Kühl- und Heizdeckensysteme

Der Faktor „Behaglichkeit“ ist ein starkes Argument für den Einsatz einer Kühl- und Heizdecke, denn die Systeme schaffen für den Menschen ein angenehm temperiertes, zugfreies und hygienisches Umfeld. Gerade zur Modernisierung des Gebäudebestandes eignet sich die Raumumschließungsfläche „Decke“ besonders gut, da eine Installation hier vergleichsweise schnell erfolgen kann. Mithilfe komprimierter Abläufe und der gewerkeübergreifenden Abstimmung der notwendigen Arbeitsschritte erhält man ein einwandfreies und nahezu wartungsfreies Flächenkühl- und -heizsystem. Der Bundesverband Flächenheizungen und Flächenkühlungen e.V. (BVF) möchte mit diesem Fachbeitrag den sach- und fachgerechten Projektablauf von der Planung bis zur Inbetriebnahme eines Deckenkühl- und -heizsystems aufzeigen.

Für die Umsetzung von Kühl- und Heizdeckensystemen bedarf es eines perfekten Zusammenspiels aller beteiligten Gewerke: Bereits bei der Planung gilt es nach dem Prinzip „Integrale Planung und Ausführung“, alle Anforderungen an die Konstruktion zu bündeln. Die Grundlage dafür sollte rechtzeitig unter Einbezug aller Gewerke (sprich: Bauherr, Architekt, TGA-Planer, Heizungsbauer, Trockenbauer) abgestimmt werden. Unter Berücksichtigung der bauphysikalischen Vorgaben wird im ersten Schritt eine Heiz- und Kühllastberechnung erstellt. Das Ergebnis ist die Basis für die Wahl des Kühl- und Heizdeckensystems, welche in breiter Angebotspalette am Markt zur Verfügung stehen. Ob nun Metall-Rasterdecken, mineralische Deckensysteme (Gipskarton, Lehm) oder Sonderbauformen gewählt werden, hängt im Wesentlichen von den Leistungskennwerten der jeweiligen Systeme ab. Selbstverständlich spielen hier auch die architektonischen Vorgaben, wie unter anderem Gestaltung, Akustik und Beleuchtung, eine bedeutende Rolle.

Ein wichtiger Hinweis gilt dem Prozedere der Ausschreibung – alle Anforderungen und technischen Vorgaben sollten dort detailliert, wie hier aufgeführt, behandelt werden:

▪ Raumgeometrie/-höhe,

▪ verfügbare bzw. erforderliche Abhanghöhe,

▪ gewünschte Deckenoberfläche (Material, Farbe, Optik),

▪ Anforderungen an die Schallabsorption,

▪ Beleuchtungs- und Elektroplanung,

▪ Sprinklerplanung,

▪ Lüftungsplanung und Lüftungskonzept,

▪ Anforderungen an die Taupunktvermeidung,

▪ Anforderungen von/an die Regelungstechnik,

▪ abgehängte Objekte/weitere Einbauten,

▪ thermische Verluste (zum Folgegeschoss/durch Abluft),

▪ Brandschutzanforderungen,

▪ vorhandener bzw. geplanter Deckenaufbau (Statik, zulässige Gewichte, Befestigungsmöglichkeiten),

▪ Anforderungen vom/an den Wärmeerzeuger,

▪ Anforderungen vom/an den Kälteerzeuger,

▪ Anforderungen der/an die hydraulische Anlage,

▪ Möglichkeiten der Einbindung von Wärmepumpen, Solarthermie, Geothermie, freie Rückkühlung, Prozesswärme und Abwärme prüfen,

▪ innere Wärmelasten, Nutzungsintervalle und Anforderungen an die Reaktionszeit/Speicherfähigkeit.

Die Heiz- und Kühllastberechnung berücksichtigt die bauphysikalischen Vorgaben. In Kombination mit der Gebäudehülle wird schon im Vorfeld auch die Anlagentechnik erfasst und energetisch bewertet. Niedrige Systemtemperaturen im Heizfall und hohe Systemtemperaturen im Kühlfall sind dabei aus energetischen und ökologischen Gründen anzustreben.

Der Leistungsermittlung von Kühl- und Heizdeckensystemen ist besondere Beachtung zu schenken. Dabei sollten nur normgerechte Leistungswerte für die Auslegung verwendet werden. Die Heizlastberechnung ist dabei nach DIN EN 12831-1, die Kühllastberechnung nach VDI 2078 durchzuführen.

Aus Basis der vorliegenden Heiz- und Kühllastberechnung sowie der Leistungskennwerte der in Frage kommenden Systeme kann dann die Systemauswahl erfolgen. Geprüfte und entsprechend zertifizierte Lösungen sind dabei ein wesentlicher Bestandteil für eine zuverlässig und wirtschaftlich funktionierende Anlagentechnik im Gebäude.

Systemauswahl

Vorrangig werden bei der Auswahl eines Kühl- und Heizdeckensystems die gewünschte Deckenoberfläche (Material, Farbe, Optik) sowie die geforderten Kühl- und Heizleistungen betrachtet.

Die aktive Fläche der Kühl- und Heizdecke ergibt sich nach DIN EN 14240 („Lüftung von Gebäuden – Kühldecken“) aus dem Deckenspiegel unter Berücksichtigung der Deckenkonstruktion und vorgesehener Deckeneinbauten. Es ist zu beachten, dass die aktivierbare Fläche praktisch immer kleiner als die Grundfläche ist. Daher sind nach DIN EN 14240 angegebene Leistungswerte entsprechend des aktiven Flächenverhältnisses zu reduzieren. Da bei der Systemauswahl in der Regel noch keine Deckenspiegel zur Bestimmung des aktiven Flächenverhältnisses vorliegen, wird häufig im ersten Schritt eine Abschätzung auf Basis von Erfahrungswerten der Systemhersteller durchgeführt. Je nach System werden hierbei maximal aktive Flächenverhältnisse zwischen 60 und 95 Prozent erreicht.

Ist beispielsweise für einen Raum mit einer Grundfläche von 50 m² eine Gesamt-Kühlleistung von 2.750 W gefordert, ergibt sich eine auf die Grundfläche bezogene Kühlleistung von 55 W/m². Unter der Annahme eines aktiven Flächenverhältnisses von 65 Prozent ergibt sich somit eine geforderte Kühlleistung von 55 W/m²/65 Prozent = 84,6 W/m² bezogen auf die aktive Fläche nach DIN EN 14240. Unter Berücksichtigung der gewählten Auslegungstemperaturen und der erfolgten Berechnungen kann nun ein Kühldeckensystem ausgewählt werden.

Montage

Der freigegebene Verlegeplan (Deckenspiegel) sollte rechtzeitig vor Montagebeginn vorliegen. Die Montage einer Kühl- und Heizdecke ist ein Prozess, in dem die Gewerke fließend ineinander übergehen. Vor Montagebeginn bedarf es der Abstimmung der vorgesehenen Einbauten (z. B. Beleuchtung, Lüftung). Systembedingte Besonderheiten bedürfen der gesonderten Abstimmung zwischen Auftraggeber und Systemanbieter und sind in einem finalen Verlegeplan abzubilden. Zur Koordination des Bauablaufs hat sich die Benennung eines Fachmanns mit fundierten gewerkeübergreifenden Kenntnissen als sinnvoll herausgestellt.

Es ist besonders darauf zu achten, dass die berechneten statischen Nachweise eingehalten und auf die Befestigungsuntergründe angewendet werden. Die Lasten des Systems, seiner Zubehörkomponenten sowie der notwendigen wasserführenden Anschlussleitungen sind dabei gemäß Herstellerangaben zu berücksichtigen. Für eine Befestigung der Unterkonstruktion am statischen Baukörper mittels Dübel ist die Belastbarkeit des Ankergrundes zu beurteilen. Gegebenenfalls ist eine Dübel-Prüfung durchzuführen und zu protokollieren.

Inbetriebnahme

Die Inbetriebnahme der Anlage sichert eine störungsfreie Funktion von Beginn an. Hierbei erfolgt eine umfassende Funktionskontrolle, welche die Heiz-/Kühlumschaltung, den Betrieb der Pumpen, Ventile und Stellantriebe miteinschließt. Mit der Thermografie-Kamera werden alle Zuleitungen und die Durchströmung der Deckenflächen kontrolliert und dokumentiert. Ein Abnahmeprotokoll wird ausgefüllt und ein Druckprotokoll angefertigt.

Als praktischen Leitfaden empfiehlt der Bundesverband Flächenheizungen und Flächenkühlungen e.V. an dieser Stelle die BVF-Richtlinie 15.11 „Kühlen und Heizen mit Deckensystemen: Montage, Inbetriebnahme, Abnahme, Betrieb“. Diese stellt detaillierte technische Informationen für alle am Markt gängigen Systemarten und deren Besonderheiten praxisnah dar.

Zur Herstellung der Betriebsfähigkeit sind im Rahmen der Inbetriebnahme diverse Maßnahmen erforderlich. Dazu gehören unter anderem das fachgerechte Spülen des hydraulischen Systems, die Aufbereitung des Füll- und Ergänzungswassers sowie das Befüllen und die Druckprüfung einschließlich der Entgasung und Reinigung von Schmutzfänger oder Schlammabscheider. Diese Maßnahmen bilden die Grundlage für einen störungsfreien Betrieb.

Druckprüfung und hydraulischer Abgleich

Die Kühl- und Heizkreise sind vor dem Verschließen der Decke (z. B. vor dem Hochklappen von Elementen, vor dem Beplanken mit Gipskarton) durch eine Druckprobe auf Dichtheit zu prüfen. Die Druckprüfung kann mit Luft oder Wasser durchgeführt werden. Der Prüfdruck mit Wasser darf nicht weniger als 4 bar und nicht mehr als 6 bar betragen, bei Luft maximal 3 bar. Abweichende Herstellerangaben beim Prüfdruck sowohl bei Luft und/oder Wasser sind gegebenenfalls zu beachten. Die Durchführung ist zu bestätigen und zu dokumentieren.

Um eine gleichmäßige Durchströmung des Deckensystems zu gewährleisten, ist es erforderlich, einen hydraulischen Abgleich durchzuführen. Gemäß den allgemein anerkannten Regeln der Technik gilt es, die Regulierventile entsprechend einzustellen. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Kühl- und Heizleistung gemäß Montageplanung erbracht wird. Das Vorgehen ist hierbei abhängig von der Auswahl der Ventile (statisch, druckunabhängig) bzw. Reguliereinrichtungen.

Funktionsheizen/-kühlen und Beschichtungsreifheizen

Zur Überprüfung der ordnungsgemäßen hydraulischen Verrohrung und funktionsfähigen Durchströmung der gesamten aktiven Deckenflächen hat außerdem das Funktionsheizen zu erfolgen. Bei nicht reversiblen mineralischen Decken, zum Beispiel Gipskarton, hat dieser Vorgang aus Gründen möglicher Fehlerbehebung vor dem finalen Verschließen (Beplanken und Verspachteln) der Decke zu erfolgen. Bei Deckensystemen mit Verrohrung innerhalb der Gipskartonplatte macht das Funktionsheizen erst nach dem Beplanken Sinn. Dieser Vorgang kann, wie schon erwähnt, durch eine thermografische Begehung ergänzt werden.

Bei einigen Deckenarten, wie etwa Gipskarton- oder Lehmdecken, ist es erforderlich, vor der finalen Beschichtung ein Aufheizprogramm durchzuführen – das sogenannte Beschichtungsreifheizen. Zweck dieses Vorganges ist es, zum einen mögliche Spannungen aus dem System herauszubringen und zum anderen einen zu hohen Feuchtigkeitsanteil (Baufeuchte) aus der Decklage zu entfernen. Hierdurch wird die Möglichkeit einer Rissbildung minimiert. Dieser Vorgang sollte in kleinen Temperatur-Schritten erfolgen und eine Vorlauftemperatur von 40 °C nicht übersteigen. Herstellerspezifische Angaben sind auch hier zu berücksichtigen.

Abnahme und Funktionskontrolle

Die Abnahmeprüfung von Kühl- und Heizdecken erfolgt nach VDI 6031 „Abnahmeprüfung von Raumkühlflächen“. Ziel ist der Nachweis der erbrachten Montageleistungen nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik, einschließlich der Funktionsfähigkeit sämtlicher Bestandteile, im Interesse des Auftraggebers.

Mit der Konformitätsprüfung wird die Übereinstimmung der installierten Konstruktion zur Ausführungsplanung überprüft. Wenn Teile der Kühl- und Heizdecke nach Fertigstellung nur unter erschwerten Bedingungen geprüft werden können, sind stichprobenartige Prüfungen zu vereinbaren, für nicht zugängliche Systemteile ist die planungskonforme Ausführung durch den Errichter zu bestätigen.

Laufender Betrieb und Wartung

Grundsätzlich sind Kühl- und Heizdeckensysteme wartungsfrei. Die hydraulischen Komponenten sollten nach VDMA 24186 („Leistungsprogramm für die Wartung von technischen Anlagen und Ausrüstungen in Gebäuden“) gewartet und die Wasserqualität im laufenden Betrieb nach BTGA-Regel 3.003 („Geschlossene wassergeführte Kalt- bzw. Kühlwasserkreisläufe – zuverlässiger Betrieb unter wassertechnischen Aspekten“) und VDI 2035 Blatt 1 („Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen – Steinbildung und wasserseitige Korrosion“) nachgewiesen werden.

Nach der Übergabe ist für den laufenden Betrieb sowie für die Wartung der Anlagenbetreiber verantwortlich.

Auch während des Betriebs sind die Vorgaben der Hersteller zu Betriebsbedingungen, wie etwa Temperatur und Luftfeuchtigkeit, einzuhalten. Beim Betrieb in Verbindung mit einer maschinellen Lüftung oder einer Fensterlüftung ist die Luftfeuchtigkeit zu kontrollieren. Ungeregelt können sich ansonsten Werte einstellen, welche unterhalb bzw. oberhalb der zulässigen Werte liegen.