Tipps zur Auswahl des passenden Heiz-/Kühlsystems
Bürogebäude behaglich und kostengünstig heizen und kühlen
Beim Planen eines Neubaus, der Sanierung oder der umfassenden Modernisierung eines gewerblich genutzten Gebäudes müssen sich die verantwortlichen TGA-Planer und Bauherren bereits früh Gedanken über die geeignete Wärme-/Kälteerzeugung sowie die passenden Heiz-/Kühlsysteme machen. Insbesondere die Faktoren Temperatur und Klima am Arbeitsplatz werden oft unterschätzt. Man muss sich bewusstmachen, dass die meisten Menschen dem Raumklima die ganze Zeit ausgesetzt sind. Abweichungen des Arbeitsplatzklimas machen sich daher qualitativ und quantitativ bemerkbar.
Die richtige Raumtemperatur ermöglicht beim Arbeiten die optimale Konzentrations- und Leistungsfähigkeit. Optimal ist, wenn die Temperatur am Arbeitsplatz nicht „auffällt“. Wie bei allen Stressfaktoren gilt: Es steigt das Risiko negativer Folgen bei chronisch schlechten Gegebenheiten.
Heiße, sehr feuchte oder stickige Luft stresst Psyche und Physis grundsätzlich gleichermaßen, Wohlbefinden und Leistung leiden. Selbst während des Sommers in seiner Hochphase sollte daher die Temperatur am Arbeitsplatz idealerweise niemals über 26 °C klettern.
Empfohlene Raumluftzustände
Für die Leistungsfähigkeit von Menschen ist die Einhaltung der Behaglichkeitstemperatur daher von großer Bedeutung. Abb. 1 zeigt, welche Temperaturen der arbeitende Mensch, im Sommer bei einer Außentemperatur von 32 °C, für seine Behaglichkeit benötigt. Der empfohlene Wert liegt bei etwa 26 °C und einer relativen Luftfeuchte von 40-50 % sowie einer Taupunkttemperatur von 14,8 °C. Wie schnell die Leistungsfähigkeit absinkt, wenn die Umgebungstemperaturen nicht stimmen, ist in Abb. 2 ersichtlich.
In den Monaten, in welchen eine Raumheizung erforderlich wird, ist die Behaglichkeitstemperatur verhältnismäßig leicht durch eine entsprechende Raumregelung über die Heizungsanlage zu erreichen. Viel schwieriger wird es in den Sommermonaten. Durch die Klimaveränderung werden inzwischen Sommertemperaturen von bis zu 38 °C und mehr erreicht.
Gültige Normen
Mit der DIN EN 16798 „Energieeffizienz von Gebäuden“ entstand eine neue Normenreihe mit insgesamt 18 Teilen. Darin wurden wichtige Normen aus dem Lüftungsbereich, wie die DIN EN 15251 und die DIN EN 13779, überarbeitet, neu aufeinander abgeglichen und anhand einer neuen Matrix zusammengefasst.
Die DIN EN 16798 Teil 3 (Norm) und Teil 4 (Technischer Report) „Lüftung von Nichtwohngebäuden“ enthält die anlagentechnischen Anforderungen an Systeme, die zur Sicherstellung des Raumklimas und der Raumbedingungen gemäß DIN EN 16798 Teil 1 benötigt werden.
Im sogenannten „Bielefelder Urteil“ des Landesgerichts Bielefeld (3 O 411/01) wurde angegeben, dass in Büroräumen eine Raumtemperatur von 26 °C nicht überschritten werden soll. Um dies zu erreichen, kann eine Temperierung oder Kühlung des Raumes erforderlich werden.
Stille Kühlung
Die Nutzung der Deckenfläche für die sogenannte Deckenstrahlungsheizung ist seit langem bekannt. Sie wurde durch die Markteinführung der kombinierten Kühl-/Heizdecke Ende der 1980-Jahre deutlich erweitert. Die Gebäudeheizlast ist zwischenzeitlich so gering, dass ein Deckensystem sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen bei hervorragender Behaglichkeit eingesetzt werden kann. Grundsätzliche Vorteile sind:
Raumgewinn: Wand- und Bodenflächen sind ohne Einschränkungen voll nutzbar
Absolute Zugfreiheit
Größtmögliche Hygiene ohne jede Staubaufwirbelung
Angenehmes Raumklima
Große Behaglichkeit
Niedrige Betriebskosten
Nutzung erneuerbarer Energien
Untersuchungen zeigen, dass die Kühlung von der Decke von den Raumnutzern in aller Regel am behaglichsten empfunden wird.
Um den Behaglichkeitsgrad bei optimiertem Energieeinsatz signifikant zu verbessern und um die zusätzlichen Anforderungen wie Heizung, Optik, Akustik und Beleuchtung ohne unnötige Schnittstellen integral zu realisieren, gibt es verschiedene Deckensysteme:
Kühlung über Kühldecken als Metallkassetten oder Gipskarton
Kühlung über Deckensegel
Hierbei handelt es sich um eine „Stille Kühlung“ mit sehr geringen Luftgeschwindigkeiten, die nicht spürbar von der Decke herabsinkt und so ein hohes Maß an Behaglichkeit erzeugt. Kühldeckensysteme bzw. Kühlsegel können also ein Raumklima schaffen, welches das Wohlbefinden steigert und die Leistungsfähigkeit unterstützt.
Im Vergleich zu konventionellen RLT-Klimaanlagen werden Deckenkühl- und Heizsysteme in aller Regel mit einer deutlich höheren Energieeffizienz und hoher Wirtschaftlichkeit betrieben. Im Wesentlichen ist dies den höheren Medientemperaturen im Kühlbetrieb (bzw. niedrigeren Medientemperaturen im Heizbetrieb), dem minimierten Einsatz von Ventilatoren und dem Strahlungsprinzip zu verdanken. Erhebliches Energieeinsparpotenzial beim Heizen und Kühlen eines Gebäudes liegt also in der richtigen Wahl des Wärmeübergabesystems.
Leistungsspektrum der verschiedenen Deckensysteme
Welche Kühl- und Heizleistungen mit Deckensystemen erreicht werden können, hängt vor allem von folgenden Faktoren ab:
Konstruktiver Aufbau des Deckensystems
Materialeigenschaften der Deckenbekleidung
Material der Kühlregister
Temperaturdifferenz (Raumtemperatur / Vorlauftemperatur / Rücklauftemperatur)
Aktiver Anteil der Deckenfläche
Geschlossene oder offene Decke
Heiz-/Kühlmedium
Aufgrund seiner sehr hohen spezifischen Wärmekapazität hat sich Wasser als ein sehr guter Wärme- bzw. Kälteträger bewährt und wird in der Regel in Heiz- und Kühldeckensystemen als Wärmetransportmedium eingesetzt. Die Wahl des richtigen Rohrmaterials in einer Heiz- und Kühldecke hat maßgeblichen Anteil an der Langlebigkeit und Effizienz der gesamten Systemtechnik, wobei auch das Anlagenwasser den gängigen Vorschriften entsprechen muss (siehe auch BTGA- & VDI-Regeln). Darüber hinaus hat auch die Druckhaltung/Entgasung zentrale Bedeutung.
Kühldecke & Kühlsegel
Kühldecke und Kühlsegel funktionieren überall:
Einfachste Montage
Heizung / Kühlung / Akustik
Beste Verarbeitungsqualität
Niedrige Vorlauftemperaturen
Durch eine mögliche Perforation der Kühldecken oder der Deckensegel in Verbindung mit einem Akustikvlies, einer Wärmedämmung oder einem Akustikvolumenabsorber wird zusätzlich die Nachhallzeit im Raum erheblich gesenkt. Das führt zur Verbesserung der Raumakustik und Minimierung der akustischen Maßnahmen. Beide Systeme (sowohl Kühldecke als auch Kühlsegel) bieten erhebliche Vorteile:
Heizen und Kühlen mit nur einem System
Verbesserung der Raumakustik
Wartungsfrei
Keinerlei störende Zugerscheinungen
Völlig geräuschloser Betrieb
Mit dieser beschriebenen Raumkühlung können die trockenen Kühllasten abgeführt werden. Die latente Feuchte, die bei Anwesenheit von Personen oder geöffneten Fenstern entsteht, muss normalerweise über eine in der Regel kleine Lüftungsanlage, mit entsprechender Kühlung und Nacherhitzung, abgeführt werden. Dies ist in der Anschaffung und im laufenden Betrieb jedoch erfahrungsgemäß sehr kostenintensiv. Eine aufwändige stetige Regelung mit Taupunktüberwachung ist weiterhin unumgänglich. Hierzu gibt es allerdings sehr gute Ergänzungen wie die Kühlkonvektoren von Frenger Systemen BV (s. nachstehend).
Deckensegel, wie sie z.B. von Frenger Systmen BV angeboten werden, verzichten auf den Einsatz von Kältemittel. Sie sind umweltfreundlich, da der Wärmeträger Wasser verwendet wird und da sie dazu noch in einer CO2-neutralen Fertigung entstehen.
Akustikvolumenabsorber
Zur weiteren Steigerung der benötigten Schallabsorptionswerte bietet sich zudem der Einsatz von Akustikabsorbern an, welche auf der Rückseite der Segel angebracht werden. Damit können Akustikwerte sowohl im niedrigen als auch im hohen Frequenzbereich optimal absorbiert werden. Der Vorteil liegt auch hier klar auf der Hand: Der Nachhall kann trotz geringer Deckenfläche deutlich verbessert werden (siehe Abb. 6).
Kühlkonvektor
Im direkten Vergleich Kühlkonvektor zu Kühldecke ergeben sich deutliche Vorteile für den Kühlkonvektor. Auch als Ergänzung zum Kühlsegel bietet sich der Kühlkonvektor an.
Höhere Kühlleistung möglich
In der Regel wesentlich geringere Investition
Geringer Platzbedarf
Entfeuchtung ohne zusätzliche Maßnahmen
Einfache Regelung
Die bereits erwähnten Vorteile einer Kühldecke gelten auch für den Kühlkonvektor:
Hoher Komfort
Wartungsfreiheit
Keine Zugerscheinungen
Völlig geräuschloser Betrieb
Vorausgesetzt werden hier eine Auslegung und ein Betrieb nach Herstellervorgaben.
Funktionseinschränkungen bestehen lediglich darin, dass mit Kühlkonvektoren keine Heizfunktion möglich ist und eine Verbesserung der Raumakustik nur bei Integration in eine abgehängte Decke erfolgen kann. Gerade bei Nachrüstungen im Bestand sind diese beiden Funktionen durch installierte Systeme jedoch schon abgedeckt.
Kühlen & Entfeuchten
Eine zugfreie, geräuschlose und behagliche Kühlung, ohne eine aufwändige Lüftungsanlage mit Entfeuchtungsfunktion installieren zu müssen, kann durch den Einsatz von Kühlkonvektoren mit integrierter Kondensatwanne, z.B. Typ „Coolline“ von Frenger Systemen BV realisiert werden. Dies erfolgt häufig in Verbindung mit dem Deckensegel Typ „Smartline“.
Der Vorteil dieser Kühlkonvektoren ist, dass durch die integrierte Kondensatwanne eine die Raumluft entfeuchtende Betriebsweise möglich ist und die Raumluft rein über Konvektion durch den Kühlkonvektor strömt. Die kühle Luft sinkt ohne Ventilator, einfach nur durch Gravitation, in den Raum ab. Der Komfort entspricht in etwa dem einer Kühldecke. Hiermit wird verdeutlicht, warum der Einsatz von Kühlkonvektoren eine hervorragende Lösung darstellt.
Kühlsegel & Kühlkonvektoren
In Büro- und Verwaltungsgebäuden besteht die Möglichkeit, die Heiz- und Kühlsegel in Kombination mit Kühlkonvektoren einzusetzen. Frenger Systemen BV bietet hier z.B. mit der Segelbaureihe „Smartline“ eine passende Lösung an. Weiterhin sollte beachtet werden, dass die Systeme der „Stillen Kühlung“ (Kühldecke/Kühlsegel) und auch der Kühlkonvektor mit Einsatz von erneuerbaren Energien kombiniert werden können. Sowohl der Heiz- als auch der Kühlbetrieb können über eine geothermische Anlage realisiert werden.
Fazit: Die Kombination ist die Lösung
Aus den vorgenannten Punkten ergibt sich, dass die Nutzung von Deckensegeln in Kombination mit Kühlkonvektoren beste Ergebnisse hinsichtlich Behaglichkeit und Effizienz erzielt. Sie bietet alle Vorteile einer Klimaanlage – ohne deren Nachteile. Zusätzlich kann durch den Einsatz dieser geräuschlosen Systeme die Raumakustik deutlich verbessert werden. Aufgrund der niedrigen Investitions- und Betriebskosten sind sie für den Bauherren eine finanziell attraktive Lösung. Gleichzeitig profitieren die Nutzer von höchstmöglicher Behaglichkeit.
Die verschiedenen Systeme wie Kühldecken und Kühlsegel – beide auch in Verbindung mit entfeuchtenden Kühlkonvektoren – werden von Betreibern und Gebäudenutzern geschätzt. Deren Anforderungen werden hervorragend erfüllt. Die gesetzlichen Vorgaben in Bezug auf den Einsatz von erneuerbaren Energien werden zudem eingehalten.
Kostenloses Whitepaper
Das Whitepaper „Büro- und Verwaltungsgebäude behaglich und kostengünstig heizen und kühlen“ von Frenger Systemen BV mit über diesen Fachbeitrag hinausgehenden Informationen und Abbildungen richtet sich an Planer, Ingenieure und Architekten der TGA-Branche sowie an Mitarbeiter von Hochbauämtern. Link zum kostenlosen Download: https://frenger.de/whitepaper
Expertenmeinung
Prof. Dr.-Ing. Mario Reichel, Professor für Technische Gebäudeausrüstung, Regenerative Energiesysteme an der Westsächsischen Hochschule Zwickau: „Die Stille Kühlung über Kühlsegel – ggfs. in Verbindung mit Kühlkonvektoren – stellt eine energieeffiziente und mit hoher thermischer Behaglichkeit einhergehende technische Lösung dar, die z.B. bei der Konditionierung von Büro- und Verwaltungsgebäuden bemerkenswerte Vorteile aufweist. Die Sicherstellung eines hohen thermischen Komforts sowie die Gewährleistung schallabsorbierender Eigenschaften ermöglichen die Umsetzung anspruchsvoller gebäudetechnischer Konzepte, planerischer Lösungen und Projektrealisierungen.“
