Die Bauteilaktivierung (BTA), auch thermische Bauteilaktivierung oder thermische Betonkernaktivierung (BKA) genannt, bezeichnet Systeme, die Gebäudemassen zur Temperaturregulierung nutzen. Diese Systeme werden zur Heizung und Kühlung verwendet, indem Rohrleitungen (Kunststoffrohre) als 2- oder 3-Leiter-System in Massivdecken oder Bodenplatte (Schwedenplatte, Thermobodenplatte) und/oder in Massivwänden (Wandbauteilaktivierung) verlegt werden, durch die Wasser als Heiz- bzw. Kühlmedium fließt. Die gesamte durchflossene Massivdecke, -boden bzw. -wand wird dabei als Übertragungs- und Speichermasse thermisch aktiviert. Das System kann als Grundlast oder zur vollen Beheizung und Kühlung eingesetzt werden.


Beispiele für oberflächennahe Bauteilaktivierung
Quelle: Uponor GmbH

Die aktivierten Bauteile nehmen über ihre gesamte Fläche je nach Heiz- oder Kühlfall Wärme auf oder geben sie wieder ab. Durch die vergleichsweise großen Übertragungsflächen können die Systemtemperaturdifferenzen niedrig gefahren werden, sodass das Medium nicht so stark erwärmt werden muss, wie z. B. das Wasser einer herkömmlichen Zentralheizung mit Heizkörpern. Aufgrund dieser geringeren Vorlauftemperaturen können zum Heizen z. B. Wärmepumpen besonders effizient eingesetzt werden. Zum Kühlen eignen sich alternative Energien, wie z. B. die freie Rückkühlung über Erdwärmetauscher, Grundwasserkühlung oder Kaltwassersätze.
Die massiven Bauteile nehmen aber auch die Wärme vom Medium oder von den Räumen auf, diese wird gespeichert und gibt sie zeitversetzt an den Raum oder das Medium weiter. Dadurch kommt es zu einer Phasenverschiebung zwischen der Energieerzeugung und -abgabe. Die Tagesleistungsspitzen werden dadurch abgeflacht, d.h. diese Lastspitzen werden abgesenkt und teilweise verschoben, zu Zeiten, in denen keine Raumnutzung vorliegt. Im Sommer wird z. B. die Nachtabkühlung zur Kühlung des Mediums genutzt und dem Bauteil Wärmeenergie entnommen. Tagsüber werden die Räume durch Wärmefluss in die nun abgekühlten Wände gekühlt. Die Kühlung erfolgt somit bedarfsgerecht am Tage, die maximale Tagestemperatur wird gesenkt und diese tritt zu einem späteren Zeitpunkt auf, also ohne Kühlung. Dadurch ist die thermische Bauteilaktivierung besonders für Bürogebäude geeignet.

Bei der Planung der Bauteilaktivierung ist es wichtig, nicht zu hohe oder zu niedrige Wassertemperaturen vorzusehen bzw. einzustellen. Es könnte infolge der Dynamik zur Überheizung oder Unterkühlung der Räume führen, weil es ein sehr träges Heiz- bzw. Kühlsystem ist.
Bei der Bauteilaktivierung führen die Nutzung erneuerbarer Energiequellen (z. B. Solarenergie, Umweltwärme, Erdwärme) und der Einsatz der Brennwerttechnik oder einer Wärmepumpe zu einer Effizienzsteigerung.


Betonfußboden mit Fugenarten
Quelle: Uponor GmbH

Um eine Scherwirkung auf die Rohre im Bereich der Bewegungsfugen bzw. Dehnungsfugen bei konventionellen Bodenaufbauten zu verhindern, werden die Rohre in Schutzrohre (Rohrschutzhülsen von mindestens 1 m Länge [z. B. Kunstoffrohre, Flexrohre]) verlegt. Hierzu muss bei der Planung ein Fugenplan erstellt und bei der Aufteilung der Heizkreise berücksichtigt werden. Es sollten nur Anbindeleitungen die Bewegungsfugen kreuzen.
Bei Industrieböden sollen Fugen in Betonböden als Scheinfugen oder Pressfugen (Arbeitsfugen)  ausgebildet werden. Aber auch Raumfugen   sind machbar.

Scheinfugen werden nur als Kerbe im oberen Bereich der Betonplatte bei großflächigem Einbau eingeschnitten. Der Kerbschnitt soll um ein Drittel bis ein Viertel die Plattendicke schwächen. Der darunter entstehende Riss ist erwünscht. Werden Scheinfugen vergossen, ist ein Nachschnitt erforderlich. Heizungsrohre, die eine Scheinfuge kreuzen, benötigen keinen besonderen Schutz.
Arbeitsfugen oder "Pressfugen" trennen die Betonplatte in ganzer Dicke voneinander. Sie entstehen beim Herstellen benachbarter Plattenfelder oder -streifen, die in zeitlichem Abstand anbetoniert werden. Ist eine Querkraftübertragung in der Fuge erforderlich, kann diese mit einer Verzahnung (Nut und Feder), gegebenenfalls mit Stahldübeln hergestellt werden. Pressfugendurchquerende Heizungsrohre sind mit Rohrschutzhülsen von mindestens 1 m Länge zu versehen, wenn das Heizungsrohr vor dem Betonieren mechanischen Belastungen ausgesetzt wird (z. B. durch Aufstellen der Schalung auf das Heizungsrohr).
Bei Raumfugen trennen die Betonplatte in ganzer Dicke. Raumfugen ermöglichen bei entsprechender Ausbildung eine Ausdehnung der Platte. Sie sind stets bei Wandanschlüssen, Stützen oder anderen festen Einbauten vorzusehen. Heizungsrohre, die Raumfugen durchqueren, sind auf grund der zu erwartenden mechanischen Belastung im Fugenbereich mit Rohrschutzhülsen von mindestens 1 m Länge zu schützen.
Quelle: Uponor GmbH

Betonoberflächenaktivierung Contec ON - Uponor GmbH


Zur Klimagestaltung von Gebäuden wird das wasserführende Heiz-/Kühlrohrsystem BETONTHERMIX in die Betondecken installiert. Wyrich-Energie entwickelte diese neuartige Fertigteilelementdecke mit einer geringen Höhe von nur 6 cm. BETONTHERMIX wird hierbei werkseitig direkt unter der Unterbewehrung angebracht und gewährleistet somit eine effektive Betonkernaktivierung.


Thermische Aktivierung von Speichermassen mittels Heiz- bzw. Kühlwasserdurchflossener Rohrsysteme - Betonthermomix
Quelle: WYRICH ENERGIE GmbH

Betondeckenaktivierung in der Fertigteil- und Ortbetondecke

Die Bauteilaktivierung ist aufgrund seiner unübertroffenen Wirtschaftlichkeit und Energieeffizienz mittlerweile im Gewerbebau absoluter Standard. geworden. Nur im Wohnungsbau haben sich die Systeme noch nicht durchgesetzt. Fachleute gehen aber davon aus, dass sich die Bauteilaktivierung zur Temperierung in allen Neubauten (Passivhaus, Niedrigstenergiehaus, Niedrigenergiehaus), die nach der EnEV entsprechend gedämmt werden müssen, in den nächsten Jahrzehnten durchsetzen wird.
                                                                                                                                                   

Schwedenplatte
Eine bekannte Art einer thermischen Bauteilaktivierung ist die wärmegedämmte Bodenplatte (Schwedenplatte, Thermobodenplatte).


Schwedenplatte - Thermobodenplatte

Bodenplatte - erste Dämmlage (Perimeterdämmung)

Fußbodenheizung

Bewehrung

Projekte - Beispiele
Quelle: Schwedenplatte - Randy Sieber

Baubalauf - Schwedenplatte (Thermobodenplatte)

Videos über die Schwedenplatte - Bodenplatte

 

 

 

 

Um einen reibungslosen Bauablauf zu gewährleisten, bietet sich die "Leistung aus einer Hand" an. Die Versorgungsrohre (Abwasserleitungen, Leerrohre DN 110 (Wasser, Gas, Elektro, Telekom) und ein V4A Erdungsband können auch im Vorfeld durch einen örtlichen Tiefbauer eingebracht werden, was aber eine genaue Absprache mit dem Bodenplattenhersteller erfordert. Die Arbeiten an der Erdungsanlage (DIN18014) muss durch eine Elektrofachkraft erfolgen bzw. muss mindestens durch eine solche überwacht und abgenomen werden. Der Hersteller erstellt mittels einem Laser das Feinplanum (ca 5 cm Splitt mit 2 - 5 mm Körnung) erstellt. Um die exakte Verlegung der Kantenelementen zu gewährleisten, wird der Splitt mit Hilfe eines Richtscheides abgezogen. Dabei ist es wichtig, dass der Untergrund eben ist und die vorher festgelegten Höhen eingehalten werden. Die Randelemente werden am Schnurgerüst ausgerichtet.
Die Frostschutzschürze wird nach DIN 1054 umlaufend 80 cm tief mit zertifiziertem Frostschutzmaterial F1 (z.B. Kies, Schotter) ca. 25 cm in der Fläche und 80 cm rundum eingebracht und verdichtet. Der Sockelbereich ist wärmebrückenfrei erstellt.
Die Bodenplatte (30 cm, 40 cm bei einen Passivhaus) wird nach der Statik und den Bauplänen eingemessen und ausgerichtet (Diagonalmaße). Die Ecken und Kantenbalken im XPS/EPS (z. B. Styrodur®) werden je nach Statik eingebracht.
Die erste Perimeterdämmung ([Wärmedämmung erdberührter Bauteile] 10 cm [XPS/EPS], mit Zulassung für den erdberührenden Bereich) wird vollflächig unter der gesamten Bodenplatte verlegt. Danach wird eine selbstklebende Spezialfolie (Abdichtbahn aus Polymerbitumen/Vlies/Alu - Annika) gegen aufsteigendes Wasser und die 2. Lage 10 cm Dämmung (je nach Statik, bei einem Passivhaus 10 cm zusätzlich) aufgebracht.
Die Innenwände werden markiert.
Die Rohre (Metallverbundrohr PE/RT/PE 16 x 2,0) der Fußbodenheizung bzw. Flächenkühlung werden nach der Heizflächenauslegung Raum für Raum und die vorgedämmten Kalt- und Warmwasserleitungen als Ringleitung auf die Dämmung aufgebracht.
Ob zusätzlich eine Wandbauteilaktivierung, eine Regenwassernutzungsanlage, eine Gartenwasserleitung als Direktrohr und Badheizkörperanschlüsse  gewünscht wird/werden, muss vorher abgeklärt werden.
Am Ende wird die Bewehrung, die Bewehrungskörbe im lastabtragenden Bereich, die Baustahlmatten auf Abstandshaltern und der Beton gleichmäßig mit einer Betonpumpe eingebracht, verdichtet und geglättet.

Die Vorteile des Fundaments sind

  •  Wärmegedämmte Bodenplatte mit integrierter Niedertemperatur-Fußbodenheizung
  •  Abwasser- und Trinkwasserleitungen sind bereits in der Bodenplatte integriert
  •  Keine Dehnungsfuge (bei Fliesenbelag sehr wichtig)
  •  Zeiteinsparung beim Weiterbau, da Estrich nicht mehr erforderlich ist
  •  Höchste Genauigkeit durch Lasereinbau
  •  Oberkante Platte ist bereits fertig für den Bodenbelag (Teppich, Parkett, Fliesen etc.)
  •  Keine Nässe- und Schimmelproblematik
  •  U-Wert 0,17 W/m² K (Passivhaus 0,10 W/m² K möglich)
  •  Wahlweise für Massivhaus, Fertighaus, Gewerbe oder Blockhaus bis 2½-geschossig
  •  Hohe Kosten- und Zeiteinsparung beim Weiterbau, Bauzeit der Bodenplatte 2 bis 5 Tage je nach Größe und Form
  •  Statik sowie Heizkreisverteiler, Steuer- und Regulierausrüstung, Stellantriebe sowie Thermostate sind bereits im Grundpreis enthalten

Funktionsheizen - Betonkernaktivierung
Im Rahmen der Funktionsprüfung nach VOB DIN 18380 wird der Heizbeton aufgeheizt. Die Aufheizung dient der wärmetechnischen Funktionskontrolle der Flächenheizung und des Betons. Bei dem späterem Einsatz von Bodenbelägen ist auf den maximal zulässigen Feuchtigkeitsgehalt zu achten, da das erstmalige Aufheizen die Belegreife des Betons nicht unbedingt sicherstellt. Bei Bodenbelägen ist die Belegreife durch die Bodenbelagfirma zu prüfen (z. B. CM-Messung)!
Der frühestmögliche Heizbeginn ist abhängig von der Qualität und Dicke des Betons. Beheizte Betonkonstruktionen sind nach Abschluß der Betonarbeiten bzw. Verschleißschichtverlegung aufzuheizen. Vor dem Aufheizen muß sowohl die Druckpüfung (Dichtheitsprüfung) und die Einregulierung (Hydraulischer Abgleich) erfolgt sein. Bei Betonkonstruktionen mit einer Dicke von 10 - 30 cm darf der Aufheizvorgang frühestens 28 Tage nach Beendigung der Betonarbeiten begonnen werden. Die Abstimmung mit dem Betonhersteller bzw. Statiker ist in jedem fall erforderlich. Grundsätzlich ist daher Rücksprache mit der Betonfachfirma hinsichtlich des Heizbeginns und Aufheizvorganges zu nehmen.
Das Aufheizen erfolgt nach der Freigabe der Betonfläche durch die Bauleitung (üblicherweise nach dem 28. Tag der Betoneinbringung) mit einer Vorlauftemperatur 5 K über der Betontemperatur, die mindestens eine Woche zu halten ist. Danach erfolgt schrittweise die Anhebung der Vorlauftemperatur um 5 K pro Tag bis zur Auslegungstemperatur, die 1 Tag ohne Nachtabsenkung gehalten wird. Anschließend erfolgt die Absenkung der Vorlauftemperatur um 10 K pro Tag. Während und nach dem Aufheizvorgang wird der Betriebszustand dokumentiert (Aufheizprotokoll). Alle Fugen sind auf Funktionsfähigkeit zu überprüfen. Feststoffe sind aus dem Fugenraum zu entfernen. Im Winter darf die Anlage bei Frostgefahr nicht abgeschaltet werden, wenn keine anderen Schutzmaßnahmen vorhanden sind.

Aufheizprotokoll Betonkonstruktion pih
Industrieflächenheizung
- Roth Werke GmbH


Betonthermix-Geo, Vertikalkollektor im Grundwasserbereich
Quelle: WYRICH ENERGIE GmbH

 

Geoaktive Bauteile
In besonders gut gedämmten Häusern reicht die Wärme aus, die man aus einer Kellerwand oder einer Bodenplatte dem Erdreich z. B. mit einer Wärmepumpe entziehen kann, um den notwendigen Wärmedarf des Hauses abzudecken. In den Bauteilen sind Rohrleitungen, wie sie in der Bauteilaktivierung eingesetzt werden, vorhanden.
Geoaktive Kellerwand
Die Energie der Erdwärme nur wenige Meter unter der Erde reicht aus, um ein Einfamilienhaus mit Energie zu versorgen. Diese Energie nutzt ein Doppelwandsystem mit integrierter Dämmung nutzt die außenseitig vorhandene Erdwärme. Der Einsatz ist bei Einfamilienhäusern (Hangseite) und im Tiefgaragenbereich möglich.
Betonthermix-Geoplatte
In der Bodenplatte ist ein geschlossenes Rohrystem, das über dem Grundwasserbereich zum Einsatz kommt. Die Bodenplatte funktioniert als Vertikalkollektor, der in sandigen, wasserführenden Erdschichten die Erdwärme nutzt. Mit dem System kann eine Heizleistung von ca. 2,5 kW entzogen werden.

WYRICH ENERGIE BETONTHERMIX

Wandbauteilaktivierung


KS-QU
ADRO THERM mit aufgesetzter Betondecke
Quelle: KS-QUADRO Bausysteme GmbH / EVOTURA GmbH & Co. KG


Ziegel-Flächenheizungssystem
/ Unitherm Flächenheizung
Quelle: LEIPFINGER-BADER KG / UNIPOR-Ziegel Marketing GmbH

Im Allgemeinen wird bei der Bauteilaktivierung immer von Decken und Fußböden geredet. Damit ist aber nicht die vollständige Gebäudehülle aktiviert. Es fehlen die Wände (Außen- und Innenwände), die auch temperiert sein sollten, um die thermische Behaglichkeit vollständig hinzubekommen.

Im Gegensatz zu den konventionellen Fußboden- und Wandheizungen, bei denen die Heizkreisläufe auf den vorhandenen Fußboden bzw. an der Wand aufgesetzt und gegen die Sohlplatte (Bodenplatte) oder Trenndecke bzw. die Außenwand gedämmt werden, kommen bei der Bauteilaktivierung die Rohre direkt fest umschlossen in die Bauteile. Dies setzt voraus, dass ein formbarer Baustoff (Beton) oder Formsteine (z. B. Kalksandsteine [KS], Poroton, Blähton) verarbeitet wird. Die Wandsysteme können problemlos in die Deckensysteme eingebunden werden.
Wenn die aktivierbare Masse groß genug ausgelegt wird und eine ausreichende Dämmung nach Außen vorhanden ist, dann kann die Heizwassertemperatur sehr niedrig (Wassertemperaturen nahe der Raumtemperatur) gehalten werden. Aufgrund der hohen gespeicherten Energie verliert das Haus nur sehr langsam an Wärme.
Da es in Wohnungen Räume gibt, in denen niedrigeren Raumtemperatur gewünscht werden (z. B. Schlafräume) werden bei Vollheizsystemen verschiedene Heizkreisläufe geplant, dann sind auch Temperaturunterschiede von 1 bis 2 °C möglich. Wenn die Bauteilaktivierung nur zum Temperieren (Grundlast) der Räume geplant ist, dann kann die restliche Heizlast über Heizkörper oder über die kontrollierte Wohnungslüftung (KWL) elektrisch zugeführt werden.

Natürlich können die Wände auch zur Kühlung eingesetzt werden. Dabei fließt dann statt Heizungswasser kaltes Wasser durch das gleiche Rohrsystem.

KS-QUADRO THERM System
EVOTURA Wandflächentemperierungssystem
Ziegel-Flächenheizungssystem / Unitherm Flächenheizung

 

Das Komplettsystem KS-QUADRO THERM (KS-QUADRO E Mauerwerk [Formsteine für die Installation von Elektro- , Kommunikations- und Versorgungsleitungen] und EVOTURA Temperierungsmodule) besteht aus massivem Kalksandstein und einer Heiz- und Kühltechnologie zur Temperierung (Heizen und passives Kühlen) von Wandflächen, das in die aktivierten Decken eingebunden werden kann. Durch die Einbindung der Wände kann die Heizwassertemperatur erheblich gesenkt und wenn eine Klimaanlage vorhanden ist, dann kann diese ebenso kleiner ausgelegt werden.
Die Rohre der EVOTURA Temperierungsmodule werden in das KS-QUADRO E Mauerwerk eingesetzt. Hier  strömt das Heizungs- oder Kühlwasser über das obere Vorlaufrohr des Temperierungsmoduls in das innere Koaxialrohr. Am Wandfuß strömt dieses dann über in das äußere Rohr. Von dort gibt das Heizungs- oder Kühlwasser die eingetragene Energie unmittelbar an die Wand ab und aktiviert deren Speichermasse.

KS-QUADRO E Mauerwerk / EVOTURA Temperierungsmodule
Quelle: KS-QUADRO Bausysteme GmbH / EVOTURA GmbH & Co. KG

Bei der Planung der Bauteilaktivierung ist es wichtig, nicht zu hohe oder zu niedrige Wassertemperaturen vorzusehen bzw. einzustellen. Es könnte infolge der Dynamik zur Überheizung oder Unterkühlung der Räume führen, weil es ein sehr träges Heiz- bzw. Kühlsystem ist.
Bei der Bauteilaktivierung führen die Nutzung erneuerbarer Energiequellen (z. B. Solarenergie, Umweltwärme, Erdwärme) und der Einsatz einer Wärmepumpe zu einer Effizienzsteigerung.

Die Bauteilaktivierung ist aufgrund seiner unübertroffenen Wirtschaftlichkeit und Energieeffizienz mittlerweile im Gewerbebau absoluter Standard. geworden. Nur im Wohnungsbau haben sich die Systeme noch nicht durchgesetzt. Fachleute gehen aber davon aus, dass sich die Bauteilaktivierung zur Temperierung in allen Neubauten (Passivhaus, Niedrigstenergiehaus, Niedrigenergiehaus), die nach der EnEV entsprechend gedämmt werden müssen, in den nächsten Jahrzehnten durchsetzen wird.

                                                                                                                                           

Wärmesenke
Eine Wärmesenke ist ein Bauteil, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt und außerdem über eine hohe Wärmekapazität verfügt (angrenzende Medien können feste Gegenstände, Flüssigkeiten oder Gase sein). Diese führen in der Haustechnik zu Wärmeverlusten (höheren Heizwärme- bzw. Kühlbedarf). Nach der DIN V 18599 "Energetische Bewertung von Gebäuden" werden Wärmeverluste als Wärmesenken bezeichnet. Teil 2 "Nutzenergiebedarf für Heizen und Kühlen" unterschiedet zwischen:
- Transmissionswärmesenken
- Lüftungswärmesenken
- Inneren Wärmesenken
- Wärmesenken durch Abstrahlungsverluste
Eine Wärmesenke kann aber auch z. B. in der Elektrotechnik, im Maschinenbau und in thermischen Solaranlagen zu einer gewollten Abführung von Wärme eingesetzt werden, um eine Überhitzung zu ververhindern. Durch eine gute Wärmeleitfähigkeit kann Energie schnell abführt und/oder durch eine hohe Wärmekapazität kann eine relativ konstante Temperatur für einen bestimmten Zeitraum bereitgehalten werden.

                                                                                                                                           
thermische Bauteilaktivierung - Prof. Dr.-Ing. habil. Bernd Glück - 220 Seiten geballte Infos
Heizen und Kühlen am Beispiel der "Betonkernaktivierung" Prof. Dr.-Ing.
Klaus Sommer - FH Köln
Hinweis! Schutzrechtsverletzung: Falls Sie meinen, dass von meiner Website aus Ihre Schutzrechte verletzt werden, bitte ich Sie, zur Vermeidung eines unnötigen Rechtsstreites, mich umgehend bereits im Vorfeld zu kontaktieren, damit zügig Abhilfe geschaffen werden kann. Bitte nehmen Sie zur Kenntnis: Das zeitaufwändigere Einschalten eines Anwaltes zur Erstellung einer für den Diensteanbieter kostenpflichtigen Abmahnung entspricht nicht dessen wirklichen oder mutmaßlichen Willen. Die Kostennote einer anwaltlichen Abmahnung ohne vorhergehende Kontaktaufnahme mit mir wird daher im Sinne der Schadensminderungspflicht als unbegründet zurückgewiesen.
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