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Haus der Zukunft bereits heute bauen – Beton kann mehr

Planungsleitfaden Thermische BauteilaktivierungDer Pla­nungs­leit­faden "Ener­gie­speicher Beton" des öster­rei­chi­schen Minis­te­riums für Verkehr, Inno­vation und Tech­no­logie bestätigt, dass wir mit unserem LLH Haus­system bereits heute Häuser der Zukunft bauen können.

Denn die Firma Leuthe hat seit 2012 schon mehrfach Häuser mit Ther­mi­scher Bau­teil­ak­ti­vierung („Heizen und Kühlen mit Beton“) gebaut und freut sich darauf dieses nach­haltige System auch mit Ihnen umzu­setzen. Es eignet sich glei­cher­maßen für Wohn­häuser und Büro­ge­bäude.

Der Pla­nungs­leit­faden infor­miert über die Mög­lich­keiten der allei­nigen Beheizung und Kühlung klein­vo­lu­miger Wohn­bauten mittels Ther­mi­scher Bau­teil­ak­ti­vierung (TBA). Dazu werden kon­krete Anlei­tungen in Hin­blick auf die Planung von Wohn­häusern mit ther­misch akti­vierten Beton­decken gegeben.

Die fol­genden Auszüge aus dem Pla­nungs­leit­faden des Tech­no­lo­gie­pro­gramms „Haus der Zukunft“ und „Stadt der Zukunft“ erläutert die Vor­teile und Vor­aus­set­zungen für die Nutzung der Beton­decken als Ener­gie­speicher.

Haus der ZukunftAus dem Vorwort von Mag. Jörg Leicht­fried , Öster­rei­chi­scher Bun­des­mi­nister für Verkehr, Inno­vation und Tech­no­logie:

Wir leben in einer Zeit, die zunehmend urban geprägt ist. Die Zukunft unserer Kinder wird noch städ­ti­scher aus­sehen. […] Deshalb ist es unum­gänglich, dass die Bal­lungs­zentren mög­lichst saubere Energie pro­du­zieren und kon­su­mieren.

Städte sollen künftig nach­hal­tiger struk­tu­riert sein – weg von der Zer­sie­delung hin zur Nach­ver­dichtung – und sie sollen mit ihrer Energie auch besser haus­halten, zum Bei­spiel indem sie Energie auf nach­haltige Weise selbst gene­rieren. Dieser Trend fließt immer mehr in die Para­digmen der Stadt­planung ein, etwa in Form von fas­sa­den­in­te­grierten Solar­kol­lek­toren, Pas­sivhaus-Bau­weisen und Pho­to­voltaik-Modulen für Gebäude.

Eine andere Mög­lichkeit besteht darin, die Stadt als Ener­gie­schwamm zu begreifen. Das heißt, Städte als eine Art Akku zu benützen, die Energie für längere Zeit spei­chern können. […] Im Rahmen des Pro­gramms „Haus der Zukunft“ wurden zur For­schungs­frage „Heizen und Kühlen mit Beton“ (Ther­mische Bau­teil­ak­ti­vierung) erfolg­reiche Pro­jekte durch­ge­führt.

Der vor­lie­gende Pla­nungs­leit­faden fasst die Erkennt­nisse aus diesen For­schungs­pro­jekten zusammen und zeigt im Detail, wie Energie in mas­siven Bau­teilen über längere Zeit gespei­chert und zu belie­bigen Zeit­punkten wieder abge­rufen werden kann. Diese Inno­vation ist sehr wirt­schaftlich und ener­gie­ef­fi­zient […] setzt sie doch wichtige Schritte in die richtige Richtung, um künftig die Ener­gie­ver­sorgung für ganze Stadt­teile umwelt­freundlich zu orga­ni­sieren. Dem Ziel, Städte nach­hal­tiger zu gestalten, zu planen und zu bauen, sind wir mit dieser beson­deren Leistung mit Sicherheit näher­ge­kommen.

 

Aus dem Vorwort von Baurat h.c. Bmstr. Dipl. Ing. Felix Friem­bichler, Pro­jekt­leiter:

Ein sehr wir­kungs­voller Ansatz zur Stei­gerung der Ener­gie­ef­fi­zienz von Gebäuden ist die intel­li­gente Nutzung von tra­genden Bau­teilen aus Beton zur Ein­la­gerung von ther­mi­scher Energie. In groß­flä­chige Bau­teile aus Beton wie Geschoß­decken wird ein Rohr­system zur Durch­leitung eines Wär­me­trägers ein­gelegt, mit dessen Hilfe man die Tem­pe­ratur in den angren­zenden Räumen steuern kann. Im Bau­wesen ist dieses System unter dem Begriff „Ther­mische Bau­teil­ak­ti­vierung“ (TBA) bekannt.

Die Zusam­men­führung der ener­ge­ti­schen Vor­teile von hoch gedämmten Gebäuden mit der Mög­lichkeit der ther­mi­schen Bewirt­schaftung der tra­genden Struktur von Bau­werken eröffnet eine neue Dimension des ener­gie­ef­fi­zi­enten Bauens. Von den Vor­teilen der TBA her­aus­ragend zu nennen ist der während des gesamten Jahres sicher­ge­stellte ther­mische Komfort im Inneren der Gebäude. Begleitet wird dieser für die Wohn­qua­lität positive und für die Gesundheit der Bewohner sehr för­der­liche Aspekt selbst­redend von hoher Ener­gie­ef­fi­zienz, von einer opti­malen Nutzung des Poten­tials erneu­er­barer Energien sowie von ein­fachen, kos­ten­güns­tigen haus­tech­ni­schen Anlagen.

Mit dem Pla­nungs­leit­faden wird die Ther­mische Bau­teil­ak­ti­vierung auf ein­fache und ver­ständ­liche Weise einem breiten Kreis von Inter­es­senten zugänglich gemacht. Der Inhalt des Pla­nungs­leit­fadens ist auf die Bedürf­nisse von Planern, von Bau­aus­füh­renden und auf die Wis­sens­ver­mittlung zur Aus- und Wei­ter­bildung kon­zi­piert.
Der Pla­nungs­leit­faden behandelt Fragen der Bau­physik, der Kon­zeption von Gebäuden, der zuge­hö­rigen Haus­technik und deren Regelung ebenso wie Über­le­gungen zur Ener­gie­ver­sorgung. Breiter Raum wird der Berechnung der Kom­po­nenten der TBA gewidmet. Zur Ver­an­schau­li­chung der dar­ge­stellten theo­re­ti­schen Abhand­lungen ist abschließend der in ein­zelnen Schritten nach­voll­ziehbare Nachweis der rich­tigen Aus­legung der TBA für ein jüngst rea­li­siertes Ein­fa­mi­li­enhaus dar­ge­stellt.

Ermutigt durch die posi­tiven Erfah­rungen beim Bau von Ein­fa­milien- und Rei­hen­häusern wollen wir im nächsten Schritt den Einsatz der TBA für den groß­vo­lu­migen Wohnbau anstoßen. Zu den schon bekannten Vor­teilen der TBA gesellen sich in Bal­lungs­räumen inter­es­sante Mög­lich­keiten beim Transport und bei der Spei­cherung von Wärme.

Fakten

Der Pla­nungs­leit­faden "Ener­gie­speicher Beton" infor­miert über die  Mög­lich­keiten der allei­nigen Beheizung und Kühlung klein­vo­lu­miger Wohn­bauten mittels Ther­mi­scher Bau­teil­ak­ti­vierung (TBA). Dazu werden kon­krete Anlei­tungen in Hin­blick auf die Planung von Wohn­häusern mit ther­misch akti­vierten Beton­decken gegeben.

Die Ther­mische Bau­teil­ak­ti­vierung

Eine wichtige Eigen­schaft der TBA besteht darin, dass mit dieser nicht nur geheizt, sondern auch gekühlt werden kann. Die Mög­lichkeit zum Kühlen erweist sich bereits jetzt – auch bei Wohn­ge­bäuden – als wert­voller, vielfach auch not­wen­diger Beitrag für die Sicher­stellung eines über das ganze Jahr gesi­cherten hohen ther­mi­schen Kom­forts. Vor dem Hin­ter­grund des derzeit ablau­fenden Kli­ma­wandels wird die Bedeutung dieser The­matik bereits in naher Zukunft stark ansteigen. Die ganz­jährige Tem­pe­rierung von Wohn­ge­bäuden mittels TBA kann damit als wich­tiger Bestandteil von Pla­nungs­an­sätzen in Bezug auf zukunfts­ge­rechtes Bauen ein­ge­ordnet werden.

TBA ermög­licht zukunfts­ge­rechtes Bauen. <<

Als TBA werden Systeme zum Heizen und Kühlen von Räumen bzw. ganzen Gebäuden bezeichnet, deren Beson­derheit darin besteht, dass die Heiz- bzw. Kühl­re­gister im Zuge der Errichtung des Gebäudes in Bau­teile ein­be­to­niert werden. Auf­grund der übli­cher­weise sehr großen Regis­ter­flächen wird ein solches Heiz- und Kühl­system in die Kate­gorie „Flä­chen­heizung“ ein­ge­stuft.

Da die Wär­me­ab­ga­be­leistung eines Heiz­körpers bei gleich gehal­tener Heiz­mit­tel­tem­pe­ratur nähe­rungs­weise zur Heiz­kör­per­fläche pro­por­tional ist, kann bei einer Flä­chen­heizung die not­wendige Heiz­leistung mit Heiz­mit­tel­tem­pe­ra­turen erreicht werden, die nur wenig über der Soll­tem­pe­ratur der zu behei­zenden Räume liegt.

Die Bau­teil­ak­ti­vierung stellt insofern eine besondere Art der Flä­chen­heizung dar, als die Heiz­re­gister ein­be­to­niert und damit von Beton – einem gut wär­me­lei­tenden und sehr gut wär­me­spei­chernden Material – umgeben sind.

Abb. 2

Der Ener­gie­speicher Beton

Die gute Wär­me­leit­fä­higkeit von Beton sorgt dafür, dass die Wärme ohne großen Wider­stand und damit rasch vom Rohr­re­gister in die ther­misch akti­vierte Decke ein­dringen kann. Die sehr gute Wär­me­spei­cher­fä­higkeit von Beton bewirkt zudem, dass dem „Heiz­körper“ – also der ther­misch akti­vierten Beton­decke – relativ große Wär­me­mengen zuge­führt werden können, ohne dass dadurch seine Tem­pe­ratur stark erhöht wird. Dies ist für die TBA insofern von beson­derer Bedeutung, als der ther­mische Komfort im beheizten Raum maß­geblich von den Tem­pe­ra­turen der dem Raum zuge­wandten Ober­flächen bestimmt wird. Stark unter­schied­liche Ober­flä­chen­tem­pe­ra­turen, wie sie z. B. bei kon­ven­tio­nellen Heiz­körpern mit Vor­lauf­tem­pe­ra­turen um und über 50 °C zwangs­läufig auf­treten, haben eine negative Aus­wirkung auf die Behag­lichkeit im Raum. Große, moderat beheizte Flächen, wie z. B. eine ther­misch akti­vierte Decke, sorgen hin­gegen für nahezu ein­heit­liche innere Ober­flä­chen­tem­pe­ra­turen der raum­bil­denden Bau­teile und garan­tieren damit besten ther­mi­schen Komfort.

TBA stellt hohen ther­mi­schen Komfort sicher. <<

Die Wär­me­spei­cher­fä­higkeit von Bau­kon­struk­tionen aus Beton

Die Wär­me­spei­cher­fä­higkeit einer Bau­kon­struktion hängt neben deren Bau­teil­dicke von der Wär­me­leit­fä­higkeit, der spe­zi­fi­schen Wär­me­ka­pa­zität und der Mas­sen­dichte des Bau­ma­te­rials ab. Als Beson­derheit von Beton sind in diesem Zusam­menhang dessen hohe Mas­sen­dichte und die sehr gute Wär­me­leit­fä­higkeit zu nennen. Auf­grund der hohen Mas­sen­dichte ist Beton ein sehr guter Wär­me­speicher. Die gute Wär­me­leit­fä­higkeit sorgt dafür, dass die Wärme relativ rasch in diesen Speicher ein­zu­dringen vermag.

Im Ver­gleich zu Beton hat z. B. Vollholz eine sehr viel höhere spe­zi­fische Wär­me­ka­pa­zität, aber eine doch deutlich kleinere Mas­sen­dichte. Als Wär­me­speicher wäre eine Wand aus Vollholz einer Betonwand gleicher Dicke fast eben­bürtig. Der große Unter­schied ergibt sich aber dadurch, dass die Wär­me­leit­fä­higkeit von Beton mit λ = 2,0 Wm-1K‑1 um eine Grö­ßen­ordnung höher ist als jene von Holz (λ = 0,13 Wm-1K‑1). Zum Ein­dringen in die Bau­kon­struktion bzw. zum Ableiten aus der Bau­kon­struktion benötigt die Wärme im Fall von Vollholz somit ungleich länger als im Fall von Beton oder Stahl­beton. Bau­teile mit hoher Wär­me­spei­cher­fä­higkeit und guter Wär­me­leit­fä­higkeit bewirken eine Ver­klei­nerung der Tem­pe­ra­tur­schwan­kungen im Raum. Sie wirken dämpfend auf die Tages­schwan­kungen der Raum­tem­pe­ratur und ver­hindern kurz­zeitige Tem­pe­ra­tur­spitzen.

Bau­teile aus Beton ver­hindern Tem­pe­ra­tur­spitzen sehr effektiv. <<

Die Decke als ther­misch aktives Bau­element zum Heizen und Kühlen

Die ther­mische Akti­vierung von Decken wird seit langer Zeit erfolg­reich vor allem in Büro­bauten zur Abfuhr über­schüs­siger Wärme – also für Kühl­zwecke – ver­wendet. Die Pla­nungs­an­lei­tungen in diesem Leit­faden widmen sich der The­matik, wie dieses bewährte System nicht nur zur Kühlung, sondern auch zur Beheizung von Gebäuden ver­wendet werden kann. Der Fokus wird hierbei vorerst auf klein­vo­lumige Wohn­bauten gelegt.

Dass es von Vorteil ist, mit ein und dem­selben System sowohl heizen als auch kühlen zu können, liegt auf der Hand. Beim Wohnbau stellt sich aller­dings die Frage, ob das Potential der TBA zur Kühlung über­haupt benötigt wird. Nach wie vor wird ja von Seiten der ein­zu­hal­tenden Normen gefordert, dass in Wohn­ge­bäuden auch während som­mer­licher Hit­ze­pe­rioden ange­nehme innen­kli­ma­tische Bedin­gungen ohne jeg­liche Kühlung zu gewähr­leisten sind. Bereits heute ist jedoch kri­tisch zu hin­ter­fragen, ob dieser For­derung in der Rea­lität noch ent­sprochen werden kann. Der explo­si­ons­artige Anstieg beim Verkauf von Kühl­ge­räten spricht jeden­falls dagegen.

Tab. 1

Zukunfts­ori­en­tiertes Planen und Bauen mit Ther­mi­scher Bau­teil­ak­ti­vierung

Da aus jet­ziger Sicht nicht absehbar ist, dass der derzeit ablau­fende Kli­ma­wandel gestoppt oder auch nur ver­langsamt werden kann, muss in der Gebäude- und Haus­tech­nik­planung bereits jetzt – ähnlich wie bei anderen The­ma­tiken, wie z. B. der Land- und Forst­wirt­schaft, der Wasser- und Ener­gie­ver­sorgung, dem Frem­den­verkehr etc. – auf die uns in näherer Zukunft erwar­tenden außen­kli­ma­ti­schen Ver­hält­nisse bewusst und ernsthaft ein­ge­gangen werden. Vor diesem Hin­ter­grund eta­bliert sich die TBA als System, das heizen und auch kühlen kann, als wich­tiger Teil zukunfts­ori­en­tierten Planens und Bauens.

Die ther­mische Akti­vierung von Geschoß­decken eröffnet sowohl bau­tech­nisch als auch bau­phy­si­ka­lisch Vor­teile, die bewusst genutzt werden sollten. Auf bau­tech­ni­scher Seite hat sich gezeigt, dass der Einbau von Heiz- und Kühl­re­gistern in die Decke rasch, unkom­pli­ziert und damit kosten­günstig möglich ist. Aus bau­phy­si­ka­li­scher Sicht ist es wichtig, dass die ther­misch akti­vierten Ober­flächen tun­lichst frei an den zu kon­di­tio­nie­renden Raum grenzen und nicht durch wär­me­däm­mende Schichten abge­schirmt werden. Bei der Decke ist dies leicht umsetzbar.
Bei ther­mi­scher Akti­vierung von Geschoß­decken zwecks Beheizung oder Kühlung der Fuß­böden ist diese For­derung hin­gegen in der Regel nur mit Inkauf­nahme eines Rück­gangs der Effek­ti­vität des­Tem­pe­rie­rungs­systems zu erfüllen. Auch im Ver­gleich zu Wand­hei­zungen hat die ther­mische Akti­vierung der Decke ihre Vor-teile: Der Einbau der Rohr­re­gister ist ungleich ein­facher. Zudem ist die Gefahr des Treffens von Regis­ter­rohren beim Bohren von Dübel­lö­chern für Auf­hän­gungen kaum noch gegeben. Überdies erüb­rigen sich Über­le­gungen in Hin­blick auf die Zuläs­sigkeit von Möblie­rungs­lö­sungen.

Geschoß­decken sind optimal geeignet für den Einsatz der TBA. <<

Hoher Gesund­heitswert von Räumen mit Ther­mi­scher Bau­teil­ak­ti­vierung

Die gleich­mä­ßigen Ober­flä­chen­tem­pe­ra­turen in einem mittels TBA beheizten oder gekühlten Raum sorgen für sehr hohe ther­mische Behag­lichkeit. Auf­grund des Fehlens der kon­vek­tiven Anteile bei einer groß­flä­chigen Heizung wird die Ver­teilung von Staub und Schad­stoffen hint­an­ge­halten. Dies bedeutet, dass auch der Gesund­heitswert eines über TBA kon­di­tio­nierten Raums deutlich höher ein­zu­stufen ist als jener eines kon­ven­tionell beheizten Raums.

Abb. 5

Sehr niedrige Heiz­mit­tel­tem­pe­ra­turen

Die relativ nied­rigen Ober­flä­chen­tem­pe­ra­turen können im Fall der Beheizung bereits durch unge­wöhnlich niedrige Heiz­mit­tel­tem­pe­ra­turen sicher­ge­stellt werden. Die Vor­lauf­tem­pe­ra­turen bewegen sich auch bei wid­rigsten außen­kli­ma­ti­schen Bedin­gungen in Bereichen von knapp über 30 °C. Nach dem bisher Gesagten sind diese nied­rigen Heiz­mit­tel­tem­pe­ra­turen bei der TBA nicht nur möglich, sondern sogar not­wendige Vor­aus­setzung für ein gutes Funk­tio­nieren des Heiz­systems und für hohen ther­mi­schen Komfort im Raum. Dies macht eine effektive Nutzung erneu­er­barer Energien möglich. Neben der Kom­bi­nation der TBA mit ther­mi­schen Son­nen­kol­lek­toren sei hier ins­be­sondere die Wär­me­be­reit­stellung über Wär­me­pumpen, die über­wiegend mittels Strom aus Wind­kraft­an­lagen oder Pho­to­voltaik betrieben werden, genannt.

Niedrige Heiz­tem­pe­ra­turen gewähr­leisten wirt­schaft­lichen Betrieb. <<

TBA als ideale Ein­satz­mög­lichkeit für erneu­erbare Energien

Die Ver­wendung von Strom zur Erzeugung von Wärme (auch) im Zuge des Ein­satzes von Wär­me­pumpen wurde lange mit dem Argument, dass Strom als Ener­gieform viel zu hoch­wertig sei, ver­mieden. Bei Wär­me­pumpen muss dieses Argument insofern kri­tisch hin­ter­fragt werden, als die Arbeits­zahlen von Wär­me­pumpen im Bereich von vier bis zumindest drei liegen. Dies bedeutet, dass unter Einsatz von einer Kilo­watt­stunde Strom etwa vier, zumindest aber drei Kilo­watt­stunden Wärme ent­stehen. Die Wärme wird dabei der Umwelt ent­zogen, wobei die Wär­me­ge­winnung zumeist (in ca. 60% der Fälle) über die Luft (Luft-Wasser-Wär­me­pumpe) bewerk­stelligt wird. Eine Wär­me­ge­winnung über den Erd­boden oder das Grund­wasser stellt insofern eine inter­es­sante Alter­native dar, als die Wär­me­pumpe in diesem Fall deutlich effi­zi­enter betrieben werden kann. Der Pri­mär­kreis der Wär­me­pumpe besteht dabei ent­weder aus hori­zontal im Erd­boden in geringer Tiefe (1,0 bis 2,0 m) ver­legten Rohr­re­gistern oder aus Rohren, die im Zuge von Tie­fen­boh­rungen (abge­stimmt auf die Boden­ver­hält­nisse und die Heizlast des Gebäudes bis in Tiefen von 150 m) den Entzug von Wärme aus tief unter der Erd­ober­fläche befind­lichen Schichten ermög­lichen.

Mit der Ener­gie­wende ergeben sich heute weitere Argu­mente in Hin­blick auf eine rein elek­trische Lösung für die Wär­me­er­zeugung. Sowohl bei Wind­kraft- als auch Pho­to­vol­ta­ik­an­lagen fällt Strom in sehr unre­gel­mä­ßiger Zeit­ab­folge an. Die Frage nach effek­tiven Spei­che­rungs­mög­lich­keiten von Strom­über­schüssen stellt sich bereits jetzt. Mit dem zuneh­menden Umstieg auf die Nutzung erneu­er­barer Energien wird diese Frage ent­schei­dende Bedeutung erlangen. Die TBA stellt hier insofern einen inter­es­santen Lösungs­ansatz dar, als das Ein­spei­chern von Wärme in ther­misch akti­vierte Beton­decken möglich ist, ohne den ther­mi­schen Komfort in den Räumen merkbar zu beein­flussen. Die Wär­me­er­zeugung über Wär­me­pumpen erlangt vor diesem Hin­ter­grund eine ganz besondere Bedeutung.

Auch in Bezug auf die Wär­me­er­zeugung durch Solar­kol­lek­toren erweist sich die TBA als sehr gut geeig­netes Wär­me­ver­tei­lungs­system für Gebäude. Das besonders im Winter nur kurz­zeitig und unre­gel­mäßig anfal­lende Wär­me­an­gebot kann mittels Durch­strömung der Rohr­re­gister in den Decken des Gebäudes zwi­schen­ge­spei­chert werden und wird unter Ein­haltung der Kom­fort­an­for­de­rungen
zeit­ver­zögert an die Innen­räume abge­geben.

Die Tem­pe­ratur des Heiz­mittels wird aller­dings bei hoher Son­nen­ein­strahlung auch im Tief­winter die genannte Ober­grenze von knapp über 30 °C deutlich über­steigen. Zur effi­zi­enten Nutzung der anfal­lenden Energie sind kurz­zeitig Heiz­mit­tel­tem­pe­ra­turen bis zu ca. 45 °C zulässig. Das Ein­pumpen dieses eigentlich viel zu hoch tem­pe­rierten Heiz­mittels in das Rohr­re­gister macht dann kein Problem, wenn das Zeit­in­tervall dieses hohen Wär­me­ein­trags auf wenige Stunden beschränkt bleibt – ein Umstand, der im Tief­winter fast immer gegeben ist. Die hohe Wär­me­spei­cher­fä­higkeit des Betons sorgt auch hier dafür, dass der große Wär­me­eintrag die Beton­decke nur langsam erwärmt. Ein­bußen in Hin­blick auf den ther­mi­schen Komfort im Raum sind auch in diesem Fall nicht zu befürchten.

Im inner­städ­ti­schen Bereich ist auch die Ver­sorgung von Gebäuden mittels Fern­wärme ein Thema. Für die TBA scheint Fern­wärme auf den ersten Blick aller­dings aus­zu­scheiden, da die Wärme auf viel zu hohem Tem­pe­ra­tur­niveau geliefert wird. Sind Über­ga­be­sta­tionen mit Mischer­re­ge­lungen aus­ge­stattet, ist ein Nie­der­tem­pe­ra­tur­be­trieb möglich. Für den Fern­wär­me­be­treiber hat diese Lösung
den Charme, für die Wär­me­lie­ferung jene Zeit­in­ter­valle zu nutzen, die außerhalb der Last­spitzen liegen. Ein anderer reiz­voller Ansatz für die Stei­gerung der Effi­zienz der Nutzung von Fern­wärme besteht darin, einen Sekun­där­kreis zur Ver­sorgung von Gebäuden oder Gebäu­de­gruppen zu instal­lieren und diesen an ein bestehendes Fern­wär­menetz anzu­binden.

Ver­knüpfung von erneu­er­barer Energie – TBA – Wär­me­pumpe ermög­licht zukunfts­ge­rechte Lösungen. <<

Abb. 7

Nutzung erneu­er­barer Energien

Die TBA stellt über die hohe Wär­me­spei­cher­fä­higkeit des Betons auch ein wei­teres Potential zur Ver­fügung, das unter dem Aspekt der Nutzung erneu­er­barer Energien zunehmend an Bedeutung gewinnt. Erneu­erbare Energien, wie sie z. B. aus der Nutzung des Windes (Wind­räder) oder der Sonne (Pho­to­voltaik) in Form von Strom anfallen oder auch die von ther­mi­schen Solar­an­lagen in Form von Wärme gelie­ferte Energie, sind nicht durch­gehend ver­fügbar, sondern fallen in unre­gel­mä­ßigen, nur ungenau pro­gnos­ti­zier­baren Zeit­in­ter­vallen an.

Erneuerbare Energien

Die Ener­gie­wende, d. h. der Umstieg auf die alleinige Nutzung von erneu­er­baren Energien, ist aus diesem Grund eng mit der Antwort auf die Frage nach effek­tiver Spei­cherung von Energie ver­bunden. Die TBA stellt in diesem Fall eine ganz besondere
Art eines hoch effi­zi­enten Ener­gie­spei­chers dar. Die Beladung des Spei­chers – also z. B. der ther­misch akti­vierten Decke – kann auch in unre­gel­mä­ßigen Zeit­in­ter­vallen erfolgen, ohne den ther­mi­schen Komfort im zu behei­zenden Raum merkbar zu stören. Energie wird in Form von Wärme in der Stahl­be­ton­decke zwi­schen­ge­spei­chert.

Die in der EU Richt­linie 2010/31/EU ent­haltene For­derung nach einer mög­lichst hohen Nutzung erneu­er­barer Energien zur Deckung des Heiz­wär­me­be­darfs von­Ge­bäuden ist mittels Anwendung der TBA sehr gut erfüllbar.

Abb. 8

TBA als wirksame Stra­tegie zur Glättung von Netz­spitzen

Bei einer genügend hohen Anzahl von Gebäuden mit ther­misch akti­vier­baren Bau­teilen kann die Über­nahme von Spit­zen­strom aus erneu­er­baren Energien helfen, Ange­bots­spitzen zu glätten und im Gegenzug den Strom­bedarf zu Zeiten nied­rigen Angebots zu drosseln. Im Ver­gleich zu anderen Ener­gie­spei­chern nimmt die TBA insofern eine Son­der­stellung ein, als die Wär­me­ver­luste des Spei­chers
nicht mini­miert, sondern für die Sicherung des ther­mi­schen Kom­forts im Haus ein­ge­setzt werden.

Ener­gie­ef­fi­ziente Kühlung von Wohn­ge­bäuden

Die Mög­lichkeit der ener­gie­ef­fi­zi­enten Kühlung von Wohn­ge­bäuden macht die TBA zu einem inno­va­tiven, zukunfts­ge­rechten Pla­nungs­ansatz. Ähnlich wie im Fall der Heizung sorgen die großen akti­vierten Flächen dafür, dass mit ver­hältnis- mäßig hohen Kühl­mit­tel­tem­pe­ra­turen hohe Kühl­leis­tungen erzielt werden. Bereits mit Kühl­mit­tel­tem­pe­ra­turen um oder über 20 °C können Über­wär­mungs­ten­denzen während hoch­som­mer­licher Hit­ze­pe­rioden wirksam abge­fangen werden. Im Ide­alfall schlägt für die Kühlung mittels TBA nur die Energie für den Einsatz der Umwälz­pumpe zu Buche.

Da sich auch im Fall der Wär­me­auf­nahme der akti­vierten Decke – also im Fall der Kühlung – die große Wär­me­spei­cher­fä­higkeit von Beton dahin gehend aus­wirkt, dass große Wär­me­mengen auf­ge­nommen werden können, ohne die Tem­pe­ratur der Decke wesentlich zu erhöhen, ist die Funktion der TBA im Sommer selbst bei nicht durch­ge­hendem Kühl­be­trieb gegeben. Damit sind auch im Fall der Kühlung erneu­erbare Energien sehr gut nutzbar.

Wie für die Heizung gilt auch bei Kühlung: Umwelt­energien sind sehr gut nutzbar. <<

Mit den relativ hohen Tem­pe­ra­turen der gekühlten Decke – diese liegen nicht
unter 19 °C – kann die Gefahr von Tau­was­ser­bildung von vorn­herein aus­ge­schlossen werden. Bezüglich des ther­mi­schen Kom­forts im Raum gilt das für den Fall der Beheizung Gesagte unver­ändert: Mittels Strah­lungs­aus­tausch kommt es zu einem hoch wirk­samen Aus­gleich der Ober­flä­chen­tem­pe­ra­turen, was unmittel-bar zu hohem ther­mi­schen Komfort führt.

Abb. 9

Voraussetzungen

Die Wär­me­abgabe einer ther­misch akti­vierten Decke  darf nicht beliebig erhöht werden. Die Ober­grenze für die Heizlast ergibt sich aus der For­derung, dass die Ober­flä­chen­tem­pe­ra­turen der beheizten Decken­teile nicht mehr als 4 Kelvin über der jewei­ligen Soll­tem­pe­ratur im Raum liegen darf.

Hoch­wertige Gebäu­de­hülle ist Grund­vor­aus­setzung für TBA

Die Beheizung oder Kühlung („Kon­di­tio­nierung“) der Räume eines Gebäudes mittels ther­mi­scher Akti­vierung der Geschoß­decken alleine ist nur dann möglich, wenn die Heizlast des Gebäudes nicht zu groß ist. Diese Ein­schränkung ist im Umstand begründet, dass die Wär­me­abgabe einer ther­misch akti­vierten Decke nicht beliebig erhöht werden darf. Auf­grund der For­derung nach der Sicher­stellung von sehr hohem ther­mi­schen Komfort in den Räumen sollte die Ober­flä­chen­tem­pe­ratur der beheizten Decken­teile nicht mehr als 4,0 K über der jewei­ligen Soll­tem­pe­ratur im Raum liegen. Trotz der übli­cher­weise sehr großen für die Akti­vierung zur Ver­fügung ste­henden Flächen ergibt sich aus dieser For­derung eine Ober­grenze für die Heizlast, die in Ein­zel­fällen (wie z. B. bei sehr großen Fens­ter­flächen ins­gesamt oder in ein­zelnen Räumen) auch für heutige Neu­bauten oder für Teile von Neu­bauten von Relevanz ist.

Die Ver­klei­nerung der Heizlast ist immer mit einer Ver­bes­serung der ther­mi­schen Qua­lität der Gebäu­de­hülle ver­bunden. Durch gute Wär­me­dämmung, sorgsame Planung und Umsetzung von Bau­teil­an­schlüssen (Hint­an­haltung von „Wär­me­brücken“) sowie mittels beson­derer Berück­sich­tigung der Erfor­der­nisse einer luft­dichten Gebäu­de­hülle in Planung und Aus­führung werden die Wär­me­ver­luste durch die Gebäu­de­hülle wirksam redu­ziert. Wird zudem eine Lüf­tungs­anlage mit Wär­me­rück­ge­winnung ein­gebaut, so führt dies meist zu einem wei­teren, sprung­haften Rückgang der Wär­me­ver­luste, was wie­derum die Heizlast deutlich ver­kleinert.

Eine Analyse dieser Pro­blem­stellung zeigt, dass bei sehr gut gedämmten Gebäuden mit Lüf­tungs­anlage und Wär­me­rück­ge­winnung die für eine Akti­vierung zur Ver­fügung ste­hende Decken­fläche bei weitem aus­reicht, um die Heizlast zu decken und somit auch bei extremen außen­kli­ma­ti­schen Bedin­gungen die gesetzten Soll­tem­pe­ra­turen zu gewähr­leisten. Aber auch bei Wegfall der Lüf­tungs­anlage – also bei nicht durch die Wär­me­rück­ge­winnung redu­zierten Lüf­tungs­wär­me­ver­lusten – kann die ther­mische Akti­vierung der Geschoß­decken eine gangbare Option zur ver­läss­lichen Kon­di­tio­nierung des Gebäudes sein. Eine sehr hohe ther­mische Qua­lität der Gebäu­de­hülle erweist sich damit als Grund­vor­aus­setzung für die Umsetzung des Kon­zepts der Kon­di­tio­nierung von Gebäuden mittels allei­niger ther­mi­scher Akti­vierung der Geschoß­decken.

Gewerke über­grei­fende Planung bereits im Ent­wurfs­stadium

Die Beheizung eines Gebäudes mittels ther­mi­scher Akti­vierung der Geschoß­decken wird ins­be­sondere dann zu einer attrak­tiven Pla­nungs­va­riante, wenn sicher­ge­stellt ist, dass neben der Bau­teil­ak­ti­vierung keine Zusatz­heizung erfor­derlich ist. Im Gegensatz zu kon­ven­tio­nellen Haus­technik-Pla­nungen müssen Ent­schei­dungen in Hin­blick auf die Wahl der Bau­teil­ak­ti­vierung bereits in sehr frühen Pla­nungs­stadien getroffen werden.

Der Grund dafür liegt auf der Hand: Von einer Ent­scheidung für die Bau­teil­ak­ti­vierung ist nicht nur die Haus­tech­nik­planung, sondern auch der archi­tek­to­nische Entwurf, die Dimen­sio­nierung der Geschoß­decken durch den Sta­tiker und allen­falls die Über­prüfung von Anschluss­de­tails durch den Bau­phy­siker sowie die Fest­legung der erfor­der­lichen Regis­ter­flächen durch den Haus­tech­niker betroffen.

Dies zeigt, dass neben der früh­zei­tigen Ent­scheidung für die Art der Wär­me­abgabe bzw. Wär­me­auf­nahme in den Räumen auch eine gut funk­tio­nie­rende inter­dis­zi­plinäre Zusam­men­arbeit not­wendig ist. Es wäre ver­fehlt, dieses Erfor­dernis als Belastung des Pla­nungs­pro­zesses anzu­sehen. Vielmehr ist heut­zutage die Ein­bindung und eine gute Zusam­men­arbeit von Fach­planern bereits in sehr frühen
Pla­nungs­phasen unver­zichtbare Vor­aus­setzung für inno­vative Gebäu­de­kon­zepte jeg­licher Art.

Im Ide­alfall sollte der Haus­tech­nik­planer, noch vor dem Beginn der Planung des Gebäu­de­kon­zeptes, die für den Einsatz der TBA wesent­lichen ört­lichen Gege­ben­heiten erkunden. Die Ent­scheidung über die Art des Systems zur Wär­me­abgabe in den Räumen, d. h. – salopp gesagt – über Art und Größe der Heiz­körper, setzt immer eine Heiz­last­be­rechnung für alle Räume des Gebäudes voraus. Auch die Ent­scheidung für oder gegen ther­misch akti­vierte Decken ist von den Ergeb­nissen der Berechnung der Raum­heiz­lasten abhängig.

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Ausführungsbeispiel