Flächenkühlsystem gebraucht. Zur Vereinheitlichung scheint der Oberbegriff „Thermoaktive Bauteilsysteme (TABS)“ geeignet, um all jene Systeme zusammenzufassen, die durch eine geeignete Bauweise die Gebäudestruktur aktiv in das Energiemanagement des Gebäudes mit einbeziehen. Da die meisten TABS mit Wasser als Arbeitsmedium sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen eingesetzt werden können, ist für die weitere Klassifizierung der Ausdruck „Temperierung“ angebracht. Die Unterteilung der TABS richtet sich nach der jeweiligen Lage der Rohre im Bauteil: Kapillarrohrsysteme, Betonkerntemperierung, Fußbodentemperierung
und Zweiflächen-Bauteiltemperierung.

Fokus: Wassergeführte Betonkerntemperierung

Aus der Vielzahl der thermoaktiven Bauteilsysteme beschränkt sich dieser Beitrag auf die häufig eingesetzte wassergeführte Betonkerntemperierung (BKT), für die sich wiederum folgende Systemkombinationen finden:

  1. BKT als reine Bauteilkühlung, kombiniert mit konventionellen Heizsystemen (Heizkörpern) sowie natürlicher oder mechanischer Lüftung. Bei dieser Anwendung ersetzt die Betonkerntemperierung ein konventionelles Kühlsystem.
  2. BKT als einzige Heiz- und Kühlfläche im Raum, kombiniert mit einer mechanischen Lüftung.
  3. Ergänzende Systeme: Aufgrund der thermischen Trägheit und der daraus folgenden ungenügenden Regelbarkeit des BKT-Systems, kommen mitunter ergänzende Heiz- und Kühlsysteme zum Einsatz. Das BKT-System dient als Grundlastsystem für Heizung und Kühlung, ergänzt um ein Zusatzsystem im Raum für die individuelle und bedarfsgerechte Raumregelung. Möglich sind Unterflurkonvektoren an der Fassade aber auch Systemkombinationen, die die Decke in einer oberflächennahen Schicht (Randstreifenelement, Kapillarrohrmatten) und im Betonkern thermisch aktivieren. Die Kombination eines BKTSystems mit Radiatoren oder Konvektoren ist in der Planungsphase kritisch zu hinterfragen.

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