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Strahlungsaustausch
im Kühlbetrieb
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Quelle: Arbeitsgemeinschaft
Ziegeldecke im Güteschutz Ziegelmontagebau e. V.
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Aufbau
einer Kühldecke mit PCM |
Quelle: Ilkazell Isoliertechnik GmbH |
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Kühldeckenelement
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Kühlsegel
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Quelle: YIT Germany GmbH
KRANTZ KOMPONENTEN
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Behaglichkeit
bei Deckenkühlung |
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Grundsätzlich
können Kühldecken in Strahlungsdecken und Konvektionsdecken unterteilt werden. Wobei
es auch Systeme gibt, die einen fließenden Übergang
von der reinen Strahlungsdecke zur reinen Konvektionsdecke darstellen. |
Für alle
Deckenkonstruktionen gibt es passende Kühlsysteme aus den
Werkstoffen Stahl, Kupfer, Aluminium oder Kunststoff. Deckenkühlung
kann direkt mit dem Deckenputz an der Rohbetondecke, in Verbindung
mit einer abgehängten Gipskartondecke, als abgehängte
Metallpaneeldecke oder einer offenen Rasterdecke realisiert werden.
Eine verputzte glatte Deckenuntersicht ist ebenso möglich
wie beliebig geometrische Formen bei Metalldecken. Beleuchtung,
Luftdurchlässe usw. lassen sich problemlos in die Decke integrieren. Auch die Bauteilaktivierung kann
als Kühldecke (und Deckenheizung) betrieben werden. |
| Konvektionsdecken |
Bei den Konvektionsdecken
überwiegt der die Übertragung der Wärme durch die
Luftbewegung. Die abgehängte Decke hat Öffnungen, für
die zur Erhöhung der Kühlleistung notwendige Luftzirkulation.
Durch dem Raum zugewandte Rippen kann die Leistung weiter erhöht
werden. |
| Strahlungsdecken |
Strahlungsdecken
haben eine geschlossene Oberfläche. Die Wärmeübertragung
erfolgt vorwiegend durch Strahlung (ca. 60 %). Sie werden als
Putzdecken oder als abgehängte Decken ausgeführt. In
der Regel ist der Platzbedarf nicht größer als der
für die Konstruktion der Decke ohne Kühlung. |
| Kühlflächenanordnung |
Die Kühlelemente
sollten möglichst großflächig auf die ganze Deckenfläche
verteilt werden. Die Beleuchtungseinrichtung, Lautsprecher, Sprinklerdüsen
und das Lüftungssystem haben einen Eifluss auf die Anordnung.
Durch großflächige Anwendungen ergeben sich Vorteile.
Zum einen werden Kühlelemente mit geringerer spezifischer
Kühlleistung eingesetzt oder auf der anderen Seite können
hohe Gesamtkühllasten aufgenommen werden. Außerdem
können die Vorlauftemperaturen höher angesetzt werden
und dadurch Kondensationsrisiken weiter minimiert werden. |
| Behaglichkeit |
Die Kühldecke
bietet gegenüber einer RLT-Anlagen die Vorzüge einer
größeren Behaglichkeit aufgrund mehrerer Faktoren. |
- Die geringeren Zuluftströme,
die jetzt durch den Mindestluftwechsel und nicht durch die Kühllast
bestimmt werden, führen zu geringeren Raumluftgeschwindigkeiten.
- Die empfundene Raumtemperatur
entspricht etwa dem Mittelwert aus mittlerer Raumlufttemperatur
und mittlerer Oberflächentemperatur der Umschließungsfläche.
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Eine Kühldecke
baut ein weitgehend gleichmäßiges vertikales Temperaturprofil
im Raum auf. Bei Kühldecken mit hohem Strahlungsanteil liegt
die empfundene Raumtemperatur um 1,5 - 2 K unterhalb der Raumlufttemperatur,
was sich auf den Komfort positiv auswirkt. Nicht zuletzt gibt
der Mensch seine überschüssige Wärme zu ca. 50
% durch Strahlung auf umliegende Flächen ab. Dadurch kommt
ein Kühldeckensystem auf der Basis der Strahlungskühlung
der physiologischen Wärmeabgabe des Menschen entgegen. |
| Flächenkühlung mit
natürlichen "Kältequellen" |
Flächenkühlungssysteme
arbeiten mitwasserdurchflossenen Rohrregistern, die in den Bauteilflächen
verlegt sind und geben die Wärme indirekt in den Raum ab.
Diese Systeme können zur Kühllastabfuhr sowohl mit einer
Lüftungsanlage alsauch als allein stehendes Kühlsystem
ausgeführt werden. |
| Folgende Bauteilflächen können
zur Kühlung herangezogen werden: |
- Betondecken und -wände mittels Betonkernaktivierung
- Fußbodenflächen
- Wandflächen, die aber nicht durch Einrichtungsgegenstände (z. B. Schränke, Regale, Bilder) abgedeckt werden dürfen. Eine Kondesatbildung aufgrund einer fehlenden Belüftung ist möglich
- Kühldecken und Kühlsegel
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Die Kälte
kann über Erdkollektoren, Wärmesonden oder das Grundwasser
aus Brunnen in das System eingespeist werden. Da nur der geringe
Energiebedarf für die Umwälzpumpen und Förderpumpen
anfällt, sind solche Systeme kostengünstig und energieeffizient. |
Plafotherm®
Heiz- und Kühldeckensegel, Metalldeckensegel - Lindner
Group KG |
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Micronal®
PCM stellt die Grundlage für viele intelligente und energieeffizient
Systemlösungen dar. Ein Beispiel sind die fertig integrierten Kühldeckenelemente der Firma Ilkazell aus Zwickau. Abgeleitet aus der Sandwichtechnologie
(Metalloberfläche / PURHartschaum-Dämmung / Metalloberfläche)
wurden hocheffiziente Kühldeckensegel entwickelt, die im einfachen
Plug-and-Play an bestehende Wasser-Kühlkreisläufe angeschlossen
werden können. Dabei wurde eine Metalloberfläche durch eine PCM Gipsbauplatte ersetzt. Kapillarrohrmatten befinden
sich auf der Rückseite der zum Raum hin orientierten PCM Schicht.
Somit wird Wasser als Wärmeträger verwendet. Man wird hierdurch
unabhängig von Lufttemperaturen und die Entladeleistung steigt
erheblich. Über Strahlungsaustausch mit dem darunter
befindlichen Raum wird überschüssige Wärme entzogen – bei höchstem Komfort. Die Kombination mit PCM in der Decke
eröffnet die Möglichkeit auf regenerative Kälte zurückzugreifen,
die nicht immer dann zur Verfügung steht, wenn die Kühlung
gerade gebraucht wird. Die zeitliche Entkopplung von Wärmeanfall
und Wärmebehandlung wird dabei vom PCM geleistet. |
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Kühldeckenelement
mit PCM-Gipsbauplatte |
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Frei
hängende Kühldecken-Segel / Wärmebild der
aktiven Kühldecke |
Quelle:
Ilkazell Isoliertechnik GmbH |
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Die Kühlelemente sind relativ leicht und können sowohl im Neubau als
auch in der Sanierung eingesetzt werden. Dort können
sie u. U. eine Betonkernaktivierung ersetzen.
Sie können deckenintegriert oder frei hängend
montiert werden. |
Die IR-Thermografie zeigt die Funktion der Kühlflächen.
Ca. 50 W/m² werden dem Raum entzogen. Dies ist ausreichend
für die üblichen Lastfälle in Büroanwendung.
Gerade wenn man in Betracht zieht, dass Energieeffizienz
auch Reduktion von thermischen Lasten mit ins Konzept einschließen
muss, sind bisher übliche 70 W/m² - und mehr -
nicht mehr zeitgemäß. Der Anteil an PCM in den raumseitigen PCM-Gipsbauplatten reicht
theoretisch für 2 Stunden Volllast ohne Kühlungsunterstützung.
Liegt nur eine Teillast an, reicht die Wärmespeicherkapazität
der Kühldecke entsprechend länger. Damit sind
die Ilkazell-Kühldeckenelemente herkömmlichen
Metallkühldecken ohne Speicherfähigkeit deutlich
überlegen – denn diese müssen immer “just-in-time”
kühlen. Selbst eine Art "Notlaufeigenschaft"
im Leichtbau lässt sich realisieren. |
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An vielen Tagen im
Jahr kann die Kühlung damit komplett entfallen, da das PCM die anfallende Wärme aufnimmt und in die Nacht
verschiebt. Die nächtliche automatische Fensteröffnung sorgt dann für eine Entladung des PCM und des
restlichen Gebäudekörpers. Jede kWh, die nicht mit Kühleinrichtungen
behandelt werden muss, ist reale Einsparung und CO2-Reduktion.
Im diesem Fall resultiert ein "vollklimatisiertes" Bürogebäude
mit einem Primärenergieverbrauch von nur 54 kWh/m²a. Ein klarer
Beweis, dass sich integrierte Konzepte schlussendlich rechnen. Quelle: BASF SE |
PCM
zur passiven Klimatisierung
Dieses PCM funktioniert wie ein Wärmespeicher.
Das Speichermaterial besteht aus Salzhydrate,
die im Gegensatz zu Paraffinen nicht brennbar sind. Sie sind somit ideal für den Einsatz in Gebäuden
mit höheren vorbeugenden Brandschutzanforderungen.
Wenn dem Material (Deckenpaneele) Wärme
zugeführt wird, ändert sich bei Erreichen der
Schmelztemperatur der Aggregatzustand von fest zu flüssig.
Im umgekehrten Phasenwechsel wird die
gespeicherte Wärme wieder abgegeben. So lassen sich Temperaturschwankungen glätten und Wärmespitzen verhindern, ohne dass
Energie zum Kühlen eingesetzt werden muss. |
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Quelle:
Dörken GmbH & Co. KG |
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Strahlungsaustausch
im Heizbetrieb
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Quelle: Arbeitsgemeinschaft
Ziegeldecke im Güteschutz Ziegelmontagebau e. V.
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Die Deckenheizung ist in Wohn- und Büroräumen eine Niedertemperatur-Strahlungsheizung,
die ihre Wärme über großflächige
Heizflächen abgibt. Aus wärmephysiologischen
Gründen bleiben die Oberflächentemperaturen
unter 30 °C. Diese Wärmeabgabe erfolgt
dabei überwiegend durch Strahlung und mit einem kleinen
Anteil von Konvektion. Als Wärmeträger wird hauptsächlich Warmwasser genutzt.
Auch die Bauteilaktivierung wird
als Deckenheizung betrieben. |
In Räumen
mit einer Decken- und Fußbodenheizung kann die Raumlufttemperatur bei gleicher Behaglichkeit um 2 - 3 K niedriger
sein, als in Räumen mit herkömmlichen Konvektions-
bzw. Luftheizungen. Hier rechnet man durch die niedrigeren
Transmissionsverluste mit einer Energiekostensenkung um
15 - 20 %. |
Deckenheizungen
in hohen Räumen (z.B. Werkstätten,
Werkhallen, Lagerräume) werden auch mit höheren
Wärmeträgertemperaturen (bis 90 °C)
gefahren. Eine besondere Art von Deckenheizungen sind Infrarot-Strahler,
die mit Gas oder Strom betrieben werden. |
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Nasssysteme |
Die Rohrdeckenheizung ist dadurch gekennzeichnet, dass nahtlose Rohre (Kunststoff, Verbundrohr) in der Decke verlegt werden, wobei wiederum zwei Ausführungsarten
möglich sind: |
Vollbetondecken
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Bei Vollbetondecken oder Decken mit unterm
Tragbeton werden die Rohre direkt in
der Betonschicht eingebettet. Dies ist
die älteste Ausführung (Crittall- Decke).
Bei anderen Deckenkonstruktionen, z.B. Hohlsteindecken,
wird eine besondere, etwa 6 bis 7 cm starke Betonheizdecke aufgehängt, in der die Heizrohre liegen. Auf dieser
Heizdecke liegt dann die eigentliche Tragdecke. In jedem
Fall muß die Verlegung der Heizrohre gleichzeitig
mit der Deckenherstellung erfolgen. Die Heizregister werden
vor der Betonfüllung auf der Holzschalung über
der Stahlbewehrung verlegt, wobei zwischen Schalung und
Rohren durch untergelegte Distanzstücke ein Zwischenraum
von etwa 2 cm bleibt. |
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Heizrohre und Kapillarohrmatten
im Deckenputz
Bei der Verlegung der Heizrohre im Deckenputz wird erst die Decke hergestellt und danach
das Rohrregister an der Decke aufgehängt. Der
Verputz, der dann in mehreren Schichten aufgetragen wird, ist ein
Kalkzementmörtel mit einigen besonderen Beigaben, wie Jutegewebe
u.a. um den unterschiedlichen Wärmeausdehnungszahlen Rechnung
zu tragen. Der Putzträger (Streckmetallgewebe) wird meist unterhalb
der Rohre angebracht. Die gesamte Schicht hat eine Dicke von etwa
5 bis 6 cm.
Besonders einfach wird die Montage der Heizflächen bei Verwendung
von Kupferrohren an Stelle von Stahlrohren. Der Putz besteht dabei
aus Gips mit Kalkzusatz und hat eine Dicke von etwa 3 cm.
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Heiz- und Kühldecken sowie Deckensegel mit Kapillarrohrmatten bieten eine gleichmäßige
Oberflächentemperatur.
Aufgrund des geringen Eigengewichts (gefüllt
500 g/m2) ist die Kapillarrohrmatte in alle Deckenkonstruktionen
einsetzbar. Die Matten sind flexibel und können direkt
auf die Rohdecke oder auf abgehängte Putzträgerplatten
montiert und eingeputzt werden. Die geringe Putz- oder Spachtelschicht
ermöglicht eine Reaktionszeit der Kühldecke von unter
15 Minuten. Die Putzkühldecke oder Deckenheizung eignet
sich für eine angenehme und stille Raumklimatisierung in
jedem Gebäudetyp.
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Quelle:
BeKa Heiz- und Kühlmatten GmbH |
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 Bei der Planung und dem Einbau von Kapillarrohrsystemen (Heizung
und Kühlung) muss besonders auf das richtige
Füllwasser (VE-Wasser, VS-Mittel) und die verwendeten
Bauteile (Pumpen, MAG's, Armaturen, Flexschläuche) geachtet
werden, um eine Verschlammung durch Magnetit und eine Biofilmbildung zu verhindern. So müssen die Anlagen mit einer Systemtrennung und korrosionsbeständigen Bauteilen (Edelstahl, Rotguss, Kunststoff) gebaut werden. Auch die flexiblen
Heizflächenanbindungen sollten aus dem
geeignetem Material bestehen, weil hier immer wieder Undichtigkeitsprobleme
zu beobachten sind.
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| Trockensysteme |
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Quelle: ZENT-FRENGER
Gesellschaft für Gebäudetechnik mbH
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Die Zent-Frenger
Decke verwendet perforierte oder nicht perforierte thermolackierte Aluminiumbleche ohne Gipsplatten von 625 x 625 mm Größe und
0,75 mm Dicke. Die Heizrohre werden unter
der Decke aufgehängt und die Platten dann
von unten mittels Stahlklammern an den Rohren befestigt.
Platten an der Oberseite mit Isoliermatten abgedeckt,
wodurch gleichzeitig eine Schalldämmung erreicht
wird. Ein Teil der Lochung sowie 1,5 mm breiter Schlitze
zwischen den Platten können auch zur Lüftung
verwendet werden. An den Wänden sind besondere Randleisten
erforderlich. Die Heizwassertemperatur ist wie bei Radiatoren.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Anordnung
der Heizregister.
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Eine alternative Ausführung mit 85 mm
breiten Aluminiumstreifen ist eine ballwurffeste Streifendecke.
Verlegebreite 100 mm. Wärmeabgabe dabei jedoch geringer
als die Zent-Frenger Decke. |
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Hohlraumdeckenheizung |
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Hohlraumdeckenheizung
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Quelle: ZENT-FRENGER
Gesellschaft für Gebäudetechnik mbH
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Bei
der Hohlraumdeckenheizung sind die Heizrohre in dem Zwischenraum zwischen Tragdecke und Zwischendecke verlegt. Unterseite
Tragdecke isoliert. Wärmeabgabe von den Heizrohren
durch Strahlung und Konvektion. Heizmittel kann beliebig
warm sein, Warmwasser 90/70 °C, Heißwasser oder
Dampf. Zwischendecke wird als Putzdecke, Plattendecke
oder Metalldecke ausgeführt. Auch Verwendung von
Lochdecken, wobei gleichzeitig Lüftung und Schalldämmung
möglich sind. Vorteilhaft ist die Möglichkeit
nachträglichen Einbaues sowie nachträgliche
Änderungen. |
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Deckenstrahlplatten |
Deckenstrahlplatten sind Raumheizkörper, die waagerecht oder schräg unter der Decke aufgehängt werden und ihre Wärme überwiegend
durch Strahlung abgeben. Die Platten selbst bestehen
meist aus Stahlblechen, an denen die Rohre mittels
Schellen oder durch Schweißung befestigt sind. Die Platten werden
entweder als langgestrecktes Band oder in einzelnen Stücken an
der Decke angeordnet. Die Oberseite ist zur Begrenzung der Wärmeabgabe nach oben meist mit einer Wärmedämmung versehen. |
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Quelle: Zehnder
Group Deutschland GmbH
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Die Decken-Kühl und -Heizplatte besteht aus einem 1 mm
dicken Aluminium-Strahlblech, in dem nahtlose Kupferrohre
(Ø 15 x 1 mm) formschlüssig verpresst sind.
Das Blech umschließt dadurch ca. 85 % des Rohres
und ermöglicht so einen idealen Wärmeübergang.
Die Platten-Oberseite ist mit einer 40 mm dicken Wärmedämmung
ausgelegt. Diese dient der Wärmedämmung und
der Schallabsorption in Verbindung mit einem gelochten
Strahlblech. Seitliche U-Profile steifen die Platte aus,
was die Anzahl der notwendigen Befestigungspunkte reduziert.
Gleichzeitig verfügen sie über Innengewinde
zur Montage der Platte an der Decke. |
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Behaglichkeit (Thermische
Behaglichkeit)
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Für das Wohlbefinden
in Räumen mit Deckenstrahlungsheizung ist die mittlere Oberflächentemperatur
der Deckenheizfläche ein wesentlicher Faktor. Ein Gefühl der
Behaglichkeit liegt meist dann vor, wenn der Heizvorgang vom Raumbenutzer
thermisch nicht wahrgenommen wird. Als ungefähre Richtgröße
ist, dass bei einer Oberflächentemperatur von 30 °C die Wärmeabgabe
etwa 95 W/m2 und bei 40 °C etwa 180 W/m2 beträgt.
Die hierbei zulässige Oberflächentemperatur hängt von
der Deckenhöhe über Kopf eines stehenden Menschen und von
der Einstrahlzahl ab.
Die Luftbewegung im Raum wird von der Deckenstrahlplatte praktisch nicht
beeinflusst, so daß unnötige Staubaufwirbelungen vermieden
werden. Durch die gleichmäßige Erwärmung des Raumes
kommt es nicht zu Zugerscheinungen, was wesentlich zur Steigerung des
Wohlbefindens beiträgt. |
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THERMODYNcool |
Quelle: DIMMOBAU AG |
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Eine Alternative ist der patentiertes Klimabrunnen (Kühlbrunnen).
Das System THERMODYNcool benötigt keine Luft umwälzenden
Klimageräte, um eine Raumluftkühlung und -entfeuchtung zu erreichen. Ein gekühlter Wasserfilm, der über
eine Fläche fließt, steht in direktem Kontakt
mit der Raumluft. Das kühlt sie
erstens ab und senkt zweitens die Strahlung,
die Personen und Gegenstände im Raum erwärmt.
Dabei wird die in der Raumluft enthaltene Flüssigkeit
auskondensiert und kalte, trockene Luft zum
Boden transportiert.
Am unteren Ende des "Kühlbrunnens"
(Klimabrunnen), der ....
> mehr
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