So lassen sich modulare Kühldecken einfach planen und montieren

Eine großflächige Verglasung, aber auch Personen, Beleuchtung und elektrische Geräte erhöhen die externen und internen Kühllasten von Gebäuden. Ihr Wärmeeintrag lässt die Temperatur im Gebäude ansteigen und uns im Sommer schwitzen.

Selbst eine externe Beschattung kann oftmals nicht verhindern, dass die Zimmertemperatur in mitteleuropäischen Klimazonen häufig über die Behaglichkeitsgrenze – eine operative Raumtemperatur von 26 °C – ansteigt.

Außer der Bau- und Nutzungsart von Gebäuden beeinflusst jedoch vor allem das Klima die Raumtemperatur. Die jetzt schon spürbaren Auswirkungen des Klimawandels zeigen deutlich, worauf sich Europa zukünftig in den Sommermonaten einstellen muss.

Dem Klimawandel zu begegnen heißt also einerseits, die Erderwärmung zu mildern, und andererseits, mit den Auswirkungen besser zurechtzukommen. Deshalb gewinnt das Thema Kühlung zunehmend an Bedeutung.

Vorgaben zum sommerlichen Wärmeschutz

Das neue Gesetz zur Vereinheitlichung des Energieeinsparrechts für Gebäude (Gebäudeenergiegesetz = GEG) ist am 1. November 2020 in Kraft getreten. Damit führt der Gesetzgeber das Energieeinspargesetz (EnEG), die Energieeinsparverordnung (EnEV) und das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) ohne wesentliche inhaltliche Änderungen in Bezug auf den sommerlichen Wärmeschutz zusammen.

Die bereits aus der EnEV bekannten Forderungen bleiben somit auch zukünftig erhalten: Neubauten müssen einen sommerlichen Wärmeschutz besitzen. Dieser muss nach DIN 4108-2: 2013-02 Abschnitt 8 mit dem Sonneneintragskennwertverfahren oder einer thermischen Gebäudesimulation nachgewiesen werden, die zeigt, dass die Anzahl der Übertemperatur-Gradstunden bei Wohngebäuden nicht über 1.200 und bei Nichtwohngebäuden nicht über 500 liegt.

Strahlungskühldecken schaffen dank relativ hoher Vorlauftemperaturen auf energie­effiziente Art eine passive, stille Kühlung und halten die Temperatur ohne Zugluft im Behaglichkeitsbereich. Systeme wie die fugenlose, modulare Kühldecke Thermatop M von Uponor zeichnen sich darüber hinaus durch vielfältige Gestaltungs- und Anwendungsmöglichkeiten aus.

Die Bauform des wasserbasierten Systems ist flexibel, passt sich schwierigen Raumgeometrien an und bietet Freiheit bei der Raumgestaltung. Die klar definierte Gewerketrennung, der hohe aktive Flächenanteil, die abgestimmten Regelungskomponenten und die Möglichkeit, die einzelnen Module schnell in eine herkömmliche Trockenbau-Unterkonstruktion zu montieren, machen Planung und Installation zudem besonders einfach.

Voraussicht bei der Planung

Soll ein Gebäude mit Kühldecken ausgestattet werden, ist es wichtig, sich von Beginn an nicht nur mit dem Bauwerk an sich, sondern auch mit der künftigen Nutzung auseinanderzusetzen. Denn Konstruktion, Zweck und Nutzungsart eines Gebäudes haben einen entscheidenden Einfluss auf die erforderliche Kühlleistung und die Ausführung einer Heiz-/Kühldecke.

Je nach Nutzung müssen beispielsweise Deckeneinbauten wie Beleuchtungskörper, Luftauslässe oder Sprinkler berücksichtigt werden. Und umso mehr Einbauten es gibt, desto mehr Gewerke sind auch an der Planung und Ausführung beteiligt. Für einen reibungslosen Bauablauf ist es wichtig, dass sich die Verantwortlichen der einzelnen Gewerke früh absprechen, um Schnittstellen und Verantwortlichkeiten zu koordinieren.

Nützliche und praxisgerechte Informationen für eine fachgerechte Planung und Dimensionierung von Raumkühlflächen unterschiedlicher Bauarten unter Berücksichtigung der beteiligten Gewerke enthält die VDI-Richtlinie 6034. Bedacht werden sollte dabei, dass sich die anfangs festgelegten Rahmenbedingungen, wie die Raumaufteilung oder die Raumnutzung, im Laufe eines Gebäudelebens ändern können.

Vorausschauende Planung heißt also, spätere Änderungsmöglichkeiten – wenn möglich – von Beginn an mitzudenken. Sinnvolle Regelzonen und eine möglichst flexible Aufteilung der Heiz-/Kühlkreise bieten beispielsweise später die notwendige Flexibilität.

Generell ist für die Planung der Heiz-/Kühldecke ein Deckenspiegel nötig (Bild 2). Diesen erstellen Architekt und Fachplaner bzw. Fachhandwerker gemeinsam. Dabei berücksichtigen sie neben der Geometrie des Raums auch die Anordnung und Abmessung von Deckeneinbauten sowie erforderliche Revisionsöffnungen für die Heiz-/Kühldeckeninstallation und für Fremdgewerke.

Bei der Kühlleistung genau hinschauen

Die Kühlleistung gibt an, wie viel Wärmeenergie pro Zeiteinheit abgeführt wird. Für Raumkühlflächen wird die Kühlleistung gemäß der VDI-Richtlinie 6034 deklariert. Demnach wird die Kühlleistung für eine Untertemperatur von 8 K angegeben und differenziert zwischen verschiedenen Bezugsflächen.

Die VDI 6034 unterscheidet zwischen aktiver Fläche, Plattenfläche, Installationsfläche und der Raumfläche. Hier sollte man also genau hinschauen – sonst werden schnell Kühlleistungen verglichen, die sich auf ganz unterschiedliche Flächen beziehen.

Entscheidend bei der Auswahl sollte also nicht sein, welches System unter bestimmten Bedingungen wie viel Watt mehr Leistung bringt. Vielmehr sollte im Fokus der Entscheidung stehen, welche Gesamtkühlleistung beim gegebenen Deckenspiegel bezogen auf den gesamten Raum möglich ist.

Schwierigkeiten bei der Umrechnung der Nennwerte betreffen hauptsächlich die Kühlung über Metallkassettendecken. Hier ist die Querleitfähigkeit der Metalldecke zu berücksichtigen. Das Beispiel nach der VDI 6034 macht dies deutlich: Wenn die Nennkühlleistung nach EN 14 240 mit Δθ = 8K mit 500 W angegeben wird und die aktive Fläche 8 m² beträgt, würde die Nennkühlleistung 62,5 W/m² betragen.

Durch den Aufbau des Systems ergäbe sich eine Plattenfläche von z. B. 10,5 m². Damit müssen für die Dimensionierung des Systems dann 62,5 W/m² * 8 m² / 10,5 m² = 47,6 W/m² angesetzt werden. Die tatsächliche Kühlleistung ist also geringer, als die angegebene Nennkühlleistung zunächst vermuten lässt. Bei Raumkühlflächen aus Gipskarton kann die nach VDI 6034 ermittelte Nennkühlleistung hingegen direkt verwendet werden.

Projekte schnell und einfach umsetzen

Das Heiz- und Kühlsystem Thermatop M ist besonders einfach in der Montage. Ein großer Vorteil ist zudem die klare Gewerketrennung zum Trocken- und Akustikbau. Der Installateur befestigt die Heiz- und Kühlelemente an herkömmlichen Unterkonstruktionen, wie sie aus dem Trockenbau bekannt sind.

Die einzelnen Elemente bestehen aus vorgefertigten Mäandern aus Alu-Verbundrohr, die mit Befestigungsschienen fixiert sind. An diesen befinden sich Federbügel, die eine schnelle und werkzeugfreie Montage an den CD-Profilen der Deckenunterkonstruktion ermöglichen, ohne dass ein Verschieben der bauseitigen Unterkonstruktion notwendig wird (Bild 4). Der Installateur hängt die Elemente einfach zwischen die CD-Profile. Anschließend verkleidet der Trockenbauer die Decke genauso wie Decken, die ohne Kühlung konstruiert sind.

Da die gewählten Gipskartonplatten Akustik und Raumklima beeinflussen, sollten sich alle beteiligten Experten vorher über die Anforderungen abstimmen: Lochplatten absorbieren Schall und Thermoplatten beeinflussen die Kühlleistung.

Die Lochplatten der Firma Knauf sind mit dem System Thermatop M kompatibel und zeigen durch das jeweilige Lochmuster ein unterschiedliches Schallabsorptionsverhalten: Die höchsten Schallabsorptionsgrade erzielen Platten mit einem Lochanteil zwischen 10 und 20 %. Nach der Beplankung verarbeitet der Trockenbauer die Decke wie gewohnt.

Hydraulische Verschaltung

Da der Kühlkreis einer Kühldecke aus mehreren Modulen besteht, muss der Installateur die Module untereinander verrohren. Er schaltet die einzelnen Elemente so zusammen, dass – bei einem zuvor durchgeführten hydraulischen Abgleich – die Kälte- oder Wärmeleistung über die thermisch aktive Deckenfläche sicher und gleichmäßig erreicht wird.

Wie er die einzelnen Elemente einer Kühldecke dabei intern hydraulisch verschaltet, hängt von mehreren Faktoren ab: Raumgeometrie, die räumliche Verteilung der thermischen Lasten sowie Art und Ort von Deckeneinbauten spielen genauso eine Rolle wie Volumenströme und maximal zulässige Druckverluste oder das Regelungskonzept.

Gängige Varianten der hydraulischen Verschaltung von Kühldeckenelementen sind die klassische Verrohrung als Zone, nach Tichelmann sowie die Verrohrung über einen Verteiler (wie bei einer Fußbodenheizung) oder als Deckensegel mit Einzelanschluss.

Praxisbeispiel Bürogebäude

Bei dem Projektbeispiel handelt es sich um ein 2019 saniertes Bürogebäude mit zwei Etagen mit jeweils sieben Büros sowie weiteren Sozial- und Aufenthaltsräumen. Entsprechend der Arbeitsstättenrichtlinie sollten die Büros über eine Kühldecke im Sommer auf 26 °C gehalten werden. Die errechnete Kühllastdichte der einzelnen Büros lag zwischen 42 W/m² und 52 W/m². Die Nebenräume sollten eine Grundkühlung von pauschal 30 W/m² erhalten.

Aufgrund der ausreichenden Geschosshöhe wurde eine abgehängte Decke mit CD-60/27-Profilstahlkonstruktion und eine Beplankung mit 10-mm-Gipskartonplatten geplant. Die Abhängehöhe beträgt somit 15 cm. Bild 4 zeigt die Kühl- und Heizleistungswerte unter Normbedingungen und realen Einbaubedingungen. Die Leistung wird dabei in Abhängigkeit der Temperaturdifferenz zwischen der mittleren Wassertemperatur und der Raumtemperatur abgelesen.

Beim Schallschutz war die Schallabsorberklasse C mit dem Schallabsorptionskoeffizienten α_w = 0,55 gefordert. Zur schallschutztechnischen Optimierung sowie zur Minimierung des Leistungsverlustes an den Deckenhohlraum wird dieser zusätzlich mit 20 mm Mineralwollauflage gedämmt. Die Decke erreicht damit eine Schallabsorberklasse von α_w = 0,65. Sie wurde mit den Gipskartonplatten Knauf Cleaneo mit 8/18er-Rundlochung beplankt.

Dieser Beitrag von  Sven Petersen ist zuerst erschienen in SBZ 04/2021. Sven Peters ist Referent Uponor Academy D-A-CH bei der Uponor ­GmbH in 97437 Haßfurt.