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Kühlbetrieb

Flächenheizung/-kühlung

Der Kühlbetrieb einer Flächenheizung/-kühlung verlangt lediglich eine Umschaltung des Wärmestromes von einer Wärmequelle auf eine Wärmesenke, welche in der Lage ist, die aus dem Raum zu führenden Wärmemengen aufzunehmen.

Die Wärmeverteilung wird nicht mit einer Wärmequelle, sondern mit einer Wärmesenke verbunden und in diesem Sinne zu einer „Kälteverteilung“, ebenso wie im Kühlbetrieb der Heizkreisverteiler zum Kühlkreisverteiler wird. Die Wärmesenke kann eine passive, oder eine aktive sein. Dabei sorgen die sehr niedrigen Vorlauftemperaturen von durchschnittlich etwa 18°C für eine entsprechende Untertemperatur der Wärmeverteilschicht zur Raumtemperatur.
Dementsprechend entzieht das Wärmeträgermedium Wasser in den raumflächenintegrierten Systemrohren über die Wärmeverteilschicht dem Raum Wärme, was der Mensch als Kühlung empfindet. Folglich ist der Rücklauf während des Kühlbetriebs höher als der Vorlauf. Um wieder als wirksamer Vorlauf zur Herstellung einer Untertemperatur in die Wärmeverteilschicht geführt zu werden, benötigt das Wasser im Systemrohr eine Wärmesenke, die ein entsprechendes Wärmegefälle aufweist, um die Wärmemengen aus dem Wasser des Rücklaufs aufnehmen zu können.

Die Leistungen der Flächenheizung/-kühlung unterscheiden sich zwischen Heizbetrieb und Kühlbetrieb grundlegend. Beispielsweise sind der Reduzierung der Vorlauftemperatur im Kühlbetrieb bauphysikalische Grenzen gesetzt. Um eine Taupunktunterscheidung im Kühlbetrieb zu vermeiden, darf die Vorlauftemperatur nicht geringer als 16°C ausgelegt werden. Um dies zu gewährleisten ist ein sogenannter Taupunktwächter wesentlicher Systembestandteil für den Kühlbetrieb.

Unabhängig von der Art und Weise der Bereitstellung von Kälte wird auf der Wärmeübergabeseite zwischen Ankühlung und Vollkühlung unterschieden. Die Unterschiede dieser beiden Betriebsweisen der Flächenkühlung zeigen sich im Wesentlichen in ihren Leistungsbereichen und dem daraus resultierendem Kühlkomfort.

Ankühlung

Die Ankühlung ist die erste Kühlleistung, die sich aus der Auslegung nach der Heizlast ergibt. Das heißt die Priorität der Betriebsweise (Auslegung) dieser Anlage liegt im Heizbetrieb und die Ankühlung ist ein systemintegrierter Nebeneffekt, der in Wohngebäuden oft schon ausreicht, um auch an heißen Sommertagen für thermische Behaglichkeit in Wohnräumen zu sorgen.

Da die Kühlleistung des Ankühlbetrieb aus der Auslegung für den Heizbetrieb (DIN EN 12 831) resultiert, ist diese immer niedriger, sowohl als die Heizleistung, als auch die maximal zu erreichende Kühlleistung (Vollkühlung). Die Ankühlung ermöglicht keine konstante Raumtemperatur im Sommer, unabhängig von der Außentemperatur, bewirkt aber dennoch eine der thermischen Behaglichkeit des Menschen entsprechende Temperaturdifferenz zur Außentemperatur. Ebenso kann mit einer Ankühlung dem Aufheizen von Innenräumen entgegengewirkt werden.

Die Auslegung des Ankühlbetrieb erfolgt auf Grundlage der Heizlastberechnung (DIN EN 12 831). Die Planungspriorität liegt im Heizbetrieb.

Vollkühlung

ie Vollkühlung ermöglicht die maximale Kühlleistung einer Flächenkühlung und verfolgt analog zum Heizbetrieb das Ziel, auch in den Sommermonaten eine konstante Raumtemperatur (z.B. 26°C) bereitzustellen. Dementsprechend erfolgt die Auslegung des Vollkühlbetrieb auf Grundlage der Kühllastberechnung (VDI 2078). Das heißt, die Priorität der Auslegung dieser Anlage liegt im Kühlbetrieb.

Um die physikalischen Leistungsunterschiede von Flächenheizung und Flächenkühlung auszugleichen, ist bei der Auslegung als Vollkühlung ein erhöhter Material- und Montageaufwand notwendig. Durch Reduzierung der Verlegeabstände und der daraus resultierenden Erhöhung der Heiz-/Kühlkreise, wird der Masse-Volumenstrom erhöht und die Wärmeübertragungsleistung für den Vollkühlbetrieb entsprechend den Ergebnissen der Kühllastberechnung zu erhöhen.

Dementsprechend ist bei Auslegung für den Vollkühlbetrieb das System für den Heizbetrieb überdimensioniert, was die Möglichkeit eines noch effizienteren Heizbetriebes ermöglicht, wenn die Systemkomponenten, insbesondere der Regelung, entsprechend optimal zusammenspielen. Um eine hohe Vollkühlleistung zu erreichen können auch Flächenkühlsysteme kombiniert werden, z.B. Wandkühlung in Kombination mit einer Deckenkühlung.

Die Auslegung des Vollkühlbetriebes erfolgt auf Grundlage der Kühllastberechnung (VDI 2078). Die Planungspriorität der Auslegung liegt im Kühlbetrieb.

Ankühlung vs. Vollkühlung

Ein Vergleich

Die Unterschiede zwischen Ankühlung und Vollkühlung liegen in den Leistungsbereichen und im Aufwand. Während für die Vollkühlung ein erhöhter Aufwand notwendig ist, beinhaltet die Auslegung einer Flächenheizung/-kühlung für den Heizbetrieb, de facto immer auch eine Ankühlung, die lediglich eine Umschaltung der Wärmeübergabe auf eine Wärmesenke verlangt.

Der Fachbereich Flächenheizung/-kühlung hat im Rahmen einer Projektarbeit für ein modernes Einfamilienhaus (Baujahr 2015) einen bespielhaften Vergleich von Ankühlleistung und Vollkühlleistung erarbeitet. Grundlage waren die Heizlastberechnung nach DIN EN 12 831, sowie die Kühllastberechnung nach VDI 2078.

Aus dieser Untersuchung lässt sich ebenso wie aus diesbezüglichen Praxiserfahrungen ableiten, dass in der Regel bei modernen Wohnhäusern die Ankühlung für den thermischen Komfort im Sommer durchaus ausreichend ist. Bei Nicht-Wohngebäuden wie z.B. Büro- und Verwaltungsgebäuden, ist oft die Vollkühlung notwendig. Grund hierfür sind Unterschiede in den Bauweisen und der Nutzung.

Grundsätzlich müssen bei der Planung der Flächenkühlung, eine klare Absprache und Definition des Kühlbetriebs erfolgen, der gewünscht wird. Dementsprechend erfolgt die Auslegung der Flächenkühlung entweder als Ankühlung gem. Heizlastberechnung, oder die Festlegung der Flächenkühlung als Vollkühlung, gem. Kühllastberechnung.

Wärmesenken

Um einen Kühlbetrieb, egal ob Ankühlung, oder Vollkühlung, zu ermöglichen, muss eine Möglichkeit der Wärmeabgabe an eine Wärmesenke bestehen. Im Kontext der Kältebereitstellung durch Wärmesenken wird zwischen passiver und aktiver Kühlung unterschieden. Damit ist nicht die Betriebsweise, sondern die Art der Bereitstellung gemeint.

Passive Kühlung

Die passive Kühlung nutzt bereits vorhandene Wärmequellenanlagen für erdgekoppelte Wärmepumpen, wie z.B. Erdwärmesondern, oder Grundwasser-Brunnenanlagen, als Wärmesenke.

Für die passive Kühlung ist durch die Nutzung vorhandener (natürliche und unnatürliche) Wärmesenken, keine zusätzliche Primärenergie-Aufwendung notwendig.

Aktive Kühlung

Die aktive Kühlung erzeugt die benötigte Wärmesenke mit technischen Hilfsmitteln, wie z. B.: reversible Wärmepumpen, Kalt-Wassersatz, o. ä. Bei der aktiven Kühlung können auch – analog zur Heizbetrieb - Kälte-Pufferspeicher zum Lastausgleich, oder zur Speicherung von Kälte in das System integriert werden.

Für die aktive Kühlung ist zusätzliche Primärenergie-Aufwendung notwendig.