Warmer Beton, kalter Beton

Vielen Menschen erscheint Beton optisch als hart und kalt zugleich – doch weit gefehlt: Beton verfügt über eine sehr hohe Wärmespeicherfähigkeit. Das nutzt die Technologie der Betonkernaktivierung gezielt zur Gebäudetemperierung. Sie kommt vor allem bei Büro- und Verwaltungsgebäuden oder kommunalen Objekten zum Einsatz. Kombiniert mit regenerativen Energiequellen bietet die Betonkernaktivierung beste Voraussetzungen für energieeffizientes Bauen.

Mit der aktuellen Energieeinspar-Verordnung verfolgt der Gesetzgeber das Ziel, die gesteckten Klimaschutzziele zu erreichen. Das Resultat der hohen Anforderungen an den Wärmeschutz ist eine deutliche Senkung des Jahresheizenergiebedarfs der Gebäude. Gleichzeitig steigen, vor allem in den heißen Sommermonaten, die inneren Wärmelasten in den Räumen. Insbesondere in modernen Bürogebäuden mit ihrer offenen Architektur, kombiniert mit gro­ßen Fensterflächen, steigt daher ganzjährig der Kühlbedarf.
Die Betonkernaktivierung nutzt die massiven Bauteile des Gebäudes, wie etwa Betondecken und -wände, als thermischen Speicher für die ganzjährige Gebäudetemperierung (Heizen und Kühlen). Ein was­serführendes Rohrsystem wird dazu direkt in die Beton-Bauteile integriert. Die Verlegung der Heiz- und Kühlschlangen im Inneren von Wänden und Decken führt zu einer deutlich verzögerten Wärme- bzw. Kälteabgabe. Diese Art der thermischen Bauteilaktivierung könne daher optimal zur Abdeckung einer Grundlast genutzt werden, die entweder an jedem Tag gleichmäßig auftritt oder im Voraus berechen- und steuerbar ist, wie der Bundesverband Flächenheizungen und Flächenkühlungen (BVF) ausführt. Bei fachgerechter Planung und Ausführung stelle die Betonkernaktivierung eine umweltschonende und wirtschaftlich interessante Möglichkeit dar, ein Gebäude mit angenehmem Raumklima zu errichten.

Bürogebäude: Bedarf an Kühlung wächst
Eine Betonkernaktivierung hat durchaus spezifische Anforderungen, wie in einer BINE-Info nachzulesen ist [1]: „Im Gegensatz zur Fußbodenheizung und -kühlung muss die Verlegung der Rohrleitungen bei der Betonkerntemperierung in den Ablauf der Schalungs-, Bewehrungs- und Betonierarbeiten integriert werden. Dies erfordert eine sorgfältige Planung und intensive Abstimmung mit der Tragwerksplanung, um statisch besonders hoch beanspruchte Bereiche im Umfeld von Stützen und Schächten nicht zu schwächen. Vor der Einbettung erfolgt eine Überprüfung auf Undichtheiten der Rohre mittels Sichtabnahme und Druckprüfung. Es ist auf eine sorgfältige Verlegung der Rohre zu achten, da Schäden an den Rohrregistern später nicht mehr repariert werden können.“
Soweit die Theorie, nun zum Marktangebot. Zur Nutzung der thermischen Bauteilaktivierung werden beim System „Contec“ des Herstellers 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 wirtschaftlichen Baufortschritt. Zum Einsatz kommt Polyethylenrohr (PE-Xa-Rohr). Der Kunststoff ist robust und empfiehlt sich dank seiner Materialeigenschaften, wie Formbeständigkeit und Resistenz gegen Spannungsrisse, insbesondere für den Einsatz im rauen Baustellenbetrieb (die Rohrregister werden ja direkt in die Betondecke eingegossen).
Laut BINE wird die im Betonkern eingelagerte Wärme oder Kälte zu 60 % über Strahlung und zu 40 % über Konvektion an den Raum abgegeben. Wegen der gro­ßen Systemträgheit ist eine raumbezogene, schnelle Temperaturregelung nicht möglich. Die Entladung findet somit ohne direkte Einflussmöglichkeit des Raumnutzers vollkommen passiv statt.
Im stationären Zustand werden Kühlleistungen von 30 bis 40 W/m² erreicht. Nach oben ist die Kühlleistung durch den Taupunkt der Raumlufttemperatur begrenzt, da sich andernfalls Tauwasser an der Decke bildet. Der Taupunkt liegt bei etwa 15 °C für 26 °C Raumlufttemperatur und 50 % relative Luftfeuchte. Daher muss vor allem der Eintrag solarer Lasten durch einen wirksamen Sonnenschutz gemindert werden. Aufgrund der relativ hohen Vorlauftemperaturen natürlicher Wärmesenken ist eine Unterschreitung des Taupunktes fast nie gegeben. Im Heizfall können Leistungsdichten von 25 bis 30 W/m² erreicht werden.
Doch Achtung: Wenn das Gebäude ausschließlich mittels Betonkerntemperierung beheizt und gekühlt werden soll, müssen Architektur und Gebäudetechnik bestimmten Anforderungen genügen [1]. Denn die Leistung der BKT ist aufgrund der geringen Temperaturdifferenz zwischen dem Heiz- oder Kühlmedium und der Raumtemperatur begrenzt – trotz der großen wärmeübertragenden Flächen.
Rehau bietet für die Betonkerntemperierung komplette Systemlösungen für alle Verlegevarianten, wie beispielsweise Vor-Ort-Verlegung, Modulverlegung und Module in Betonfertigteilen (Rohre aus vernetztem Polyethylen, PE-Xa). Der Anbieter offeriert eine objektspezifische Konfektion der Module, auf Wunsch auch in Sondergeometrien und eine Lieferung ‚Just in time‘ auf die Baustelle. Nicht allein das: Rehau-Ingenieure beraten bei allen Themen rund um das Projekt und unterstützen bei der Erstellung von Montageplänen und Druckverlustberechnungen.

Sandwich-Werkstoff im Programm
Roth setzt auf Systemrohre (‚S5 CoEx-Technologie‘): Durch die fünffache Coextrusion in einem Produktionsdurchgang gewährleistet der Sandwich-Werkstoff (X-Pert S5+ und Duopex S5) eine gute Haftung der Rohrschichten untereinander, verspricht der Hersteller. Die Systemrohre seien aufgrund ihrer mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften robust und trügen damit den rauen Baustellenanforderungen bei Großprojekten Rechnung.
Das Angebot umfasst abgestimmte Systemlösungen für Bauabläufe mit Ort-Beton, Filigran-Deckenelementen sowie speziell konzipierte Lösungen für industriell vorgefertigte Beton-Fertigteile. Als thermoaktive Bauteilelemente kommen Zwischengeschossdecken und Zwischenwände zum Einsatz.

Gut kombiniert: Betonkernaktivierung & Flächentemperierung
Ist in Räumen mit besonders hoher Wärmeentwicklung, wie z. B. Serverräume oder verglaste Eckräume, die Deckung von Spitzenlasten notwendig, bietet Uponor neben der Betonkernaktivierung als weiteres Systemmodul die sogenannte „Thermische Steckdose“ an. Sie dient dabei als Anschluss von Spitzenlastenelementen, wie thermisch aktiven Deckensegeln. Das bietet die Möglichkeit, die gesamte Heiz- und Kühlleistung über die Decke erbringen zu können und gleichzeitig noch andere Rahmenbedingungen, wie z. B. Flexibilität und akustische Eigenschaften, zu verwirklichen. Passend zum Achsraster des Gebäudes können die frei von der Decke hängenden Segel meist quer zur Fassadenfront gehängt werden und ermöglichen den Nutzern ein individuelles Regeln der Temperatur über das Spitzenlastelement. Die separate Regelung erfolgt über einen eigenen Verteilerkreis, der über die individuellen Steuerimpulse der Nutzer (wärmer/kälter) gelenkt wird. Sollten im Laufe der Gebäudenutzung nun z. B. Wände versetzt werden (um mehr oder weniger Platz zu erzeugen), können die Segel mit wenig Aufwand über die Regelung in das neue Raumkonzept integriert werden.
Die Faltplatte im Format 2000 x 1000 mm kann auf bauseitiger Dämmung, für hohen Schallschutz z. B. auf Mineralwolle, montiert werden – oder bei der Renovierung einfach direkt auf dem vorhandenen Bodenbelag. Die aufkaschierte, reißfeste Klettfolie mit vorgedrucktem 5,5-cm-Verlegeraster ermöglicht eine werkzeugfreie Rohrfixierung.
Ein weiteres Beispiel für eine kombinierbare Flächentemperierung: Die dämmstofffreien Flächenheizungen rund um das Allrounder-System „x-net C16“ baut Kermi nun mit dem „x-net C17“ Klettpanel System weiter aus: Die Vorteile einer leichten, dünnen und stabilen PP-Hohlkammerplatte werden mit der werkzeugfreien Rohrfixierung des Klettsystems kombiniert. Das Trägersystem nimmt kein Wasser auf, ist fungizidfrei und trägt so zur schnellen und problemlosen Estrichtrocknung bei. Dies sei vor allem bei Calciumsulfat-Estrichen sehr vorteilhaft, so der Anbieter.
Eine interessante Variante bietet Rehau: Die oberflächennahe Betonkerntemperierung vereint die Vorteile einer BKT mit einem reaktionsschnellen System zur Raumtemperierung. So ergänzen sich hohe Heiz- und Kühlleistungen mit kurzer Reaktionszeit. Direkt an der Deckenunterseite werden die vorgefertigten Module mit „Rautherm S“-Rohren der Dimension 14 x 1,5 mm installiert. Integrierte Abstandshalter sichern die Position der Heizungsrohre und ermöglichen die schnelle und sichere Verlegung auf der Schalungsebene. Deckenoberflächen in Sichtbetonqualität sind möglich. Das System wurde durch die MPA Braunschweig brandschutztechnisch geprüft.
Aquatherm bietet Heiz-/Kühlregister der Linie „black system“ an. Die aus Polypropylen gefertigten Register zeichnen sich u. a. durch ihre Korrosionsbeständigkeit und ihre Resistenz gegenüber Chemikalien aus. Sie sind vielseitig für die Raumklimatisierung einsetzbar. Sie kommen verlege- und anschlussfertig zur Baustelle. Die Systemkomponenten einschließlich Teilanschlussverrohrung sind werkseitig mit Druckluft befüllt und mit optischem Kontrollsystem zur Unversehrtheit versehen. Die Heiz-/Kühlregis­ter sind durch den Herstellprozess der Deckenplatten vor Baustellenbeschädigungen geschützt, die Dichtheit kann über das Kontrollsystem permanent optisch überprüft werden.
Fazit: Die Betonkernaktivierung wird zum Kühlen und Erwärmen von Gebäuden immer interessanter. Sie ist mittlerweile häufiger Bestandteil der modernen Architektur vor allem bei Büro- und Verwaltungsgebäuden, Schulen, Krankenhäusern, Pflegeheimen oder Museen. Für die Temperierung des Wassers im Kreislauf lassen sich beispielsweise auch Energiepfähle oder Energiesonden im Erdreich einsetzen. Im Kühlbetrieb könne dann während etwa 80 % der Nutzungszeit die Kühlenergie direkt aus der geothermischen Quelle bezogen werden, schreibt das Informationszentrum Beton.

Literatur:
[1] http://www.bine.info/hauptnavigation/
publikationen/publikation/thermoaktive-
bauteilsysteme/beton-temperiert-gut/

Autor: Hans-Jürgen Bittermann, freier Journalist