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Die nachfolgenden Informationen stammen von Prof. Dr. Michael Günther von der Fa. Uponor und Dr. A. Unger als Entwickler des RenoScreed®-Systems
Während ca. 90 % der neu zugelassenen Automobile über eine Klimaanlage verfügen, ist dies bei Neubauten nicht der Fall. Arbeitsproduktivität und mentale Leistung nehmen in Bürobauten bei Raumtemperaturen > 26 Grad Celsius deutlich ab. In Wohnbauten sinkt der Komfort. I. d. R. sollten sommerliche Raumtemperaturen nicht höher als 26°C sein und 6 K unter der Außentemperatur liegen.
Mögliche Wärmeschutzmaßnahmen
Als erstes Mittel ist bei hitzeexponierten Gebäuden die Anbringung eines außenliegenden Sonnenschutzes zu empfehlen. Hinzu kommen in Büros noch Wärmeinträge durch Personen und technische Geräte wie PC’s und Beleuchtungskörper. Ist die Maßnahme der Beschattung nicht ausreichend, so sollte bereits in der Planungsphase über eine Flächenkühlung nachgedacht werden. Bei Ausführung von mehr als 60 % der Fassadenfläche in Glas ist ein Kühlsystem i. d. R. nicht zu umgehen. Bei komplett gläsernen Fassaden besteht heute teilweise sogar in Wintermonaten die Notwendigkeit einer Kühlung, wobei die Hauptanwendung natürlich auf die Sommermonate abzielt. Auch bei leichten Bauweisen im Wohnungsneubau können die Raumtemperaturen in der heißen Jahreszeit auf ein unangenehmes Maß ansteigen.
Das Kühlsystem kann in Fußboden, Wand und Decke integriert werden. Kühldecken weisen physikalisch bedingt (kalte Luft sinkt nach unten) die höchsten Leistungen auf, sind aber montageseitig den wand- oder fußbodenintegrierten Systemen unterlegen.
Quelle Bild: Firma Uponor Academy, Dresden
Hier befassen wir uns mit Kühlsystemen im Fußboden. In diesem Zusammenhang entsteht für die Bauherren und Eigentümer von Gebäuden mit der klassischen Fußbodenheizung ein Doppelnutzen, der nur geringe Mehrinvestitionen verlangt.
Vorteile von Fußbodenkühlungen:
• keine störenden Betriebsgeräusche
• keine Zugerscheinungen
• Vermeiden störender Einbauten
• keine Reinigungsnotwendigkeit des Kühlsystems
Die sommerliche thermische Behaglichkeit der Raumnutzer ist wiederum von folgenden Faktoren abhängig:
• Kleidung der Raumnutzer
• körperliche Betätigung der Raumnutzer
• mittlere Lufttemperatur
• mittlere Temperatur der Raumumschließungsflächen
• mittlere Luftgeschwindigkeit und Turbulenz
• Luftfeuchtigkeit
Bei der Fußbodenkühlung sollten folgende Forderungen eingehalten werden:
• minimal zul. Oberflächentemperatur von 20 °C bei Raumnutzern mit Schuhen
• minimal zul. Oberflächentemperatur i. d. R. von 20°C zur Vermeidung von Kondenswasser (Taupunktwächter vorsehen)
• keine Fußbodenkühlung in Barfußzonen
• Rohrabstand idealerweise von 10 bzw. 15 cm
• automatische Umstellung der Regelung vom Heiz- auf den Kühlbetrieb
• ‘Kältedämmung’ der Anschlussleitung bis zum Verteiler
Leistung der Flächenkühlung
Die Leistungen der Fußbodenkühlung sind ähnlich wie bei der Fußbodenheizung von folgenden Einflussfaktoren abhängig:
• Rohrabstand
• Rohrwerkstoff
• Rohrdurchmesser
• Wärmeleitfähigkeit des Estrichs
• Estrichdicke oberhalb der Rohre
• Art des Bodenbelags
• Temperaturdifferenz zwischen Raum- und Wassertemperatur in den Rohren
• Temperaturspreizung zwischen Vor- und Rücklauf (meist ca. 5-10 K bei Fußbodenheizungen, 3-5 K bei -kühlungen)
• Dämmung unter dem Heizestrich
Die Leistungen einer Fußbodenkühlung von 20 bis 40 W/m² reduzieren die sommerlichen Raumtemperaturen um 2 bis 4 K, was sich als sehr angenehm erweist. Noch höhere Kühlleistungen von bis zu 150 W/m² bei 26°C Raumtemperatur bestehen im Sommer bei direkt mit Sonneneinstrahlung beaufschlagten Fußbodenflächen. Dieser Effekt kann z. B. in Foyers mit Vollverglasung genutzt werden.
Vorlauftemperaturen bei Verwendung von Kühlsystemen
Die Fußbodenkühlung wird meist mit einer Vorlauftemperatur von 16°C und einer Rücklauftemperatur von 19°C betrieben. Damit erreicht die Oberflächentemperatur bei typischen Fußbodenkonstruktionen Werte von minimal 20°C. Die Vorlauftemperatur ist in Abhängigkeit des Taupunkts an der Fußbodenoberfläche zu wählen und zu überwachen. Dazu können auch Temperaturfühler in den Estrich eingelassen werden. Außerdem kann mit (dezentralen) Entfeuchtungsgeräten der Taupunktunterschreitung entgegenwirkt werden, was gerade in Versammlungsräumen mit hohen Feuchtelasten durch die Raumnutzer sinnvoll ist.
Wichtig ist eine optimale Anbindung des Estrichs an die Rohre, da es beim Verbleib von Lunkern zum Rohr im ungünstigen Fall zu einer Taupunktbildung kommen kann. Dies ist dadurch bedingt, dass durch den fehlenden, innigen Kontakt zum Estrich auf Dauer eine zu niedrige Temperatur am Rohr verbleiben kann. Dies ist jedoch ein Effekt, den man auf jeden Fall vermeiden sollte.
Das Raumklima und insbesondere die Raumlufttemperaturverteilung fußbodengekühlter Räume ist mit Räumen vergleichbar, die über sogenannte ‘Quellluftanlagen’ verfügen. Dabei handelt es sich um Lüftungssysteme für Büroräume mit einem impulsarmen Luftaustritt durch eine großflächig dimensionierte Zuluftöffnung. In beiden Fällen sind die Luftgeschwindigkeiten sehr gering (keine Zugerscheinungen), und es bildet sich ein ‘Frischluftsee’ oberhalb des Fußbodens mit einer Schichtdicke von 10 bis 15 cm. Die Kühlwirkung wird durch den sehr hohen Strahlungsanteil von ca. 90 % erreicht, wodurch Konvektionsluftströmungen fast unspürbar sind. Für die Rohre gelten die gleichen Überdeckungshöhen wie bei beheizten Konstruktionen. Könnte man bei der Kühlung theoretisch eine Überdeckung z. B. von 45 mm auf 25 mm reduzieren, so würde man den Wärmeaustausch zum Raum um ca. 16 % verbessern. RenoScreed® EnergieSpar & SanierEstrich bietet die Möglichkeit, die Rohrüberdeckung deutlich zu reduzieren. Weitere Infos finden Sie unter: www.renoscreed.de/datenblatt
Übliche Rohrdurchmesser liegen bei 10 bis 25 mm, wobei höhere Rohrdurchmesser die Kühlkapazität um bis zu 20 % verbessern. Im Gesamtbild beeinflusst der Rohrdurchmesser die Gesamtkühlkapazität jedoch nur gering.
Einflussgrößen auf die Kühleffizienz
Die Haupteinflussgrößen bilden der Rohrabstand und die jeweiligen Bodenbeläge.
Bei Stein- und keramischen Belägen werden dabei höhere Kühlleistungen erreicht als bei textilen Belägen mit höheren Wärmeleitwiderständen. Die generelle Problematik bei der Kühlung von Fußbodenkonstruktionen mit Holzbelägen ist, dass im Sommer das Holz ohnehin schon feuchter ist. Eine Kühlung kann den Feuchtegehalt noch weiter erhöhen und damit einen gewissen Quelldruck erzeugen. Auch wenn der Taupunkt noch lange nicht erreicht ist, kann trotzdem das Holz bei Betrieb einer Fußbodenkühlung auffeuchten. Wird z.B. die Raumlufttemperatur von 28 Grad Celsius auf 25 Grad Celsius heruntergekühlt, dann führt dies am Boden oft schon zu ca. 87% relativer Luftfeuchtigkeit und 19% Masse-Feuchtigkeit im Holz. Wird die Temperatur noch weiter abgesenkt, so kann sogar der Taupunkt erreicht werden. Wichtig ist es, dass bei Planung von gekühlten Fußbodenkonstruktionen die Folgegewerke informiert werden. Sonst können diese auch nicht entsprechend darauf reagieren. Sinnvoll wäre es, wenn erst über 26 Grad Celsius Raumtemperatur eine Kühlung anspringen würde und diese maximal 21 Tage im Jahr wegen der Holzfeuchtewechselzeiten betrieben wird. Die relative Luftfeuchte sollte bei Holzböden nicht über 75% betragen und es ist immer empfehlenswert, die Raumtemperatur nur um maximal 2-3 Grad Celsius herunter zu kühlen. Der Einbau und Betrieb von Datenloggern zur Überwachung der Raumluft ist empfehlenswert. Luftbefeuchter im Winter können sich ebenfalls positiv auswirken. Zudem sollten nicht mehr als 30% der Parkettfläche (‚Kälte‘-Stau) abgedeckt und Hygrometer im Objekt installiert werden.
Zu empfehlen ist bei Kühlsystemen die Verwendung eines sehr festen, hoch kunstharzmodifizierten Estrichs wie den RenoScreed® EnergieSpar und SanierEstrich. Dieser weist hohe Festigkeiten auf, leitet die Wärme sehr gut und bietet sehr geringe Estrichüberdeckungen. Weitere Infos zu dem Produkt finden Sie unter: www.renoscreed.de