An die Decke gehen

Die sommerliche Kühlung gewinnt in lichtdurchfluteten Einfamilienhäusern zunehmend an Bedeutung. Sonneneinstrahlung und großflächige Verglasungen sowie die internen Wärmelasten (Bewohner, Beleuchtung, elektrische Geräte) führen in den Sommermonaten zu hohen Temperaturen. In Wohn- und Schlafräumen klettern sie schnell in unbehagliche Regionen jenseits der 26 °C. Dieser Entwicklung lässt sich entgegenwirken, wie ein Einfamilienhaus in der Nähe von Stuttgart beispielhaft zeigt. Vorausschauend wurde ein Kühlsystem installiert, um den Komfort des Gebäudes mit 450 m² Wohnfläche im Sommer zu erhöhen. Dafür sorgt eine 280 m² große Deckenkühlung von Uponor. Sie setzt sich zusammen aus den Trockenbauelementen Renovis und mehreren Energiekörben.

Ausgewählt wurde ein Deckenflächenkühlsystem, das die Absenkung der Raumtemperatur um 4 bis 6 K ermöglicht. Die Flächenkühlung ermöglicht im Raum eine bessere Temperaturverteilung als andere Kühlsysteme. Kühlleistungen werden großflächig und gleichmäßig umgesetzt. Sie erlaubt zudem die Abgabe von individuell geregelten, geringen Kühllasten. Und weil es weder sichtbare Innengeräte noch eine ventilatorgestützte Luftumwälzung gibt, werden Bauteile wie Filter, Luftkanäle und Lüftungsgitter, die gewartet oder gereinigt werden müssen, nicht benötigt. Auch eventuelle Komfortbeeinträchtigungen durch Zugluft oder durch Ventilator- und Klappengeräusche entstehen gar nicht erst.

Geothermie ohne Bohrung nutzen

Die Energie für die Kühlung wird durch oberflächennahe Geothermie in Verbindung mit Erdwärmekörben gewonnen. Sie stellen eine kostengünstige Alternative zu Erdsonden dar. Die Installation der Körbe ist in der Regel nicht genehmigungs-, sondern nur anzeigepflichtig. Die Abwicklung ist zudem unkomplizierter, weil der Bauherr weder ein Bohrunternehmen noch ein geologisches Gutachten oder einen Geologen zur Überwachung der Bohrung bestellen muss.

Zur Deckung der Heizlast wurden im Garten des Einfamilienhauses insgesamt zehn Uponor-Energiekörbe installiert. Richtwerte für den Flächenbedarf sind 20 bis 25 m² bei einer Reihenanordnung und 35 bis 40 m² bei einer Parallelanordnung. Der Aushub und das Einbringen der 2,70 m hohen Energiekörbe wurden mit einem Bagger ausgeführt. Um wegen der Frostgrenze eine Bodenüberdeckung von 1,20 m zu gewährleisten, war eine Einbautiefe von etwa 4 m notwendig. Der Bauherr muss nach Abschluss der Arbeiten allerdings darauf achten, dass die genutzten Flächen weder überbaut noch versiegelt werden.

Regeneration im Erdreich

Ein Energiekorb wird verbindungsfrei aus 32 mm starken PE-Xa-Kunststoffrohren gefertigt, in denen später die Soleflüssigkeit zum Transport der Erdwärme zirkuliert. Das hochdruckvernetzte Kunststoffrohr ist laut Anbieter mechanisch hoch belastbar. Die Vernetzung schützt das Rohr vor spitzen Gegenständen und Punktlasten, beispielsweise durch Steine oder Bewährungsstähle im Baustellenbetrieb. Rissbildungen und Rissfortpflanzungen seien ausgeschlossen. Das Rohr ist zudem in der Installationsphase durch eine spezielle schwarze Beschichtung wirksam gegen UV-Einstrahlung geschützt. Sie schützt das Rohr vor dem Einbau – beispielsweise während der Lagerungszeit.

Durch die Materialeigenschaften konnten die Energiekörbe gemäß DVGW-Arbeitsblatt W 400-2 auch ohne Sand- und Kiesbett verlegt werden. Trockener Sand hat in aller Regel eine geringere Wärmeleitfähigkeit als der ursprünglich umgebende Boden, der zur Bettung verwendet werden kann. Dies sparte in diesem Beispiel durch die entfallende Entsorgung des Aushubs erheblich Kosten und Zeit. Es verbessert außerdem die Entzugsleistung. Die Energiekörbe haben bei einer Nutzung von 1800 Volllaststunden eine Entzugsleistung von etwa 1,6 bis 2,0 kW. Wenn die Kühlungsfunktion aktiviert ist, wird der Boden allerdings aufgeladen. Diese Energie kann später wieder zum Heizen oder zur Brauchwasserbereitung entzogen werden, es entsteht ein Regenerationskreislauf.

Bei zehn Körben entspricht das einer maximalen Entzugsleistung von 20 kW. Gekoppelt ist die Erdwärmeanlage mit der Sole/Wasser-Wärmepumpe (Stiebel Eltron WPF 20) mit 21,5 kW Wärmeleistung, die über einen Pufferspeicher die Fußbodenheizkreise in den Wohnräumen mit Wärme versorgt. Die Wärmepumpe ist in dem Gebäude nur für den Heizbetrieb zuständig. Im Kühlfall bleibt der Verdichter ausgeschaltet, es erfolgt eine passive Kühlung. Lediglich die Pumpen und die Regelgeräte sind in Betrieb und sorgen dafür, dass die niedrigen Temperaturen des Erdreiches über einen Plattenwärmetauscher bedarfsgerecht auf den Deckenkühlkreislauf und in die Räume übertragen werden.

Kühlleistung von etwa 50 W/m²

Die Verteilung der Kälte erfolgt über Trockenbauelemente, die auf einer Deckenfläche von 280 m² im gesamten Wohnbereich und in den Schlafräumen installiert sind. Die Elemente bestehen aus einer 15 mm starken Gipskartonplatte in den Größen 200 x 62,5 cm, 120 x 62,5 cm und 80 x 62,5 cm. Es ist bereits ein Comport-Pipe von Uponor in der Dimension 9,9 x 1,1 mm integriert. Die Elemente lassen sich mit einer Unterkonstruktion aus CD-Profilen 27/60 an Wänden und Decken montieren – wie handelsübliche Trockenbauplatten. Trockenbau-Deckenkühlungen erlauben aufgrund ihrer geringen Rohrüberdeckung besonders hohe Kühlleistung im Verhältnis zur Vorlauftemperatur. Nach DIN EN 1264 ergibt sich beispielsweise für die Deckenkühlung Renovis eine maximale Kühlleistung von etwa 50 W/m².

Nach der Montage der Unterkonstruktion und der Panels hat der Installateur die Rohre an die Ringleitungen in der Dimension 20 x 2 mm mit der Quick-&-Easy-Technologie verbunden. Das bedeutet: Bei der Herstellung der Verbindung wird das PE-Xa-Kunststoffrohr inklusive des Sicherungsrings aufgeweitet. Durch den Memory-Effekt des Materials „schrumpft“ es sich anschließend wieder auf den Fitting auf und sorgt für eine dauerhaft dichte Verbindung. Anschließend erfolgte der Anschluss an den Tichelmann-Verteiler. Mit den variablen Anschlusssegmenten und der nahezu werkzeuglosen Montage konnte der Verteiler unterhalb der Decke zügig installiert werden. Die Komponenten sind in einer Kombination aus Spezialgewinden und Dichtringen ausgeführt, weshalb sie sich einfach per Hand verbinden ließen.

Ein Selbstregeleffekt tritt ein

Im Anschluss an die Dichtigkeitsprüfung wurden die Plattenstöße verspachtelt und abgeschliffen. Die auf den Elementen aufgedruckte Verlegung der Rohre erleichterte den Einbau von Leuchten und Luftauslässen für die kontrollierte Wohnraumlüftung. Um die integrierten Rohre für die nachträgliche Befestigung von deckenhängenden Lampen sichtbar zu machen, nutzte der Handwerksbetrieb eine Thermofolie. Für die Leistungsfähigkeit einer Flächenkühlung ist die Temperaturspreizung des Kühlwassers zwischen Vor- und Rücklauf entscheidend. Während die Temperaturdifferenz im Heizbetrieb in der Regel rund 8 K beträgt, ist zu empfehlen, die Flächenkühlung mit einer Spreizung von nicht mehr als 3 K zu betreiben. Die Flächenkühlung wird in diesem Einfamilienhaus mit 16 °C im Vorlauf und 18 °C im Rücklauf gefahren.

Ähnlich wie beim Beheizen der Räume stellt sich auch beim Kühlen mittels einer Flächentemperierung ein Selbstregeleffekt ein: Die Kälteabgabe der Deckenelemente nimmt automatisch ab, je geringer der Unterschied zwischen Raumtemperatur und Oberflächentemperatur ist. Dennoch ist ein komfortabler und sicherer Betrieb ohne ein Regelsystem zur Raumtemperatur- und Taupunktüberwachung nicht möglich.

Kühlfunktion intelligent geregelt

Uponor bietet für diesen Fall eine selbstlernende Regelungstechnik an. Sie arbeitet sowohl im Heiz- wie auch im Kühlfall, ermittelt ständig den Energiebedarf für die optimale Raumtemperatur und übernimmt zusätzlich den ersten manuellen hydraulischen Abgleich. Im Kühlfall erfolgt zudem eine Feuchteüberwachung. Bei Bedarf justiert sie das System automatisch nach. Parameter des Gebäudes (Dämmstandard der Fassade und Dämmwirkung der Fenster) sowie des Heizungssystems (wie Rohrkreislänge und verwendeter Oberbodenbelag) müssen dabei nicht berücksichtigt werden, weil die Regelung gezielt die Temperaturverhältnisse im Raum analysiert. Diese Funktion ersetzt nicht die fachgerechte Anlagenplanung, erleichtert aber die Einregulierung und den energieoptimierten Betrieb.

Der permanente, automatische hydraulische Abgleich optimiert jeden Heiz- und Kältekreis individuell, sodass immer nur die exakt benötigte Menge an Energie abgegeben wird. Dies spart laut Anbieter bis zu 6 % Energie im Vergleich zu einer herkömmlicher Einzelraumregelung, bis zu 12 % gegenüber nicht abgeglichenen Systemen und bis zu 20 % gegenüber nicht abgeglichenen Systemen ohne Einzelraumregelung.

Anzeigenpflicht beachten

Oberflächennahe Geothermie in Verbindung mit Erdwärmekörben ist in der Regel nicht genehmigungs-, sondern nur anzeigepflichtig. Ein geologisches Gutachten oder die Bestellung eines Geologen zur Überwachung der Bohrung ist bei nur anzeigenpflichtigen Anlagen nicht erforderlich. Dies reduziert für den Auftraggeber die Kosten. Vor dem Baubeginn einer solchen Anlage muss in jedem Fall Rücksprache mit der unteren Wasserbehörde gehalten werden. Sie gibt Auskunft darüber, ob lediglich eine Anzeige genügt oder ob ein Genehmigungsverfahren durchgeführt werden muss. Dies kann zum Beispiel in Wasserschutzgebieten der Fall sein. Uponor unterstützt fachlich bei der Planung und Ermittlung der Heiz- und Kühlleistungen, bei der Komponentenauswahl sowie beim Einbau der Energiekörbe.