Betonkernaktivierung

Kühlen und heizen mit der Decke

Mitten im Herzen von Frankfurt entsteht derzeit das neue Verwaltungsgebäude der Schweizer Helvetia Versicherung, Direktion Deutschland. Die Entscheidung für die Kühlung und Beheizung des Gebäudes fiel zugunsten der Betonkernaktivierung aus. Im Beton eingebettete Rohrleitungen dienen bei diesem System als Wärmeübertrager.

"Die Vorgaben des Bauherrn waren klar definiert", erklärte Megherdich Der-Bilossian, Projektleiter Sanitär Heizung Klima des Ingenieurbüros Meierhans & Partner, Mainz: Es sollte ein Gebäude mit einer ansprechenden Architektur, einer einfachen und energieeffizienten Gebäudetechnik mit komfortablen Raumluftzuständen konzipiert werden, welches bezüglich der Investitions- und Betriebskosten eine kostengünstige Gesamtlösung bietet. Die Möglichkeit der individuellen Fensterlüftung sollte gegeben sein, ebenso die individuelle Steuerung der Beleuchtung oder der Sonnenschutzeinrichtung. Auf dieser Grundlage und mit Hilfe spezieller Computer-Simulationen erstellte man das Energiekonzept des Gebäudes.

Objektbeschreibung

Das Gebäude besitzt eine Gesamt-Nutzfläche von 4900 m², verteilt auf 9 Geschosse. Im 1. bis 6. OG befinden sich die Großraumbüros, im Erdgeschoss Schulungsräume, eine Kantine, Küche und Restaurant, im 7. OG die RLT-Zentrale für die Büro-Geschosse und die Heizungszentrale für die Gesamtversorgung.

In den beiden Kellergeschossen sind Parkplätze, Lagerräume sowie die Sanitär- und eine weitere RTL-Zentrale untergebracht.

Die Verbindung der einzelnen Module untereinander und an das Heiz/ Kühlnetz erfolgt mit Ausnahme des 7. OG in den Zwischenböden der jeweiligen Geschosse. Die im Bild erkennbaren Kunststoffhauben dienen zum Schutz der Rohrleitungen.

Die Wärmeerzeugung für das Gebäude erfolgt mittels eines 180 kW Brennwert-Gasheizkessels. Für die Wärmeübertragung wurde die oben bereits genannte Betonkernaktivierung gewählt. Normalerweise dient sie vorwiegend zur Kühlung und darüber hinaus zur Deckung einer Grundheizlast. Speziell bei diesem Bauvorhaben wird aufgrund der ausgeklügelten Fassade und des geringen Wärmebedarfs, die gesamte Heizlast mit dem System zur Betonkernaktivierung abgedeckt. Dazu wurden vorgefertigte Module aus diffusionsdichten Kunststoffrohren in der Mitte der Betondecke verlegt. Durch das in diesen Rohrleitungen zirkulierende Wasser wird die gebäudeeigene Speichermasse aktiviert und zur Temperierung (Kühlung und Beheizung) des Gebäudes verfügbar gemacht. Aufgrund eines zügigen Bauablaufes und hoher Betonierleistung zog man die Modulbauweise einer langwierigen Handverlegung von Rohr auf der Baustelle vor. Zum Einsatz kam das System "velta contec" mit werkseitig angefertigten Modulen aus meanderförmig, auf einer Trägermatte verlegtem PE-Xa-Rohr der Firma Velta, Norderstedt. Für die Steigestränge und die Verteilerleitungen, die auf Putz bzw. im Zwischenboden der Büroräume verlegt wurden, wählte man Edelstahlrohr der Firma Mannesmann, Langenfeld.

Holmer Deecke von Velta (links) und Megherdich Der-Bilossian (rechts) vom Planungsbüro Meierhans & Partner im Gespräch mit Rainer Gutmann von der bauausführenden Firma HTM Heiztechnik Mühlhausen.

Geschichtlicher Hintergrund

Seinen Ursprung hat die Betonkernaktivierung in der Schweiz, erklärte Holmer Deecke, Objektmanager der Velta GmbH aus Norderstedt. Dort wehrte man sich schon vor gut zehn Jahren davor, die von den Architekten geschaffenen thermisch instabilen Verhältnisse mit aufwendiger und teurer Klima- und Regelungstechnik zu kompensieren. Diese negativen Verhältnisse hätten ihren Ursprung in der für heutige Bürogebäude zum Trend gewordenen Leichtbauweise in Verbindung mit den großen Fensterflächen, erklärte Deecke weiter.

Der-Bilossian, der als Projektleiter schon einige Gebäude mit Betonkernaktivierung realisiert hat, ergänzte dazu: "Die gute Wärmedämmung, die im Winter die Auskühlung des Gebäudes verhindert, hemmt im Sommer, insbesondere bei hohen internen Wärmelasten, die Auskühlung des Gebäudes in der Nacht."

Ungewöhnlich, aber nicht schwierig, sei die Verlegung der Module, gaben die Monteure der Fa. HTM Heiztechnik Mühlhausen gegenüber der IKZ-HAUSTECHNIK an. Wichtig sei vor allen Dingen die Absprache mit dem Stahlbetonbauer.

Man suchte also eine Lösung und besann sich darauf, die großen Speichermassen von Gebäuden zu nutzen, um die Wärme- und Kältelasten abzupuffern. Dazu mussten als erstes die störenden Innenverkleidungen wie z.B. abgehängte Decken verschwinden, um den Wärmeaustausch (über Strahlung und Konvektion) wieder zu ermöglichen. So konnten sich im Sommer die Speichermassen am Tage aufladen und in der Nacht durch die Fensterlüftung wieder entladen. In der weiteren Entwicklung ging man schließlich dazu über, wasserdurchflossene Rohre in den Beton einzubetten und damit das Gebäude zu temperieren. Dabei wird hinsichtlich der Raumtemperatur kein konstanter Wert beibehalten, sondern ein Behaglichkeitsbereich - je nach Außentemperatur - von 20 - 26° C angestrebt.

Anschlußdetail eines Bodenregisters.

Heizen Kühlen Lüften

Für die Bürogeschosse des neuen Verwaltungsgebäudes kommt ein Dreileitersystem zum Einsatz (2 x Vorlauf, 1 x Rücklauf mit Aufteilung auf zwei Gruppen). Die Auslegungs-Vorlauftemperaturen zum Heizen betragen für die Normalgeschosse _Vl 27,5°C / 26,5°C für das Dachgeschoss _Vl 30,5°C / 29,5°C. Wegen der niedrigen Vorlauftemperaturen wurde auf eine Einzelraumregelung verzichtet, mittels eines Umschaltventils im Doppelboden kann aber zwischen den beiden unterschiedlichen Temperaturniveaus gewählt werden. In diesem Zusammenhang ist erwähnenswert, das bereits die Erhöhung der Vorlauftemperatur um nur einen Grad eine deutliche Heizleistungssteigerung bewirken soll.

Für das Erdgeschoss und die Eckbüros werden zusätzlich Anschlüsse für eine statische Heizung (Heizkörper) vorgesehen.

Der Grundriss des neuen Versicherungsgebäudes. Zur besseren Darstellung sind die einzelnen Module farblich unterschiedlich abgesetzt.

Da das gesamte Bürogebäude mit Ausnahme der Küche und des Restaurants vom Bauherrn selbst genutzt wird, ist zur Heizkostenabrechnung nur ein Gesamtwärmemengenzähler sowie ein Unterzähler für das Restaurant erforderlich.

Die Kälteerzeugung (mit Pufferspeicher) erfolgt mittels einer FCKW-freien Kältemaschine mit 80 kW Leistung. Die Auslegungstemperaturen betragen _Vl 15°C/_Rl 19°C und _V2 16°C/_R2 20°C. Für die Gebäudekühlung wird das Dreileitersystem der Heizungsanlage genutzt. Zu Kontrollzwecken wird je Kältegruppe ein separater Wärmemengenzähler installiert. Zusätzlich ist zu Abrechnungszwecken die Kältezufuhr der RLT-Anlage für das Restaurant zu erfassen.

Die gesamte RLT-Anlage (mit Ausnahme des Restaurants) ist als Hygiene-Lüftung ohne Heiz- oder Kühlfunktion für Nichtraucher mit ca. 30 m²/(h x Pers.) ausgelegt. Dies entspricht ca. einem 1-1,3fachen Außenluftwechsel. Die Dimensionierung der Kältemaschine erfolgte anhand des Leistungsbedarfes der Zuluftkühlung. Ab einer Außenlufttemperatur von ca. 16°C ist ein Freecolling-Betrieb zur Einsparung an Elektrizität vorgesehen.

	Die Verlegung der Module erfolgt im Ablauf der Deckenmontage. Die Module werden direkt mit der bauseitigen Bewehrung in die Betondecke eingelegt…
	…nach der Montage der oberen Bewehrung werden die Module mittels spezieller Aufzugshalter an dieser befestigt und so in der neutralen Zone der Betondecke fixiert…
	…es folgt die Druckprobe der einzelnen Module mit Luft oder Wasser…
	…im Anschluss daran kann die Decke gegossen werden.

Wirtschaftlichkeit

Aufgrund der erheblich kleiner dimensionierten Heizungs-, Kühl- und Lüftungsanlage wurden nach Aussagen des Projektleiters Der-Bilossian gut 50% an Investitionskosten gegenüber herkömmlichen Systemen eingespart. Die späteren Betriebskosten sollen sich ebenfalls um diesen Prozentsatz verringern.

* B i l d e r : IKZ-HAUSTECHNIK

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