Für die Bauteilaktivierung werden hauptsächlich Systeme mit wasserdurchströmten Rohren verwendet, eingesetzt in der Regel zur thermischen Aktivierung von Massivdecken und dort meist in den Bauteilkern einbetoniert. Weniger häufig kommt es zum Einsatz von Luftsystemen. In Deutschland wurde der Anteil gewerblicher Neubauten, bei denen Systeme zur thermischen Bauteilaktivierung geplant und realisiert werden, bereits vor einigen Jahren auf etwa ein Drittel geschätzt, mit seither steigender Tendenz.
Je nach Anwendungsfall wird von »Betonkernaktivierung«, »Betonkerntemperierung (BKT)«, »thermischer Bauteilaktivierung«, »thermoaktiven Decken«, »Bauteilheizung« oder »Bauteilkühlung« gesprochen. Das Anfang 2007 erschienene BINE-Themeninfoheft »Thermoaktive Bauteilsysteme« enthält eine erfreuliche Systematik, in der »Thermoaktive Bauteilsysteme (TABS)« als Oberbegriff eingeführt ist. Die bekannte Fußbodenheizung bzw. -kühlung im gegen die Rohdecke gedämmten Estrich, ist dann ein Spezialfall thermoaktiver Bauteilsysteme. BKT beschreibt grundsätzlich Systeme mit in den Kern von Betonbauteilen einbetonierten Rohren.
In der Praxis wird zwischen verschiedenen Systemkombinationen unterschieden:
Dass neben der Betonkerntemperierung häufig noch Zusatzsysteme zum Einsatz kommen, liegt insbesondere an der begrenzten Leistungsfähigkeit der BKT und eingeschränkten individuellen Regelungsmöglichkeiten. Im Heizbetrieb können Leistungsdichten von 25 bis 30 W/m2 erreicht werden, bei der Kühlung sind Werte von 30 bis 40 W/m2 möglich. Grund hierfür ist, dass – vor allem bei Bodenaufbauten mit Trittschalldämmung – mehr als die Hälfte der Leistungsabgabe über die Decke nach unten erfolgt und eine Deckenkühlung einen besseren Wärmeübergang an den Raum aufweist als eine Deckenheizung. Die erreichbaren dynamischen Spitzenleistungen liegen zwar meist höher, trotzdem bleiben Heiz- und Kühlleistung bei der BKT auf die angegebene Größenordnung begrenzt. Sind darüber hinaus höhere Leistungen erforderlich, müssen diese von Zusatzsystemen erbracht werden.
Mit einer BKT können Raumtemperaturen in gewünschten Grenzen gehalten werden (z.B. Einhaltung eines Mindestwerts im Heizfall), eine Regelung im eigentlichen Sinne und damit eine punktgenaue Einstellung der Raumtemperatur ist aufgrund der thermischen Trägheit jedoch nicht möglich.
Soll eine BKT die Kühlung- und/oder Heizung eines Gebäudes alleine bewerkstelligen oder zumindest einen wesentlichen Anteil daran erbringen, dann muss das Gebäude folgenden Anforderungen genügen:
Ein wesentliches Charakteristikum von TABS, und vor allem von BKT-Systemen, ist die Nutzung der aktivierten Massivbauteile als thermischer Speicher. Der Betrieb gliedert sich in die Phasen »Laden«, »Speichern« und »Entladen«. Dies bedeutet, dass die Einlagerung von Kälte- oder Wärme im Bauteil stets in einem Zeitversatz von Stunden zur deren Abgabe als Nutzenergie an den Raum steht. Da der benötigte Energiebedarf im Raum aber nicht exakt vorhergesehen werden kann, sind, um bestimmte Temperaturgrenzen einzuhalten (z. B. Mindesttemperatur im Heizfall), »Ladereserven« nötig. Damit benötigt eine BKT, zumindest in Verbindung mit einer konventionellen, nicht angepassten Energiebereitstellung, zunächst mehr Energie für eine bestimmte Heiz- oder Kühlaufgabe als ein exakt und schnell regelbares Heizsystem.
Trotzdem kann mit TABS und insbesondere auch BKT-Systemen Energie eingespart werden, indem man ihre Eigenschaften mit Hilfe einer angepassten Systemtechnik nützt:
Wie vorstehende Ausführungen zeigen, lässt sich aus thermoaktiven Bauteilsystemen dann ein maximaler Nutzen ziehen, wenn TABS, Baukonstruktion, Bauphysik, Technische Gebäudeausrüstung und Energieversorgung in einem ganzheitlichen, Gewerke übergreifenden Planungsprozess von Beginn an aufeinander abgestimmt sind.
Anfangs existierende Bedenken und Unsicherheiten hinsichtlich der Qualitätssicherung im Bauablauf lassen sich inzwischen durch entsprechendes Vorgehen ausräumen. Die verwendeten Materialien (sauerstoffdiffusionsdichte Rohre aus PE-Xa) haben sich bewährt, erfahrene Firmen haben den Bauablauf und die Qualitätssicherung bei der Erstellung von Massivbauteilen mit integrierten TABS im Griff. In Objektplanung, Ausschreibung, Ausführung und Inbetriebnahme zu beachten sind allerdings die Schnittstellen zwischen den beteiligten Gewerken. Häufig liefert heute der Rohbauer die mit Rohren versehenen Massivbauteile, an welche die ausführenden Firmen der Technischen Gebäudeausrüstung anschließen, deren Arbeit am Ende von der Gebäudeautomation komplettiert wird. Die Funktion von TABS hängt jedoch von allen Gewerken ab: »Rohre im Beton«, hydraulisch korrekte Anbindung und Versorgung derselben sowie korrekte Regelung und Betriebsführung. Zusätzlich müssen die Gebäudehülle und der raumbildende Ausbau den o. g. Anforderungen entsprechen.
Die bisherigen Praxiserfahrungen zeigen, dass die Funktion der Raumkühlung von TABS durchweg positiv zu bewerten ist. Bei üblicher Büronutzung und sogar in Klassenzimmern mit voller Rechnerausstattung überschreiten die sommerlichen Raumtemperaturen in der Regel kaum 25 bis 27 °C. Bei korrekt entworfenen und ausgeführten Systemen stellt auch der Heizfall kein Problem dar. Da dort Sollwert-Abweichungen der Raumtemperatur weniger toleriert werden als im Kühlfall, ist die Einregulierung der Anlage und ihrer Regelung für den Winterfall üblicherweise mit einer Lernphase verbunden, bei der vor allem Übergangszeiten und plötzliche Wetterumschwünge Herausforderungen darstellen. Bei ansonsten korrekter Planung und Ausführung des Systems lassen sich derartige Anfangsprobleme in der Regel durch Optimierung der Regelparameter bzw. Fehlerbehebung in der Programmierung beheben. Untersuchungen des tatsächlichen Energieverbrauchs für Heizung und Kühlung von Gebäuden mit TABS zeigen, dass die diesbezüglichen Erwartungen zwar häufig erfüllt werden, manche Gebäude die Ziele aber auch deutlich verfehlen. Derartige Probleme sind allerdings nicht den TABS selbst anzulasten, sondern vielmehr Planungs- und Ausführungsfehlern in anderen Bereichen oder einer Überforderung der TABS. Die Tatsache, dass TABS hohe Anforderungen an die Planungs- und Ausführungsqualität stellen, lässt häufig auch Mängel in der »konventionellen« Technik, mitunter auch in der Gebäudehülle, zu Tage treten, die bei herkömmlichen Systemen nicht oder »nur« durch einen erhöhten Energieverbrauch aufgefallen wären.
Autor: Roland Koenigsdorff
Den vollständigen Beitrag finden Sie in
DETAIL 6/2007 Energieeffiziente Architektur
Literaturtipp: BINE Onformationsdienst, Bonn (Hrsg.):
Thermoaktive Bauteilsysteme
