Betonkernaktivierung – Teil 2: Projektbeispiele

Für welche Bauten eignet sich die Betonkernaktivierung und was muss dabei beachtet werden? In Teil 2 stellen wir Praxis-Beispiele vor.

Die Betonkernaktivierung, oder auch Betonkerntemperierung, wird als wirtschaftliche Methode zum Erwärmen und Kühlen von Gebäuden durch die Möglichkeit der industriellen Vorfertigung immer interessanter. Sie ist mittlerweile häufiger Bestandteil moderner Energiesysteme. Doch für welche Bauten eignet sich die Betonkernaktivierung und welche Aspekte müssen beachtet werden? Der Bundesverband Flächenheizungen und Flächenkühlungen e.V. (BVF) nimmt hierzu in einem zweiteiligen Fachbeitrag Stellung. Im folgenden zweiten Teil des Artikels werden einige aktuelle Beispiele aus der Praxis näher beleuchtet.

Allen Projekten ist gemein, dass sie vor der Herausforderung standen, mit zukunftsweisender Gebäudetechnik, ressourcensparendem Umgang mit Energieträgern und geringem Montageaufwand ein behagliches Raumklima zu schaffen und gleichzeitig eine wirtschaftliche Betriebsweise zu ermöglichen.

Betonkernaktivierung im Neubau der John-Cranko-Ballettschule in Stuttgart

Die renommierte John-Cranko-Ballettschule in Stuttgart an der Werastraße hat ein neues "Cross Over"-Gebäude erhalten. Die drei wesentlichen Funktionsbereiche, bestehend aus Wohnen (Internat und Akademie), Schule (Tanzausbildung, Unterrichtsräume und Verwaltung) und der Probebühne sowie den Nebenbereichen Hauswirtschaft, Küche und Speisesaal, sind architektonisch zu einer Einheit geformt worden. Mit der Probebühne am Urbansplatz beginnend, steigt das Gebäude dem Hang folgend zur Werastraße auf und endet im 3+1-geschossigen Internat mit Empfang. Die Schule mit den vier großen und vier kleinen Ballettsälen führt beide Bereiche zusammen. Die Nutzfläche beträgt etwa 5.350 m², die gesamte Fläche, inklusive Verkehrs- und Funktionsflächen, etwa 8.700 m².

Insbesondere die Vorgabe des Objektes zur Verwendung vieler Sichtbetonflächen führte zu einer komplexen Installation innerhalb der Decken für alle zu installierenden Medien. So mussten beispielsweise Betonkernaktivierung (BKA), Regenwasser-, Sprinkler- und Elektroinstallationen Platz in den Geschossdecken finden.

Der Neubau der John-Cranko-Schule stützt sich auf eine zukunftsweisende Gebäudetechnik, verbunden mit einem ressourcensparenden Umgang mit Energieträgern. Der Wärmebedarf wird mit der Zielvorgabe EnEV 2009 (-30 Prozent), gemäß Vorgaben des Finanzministeriums, angestrebt. Dies wird durch die in weiten Bereichen vorgesehene Be- und Entlüftung mit hocheffizienter Wärmerückgewinnung, Nutzung von Fernwärme der EnBW als Hauptwärmelieferant und regenerative Kälteerzeugung über eine saisonale Kältespeicherung durch einen 1.000 m³ fassenden Eisspeicher erzielt. Ergänzend wird im Sommer der anteilige Wärmebedarf aus der Trinkwassererwärmung über eine Wärmepumpe gedeckt und gleichzeitig Kälte für die entsprechenden Verbraucher bereitgestellt. Die Einhaltung der energetischen Standards stützt sich ausschließlich auf die Gebäudetechnik, da regenerative Maßnahmen, wie Solarthermie oder Photovoltaik, aufgrund städtebaulicher Vorgaben nicht umsetzbar sind.

Als Grundlast für die Beheizung der Ballettsäle wird eine Betonkernaktivierung mit einer wirksamen Gesamtfläche von 4.200 m² eingesetzt. Dabei wurden die wasserführenden Rohre zwischen der oberen und unteren Bewehrung in der Decke eingebracht – also in den Kern der Betonschicht. Im Betrieb werden die Betonmassen über diese Rohre mit Wärme bzw. Kälte versorgt.

Die Aktivierung der Gebäudemasse (im Wesentlichen in Geschossdecken) stellt eine Grundlastabdeckung zur Verfügung. Um die Heiz- bzw. Kühlleistung nicht zu stark zu reduzieren, werden die Geschossdecken nicht mit einer geschlossenen Zwischendecke ausgestattet. Die akustisch wirksamen, vertikalen Baffeln in den Ballettsälen sind denn auch auf die Anforderungen der Betonkernaktivierung abgestimmt.

Im Heizbetrieb wird Wasser mit einer Vorlauftemperatur von bis zu etwa 35 °C durch die in der Decke liegenden Rohrleitungen geführt. Die Vorlauftemperatur beträgt im Kühlfall etwa 18 °C. Die Verteiler der Betonkernaktivierung wurden in Hohlraumböden angeordnet und versorgen die darunterliegenden Betonkernfelder. Für die Betonkernfelder im Dachbereich wurden die Verteiler unter der Decke in untergeordneten Räumen angeordnet. Die Regelung der Stellventile auf den Verteilern erfolgt durch die Gebäudeautomation.

Die Sanitär- und Umkleidebereiche sowie die Räumlichkeiten an der Südspange des Gebäudes werden über 3.000 m² Fußbodenheizung beheizt, da eine Bauteilaktivierung aufgrund von (teilweise) abgehängten Decken hier nicht wirksam wäre. Die Fußbodenheizung lässt sich jedoch mit den gleichen Systemtemperaturen wie die Betonkernaktivierung betreiben.

Oberflächennahe Bauteilaktivierung bei Kugler Feinkost in Parsdorf

Vor den Toren von München in Parsdorf entstand der Neubau einer Produktionsstätte für hochwertige Feinkostprodukte der Firma Kugler. Die Planer standen hier vor der Herausforderung, die Funktionen Kühlen und Heizen in einem System und mit schneller Reaktionsfähigkeit bei gleichzeitigem Wunsch nach Sichtbetondecken zu realisieren.

Oberflächennahe Systeme, auch als thermisch aktive Bauteilsysteme (TABS) bezeichnet, bieten gegenüber einer konventionellen Betonkernaktivierung im herkömmlichen Sinne einige bemerkenswerte Vorteile: An erster Stelle sind hier die hohen erzielbaren Heiz- und Kühlleistungen anzuführen. Diese sind möglich, da das System direkt auf die Deckenschalung aufgebracht wird. Der Abstand der wasserführenden Systemrohre von der Deckenoberfläche beträgt hier lediglich 6 mm. Aufgrund dieser Systemmerkmale benötigt das Gebäude i.d.R. keine zusätzlichen Heiz- und Kühlsysteme. Weiter ist die gute Regelbarkeit anzuführen. Durch die Nähe des Systems zur Deckenoberfläche sind kurze Reaktionszeiten vorhanden.

Dieser Argumentation folgend, erfolgt die Beheizung sowie die Kühlung des Gebäudes durch die Ortbetondecke über eine oberflächennahe Bauteilaktivierung aus dem Hause Wavin mit der Bezeichnung CW-90.

Das in Parsdorf verbaute System besteht aus vorgefertigten Modulen mit einer Wabengitterstruktur und integrierten diffusionsdichten Kunststoffrohren mit einem Durchmesser von lediglich 12 mm. Durch die Form bzw. das Profil der Module ist der gewünschte geringe Abstand zur Deckenoberfläche sichergestellt. Die geplante Betonoberflächenqualität, in Abhängigkeit von der Deckenschalung, bleibt hiervon unberührt. Die erforderlichen Module wurden werkseitig nach den Vorgaben der Werk- und Montageplanung des TGA-Planers bzw. der Installationsfirma etagenweise gefertigt. Das Auflegen der Module auf die bauseitig fertiggestellte Deckenschalung erfolgte dann exakt nach der Montageplanung durch die beauftragte Installationsfirma.

Die hydraulische Anbindung der Module erfolgte bei diesem Bauvorhaben in direkter Anschlussweise. Das heißt, der Vor- und Rücklauf eines jeden Registers mit einem Durchmesser von 12 mm wurde direkt durch die Decke in das darunterliegende Geschoss geführt. Zur Sicherstellung des Mindestabstands der Anschlussleitungen von der Deckenschalung wurden alle längeren Anschlussleitungen durch Stangenleerrohr geführt und mit entsprechenden Montageprofilen befestigt.

Die Führung der Anschlussverrohrung durch die Decke in das darunterliegende Geschoss erfolgte mit Hilfe sogenannter Schalungskästen. Der Vorteil bei der Verwendung der Schalungskästen des Herstellers besteht darin, die bauseitige Deckenschalung an den Durchbruchspunkten nicht unterbrechen zu müssen.

Die Schalungskästen aus Kunststoff wurden im Rahmen der Montagearbeiten an den festgelegten Punkten auf der Deckenschalung befestigt. Die Anschlussverrohrungen wurden zwecks Druckprobe durch die Schalungskästen hindurchgeführt und wieder nach oben aus der Deckenebene herausgeführt. Für die Druckprobe wurden jeweils mehrere Elemente miteinander verbunden. Diese Vorgehensweise verminderte den zeitlichen Aufwand für die notwendigen Druckproben deutlich.

Zuber Beton setzt auf thermisch aktive Deckenplatten

Die Zuber Beton GmbH aus Crailsheim ist Teil der Zuber Holding GmbH, zu der auch zwei Planungsbüros und ein Logistikunternehmen gehören. Der Spezialist für Architekturbeton, Betonfassaden, Sichtbeton und Sichtbetontreppen hat am Unternehmensstandort in Crailsheim ein Bürogebäude mit rund 1.500 m² Brutto-Fläche gebaut, das ebenfalls Räumlichkeiten für Planer-/Architektentreffen und Ausstellungen enthält. Für ihr neues Bürogebäude suchte Zuber Beton ein zuverlässiges Heiz- und Kühlsystem, das einfach und schnell in thermisch aktive Deckenplatten eingesetzt werden kann und energiesparend arbeitet.

Das "black system" von aquatherm überzeugte aufgrund des sehr geringen Montageaufwands im Betonwerk und sehr guter Heiz-/Kühlleistungen. Thermisch aktive Deckenplatten haben vielfältige Vorteile, die von einer kostensparenden und angenehmen Raumtemperierung über universelle Einsatzmöglichkeiten bis hin zu kurzen Verlegezeiten reichen.

Bei dem Neubau handelt es sich um ein KfW-Effizienzhaus 55 mit einem Jahres-Primärenergiebedarf von 33 kWh/m²a und einem Jahres-Heizwärmebedarf von etwa 35 kWh/m²a – die Energieversorgung des Systems erfolgt über eine Luft/Wasser-Wärmepumpe. Die Energiebedarfsrechnung war Grundlage für die technische Auslegung, die im Hause aquatherm erarbeitet wurde. Auf Basis der Grundriss- und Filigrandeckenpläne wurden die Register detailliert je Filigrandeckenelement eingeplant. Dabei wurden einzelne Zonen für die Einzelraumregelung entsprechend der Energieeinsparverordnung (EnEV) berücksichtigt. Im Anschluss erfolgte die passgenaue Fertigung der Register direkt im Werk.

Die aus dem korrosionsresistenten Kunststoff Polypropylen gefertigten Register wurden auf rund 930 m² Deckenfläche mit einem Abstand von etwa 1,5 cm über der Betonunterkante eingebracht. Die Elemente wurden direkt in die Schalung für die einzelnen Fertigteilelemente eingelegt, miteinander verbunden und vor dem Einlassen des Betons mit Luft zur Dichtheitsprüfung abgedrückt. Später auf der Baustelle müssen die einzelnen Fertigteildeckenelemente nur noch miteinander verbunden werden.

Die Rohdecke wird als Sichtbeton-Decke ausgeführt. Durch den modularen Aufbau konnten die Register an der unteren Bewehrung befestigt werden, sodass an der Sicht-Unterseite der Fertigteildecke keine sichtbaren Kontaktstellen durch Abstandshalter entstehen. Dementsprechend ist keine weitere Bearbeitung der Decke nach Montage auf der Baustelle nötig.