Klimadeckensysteme mit thermischer Gebäude-Massenanbindung

Bau energieeffizienter Gebäude

Das thermische Management der Begrenzungen eines Raumes kann eine wichtige Rolle dabei spielen, wie energieeffizient der Betrieb eines Gebäudes ausfällt. Eine Möglichkeit, energieeffiziente Gebäude zu bauen, ist die Verwendung von Materialien mit hoher Baumasse, beispielsweise eine Konstruktion mit Betondecken.

Denken Sie zum Beispiel an Passivhäuser, die in einer sehr kompakten Bauweise errichtet werden, damit das Gebäude niedrige und hohe Temperaturen ausgleichen kann und bei einem Wetterwechsel nicht sofort geheizt oder gekühlt werden muss. Um energieeffiziente Gebäude zu bauen und offenere Grundrisse, mehrere „Hauskörper“ oder Konstruktionen mit großen Fenstern zu realisieren, müssen Baumaterialien mit hoher Wärmekapazität verwendet werden.

Die Wahl der Materialien wirkt sich auf die Fähigkeit eines Gebäudes aus, Energie in seiner Konstruktion und seiner Baumasse zu speichern als auch daraus abzugeben. Ein einfaches Beispiel ist ein Haus in Betonbauweise verglichen mit einem Haus in Holzbauweise, deren Innentemperaturen an einem heißen Sommertag erheblich voneinander abweichen. Das aus Beton gebaute Haus hat eine hohe Wärmekapazität und kann viel Wärmeenergie aufnehmen, was bei Holz nicht der Fall ist.

Energiemassenspeicher

Energie wird abgegeben oder gespeichert, wenn ein Temperaturunterschied zwischen der Betonkonstruktion und dem Innenraum besteht. Ist die Temperatur im Innenraum hoch, puffert der Beton die Raumtemperatur und verringert den Bedarf an Energie aus anderen Quellen, um eine angenehme Raumtemperatur zu gewährleisten.

Sobald sich der Beton erwärmt hat, kann die gespeicherte Energie an den Innenraum abgegeben werden. Allerdings reichen die natürlichen Luftbewegungen in einem Raum nicht aus, um das Energiepotenzial der Konstruktion voll auszuschöpfen. Um den Energieaustausch mit dem Raum zu erhöhen und den Bedarf an zusätzlichen Quellen zu minimieren, muss die Luftbewegung auf der Betonoberfläche erhöht oder der Energieaustausch durch Strahlung vergrößert werden. Außerdem kann der Masse mithilfe hydronischer Lösungen für die Betonaktivierung oder mit Innenraum-Wärmetauschern Energie entzogen werden.

Wärmekapazität

Alle Körper haben eine bestimmte thermische Trägheit oder Wärmekapazität. Neben dem Wärmekoeffizienten* (c) eines jeden Stoffes oder Stoffgemisches setzt sich der Grad der Umwandlung von Energie (Q) in Wärme (T) auch aus der Masse (m) eines Körpers zusammen. Aus der Gleichung wird deutlich, dass sich Körper mit hoher Masse trotz gleicher Energiezufuhr weniger stark erwärmen als solche mit geringer Masse.

Die Masse der heutigen Gebäude nimmt stetig zu, um kurze Hitzeperioden oder Kälteeinbrüche ausgleichen zu können, ohne dass eine zusätzliche Raumklimatisierung oder die Verwendung zusätzlicher Energiequellen erforderlich ist. Sehr solide gebaute Gebäude halten üblicherweise trotz jahreszeitlicher Schwankungen eine stabile Temperatur – denken Sie hier zum Beispiel an alte Kirchen.

An den Raum abgegebene Energie

Weiter oben haben wir erläutert, dass die Energie in der Betonstruktur an die Innenräume abgegeben werden kann, wenn sich die Innentemperatur und die Temperatur des Betons unterscheiden. Umgekehrt ist es wichtig zu wissen, dass ein Teil der Energie in einem Raum von der Betonkonstruktion aufgenommen wird, sobald die Temperatur der Masse höher oder niedriger als die Raumtemperatur ist. Der Anteil der aufgenommen Energie kann durch Vortemperierung des Betons erhöht werden. So kann beispielsweise eine Betondecke nachts gekühlt werden, wenn die Energiekosten niedrig sind oder mit freier Kühlung gekühlt werden kann. Dadurch steigt die Wärmespeicherfähigkeit des Betons am Tag, wenn sich der Innenraum erwärmt.

Dafür darf die Betonkonstruktion jedoch nicht vom Raum entkoppelt werden, z. B. durch Mineralwollmatten an der Decke, da diese die Wirkung des Energiemassenspeichers beeinträchtigen. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass die Raumtemperatur im Laufe des Tages meist innerhalb eines bestimmten Bereichs schwankt, beispielsweise von etwa 20 °C in den ersten Arbeitsstunden bis zu einem Maximum von 25 °C während des Tages. Die Energieaufnahme unterscheidet sich daher im Laufe des Tages.

Mehr über Gebäude-Massenanbindung finden Sie in unserem Wissensdokument:

• Klimadecken mit Gebäude Massenanbindung (über den Link herunterladen)
  – Funktionsprinzipien und Vorteile