Mehr Behaglichkeit durch passive Kühlung

Angenehme Temperaturen in Wohnräumen und Häusern – im Sommer lässt sich dies bis zu einer bestimmten Leistungsgrenze auf einfache Weise mit Systemen zur Flächenkühlung erreichen. Rahmenbedingungen, mögliche Ausführungen in Neubau und Bestand sowie Richtwerte für die Kühlleistung und eine Regelwerksübersicht werden im Folgenden vorgestellt.

Ein drastischer Temperaturanstieg draußen macht sich irgendwann in Wohngebäuden und anderen Aufenthaltsräumen bemerkbar. Wie stark dies sein kann – und wie unangenehm –, zeigte der heiße Sommer 2018 und die Hitzeperioden in diesem Jahr mit neuen Rekordwerten. Je häufiger heiße Tage mit einem Temperaturmaximum über 30 °C vorkommen, umso mehr heizen sich Gebäude bei solchen Schönwetterperioden auf. Zudem sinkt die Nachttemperatur oft auch nicht mehr unter 20 °C, sodass eine nächtliche Raumkühlung kaum mehr möglich ist. Vor diesem Hintergrund ist mit dem Bauherrn zu klären, welche Ziele mit welchem technischen und finanziellen Aufwand erreicht werden sollen. Oder anders formuliert: Welche raumlufttechnischen Lasten sollen ausgeglichen und welche Temperaturen sollen unter Beachtung der thermischen Behaglichkeit erreicht werden?

Thermische Behaglichkeit
Verschiedene Faktoren wirken auf den Menschen ein, aus denen die thermische Behaglichkeit resultiert: Dies sind Lufttemperatur, Luftgeschwindigkeit und Luftwechsel sowie Strahlungstemperatur und Luftfeuchte. Des Weiteren spielen das Zugluftrisiko, eine Strahlungsasymmetrie, die vertikale Lufttemperaturdifferenz und die Oberflächentemperaturen der Umfassungsflächen eine Rolle. Die sogenannte Empfindungstemperatur gilt als Maßstab des Komforts, sie entsteht näherungsweise durch den Mittelwert aus Lufttemperatur und dem Durchschnitt der Oberflächentemperaturen des Raums. Sie liegt im Sommer zwischen 23 und 27 °C. Dabei dürfen die Unterschiede zwischen den Oberflächentemperaturen verschiedener Raumflächen nicht zu groß sein. Auch die vertikale Lufttemperaturdifferenz (zwischen der Kopfhöhe einer sitzenden Person und Bodennähe) sollte weniger als 3 °C betragen. Diese skizzierten Bedingungen lassen sich mit verschiedenen technischen Systemen erreichen. Bis zu bestimmten Leistungsgrenzen können hierzu auch Flächenkühlsysteme eingesetzt werden.

Was spricht für die Flächenkühlung?
Ein Aspekt ist besonders wichtig und spricht für eine solche Gebäudetechnik: Das System kann mit geringem Aufwand zweifach genutzt werden, für die Heizung und für die Kühlung. Dabei ist die passive Kühlung eher als Temperierung zu verstehen, die je nach Raumgestaltung und -anforderung im Fußboden, in der Wand oder in bzw. unter der Decke platziert ist. Positiv ist dabei u. a., dass eine Staubaufwirbelung im Raum nicht erfolgt und auch Zuglufterscheinungen nicht auftreten. Des Weiteren ist die freie architektonische Gestaltung der Innenräume ein nicht zu unterschätzender Vorteil.

Voraussetzungen
Bei neuen Gebäuden, die den Anforderungen an die EnEV entsprechen müssen, wird zunächst die Heizlast ermittelt. Eine Berechnung der Kühllast erfolgt meist nicht, denn dieser Bereich gilt dann als Zusatznutzen. Allerdings ist mit dem Bauherrn frühzeitig abzustimmen, ob das System auch zur Kühlung genutzt werden soll. Wenn dem so ist, sollte von vornherein auf eine niedrige Vorlauftemperatur und eine geringe Spreizung geachtet werden. Dies wird entweder mit einem Verlegeabstand von 10 bis maximal 15 cm oder mit größeren Rohrdurchmessern in Verbindung mit Leitblechen erreicht. Der Bodenbelag sollte einen geringen Wärmeleitwiderstand aufweisen. Des Weiteren wird die Temperatur-Untergrenze in der Regel bei 16 °C gezogen. Damit wird sichergestellt, dass kein Kondensat entsteht, das dann zu Problemen an Bauteilen führen kann. Überwacht wird dies mit Temperatursensoren und Taupunktwächtern, die eine Änderung der Einstellung auslösen, sollte der kritische Wert unterschritten werden. In diesem Zusammenhang ist auf die Dämmung hinzuweisen: Sie muss der EnEV entsprechend ausgeführt sein.
In Bestandsgebäuden ist die Situation ähnlich. Hier sind bei der Umsetzung außerdem die vorhandenen baulichen Gegebenheiten wichtig, etwa die Statik oder der Bodenaufbau. So muss die Bausubstanz mit den Richtlinien und Herstellerangaben des möglichen Flächenheiz- und -kühlsystems verglichen werden. Ein wesentliches Kriterium ist die verfügbare Aufbauhöhe, außerdem die Anschlusshöhe zu Türen, Treppen und anderen kritischen Punkten.

Systemvarianten der Flächenkühlung
Egal, ob es sich um eine Modernisierung oder um einen Neubau handelt, ob ein Trocken- oder Nasssystem gewünscht wird, der Markt bietet viel im Bereich der Flächenkühlung. An Decke oder Wand sowie im Boden kann sie als Wassersystem mit Rohren aus Kunststoff, Metallverbund oder Kupfer errichtet werden. Daraus ergibt sich eine Vielzahl von Möglichkeiten.

Einbauort Wand
Die Wandkühlung kann auf gemauerten Wänden, Fertigteil- und Betonwänden sowie auf Trockenbauwänden in Ständerkonstruktion ausgeführt werden. Dabei werden drei Ausführungsvarianten unterschieden:

• Rohrsystem im dickschichtigen Wandputz: Die Rohrleitungen werden auf einem geeigneten Untergrund befestigt und liegen innerhalb der Putzschicht.
• Rohrsystem in Unterkonstruktion mit Trockenausbauplatten: Diese Ausführung entspricht Bauart B nach DIN EN 1264. Die Rohrleitungen liegen zwischen der Unterkonstruktion und sind in den Systemdämmplatten verlegt. Meistens dienen Wärmeleitbleche und Trockenbauplatten als Abdeckung.
• Rohrsystem in Trockenbauplatten: Diese Konstruktion entspricht der Bauart A nach DIN EN 1264. Die Systemplatten bestehen aus Trockenbauplatten mit integrierten Rohrleitungen und werden auf der Unterkonstruktion Wand befestigt.

Einbauort Decke
Die Decke ist ebenfalls eine gern genutzte Kühlfläche. Sie kommt weniger in Ein- und Zweifamilienhäusern vor, sondern häufig in gewerblich genutzten Räumen. Zudem kann sie in denkmalgeschützten Gebäuden eingesetzt werden, da hier oft der Boden mit Dielen oder Zementfliesen belegt ist, die aufgrund des Bestandsschutzes nicht aufgenommen werden können. Die Deckenkühlung wird in zwei Ausführungsformen unterteilt:

• Rohrsystem im Deckenputz: Diese Art entspricht der Bauart A nach DIN EN 1264. Die Rohrleitungen werden auf einem geeigneten Untergrund befestigt und liegen innerhalb der Putzschicht.
• Rohrsystem in oder auf Trockenbauplatte: Diese Variante entspricht ebenfalls der Bauart A nach DIN EN 1264. Die Systemplatten bestehen aus Trockenbauplatten mit integrierten Rohrleitungen und werden auf einer Unterkonstruktion an der Decke befestigt.

Einbauort Fußboden
Der Fußboden ist das am häufigsten verwendete Bauteil zur Flächentemperierung. Drei Systeme stehen hierbei zur Wahl:

• Klassische Nasssysteme nach DIN EN 1264 als Rohrsysteme auf Dämmplatte im Nassestrich oder Rohrsysteme in Dämmplatte mit Nassestrich.
• Trockenbausysteme als Rohrsysteme in Dämmplatte mit Trockenestrich – meist verbunden mit Wärmeleitblechen –, Rohrsysteme in Trockenausbauplatte – mit oder ohne zusätzlicher Dämmschicht – sowie Rohrsysteme auf Dämmplatte in Gussasphaltestrich – meist unter Verwendung von Kupferrohren.
• Spezielle Verbundkonstruktionen aus Rohrsystemen auf Altuntergrund in Ausgleichsmasse.

Nach dem Blick auf das System sollte der Belag des Fußbodens ins Auge gefasst werden, denn er beeinflusst die Kühlleistung erheblich. Fliesen schneiden deutlich besser ab als Parkett.

Mögliche Kühlleistungen
Die möglichen Heiz- und Kühlleistungen von Flächen unterscheiden sich stark nach der gewählten Konstruktionsart. Nach DIN EN 14037 liegt die Heizleis­tung bei flächigen Systemen zwischen 60 W/m² und 110 Watt/m², bei konvektiven Systemen wie z. B. Lamellendecken oder Deckensegeln zwischen ca. 100 W/m² und deutlich über 170 W/m². Nach DIN EN 14240 liegt die Kühlleistung meist leicht unter den oben genannten Werten für die Heizleistung. Damit sind die Kühlleistungen bei extremen Wetterlagen begrenzt. Doch eine zu starke Differenz zwischen der Temperatur außen und innen wird weder als behaglich noch als gesund angesehen. In der Regel wird von einer operativen Raumtemperatur von bis zu 26 °C ausgegangen.

Quellen für die Kühlleistung
Meist wird die Kühlung der Wohnräume mittels Wärmepumpe als passive Kühlung realisiert. Dabei werden vor allem Erdreich oder Grundwasser als Kühlquelle genutzt. Tief eingebrachte Erdsonden von Sole/Wasser-Wärmepumpen eignen sich besser zur Kühlung als oberflächennahe Erdkollektoren.
Neben der passiven Variante gibt es noch die aktive Kühlung. Hierbei wird nicht die Umgebung als „Kühlquelle“ genutzt, sondern ein zusätzlicher Kälteerzeuger. Das kann beispielsweise ein Kaltwassersatz oder eine reversible Wärmepumpe sein.

Quelle/Bilder: Bundesverband Flächenheizungen und Flächenkühlungen

Regelwerke
Für die Planung und Ausführung einer Flächenkühlung (und einer Flächenheizung) sind zahlreiche Regelwerke zu beachten. Dazu zählen u. a.:

• DIN EN 1264 „Raumflächenintegrierte Heiz- und Kühlsysteme mit Wasserdurchströmung“,
• DIN EN 12831 „Heizanlagen in Gebäuden – Verfahren zur Berechnung der Normheizlast“,
• DIN V 18599 „Energetische Bewertung von Gebäuden – Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung“,
• DIN 4701 Teil 10 „Energetische Bewertung von heiz-, warmwasser- und lüftungstechnischen Anlagen“,
• DIN 4726 „Rohrleitungen aus Kunststoffen für die Warmwasser-Fußbodenheizung“,
• VDI 2078 „Berechnung von thermischen Lasten und Raumtemperaturen“,
• VDI 6034 „Raumkühlflächen-Planung, Bau und Betrieb“.

Fachliche Unterstützung bei Planung und Ausführung
Bei der Verlegung eines Flächenheiz- und -kühlsystems ist gewerkeübergreifendes Handeln gefragt. Die Planungs- sowie Ausführungsarbeiten von Architekt, Planer, Heizungsbauer, Trockenbauer, Estrichleger, Oberbodenleger und ggf. weiteren Beteiligten müssen direkt ineinandergreifen, um einen optimalen Bauablauf mit einem hohen Qualitätsstandard zu erreichen.
Hilfe hierbei bietet der Bundesverband Flächenheizungen und Flächenkühlungen e. V. (BVF), der zwei Fachinformationen zur „Schnittstellenkoordination bei Flächenheizungs- und Flächenkühlungssystemen“ herausgegeben hat – bezogen auf Neubauten und den Bestand. Sie ergänzen die geltenden Normen und technischen Regeln. Die Dokumente können kostenfrei unter www.flaechenheizung.de als PDF-Datei heruntergeladen werden.

Der QR-Code führt zu den Fachinformationen „Schnittstellenkoordination bei Flächenheizungs- und Flächenkühlungssystemen“.

Anbieter für verschiedene Lösungen finden sich unter www.flaechenheizungsfinder.de. Über eine Filterfunktion hat der Nutzer hier die Möglichkeit, für sein spezielles Projekt passende Unternehmen mit Kontaktdaten und weiterführenden Informationen zu ermitteln. Gleich, ob Neubau oder Modernisierung, elektrisch oder wasserbasiert, die Suche lässt sich angepasst gestalten.

Der QR-Code führt zum Flächenheizungsfinder.