Der Klimawandel hat erhebliche Auswirkungen auf die Wahl der Gebäudetemperierung.
Kälte
Neue Kühltechnologie für resilientere Immobilien
Taupunktunabhängige Heiz- und Kühlsegel in der Praxis
Mittwoch, 06.12.2023
In den vergangenen Jahren hat sich das gemittelte Wetter, auch Klima genannt, maßgeblich verändert. Was vor 10 bis 15 Jahren noch als Luxus galt, nämlich eine Kühlung in Gewerbeimmobilien einzubauen, ist heute zum Standard geworden.
Der Klimawandel hat den Kühlbedarf in den letzten Jahren nahezu verdoppelt. Zusätzlich sorgt der vermehrte Einsatz von elektronischen Geräten sowie die verbesserte Gebäudedämmung und hohe Gebäudedichtheit für einen weiteren Bedarf an Kühlung. Im Gegensatz dazu hat sich der Heizenergiebedarf aufgrund der Klimaerwärmung in den letzten zehn Jahren in Deutschland halbiert [1]. Um das Ziel eines klimaneutralen Gebäudebestands bis 2045 [2] zu erreichen, müssen passende Technologien und Systeme entwickelt werden, die eine schnelle, nachhaltige und effiziente Umsetzung im Neubau und insbesondere im Bestand ermöglichen. Dabei sind nicht nur technische Kennwerte zu berücksichtigen, sondern auch Faktoren wie Planung, Betriebssicherheit, Betriebskosten, Prozessketten und Materialeinsatz.
Kühldecken in Kombination mit natürlicher Lüftung
Eine vielversprechende Technologie zur Lösung dieser Herausforderungen sind taupunktunabhängige Heiz- und Kühlsegel. Denn bisher war es schwierig bis unmöglich, eine Kühldecke ohne eine zusätzliche Luftklimatisierung einzusetzen. Als Beispiel sind im Frühsommer 2023 in Berlin Vorlauftemperaturen von weniger als 23 °C für Flächenkühlsysteme mit mechanischer oder Fensterlüftung kaum möglich gewesen. Im Juni und Juli lagen die Taupunkttemperaturen der Außenluft über längere Zeiträume bei 20 bis 21 °C [3]. Mit zwei Kelvin Sicherheitsabstand ist folglich mit keiner Kühlwirkung bei 23 °C im Vorlauf zu rechnen. Mit den taupunktunabhängigen Heiz-/Kühlsegeln lässt sich der Wunsch nach leiser und nachhaltiger Kühlung, einfacher Technik, gutem Raumklima und hoher Wirtschaftlichkeit vereinen.
Die taupunktunabhängigen Heiz-/Kühlsegel wurden vor etwa sieben Jahren am Fraunhofer-Institut für Bauphysik entwickelt, patentiert und auslizensiert [4]. Die Segel verfügen über eine neue, für Wärmestrahlung transparente Membran, die vor der Kühlfläche angebracht ist. Dadurch wird die Wärmestrahlung von der Raumluft getrennt, während die Wärme über den Kaltwasserkreislauf abgeführt wird. Die Taupunktunabhängigkeit ermöglicht den Betrieb der Segel bei Vorlauftemperaturen von bis zu 6 °C. Typische Temperaturen liegen zwischen 8 und 12 °C. Eine Taupunktabschaltung ist nicht erforderlich, da keine Taupunktkondensation am Segel entsteht.
Die Heiz-/Kühlsegel bieten eine hohe Kühlleistung pro Fläche, die bereits ab einer Raumtemperatur von 21 °C mehr als 70 Prozent der Kühlleistung zur Verfügung stellt (230,9 und 162 W/Panel). Dadurch kann die Kälteanlage kleiner dimensioniert werden und es ergibt sich ein ausgeglicheneres Temperaturprofil im Raum [5]. Zusätzlich sind die Segel mit einer „HCL-LED“-Beleuchtung für Arbeitsstätten ausgestattet. Solch ein "Human Centric Lighting” (HCL) stellt in besonderer Weise den Menschen und sein Wohlbefinden in den Mittelpunkt. In diesem Sinne sind die Segel auch akustisch hoch absorbierend ausführbar.
Praxiserfahrungen mit taupunktunabhängigen Kühlsegeln und Fensterlüftung in Büros
Erfahrungen in mehr als 22.000 m2 ausgerüsteten Flächen mit den taupunktunabhängigen Heiz-/Kühlsegeln der „interpanel“ GmbH zeigen ihre Vorteile in verschiedenen Anwendungsbereichen. Ein Beispiel ist das Architekturbüro ABW-Architekten [6] in Düsseldorf, das die Segel vor dem Rekordsommer 2019 installierte. Die Mitarbeiter genießen seither einen hohen Komfort am Arbeitsplatz bei geringen Energie- und Investitionskosten.
Durch einen ganzheitlichen Systemvergleich konnte gezeigt werden, dass die taupunktunabhängigen Heiz-/Kühlsegel gegenüber Lösungen mit Luft-Klimaanlagen und Fußbodenheizungen oder taupunktabhängigen Heiz-/Kühldecken Vorteile in Bezug auf Betriebskosten, Energieeffizienz und Komfortkriterien bieten. Seit 2019 liegen die Energiekosten für die komplette Heizung und Kühlung mit Temperaturen zwischen 22 und 26 °C bei etwa 0,78 €/m2, wobei die Kosten der Kühlung rund 1,38 €/m2 und Jahr betragen. Eine Wartung ist nur für die angeschlossene Luft-Wasser-Wärmepumpe erforderlich.
Praxiserfahrungen mit klimaneutraler Kühlung durch Erdsonden
Ein weiteres Beispiel ist das Nutzen der taupunktunabhängigen Heiz-/Kühlsegel in Kombination mit Erdsonden zur klimaneutralen Kühlung. Zu Spitzenzeiten stehen damit Betriebstemperaturen im üblichen Bereich von 10 bis 12 °C zur Verfügung. Die Energiekosten für die Kühlung reduzieren sich dann auf nahe null. Für das Optimieren des Be-triebs ist der größte Energiespeicher das Gebäude selbst. Beispielhaft lassen sich selbst bei leichter Bauweise auf 100 m2 Fläche bei 4 °C Erwärmung von 21 auf 25 °C bis zu 20 kWh thermische oder äquivalent etwa 7 kWh elektrische Energie zwischenspeichern. Dies lässt sich mit taupunktunabhängigen Kühlsegeln durch die hohe Kühlleistung ab 20 °C auf einfache Weise nutzen.
Fazit
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die taupunktunabhängigen Heiz- und Kühlsegel eine innovative und gleichzeitig bewährte Systemlösung für die Gebäudetemperierung, Beleuchtung und Akustik bieten. Sie ermöglichen die geräuschlose und nachhaltige Kühlung, sind technisch einfach einzusetzen und sorgen für ein angenehmes Raumklima. Mit ihrer hohen Effizienz und Wirtschaftlichkeit tragen sie zur Reduzierung des Energiebedarfs und der Betriebskosten bei. Die Einsatzgebiete umfassen Büro-, und Verwaltungsbauten als auch Restaurants, Industriebereiche, Versammlungsstätten, Open Spaces, Ausstellungsflächen oder Pflegeheime und Kliniken.
Alexander Buff Gründer und Geschäftsführer interpanel GmbH 07613 Crossen alexander.buff@interpanel.com
Literatur
[1] Sinngemäß nach C. Lemaitre, DGNB, in Markus Lanz 13.04.23
[3] https://de.weatherspark.com/h/y/75981/2023/Historisches-Wetter-w%C3%A4hrend-des-Jahres-2023-in-Berlin-Deutschland, www.dwd.de
[5] https://www.interpanel.com/case-study-kuehldecken-mit-fensterlueftung-berlin
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