Betonkernaktivierung Einsatzmöglichkeiten und –grenzen

Landsbergerstraße 150/152 in München: Verlegung der Rohre auf die untere Bewehrung

 

Aufbau und Funktion
Die Betonkernaktivierung hat sich aus der klassischen Fußbodenheizung entwickelt. Hierbei wurden wasserdurchflossene Rohre in den Fußbodenaufbau oberhalb der Rohdecke integriert. Die Fußbodenoberfläche dient damit als wärmeübertragende Heizfläche.

Der wesentliche Unterschied bei der Betonkernaktivierung liegt in der Lage der wasserdurchflossenen Rohre. Diese werden direkt in der Rohdecke aus Beton verlegt. Damit wird die Ober- und Unterseite einer Decke zur Wärmeübertragung verfügbar gemacht.

In Abhängigkeit der Wassertemperatur in den Rohren kann die Rohdecke damit zur Gebäudekühlung oder Raumheizung eingesetzt werden.

Die Temperaturdifferenz zwischen Decke und Umgebungsluft ermöglicht den  Wärmetransport von der Luft an die Betondecke (Kühlen) oder die Wärmeabgabe von der Decke an die Umgebung (Heizen).

Gebäudekühlung bei Einsatz der Betonkernaktivierung
Konkurrierende Systeme bei der Gebäudekühlung sind der Einsatz von abgehängten Kühldecken und Klimaanlagen. Physikalisch ist der Effekt einer Kühldecke mit der Betonkernaktivierung vergleichbar. Eine wasserdurchflossene „kalte“ Fläche nimmt die Umgebungswärme auf und führt sie ab. Hochwertige Kühldecken sind im Rahmen eines engen Kostenbudgets jedoch selten realisierbar. In Wirtschaftlichkeitsberechnungen wurden durch Team für Technik klare Vorteile für die Betonkernaktivierung nachgewiesen.

Klimaanlagen erzielen eine Gebäudeabkühlung durch einen permanenten Austausch der Innenraumluft. Damit können sehr hohe Wärmelasten abgeführt werden. Von Nachteil ist jedoch der hohe Aufwand und Platzbedarf für die Luftleitungen und Maschinentechnik. Die hohen Luftbewegungen verursachen zudem das Aufwirbeln von Staub und allergenen Keimen sowie Geräusche und Zugluft.

Mit der Betonkernaktivierung kann in normalen Aufenthalts- und Büroarbeitsbereichen bei kontinuierlich anfallenden Wärmelasten auf Klimaanlagen verzichtet werden. Wo sehr hohe innere Wärmelasten abgeführt werden müssen (z.B. EDV-Räume) und eine Kühlwirkung nur für kurze Zeit benötigt wird (z.B. Versammlungsstätten) haben Klimaanlagen gegebenenfalls in Kombination mit der Betonkernaktivierung ihre Berechtigung.

Mit Hilfe der Betonkernaktivierung wird dann die Grundlast abgedeckt, auftretende Lastspitzen können über wesentlich kleiner ausgelegte Lüftungsanlagen abgeführt werden.

Gebäudeheizung bei Einsatz der Betronkernaktivierung
Die gleichen in der Betondecke verlegten Rohre können bei entsprechender anlagentechnischer Planung auch für die Gebäudebeheizung dienen. In der Praxis werden die Rohre in der Winterzeit mit warmen Wasser durchflossen. In der Sommerzeit erfolgt ein Wechsel des Mediums über Umschaltventile.

Zusätzliche Einrichtungen zur Raumbeheizung können damit in warmen Ländern eingespart werden. In Deutschland sind die Wärmebedarfsspitzen jedoch so hoch, dass zur Verbesserung der Regelbarkeit eine Kombination von Betonkernaktivierung und Heizkörpern zum Einsatz kommt.  

Einsatzgrenzen
Die Leistungsfähigkeit der Betonkernaktivierung ist durch die maximale Verlegungsdichte der Rohre und durch die maximal mögliche Temperaturdifferenz der Betondecke zum Raum begrenzt.

Der Abstand der Rohre in der Betondecke beträgt 10-15 cm. Es hat sich gezeigt, dass eine dichtere Verlegung, aufgrund der guten Wärmeübertragung vom Rohr zum Beton, keine wesentliche Erhöhung der Leistungsfähigkeit zur Folge hat.

Einen sehr großen Einfluss auf die Übertragungsleistung hat dagegen die Temperatur des in den Rohren fließenden Wassers.

Bei der Gebäudekühlung muss zur Verhinderung von Bauschäden eine Kondensation der Umgebungsluft an der kalten Betondecke verhindert werden. Das heißt in Abhängigkeit der Raumfeuchte und -temperatur ist die Wassertemperatur in den Rohren und damit die Leistungsfähigkeit nach oben begrenzt.

Bei der Gebäudeheizung besteht bei Wahl einer zu hohen Wassertemperatur die Gefahr der Überheizung. 

Typische Auslegungswerte                                         Kühlen             Heizen

Wassereintrittstemperatur                                        18°C                            26°C

Wasseraustrittstemperatur                                       22°C                            23°C

Raumtemperatur                                                        26°C                            20°C

Leistung Decke                                                          40 W/m²                      20 W/m²

Neben den Auslegungstemperaturen sind bei der Deckenleistung bauliche Abhängigkeiten zu berücksichtigen. Diese sind im wesentlichen der Bodenbelag und die Höhenlage der Rohre in der Decke. Abgehängte Decken in den Bereichen mit Betonkernaktivierung stören die Wärmeabgabe. Durch die Betonkernaktivierung werden jedoch Lüftungs- und Klimaanlagen ersetzt, auf kaschierende Deckenabhängungen kann damit weitgehend verzichtet werden.

Ausgeführte Projekte
Team für Technik hat langjährige Erfahrung in der Planung von Gebäuden mit Betonkernaktivierung. Bereits 1999 wurden die ersten Gebäude in Betrieb genommen. Seitdem ist durch uns die Betonkernaktivierung für Gebäude unterschiedlicher Größe und Nutzung geplant worden. Die Nutzfläche der Gebäude lag dabei von 2.000 bis 25.000 m². Haupteinsatzbereich waren Industrie-, Verwaltungs- und Bürogebäude.

Zusammenfassung
Der Einsatz der Betonkernaktivierung in Gebäuden stellt eine sehr kostengünstige und wirtschaftliche Möglichkeit der Raumkühlung und Raumheizung dar.  

Bei Entfall von Lüftungs- und Klimaanlagen werden abgehängte Decken überflüssig und störende Heizflächen weitgehend reduziert. Dies bietet Bauherren und Architekten eine bessere Ausnutzung des Bauvolumens und einen größeren Gestaltungsfreiraum.

Der Nutzungswert eines Gebäudes wird gesteigert, was die Vermietbarkeit und den Gebäudeertrag wesentlich verbessert.

Die Planung der Betonkernaktivierung erfordert neben der Beachtung der Nutzungsanforderungen die Kenntnis und Berücksichtigung der bauphysikalischen Besonderheiten dieser Technik. 

Aufgrund unserer Erfahrungen in den verschiedensten Gebäudetypen können wir den Einsatz von der Betonkernaktivierung in vielen Fällen empfehlen.

Die Mehrkosten bei der Gebäudeerstellung liegen bei ca. 3 %.

Damit wird jedoch eine deutliche Verbesserung des Raumklimas im Sommer und Winter erreicht. Die Betonkernaktivierung ist praktisch wartungsfrei und übersteigt andere Systeme der Gebäudekühlung im Preis-Leistungs-Verhältnis deutlich.