Zukünftig werden drei Faktoren die Entwicklung der Heiz- und Kühltechnik für Wohngebäude in Europa bestimmen: der Klimawandel mit zunehmend heißeren Sommertagen, die Notwendigkeit, Energie einzusparen, und der rasant steigende Absatz von Wärmepumpen, deren Anteil bei den Baugenehmigungen die 50 %-Marke im Jahr 2020 überschritten hat.
Auswirkungen des Klimawandels auf die Wohngebäude
Die Studie „Vulnerabilität Deutschlands gegenüber dem Klimawandel“ des Umweltbundesamtes (UBA) analysiert umfassend die lokalen Auswirkungen des Klimawandels auf Deutschland. Im Hinblick auf einen steigenden Kühlbedarf in Wohnhäusern ist hier besonders die Entwicklung der heißen Tage mit einem Temperaturmaximum von ≥ 30 °C interessant, weil sich die Gebäude über längere Schönwetterperioden immer mehr aufheizen. Bei einem prognostizierten starken Klimawandel ist bis 2050 in etwa mit einer doppelt so hohen Belastung zu rechnen. Ähnliches gilt für die Anzahl der Tropennächte mit einer Nachtminimumtemperatur von ≥ 20 °C: Hier kann keine freie Nachtkühlung der Gebäude stattfinden. In den Ballungszentren verschärft sich die Situation durch die Ausbildung von städtischen Wärmeinseln noch einmal zusätzlich.
Aus der UBA-Studie sowie anderen Studien zu den Folgen des Klimawandels, z. B. aus der Schweiz (Rogek), lassen sich u. a. zwei Aspekte ableiten:
Das bedeutet, dass der sommerliche Kühlfall zunehmend an Bedeutung gewinnt. Eine zukunftsgerichtete Gebäudetemperierung berücksichtigt folglich Heiz- und Kühlfall und muss gleichzeitig möglichst energieeffizient sein: um die Vorgaben des Gebäudeenergiegesetzes einzuhalten und um die Nebenkosten möglichst gering zu halten.
Aus Investorensicht lohnt es sich, eine Flächenkühlung im Neubau von Anfang an zu integrieren oder zumindest vorzubereiten. Die vergleichsweise geringe Zusatzinvestition in kühlfähige Systeme lässt sich über Verkauf und Vermietung decken. Denn die Nachfrage nach einer integrierten Kühlung im privaten Wohnbereich wird spürbar zunehmen, weil sie den Komfort und die Behaglichkeit für die Nutzer während einer Hitzeperiode deutlich verbessert.
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optimale Voraussetzungen,
um die Anforderungen des
Gebäudeenergiegesetzes beim Primärenergiebedarf zu erfüllen.
Kühlung über Boden, Wand und Decke möglich
Bei der konkreten Planung, Auslegung und Regelung einer Flächenkühlung sind einige Punkte zu beachten: Eine Flächenkühlung kann im Neubau über den Boden, die Wand oder die Decke erfolgen. Die in Wohngebäuden am meisten verbreitete Variante ist die Kühlung über den Fußboden, weil sie sich über die (vorhandene) Fußbodenheizung relativ einfach umsetzen lässt. Die Wandheizung ist eher eine Sonderlösung, die als Ergänzung einer Fußbodenheizung eingesetzt wird oder in der Renovierung Anwendung findet. Angesichts der stetig sinkenden Heizlasten können die meisten Räume im Neubau mittlerweile auch über die Decke erwärmt werden. Ein großer Vorteil des Deckensystems ist die damit einhergehende hohe Kühlleistung.
Für welche Variante sich Fachhandwerker und Planer entscheiden, ist letztendlich vor allem von der benötigten Leistung abhängig. Die Kühlleistung einer Fußbodenheizung ist am geringsten und die einer Deckenkühlung am höchsten – bedingt durch die physikalischen Eigenschaften. Aber selbst die Fußbodenheizung ist effektiv genug, um sehr gut gedämmte Neubauten ausreichend zu kühlen. Denn in längeren und wärmeren Schönwetterperioden verhindert die Flächentemperierung ein Aufschaukeln der Wärme, weil sie die Erwärmung der Gebäudemasse dämpft: Die Oberflächen bleiben kühler, weshalb auch höhere Raumlufttemperaturen als angenehmer empfunden werden.
Kühlbetrieb erfordert angepasste Auslegung
Soll die Flächenheizung auch zur Kühlung genutzt oder vorausschauend darauf vorbereitet werden, sind bei der Auslegung wichtige Aspekte zu beachten. Zunächst empfiehlt es sich, die Verlegeabstände der Heizrohre am besten auf 10 cm zu reduzieren. Da die Kühlung mit einer geringeren Spreizung betrieben wird, müssen die Druckverluste in den Heizkreisen angepasst werden: entweder mittels geringerer Heizkreislängen oder größerer Rohrdurchmesser. Meistens ist es einfacher, statt eines 14er-Rohres ein 16er- oder 17er-Rohr zu verwenden, als den Verteiler zu vergrößern. Um Tauwasser zu vermeiden, sollten zudem die Zuleitungen der Verteiler dampfdiffusionsdicht gedämmt werden. Die Höhe der Kühlleistung ist auch vom vorhandenen Oberbodenbelag abhängig. So erreichen z. B. Fliesen eine höhere Kühlleistung als Teppich oder Parkett.
Alle Maßnahmen haben in Verbindung mit einem Wärmepumpensystem einen weiteren Vorteil: Sie führen zu einer besseren Jahresarbeitszahl im Heizfall.
Bild: Uponor
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Unterschiede bei Heiz- und Kühlfällen ausgleichen
Soll die Flächentemperierung auch zur Kühlung genutzt werden, muss die Regelungstechnik „Cooling ready“ sein und im Bedarfsfall das System vom Heizbetrieb auf den Kühlbetrieb umstellen. So öffnet z. B. die „Smatrix Pulse“-Regelungstechnik von Uponor im sommerlichen Kühlfall die Verteilerventile, falls die Raumtemperatur ansteigt. Beim Heizfall im Winter ist es umgekehrt: Hier schließen sich die Ventile bei steigender Raumtemperatur.
Besonders effizient arbeitet das System im Kühlfall, wenn es hydraulisch optimal einreguliert ist. Aus praktischen Gründen werden Flächenkühlungen häufig mit den gleichen hydraulischen Einstellungen wie im Heizfall betrieben. Das ist problematisch, weil die Einflussfaktoren auf Wärmen und Kühlen nicht identisch sind. Während beim Heizen in erster Linie der mögliche Wärmeverlust, etwa durch die Gebäudeaußenhülle, zu berücksichtigen ist, kommt es beim Kühlen vor allem auf die direkte Sonneneinstrahlung an. Hierbei spielen Fensterflächen und deren Verschattung eine wichtige Rolle. Somit können sich die Heizlast im Winter und die Kühllast im Sommer für einzelne Räume stark unterscheiden.
Auch die Raumnutzung ist entscheidend. Beispielsweise wird im Winter das Schlafzimmer nur wenig geheizt, um ein angenehmes Schlafklima zu erreichen. Der Heizkreislauf ist dementsprechend gedrosselt. Im Sommer gilt jedoch das Gegenteil: Zum Schlafen darf es nicht zu warm sein, weshalb der Raum verstärkt gekühlt werden muss. Ein manuell auf den Heizfall eingestelltes System kann nicht optimal kühlen, da der Volumenstrom gemindert ist. Mit einer „Autoabgleich“-Funktion wird dieses Problem umgangen. Denn Regelungen wie die „Smatrix Pulse“ arbeiten mit offenen Ventilen. Damit steht auch in Räumen mit unterschiedlichem Heiz- und Kühlbedarf, wie dem Schlafzimmer, im Kühlfall der volle Volumenstrom zur Verfügung.
Bild: Uponor
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Einzelraumregelung ist auch beim Kühlen vorteilhaft
Die Umstellung der Hydraulik des Systems von Heizen auf Kühlen mit allen damit einhergehenden Anpassungen erfolgt innerhalb von etwa drei Stunden. Wann die Anlage umschaltet, hängt dabei von mehreren Faktoren ab. Bei den „Smatrix Pulse“-Regelungen lässt sich ein beliebiger Raumfühler als Referenzraumfühler definieren: Sein Messwert löst, abhängig von den in der „Smatrix Pulse“-App eingestellten Werten, ein Umschaltsignal aus. Daraufhin schalten beispielsweise eine reversible Wärmepumpe oder 3-Wege-Ventile bei einem 4-Leiter-System um. Bei der zweiten Variante liegen Wärme und Kälte dauerhaft an jedem Verteiler im Gebäude an. Der Nutzer kann anhand der Einstellungsparameter selbst entscheiden, wann seine Anlage zwischen Heizen und Kühlen wechseln soll. So bekommen in einem Mehrfamilienhaus die Bewohner jeder Wohnung die Temperatur, die sie haben möchten – egal ob sie im schattigen, kühleren Erdgeschossbereich oder im sonnigen Loft unterm Dach wohnen.
Neben dem Vorteil des Autoabgleichs kann bei einer Einzelraumregelung auch im Kühlfall die Temperatur jedes einzelnen Zimmers individuell eingestellt werden. Bei herkömmlichen Systemen richtet sich die Kühlung meist nach einem Referenzraum: Ist in diesem Raum die gewünschte Temperatur oder der Grenzwert der relativen Luftfeuchtigkeit erreicht, schaltet sich das System im gesamten Gebäude ab – auch wenn andere Räume noch weiter gekühlt werden könnten. Die „Smatrix Pulse“-Regelung greift dagegen auf die Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsdaten aller Raumfühler zurück, die diese Werte liefern können (z. B. Uponor T-169). Werden in einem Zimmer die Grenzwerte der relativen Luftfeuchtigkeit überschritten, kann das System den Kühlbetrieb hier einstellen. Werkseitig ist ein Wert von 75 % eingestellt, der sich aber individuell anpassen lässt.
Wie im Heizfall sorgt das Regelungssystem für eine permanente Überwachung der Einflussfaktoren auf die Flächentemperierung und kann bei Bedarf den Massenstrom automatisch justieren. Die Einzelraumregelung verbessert somit die mögliche Kühlleistung.
Für eine ganzjährige Behaglichkeit sorgen
Ein angenehmes und ganzjährig behagliches Raumklima im Mehrfamilienhaus kann energieeffizient mit einem Flächentemperiersystem in Kombination mit einer bivalenten Wärmepumpe erreicht werden. Für diese Anforderungen bieten Systemanbieter wie Uponor passende Lösungen, um die vorhandenen Raumflächen effizient für den Heiz- und Kühlbetrieb zu nutzen. Für besonders von der Hitze betroffene Dachgeschosswohnungen sind z. B. Flächenheiz- und -kühlsysteme interessant, die ergänzend oder alternativ zum Fußboden auch unter Dachschrägen und Decken installiert werden. Sie erzielen eine hohe Leistung, da Kälte nach unten fällt.
Grundsätzlich wichtig ist eine fachgerechte Planung des Gesamtkonzeptes: die korrekte Berechnung der Heiz- bzw. Kühllasten, die Auswahl der geeigneten Raumflächen und die fachmännische Ausführung aller Arbeiten. Auf diese Weise erhalten Investoren und Immobilienbesitzer ein nachhaltiges und langlebiges Heiz- und Kühlsystem.
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aktuelle Situation im Gebäude und in den einzelnen Räumen angepasst.
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