In neuen Ein- und Zweifamilienhäusern ist die Kombination einer Flächenheizung mit einer Wärmepumpe zur Deckung der Heizlast besonders beliebt. Zur Leistungsermittlung der Flächenheizung unter stationären Bedingungen stellt DIN EN 1264-2 [1] eine ausführliche Grundlage dar. Was weniger bekannt ist: Sie gilt ebenfalls für die Kühlung. So kann mit einer umschaltbaren Wärmepumpe bei Berücksichtigung der geeigneten Rohrdimensionen, Verlegeabstände sowie einer fachmännisch geplanten Taupunktüberwachung mit einer Flächentemperierung auch gekühlt werden.
Bei der Berechnung der Kühlleistung mit DIN EN 1264 sind gegenüber dem Heizfall weitere Aspekte, beispielsweise der höhere Volumenstrom und damit ein nicht zu hoher Druckverlust im Kühlfall sowie eine geringere Auslastung unter Berücksichtigung des Gesamtübergangskoeffizienten α zu berücksichtigen. Dieser beträgt im Heizfall 11 W/(m2 k), im Kühlfall aber nur 6 W/(m2 K), weil dann der konvektive Übergang sehr gering ist. Zur Auslegung und Dimensionierung der Flächentemperierung bietet es sich allerdings an, ein Berechnungsprogramm zu benutzen, das Heiz- und Kühlfall normgerecht abbildet, beispielsweise die HSE 4.8 von Uponor. Weil sich die Kühlleistung an der Ventilvoreinstellung des Heizfalls orientiert, muss die Berechnung beider Fälle aufeinander abgestimmt sein. Auslegungsgrundlagen für ein gutes Kühlergebnis sind eine geringe Spreizung sowie eine gleichmäßige Aufteilung kleiner Heizkreise.
Passive Kühlung
Eine ganzjährige thermische Behaglichkeit hat im privaten Wohnungsbau einen hohen Stellenwert, Tendenz deutlich steigend. Das liegt auch daran, dass man bei der Systemkombination Wärmepumpe und Flächentemperierung eine Kühlung ohne großen Aufwand und fast ohne zusätzliche Einbauten realisieren kann. Energetisch besonders vorteilhaft ist es, wenn zum Kühlen geothermische Gegebenheiten genutzt werden können. Ein gutes Beispiel dafür ist der Neubau eines Einfamilienhauses im unterfränkischen Wonfurt (Bild 1).
Hier wird die als Wärmeerzeuger eingesetzte Luft/Wasser-Wärmepumpe in den Sommermonaten nur genutzt, wenn die passive Kühlung über einen Erdwärmeabsorber aus PE-Xa-Rohren nicht mehr möglich ist. Die Rohre sind im Streifenfundament des Neubaus gemäß DVGW Arbeitsblatt W 400-2 [2] integriert. Ein hoher Grundwasserspiegel sorgt dafür, dass das Erdreich auch im Sommer ausreichend feucht ist und eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. So kann ein großer Teil der Kühllast des Gebäudes passiv über die Erdwärmeabsorberleitungen abgeführt werden.
Wird im Kühlfall eine Vorlauftemperatur von 18 °C überschritten, kann über eine Mischschaltung die Wärmpumpe unterstützen (aktive Kühlung). Das geschieht lediglich in sehr langen und trockenen Sommerphasen. Der Erdwärmeabsorber wird aufgrund der frostfreien Einbringung ohne Frostschutzmittel betrieben und konnte durch die zusätzliche Verwendung diffusionsdichter Rohrleitungen ohne Systemtrennung direkt in das Heiz- und Kühlsystem integriert werden.
Kontrollierte Kühlung
In Wonfurt wurde für die Flächentemperierung das Klettsystem von Uponor verwendet. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades bei der Kühlung wurde mit der Rohrdimension 17 mm ein Verlegeabstand von 10 cm und nicht zu große Heiz-/Kühlkreise mit möglichst gleichmäßiger Länge gewählt. In dem Neubau wird so eine Kühlleistung von 30 W/m2 erzielt. Auch in einem heißen Sommer überschreitet damit die Raumtemperatur 26 °C nicht.
Um Feuchteschäden auszuschließen, muss bei der Kühlung über die Flächentemperierung eine Taupunktunterschreitung ausgeschlossen werden. Dazu überwacht ein zentraler Referenzfühler, der zusammen mit einem Raumtemperaturfühler installiert wird, die Raumluftfeuchte. Der in Wonfurt verwendete Regler sorgt unter anderem für die automatische Umschaltung der Raumthermostate vom Heiz- in den Kühlbetrieb. Damit verbunden ist die Taupunktüberwachung: Die Vorlauftemperatur beträgt im Kühlfall ca. 16…18 °C und wird bei geringerer Taupunkttemperatur der Raumluft erhöht.
Ein weiterer relevanter Aspekt ist die Leistungsregelung der Flächentemperierung. Hier muss für den Kühlfall aus hydraulischer und energetischer Sicht eine automatische Regelung vorgenommen werden. Für den Heiz- und Kühlfall ist die Uponor Funk-Einzelraumregelung mit Dynamischem Energie Management (DEM) besonders geeignet: Sie bietet unter anderem den einzigartigen Vorteil eines automatischen hydraulischen Abgleichs [3].
Korrekte Auslegung
Neben den oben genannten Faktoren ist bei einer zur Kühlung verwendeten Flächentemperierung der Wärmeleitwiderstand des Bodenbelags besonders zu beachten. Für eine effiziente Kühlung mit guter Kühlleistung sollte der Wärmeleitwiderstand einen Wert von 0,10 m2 K/W nicht überschreiten. Besonders zu empfehlen sind Fliesen oder Marmor, sie weisen einen Wärmeleitwiderstand von etwa 0,01…0,02 m2 K/W auf. Teppiche haben dagegen einen Wärmeleitwiderstand von bis zu 0,15 m2 K/W und Parkett von bis zu 0,11 m2 K/W. Obligatorisch sollte ein Gesamtkonzept mit gut gedämmter Außenhülle und durchdachter Beschattung sein.
Neben der Möglichkeit der Kühlung über die Flächentemperierung bietet Uponor auch für den privaten Bereich weitere Kühllösungen, beispielsweise für Raumdecken und Wände, an. Auch hierfür sind alle in DIN EN 1264 vorgeschriebenen Maßgaben entsprechend zu berücksichtigen.
Literatur
DIN EN 1264-2 Raumflächenintegrierte Heiz- und Kühlsysteme mit Wasserdurchströmung – Teil 2: Fußbodenheizung: Prüfverfahren für die Bestimmung der Wärmeleistung unter Benutzung von Berechnungsmethoden und experimentellen Methoden, Januar 2009
DVGW-Arbeitsblatt W 400-2 Technische Regeln Wasserverteilungsanlagen (TRWV); Teil 2: Bau und Prüfung, September 2004
Vorländer, Jochen: Dynamisches Energie Management (DEM) – Wärme richtig portioniert. Stuttgart: Gentner Verlag, TGA 11-2009
Klaus Höfte
Dipl.-Ing., ist Referent der Uponor Academy in Ochtrup mit den Themenschwerpunkten Rohrleitungssysteme, Trinkwasserhygiene sowie Flächenheizung und -kühlung. Telefon (0 25 53) 70 99 56, klaus.hoefte@uponor.de, https://www.uponor.com/de-de
