16. März 2023

Mit einer Betonkernaktivierung werden die Räume – vor allem in neu errichteten Bürogebäuden und ähnliche Zweckbauten – ganzjährig temperiert. Regenerative Energien lassen sich dabei einbinden
Baustoffe mit hoher Dichte, beispielsweise Beton, können Wärme sehr gut speichern. Damit Technologien wie die Betonkernaktivierung (BKA) diese grundsätzliche Fähigkeit nutzen können, werden Rohrregister mittig in thermoaktive Bauteilelemente wie Zwischengeschoßdecken und Zwischenwände eines Baukörpers eingebracht. „Diese Rohrregister können industriell vorgefertigt werden, was wirtschaftlich vorteilhaft ist“, erläutert Axel Grimm, Geschäftsführer des BVF (Bundesverband Flächenheizungen und Flächenkühlungen e. V.). „Zudem erlauben die ganzjährig niedrigen Systemtemperaturen die Einbindung und optimale Nutzung regenerativer Energieerzeuger wie Wärmepumpensysteme. All das sind vielfältige Gründe, warum diese kostengünstige Technologie zunehmend nachgefragt wird“, fügt Grimm hinzu.

Mit dem Klimawandel und die damit verbundenen stark ansteigenden Temperaturen gerät die Gebäudekühlung vermehrt in den Fokus, wie die im Gebäudeenergiegesetz (GEG) definierten Rahmenbedingungen und formulierten Aussagen unterstreichen. Die Einhaltung der einschlägigen Vorgaben ist seit dem 2. Mai 2021 beim Verkauf oder bei der Neuvermietung von Nichtwohngebäuden (wie Hotels, Bürogebäude oder Gewerbeimmobilien) verpflichtend durch einen Energieausweis zu belegen. Danach müssen Gebäude während der Sommermonate vor Wärme geschützt werden, was sich häufig über außenliegende Verschattungen realisieren lässt. Gestaltet sich die Verschattung in exponierten Lagen im städtischen Bereich jedoch als schwierig, kann mittels einer BKA die Grundlastkühlung abgedeckt werden.

Moderne Klimakonzepte
Mit der (wartungsfreien) Betonkernaktivierung wird Wärme oder Kühle durch den sogenannten Kathedraleffekt in eine Gebäudemasse eingetragen. Dieses Funktionsprinzip geht auf historische Bauten wie Schlösser und Kathedralen zurück, die Wandstärken von 4 bis 5m oder gar stärker aufweisen. Damit bieten die Gebäude eine hohe Speichermasse, weshalb die Temperatur im Gebäudeinneren unabhängig von der Außentemperatur recht konstant bleibt.
Auch die Speicherkapazität eines Bauteils mit Betonkernaktivierung hängt vom Aufbau und der Stärke einer Betonplatte ab, weshalb idealerweise Massivdecken zum Einsatz kommen. Gleichzeitig beeinflusst die thermische Speicherfähigkeit des Baustoffes das Temperaturverhalten erheblich. So ändert sich die Temperatur beim Aufheizen und Abkühlen umso langsamer, je mehr Wärme das Material speichern kann.
Da die Geschoßflächen eines kommerziell genutzten Gebäudes nicht nur einen Bodenbelag, sondern zudem häufig Aufbauten für die IT-Installation enthalten, lässt sich die höchste Leistungsabgabe im Regelfall über die Raumdecke erzielen. Wie bei einer Flächenheizung/-kühlung wird bei der Betonkernaktivierung Wasser als Medium eingesetzt. Dennoch lässt sich die BKA-Technologie nicht mit regelbaren Systemen wie etwa einer Fußbodenheizung vergleichen. Vielmehr bildet hier jede Etage eine abgeschlossene Einheit. Es ist somit enorm wichtig, die Gebäudenutzer über die Funktionsweise der Technologie aufzuklären.

Objektbezogene Energie
„Soll mit der Betonkernaktivierung die gesamte Heiz- und Kühllast abgedeckt werden, ist eine äußerst detaillierte Planung erforderlich“, erläutert Michael Georg, Leiter Produktmanagement und -entwicklung Energieverteilung der Roth Werke GmbH. „Wir arbeiten daher eng mit Planern und Statikern zusammen, wobei die eigentliche Koordination der individuellen Projekte ein Gesamtplaner übernimmt.“ So gilt es, Schnittstellen zwischen Hochbau und Gebäudetechnik bereits während der Gebäudeplanung zu beachten. Zu berücksichtigen sind ferner einzuhaltende Abstände zu den in der tragenden Konstruktion eingelassenen Metallkomponenten (Bewehrungen), Bohrlochtiefen und ein ausreichend breiter Rand, um z.B. Fassadenelemente fixieren zu können. Weitere wichtige Aspekte sind die Höhenlage der Betonkernaktivierung, Verteilerstandorte und die Art der Ausfädelung der Leitungen zu den Verteilern. Außerdem ist es vorteilhaft, die Form der Gebäudenutzung als auch die spätere Einbindung in das Gebäudeenergiekonzept vorab festzulegen.
Mit der Betonkerntemperierung „Isocore Basic“ haben die Roth Werke ein Standardsystem im Programm, bei dem der Verlegeabstand und die Rohrdimension objektspezifisch angepasst werden können. Generell werden die Systemrohre mit 20 mm Durchmesser jedoch mit einem Abstand von 15 cm verlegt, wobei die Höhenlage je nach Deckenstärke zwischen 5 und 15 cm beträgt.

Individuelle Technologien
Damit Systeme zur Betonkernaktivierung im Heiz- oder Kühlfall funktionieren, ist ein Temperaturgefälle zur Umgebungsluft erforderlich. Wird eine Betondecke mit der Betonkernaktivierung beispielsweise auf 22°C ausgerichtet, wird eine Etage gekühlt sobald die Raumtemperatur 22°C übersteigt und aufgeheizt, sobald die Raumtemperatur diesen Wert unterschreitet. Die zur Temperaturregulierung erforderliche Vorlauftemperatur ist dabei gering. „Mithilfe der Baukörpertemperierung lassen sich Raumtemperaturen zwischen 20° und 26°, also Wärmegrade im Behaglichkeitsbereich, erreichen. Die Raumtemperatur kann dabei im Tagesverlauf um 2 bis 3K schwanken“, erläutert Sven Petersen von Uponor.
Die Bauteilaktivierung „Contec“ von Uponor lässt sich als Hochtemperaturkühlung oder Niedrigsttemperaturheizung einstufen. Bei dieser Technologie sind werkseitig auf einer Spezial-Rohrträgermatte im vorgegebenen Abstand das Rohr „Magna Pipe Plus PEXa“ (20 x 2,0 mm) zu befestigen. Die in unterschiedlichen Größen angebotenen Module verfügen über integrierte Anbindeleitungen, über die sie sich an Verteilleitungen oder einen Verteiler anbinden lassen.
Wavin bietet eine oberflächennahe Bauteilaktivierung mit der Bezeichnung „CW-90“ an. Das thermisch aktive Bauteilsystem (TABS) kann direkt auf die Deckenschalung aufgebracht werden. Durch die Nähe zur Deckenoberfläche wird bei diesem System eine vergleichsweise kurze Reaktionszeit erreicht, wobei hohe Heiz- und Kühlleistungen übertragen werden können. Für ein spezifisches Bauvorhaben hat der Hersteller vorgefertigte Module im Abstand von 6 mm zur Deckenoberfläche in einer Wabengitterstruktur verbaut. Die wasserführenden Systemrohre mit einem Durchmesser von 12 mm lassen sich direkt hydraulisch anbinden.

Spezifische Effekte
„Das Regelverhalten einer Betonkernaktivierung entspricht nicht dem einer klassischen Flächenheizung, weshalb die Technologie keine Temperaturspitzen abfangen kann. Das wirkt sich insbesondere dann aus, sobald es zu einem plötzlichen Wetterumschwung mit stark abweichender Außentemperatur kommt“, betont Sven Petersen von Uponor. Überdies kann in den Randzonen eines Gebäudes eine höhere Kühlleistung abzuführen bzw. eine höhere Heizlast zu decken sein. Etwa dann, wenn ein Bauwerk über große Fensterflächen verfügt. Aber auch die im Gebäude anwesende Personen und insbesondere die in Gewerbebauten eingesetzten Technologien wie EDV-Anlagen weisen oftmals sehr hohe interne Wärmelasten auf. Daher kann es sich anbieten, Lastspitzen anhand zusätzlicher Fußboden- oder Wandheizungen abzufangen.
Das bestätigen auch einschlägige Ergebnisse aus Forschungen, die beispielsweise auf dem 2002 im Aachener Ortsteil Laurensberg errichteten Balanced Office Building (BOB) beruhen. Dieses Gebäude setzt bei der Beheizung und Kühlung ausschließlich auf oberflächennahe Geothermie in Verbindung mit Betonkernaktivierung. „Hier hat sich herausgestellt, dass das Bürogebäude BOB ganzjährig interne Lasten benötigt. Stehen diese nur eingeschränkt zur Verfügung, wie das beispielsweise während der Corona-Krise der Fall war, kann sich das negativ auf das Gebäudeklima auswirken“, erklärt Uponor-Experte Sven Petersen und fügt hinzu: „Anhand des nachhaltig optimierten Bürogebäudes konnte eindrücklich aufgezeigt werden, worauf bei der Betonkernaktivierung eines auf Energieeffizienz ausgerichteten Gebäudes im Detail zu achten ist.“

Autorin: Carola Tesche, freie Journalistin