Temperatur-Management über die Decke

Im Vergleich zu konventionellen Heizsystemen mit Radiatoren (Konvektionswärme) bieten Heiz- und Kühldecken wegen des hohen Anteils an Strahlungswärme in Gebäuden ein deutlich angenehmeres Raumklima. Zur Modernisierung im Gebäudebestand eignen sich solche Decken besonders gut, da eine Installation hier vergleichsweise schnell, einfach und kostengünstig möglich ist.

Die Branche (beispielsweise vertreten durch CO₂online, BVF Bundesverband Flächenheizungen und Flächenkühlungen, diverse Anbieter) ist sich weitgehend einig über diese Vorteile von Heiz- und Kühldecken:

• die ausgestrahlte Wärme dringt ungehindert in den Raum (angenehmes Raumklima, Zugfreiheit),
• die Gestaltung der Räume bleibt sehr flexibel (Wand- und Bodenflächen sind ohne Einschränkungen voll nutzbar),
• die Decken lassen sich problemlos nachrüsten,
• sie arbeiten dank niedriger Vorlauftemperatur recht effizient,
• bei der Bestandssanierung bleibt die vorhandene Architektur und Bausubstanz erhalten,
• nicht zuletzt ist durch das Fehlen von beweglichen Teilen (ausgenommen Verteiler, Mengeneinstellungen, Ventile) der Wartungsaufwand minimal.

Die Einsatzbreite von Heiz- und Kühldeckensystemen ist enorm – sie reicht von der Betonkernaktivierung über eingeputzte Decken, Gipskartondecken, Lehmdecken oder Metalldecken bis hin zu Hochleistungsdecken. Sie werden vorzugsweise auch in hygienisch sensiblen Bauobjekten eingesetzt: Da es sich in der Regel um Systeme mit hohem Strahlungsanteil handelt, entsteht im Raum kaum Konvektion, staubaufwirbelnde Luftbewegungen sind gering – gut für die Raumlufthygiene.

Energietransport: Wasser punktet gegenüber Luft

Wasser hat im Vergleich zu Luft eine ca. 1000fach höhere Dichte und etwa die 4fache spezifische Wärmekapazität. Das bedeutet: Wasser erfordert deutlich geringere Volumenströme und somit weniger Transportenergie, um im Vergleich zu Luft die gleiche Energie zu transportieren. Außerdem nehmen bei gleicher Energiemenge Rohrleitungen viel weniger Installationsfläche in Anspruch als Lüftungskanäle; Installationsschächte und -ebenen fallen deutlich kleiner aus.

Strahlung punktet gegenüber Konvektion

Durch das Prinzip des Strahlungsaustausches wird die Temperatur im Kühlfall niedriger und im Heizfall höher empfunden als es die reine Luft temperatur aussagt. Bei konvektiv arbeitenden Luft -/Klimasystemen ist oft das Gegenteil der Fall. Dadurch kann die Luft temperatur ohne Komforteinbußen im Kühlfall angehoben bzw. im Heizfall abgesenkt werden; dies reduziert Energieverluste. Allein durch diesen Effekt ist die Kühldecke im Vergleich zu Luft -/Klimasystemen wesentlich wirtschaft licher.

Aufbau und Installation wassergeführter Deckenheizungen

Beim Aufb au einer wassergeführten Deckenheizung kann zwischen zwei Arten der Installation unterschieden werden: dem Trockenbau- und dem Nasssystem. Der Aufb au unterscheidet sich vor allem darin, dass die Rohre der Heizung beim Nasssystem in die Decke miteingelassen und beim Trockenbau auf die bereits vorhandene Decke gesetzt werden.

Eine Betonkernaktivierung (Nasssystem-Installation) hat durchaus spezifische Anforderungen, beispielsweise muss die Verlegung der Rohrleitungen in den Ablauf der Schalungs-, Bewehrungs- und Betonierarbeiten integriert werden. Dies erfordert eine sorgfältige Planung und Abstimmung mit der Tragwerksplanung, um statisch besonders hoch beanspruchte Bereiche im Umfeld von Stützen und Schächten nicht zu schwächen. Vor der Einbettung ist eine Überprüfung auf Undichtheiten der Rohre mittels Sichtabnahme und Druckprüfung unerlässlich – Schäden an den Rohrregistern können später nicht mehr repariert werden.

Zur Nutzung der thermischen Bauteilaktivierung werden beim System „Contec“ von Uponor in der Ort-Beton-Ausführung werkseitig bereits vorgefertigte Rohrregister an die bauseitige obere Bewehrung der Betondecke gehängt. Dies ermöglicht einen gleichmäßigen Verlegeabstand sowie einen zügigen und damit wirtschaft lichen Baufortschritt. Zum Einsatz kommt Polyethylenrohr (PE-Xa-Rohr). Der Kunststoff ist robust und empfiehlt sich wegen seiner Materialeigenschaft en, etwa Formbeständigkeit und Resistenz gegen Spannungsrisse, insbesondere für den Einsatz im rauen Baustellenbetrieb (die Rohrregister werden direkt in die Betondecke eingegossen).

Beim Trockenbausystem einer Deckenheizung werden die Rohre über eine abgehangene Trockenbaudecke verlegt. Leichter ist der Aufb au der Deckenheizung mit sogenannten Trockenbau-Elementen. Die Rohre sind bereits an Trockenbauplatten befestigt und werden an eine Konstruktion aus Holz oder Metall an der Decke montiert. Die Unterseite der Trockenplatten kann einfach verarbeitet werden und dient als Oberfläche der Decke. Die Aufbauhöhe der Deckenheizung beträgt beim Trockenbau etwa 80 mm. Durch Trockenbausysteme eignen sich Deckenheizungen auch zum Nachrüsten; das Abhängen der Decke ermöglicht den Einbau ohne Umbau.

Ein Beispiel: In der Gemeinschaftsschule in Jena (Thüringen) ist eine Metalldecke von Zehnder installiert – zur Zufriedenheit des Bauherrn, der neben Ener gieeffizienz und Nachhaltigkeit auch Themen wie Inklusion und angenehmes Lernklima forderte. Die installierte Funktionsdecke schafft im Heizund Kühlbetrieb mit ihrer Fläche von knapp 4000 m² ein behagliches Raumklima für das Lehrpersonal und die 1300 Schülerinnen und Schüler. Außerdem profitiert die gesamte Schule von der integrierten Schalldämmung, der hohen Ener gieeffizienz sowie der platzsparenden Montage inklusive integrativer Optik der Klimadecken.

Heiz- und Kühldecken sind nicht nur in herkömmlichen Gebäuden die Technik der Wahl. Frenger Systemen, Produktanbieter für Heiz- und Kühlzwecke, zeigt sich überzeugt, dass eine Deckenstrahlheizung in Form von Deckenstrahlplatten die ideale Hallenheizung für Höhen bis 40 m und mehr ist, also z. B. für Hangars, die Schwerlastindustrie). Auch Kommunen sanieren verstärkt ihre Sporthallen und nutzen Paneel-Deckenstrahlheizungen. Eine Sanierung bzw. Umrüstung von alten Systemen auf eine wasserführende Deckenstrahlungsheizung kann auch im laufenden Betrieb erfolgen. Bei Vorlauftemperaturen ab 30 °C wird im Winter geheizt. Im Sommer ist, je nach Auslegung, bei einer Wassertemperatur von 16 bis 18 °C in Verbindung mit Kühlkonvektoren die Kühlung und Entfeuchtung von großen und kleinen Hallen und Räumen möglich. Frenger Systemen betont, dass seine Deckenstrahlheizungen sehr leicht sind und auch mit Wasserfüllung keine nennenswerte Belastung für die Dachkonstruktion darstellen. Daher eigneten sie sich auch gut für historische Gebäude.

Mit dem Temperieren von Hallen beschäftigt sich auch RMBH. Eine Besonderheit sind Deckenstrahlplatten inklusive LED-Beleuchtung. Die beiden Systeme – Wärmeverteilung und Leuchten – konkurrieren normalerweise um den besten Platz an der Decke; daraus entstand der Gedanke, sie zu verbinden. Die LED-Leuchten werden dabei mittig zwischen die Heizelemente gesetzt. Bei einer Nachrüstung lassen sich die Leuchten an die Deckenstrahlplatten seitlich mit Spezialklammern befestigen. Untereinander werden sie einfach zusammengesteckt. Gleichzeitig wird die Platte als Träger für Kabel eingesetzt, was zu Einsparungen bei Material und Montagezeit führt. Eine weitere Besonderheit ist die Lösung „KSP to go“ für Hallengrößen bis ca. 400 m²: Sie umfasst als vorkonfektioniertes Paket die Deckenstrahlplatten, das Zubehör für die Installation, Regelungskomponenten sowie optional die seitliche LED-Beleuchtung.

Aufbau und Installation elektrischer Deckenheizungen

Der Aufbau einer elektrischen Deckenheizung unterscheidet sich von dem wassergeführten System. Denn die Deckenheizung wird mit Strom betrieben und bedarf keine an das Heizsystem angeschlossenen Rohre. Stattdessen werden Heizplatten oder Heizfolien verwendet, welche als Trockenbausystem auf Putz montiert werden. Die Funktionsweise der elektrischen Deckenheizung ist die gleiche wie auch bei elektrischen Fußbodenheizungen und Wandheizungen. Verschiedene elektrische Leiter innerhalb der Heizplatte werden mit Strom durchflossen, wodurch Strahlungswärme entsteht. Auch der „elektrische Heizkörper an der Decke“ eignet sich zum Nachrüsten. Zu den elektrischen Deckenheizungen kann auch die Infrarotheizung gezählt werden.

Elektrische Heizfolien offeriert beispielsweise das Unternehmen MFH systems mit seinem Produkt „E-Nergy Carbon Fleece“ – 0,4 mm dünn, diffusionsoffen, vlieskaschiert und durch eine flächige Perforation haftungsoptimiert: Der Deckenspachtel, in den die Folie eingelegt wird, kann durch die Perforation drücken und eine sichere Verbindung zum Untergrund herstellen. MFH systems sieht den Einsatz neben dem Badbereich und als spezielle Lösung im Bautenschutz zur Mauerentfeuchtung auch als vollwertige Heizung in der Sanierung oder im Neubau von Niedrigenergiehäusern.

Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit

Im Vergleich zu konventionellen RLT-Anlagen lassen sich Flächenkühl- und Heizsysteme mit einer deutlich höheren Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit betreiben. Dies ist im Wesentlichen den niedrigeren Medientemperaturen im Heizbetrieb beziehungsweise den höheren Medientemperaturen im Kühlbetrieb zu verdanken.

Besonders hervorzuheben ist die ideale Kombination von Heiz- und Kühldeckensystemen zusammen mit Wärmepumpen. Durch das günstige Temperaturniveau werden so beste Leistungszahlen erreicht. Außerdem kann bei Wärmepumpen mit Erdsonden in vielen Fällen eine direkte Kühlung durch die Geothermie ohne Energieeinsatz für den Kältekreislauf erfolgen. Ebenso lassen sich sehr gut freie Rückkühlsysteme einsetzen oder Niedrigtemperatur-Solarthermie, Fernwärme auf Niedrigtemperaturniveau und Ab-sowie Prozesswärme integrieren.

Aluminium als Werkstoff bietet zusätzlich besondere Vorteile: Sein Aluminium-Deckenstrahlprofil „Cross“ beschreibt der Anbieter Arbonia als besonders leicht und sei einfach zu montieren, zugleich sei es ausgesprochen flexibel kombinierbar. Optional farblich können sie über ihre Funktion als Wärmeüberträger hinaus sogar als prägende Designelemente eingesetzt werden. „Cross“ sei damit für die Wärmeverteilung im Foyer eines Hotels oder Bürogebäudes genauso wie für hochwertig ausgestattete Besprechungsräume oder moderne Fertigungshallen nutzbar.

Das Aluminiumprofil wird lagermäßig in vier Standardlängen (3, 4, 5 und 6 m) geführt. Die Y-förmige Kontur biete eine effiziente, große Überträgerfläche. Zudem unterstützt die Formgebung die energetische Leistung: Bei nach unten gerichteter Spitze wird eine höhere Heizleistung erzielt; bei nach oben gerichteter Spitze ist der Kühleffekt höher. Die Heizleistung sei – bezogen auf die Fläche – doppelt so hoch wie die einer herkömmlichen Deckenstrahlplatte, die Kühlleistung liege um etwa 50 % höher.

Einregulierung und hydraulischer Abgleich

Eine zentrale Umschaltung ermöglicht den Heiz- oder Kühlbetrieb mit demselben System (Zweileitersystem). Dabei erfolgt die Umschaltung zwischen Kühlen und Heizen zentral über ein Umschaltventil – dann kann das komplette Gebäude entweder nur geheizt oder gekühlt werden.

Aber auch das zeitgleiche individuelle Heizen und Kühlen einzelner Räume oder Nutzungseinheiten ist denkbar (Vierleitersystem). Dabei sind jeder Regelzone Einregulier- und Regelventile jeweils zum Kühlen und zum Heizen zugeordnet. Die Umschaltung zwischen Kühlen und Heizen erfolgt je Regelzone über die Regelventile; dann kann jede einzelne Regelzone entweder geheizt oder gekühlt werden.

Im Sommer, bei Funktion als Kühldecke, sind einige Besonderheiten zu beachten, die sich aus der notwendigen Berücksichtigung des Taupunktes und der Feuchte im Raum ergeben. Es muss ausgeschlossen werden, dass es zu Kondensation an der Decke oder im Zwischendeckenbereich kommt. Dazu wird i. d. R. die Kühlwasser-Vorlauftemperatur zentral nach der Außentemperatur und abhängig der Feuchte geregelt.

Die Kombination von Kühldecken mit einer Lüftungsanlage garantiert eine hohe Luftqualität bei optimalen Komfortbedingungen. Die Lüftung führt entfeuchtete und leicht unter Raumtemperatur vorgekühlte Luft in die Räume ein und transportiert die verbrauchte, feuchte Luft aus dem Raum wieder heraus. Eine Betauung an der Kühldecke ist so nahezu auszuschließen, da die kritische Taupunkttemperatur unterhalb der Kühlwasservorlauftemperatur liegt. Die technischen Grundlagen dazu ergeben sich aus dem Mollier h-x Diagramm für feuchte Luft.

Autor: Hans-Jürgen Bittermann, freier Journalist mit Pressebüro