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Flächenkühlung über die Decke in Wohngebäuden - Teil 2

Deckenflächen sind für die Kühlung von Innenräumen besonders gut geeignet und können für unterschiedliche Leistungsbereiche ausgelegt werden. Der zweite Teil dieser Artikelserie beschäftigt sich mit der praktischen Umsetzung und setzt dabei einen Schwerpunkt auf die Modernisierung. Er stellt die Bauweisen und -arten von Systemen der Deckenheizung/kühlung vor und zeigt die Unterschiede in der Montage und im Bauablauf.

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Die Kühlung unter die Decke bringen

Die grundlegende Montagevoraussetzung für die Deckenheizung/-kühlung ist ein stabiler Untergrund für eine ausreichende Befestigung der Systemkomponenten. Dabei muss nicht nur die Leitungsführung entsprechend der Verlegeabstände umgesetzt, sondern auch das Systemrohr entgegen der Schwerkraft eigenstabil angebracht werden. Dies gilt sowohl für die Nass- als auch für die Trockenbauweisen. Weiterhin sind Unterbrechungen der zur Verfügung stehenden Deckenfläche (AF), wie Auslässe für Beleuchtungen, Lüftungsventile oder gestalterische Elemente, zu berücksichtigen. Besonders relevant ist dies für die Auslegung nach Vollkühlung, bei der eine maximale Belegungsdichte erreicht werden muss (siehe Teil 1).

Im Gegensatz zur Fußbodenheizung/-kühlung ist an der Decke keine Trittschalldämmung notwendig. Allerdings muss geprüft werden, ob der Wärmeschutz gegenüber unbeheizten Räumen oder der Außenseite (z.B. bei einem Pult- oder Flachdach) ausreicht. Die DIN EN 1264-4 „Raumflächenintegrierte Heiz- und Kühlsysteme“, die sich derzeit in Überarbeitung befindet, nennt hier bislang einen Mindest-Wärmeleitwiderstand R λ, ins von 2,00 (m²K)/W für Außenluft-Auslegungstemperaturen zwischen –5°C und –15°C. Dieser darf für Deckensysteme unter Berücksichtigung des R-Werts des gesamten Deckenaufbaus bestimmt werden. Daraus ergibt sich ein Mindest-Wärmedurchgangskoeffizient U der Decke oberhalb des Heiz-/ Kühlsystems von 0,5 W/(m²K).

 

Bauarten der Deckenheizung/kühlung

Die DIN EN 1264-1 definiert im normativen Anhang verschiedene Bauarten für die Fußbodenheizung/-kühlung, die auch für die Anwendung an Wand und Decke übertragen werden können. Die wichtigste Unterscheidung dieser Ableitung ist hier die Positionierung/Lage der Systemrohre:

  • Bauart A - Die Systemrohre befinden sich innerhalb der Wärmeverteilschicht (im Putz/Estrich)

  • Bauart B - Die Systemrohre befinden sich unterhalb der Wärmeverteilschicht (unterhalb des Estrichs bzw. unterhalb der Trockenbauplatte)

Die Wärmeverteilschicht ist integraler Bestandteil aller Systeme der Flächenheizung/- kühlung. Sie ist nicht nur in der Ausführungsqualität, sondern ebenso für die wirksame Oberflächentemperatur relevant. Bei Putzen für Wand und Decke sind aus diesem Grund analog zu Estrichen entsprechende Kenngrößen (Wärmeleitwiderstand (λ), Rohrüberdeckung usw.) wichtig, um die notwendige Wärmestromdichte (q) als grundlegende Leistungsgröße (in W/m²) einer Flächenheizung/-kühlung zu erreichen.

 

Bauweisen für den Wohnungsbau

Die Flächenheizung/-kühlung für den Wohnungsbau ist immer direkt mit den Bauteilen Boden, Wand oder Decke (Systemaufbau) als Wärmeverteilschicht verbunden. Hier werden zwei grundlegende Bauweisen unterschieden:

  • Nassbauweise (Nasssystem)

  • Trockenbauweise (Trockensysteme)

Während die Nassbauweise vorwiegend im Massivbau (sowie im Neubau) eingesetzt wird, findet die Trockenbauweise im Holzbau die häufigste Anwendung. In der Modernisierung sind Trockensysteme besonders beliebt, da sie weniger Baufeuchte einbringen, keine Trocknungszeiten verlangen und weniger Schmutz verursachen. Die Unterschiede der Bauweisen reichen auch in die Montageabläufe und somit in die Gestaltung des Bauzeitenplanes. Während im üblichen Bauablauf die Fußbodenheizung/- kühlung abschließend hergestellt wird, erfolgt die Montage der Deckenheizung/-kühlung ungleich früher. Die Decke ist in der Regel die erste Fläche, die in einem Raum fertig gestellt wird. Beide Bauweisen existieren analog bei der Wandheizung/-kühlung und sind miteinander verwandt. Das gilt auch für das Material der Wärmeverteilschicht als Putz oder Trockenbauplatte für die Anforderungen Wand und Decke. Der Markt bietet hierfür elegante Aufputzverkleidungen sowie die herkömmlichen Unterputzlösungen.

 

Positionierung des Heizkreisverteilers

Unabhängig von der Bauweise stellt der Etagenverteiler immer die Schnittstelle zur Wärmeverteilung dar. Idealerweise befindet er sich in Deckennähe. In abgehängten Decken kann der Etagenverteiler oft in die Deckenfläche integriert werden. Hierfür eignen sich vor allem zentrale Räume, in denen die Belegungsdichte nicht so hoch ist (z.B. im Flur). So wird auch ein ausgewogenes Maß für die Länge der Anbindeleitungen erreicht. Soll die Deckenfläche vollständig für die Wärmeübergabe genutzt werden oder sind nur geringe Aufbauhöhen möglich, kann der Etagenverteiler auch in Deckennähe an die Wand gesetzt werden. Der Heizkreisverteiler muss immer zugänglich sein und neben der Feineinstellung der Ventile auch eine Absperreinheit nebst Füll-, Spül- und Entlüftungseinrichtung beinhalten. Er ist zudem mit einer Regeleinheit zur Einzelraumregelung ausgestattet, um über die Raumthermostate (Funk oder drahtgebunden) die Stellantriebe der Wärmeübergabekreise anzusteuern. Der hydraulische Abgleich ist im Rahmen der Inbetriebnahme durchzuführen und zu dokumentieren.

 

Die Nassbauweise (Bauart A)

In der Nassbauweise werden die Systemrohre direkt auf der Rohdecke installiert. Als Befestigungsgrundlage dient in der Regel ein Schienensystem. Die maximalen Abstände der parallel verlaufenden Befestigungsschienen dürfen nicht überschritten werden, um ein Durchhängen des Systemrohres zu vermeiden (Herstellerangaben berücksichtigen). Dabei ist auf eine formstabile Verlegung zu achten. Unabhängig vom Putzaufbau muss zudem eine ausreichende und eigenstabile Befestigung der Schienen sichergestellt sein. Vor der Montage der Befestigungsschienen ist der Untergrund zu prüfen und zu klären, ob erst eine Ausgleichsputzschicht erfolgen oder ein Haftgrund aufgebracht werden muss. Wichtig ist die Installation der Systemrohre in waagrechter, horizontaler Ebene, um eine gleichmäßige Putzüberdeckung und Wärmeverteilung zu ermöglichen. Der Aufbau des Systemrohres inklusive Befestigungsschiene beträgt für Wohnbereiche ca. 20 mm zuzüglich Armierung und maximal 10 mm finalem Oberputz. Abhängig vom Systemrohrquerschnitt sind in Nichtwohngebäuden und bei größeren Raumhöhen auch höhere Putzaufbauten möglich. Bei der Nassbauweise wirkt der gesamte Putzaufbau (Unter- und Oberputz) als Wärmeverteilebene (Bauart A). Die Putzarbeiten dürfen erst nach Fertigstellung inklusive durchgeführter Druckprobe (Dokumentation) zur Ausführung freigegeben werden. Der Deckenputz wird in der Regel mit entsprechenden Putzmaschinen angespritzt und auf Rohrüberdeckungsebene abgezogen. Nach dem Einarbeiten des Armierungsgewebes erfolgt der finale Oberputzauftrag sowie die Fertigstellung der Oberfläche und damit auch die Fertigstellung der Deckenheizung/-kühlung. Entsprechend den geläufigen Putzregeln kann bis zu einer Aufbauhöhe <25 mm nur mit einer Putzlage gearbeitet werden. Ab >25 mm ist ein zweilagiger Putzauftrag notwendig.

Ein Vorteil der Nassbauweise ist die hohe Flexibilität bei den Verlegeabständen. Die Befestigungsschienen haben üblicherweise ein Rastermaß von 50 mm und erlauben eine entsprechend abgestufte Rohrführung. Besonders in der Auslegung für den Kühlbetrieb kann auf diese Weise die Ankühlung durch einen engeren Verlegeabstand optimiert werden (siehe Teil 1). Dieser ist ebenfalls für notwendige Randzonen erforderlich.

 

Funktionsheizen der Deckenheizung/-kühlung

Im Gegensatz zur Nassbauweise der Fußbodenheizung/-kühlung ist an Wand- und Deckenflächen kein Belegreifheizen notwendig. Schließlich werden diese Flächen nicht mit einem weiteren (Boden-) Belag versehen. Unabhängig davon verläuft die Trocknung von Putzen allein aufgrund der geringeren Materialmenge deutlich schneller. Natürlich ist aber nach Fertigstellung ein Funktionsheizen zu leisten, welches in Abstimmung mit dem Verputzer/Stuckateur das Trocknen der Putzflächen unterstützen kann. In der Regel werden Deckenflächen nur gestrichen oder tapeziert, was keinen nennenswerten Wärmedurchgangswiderstand darstellt. Sind jedoch anderweitige Oberflächengestaltungen (Verkleidungen etc.) vorgesehen, muss dies in der Auslegung der Wärmestromdichten berücksichtigt werden.

 

Die Trockenbauweisen

Bei der Trockenbauweise wird mit werkseitig vorgefertigten Systemen gearbeitet. Diese gibt es in Modul- und in Registerbauweise. Beide Bauformen unterscheiden sich zwar in Anwendung und Montage, können aber in der Regel sowohl an der Decke als auch an der Wand montiert werden. Die Auswahl wird von den Anforderungen der Auslegung beeinflusst. Erfolgt die Auslegung beispielsweise nach Kühllast (Vollkühlung) muss ein System gewählt werden, mit dem enge Verlegeabstände möglich sind. Hier können beide Bauformen bei verschiedenen Systemherstellern durchaus Unterschiede aufweisen.

 

Modulbauweise (Bauart B)

Die Modulbauweise wurde für die standardisierten Trockenbauanwendung sowie abgehängte Decken entwickelt. Es handelt sich um Trockenbauplatten, in denen Systemrohre zur Wärmeübergabe werkseitig integriert sind und die von ihren Abmessungen den baulichen Rastern des Trockenbaus entsprechen. Auf diese Weise kann die Modulbauweise in Holzkonstruktionen als Decken- bzw. Konterlattungen oder Konstruktionsvollholz-Ständer integriert sowie an C-Profilschienen montiert werden. Die Trockenbau-Deckenprofile ermöglichen das Ausgleichen von Unebenheiten in Deckenflächen. So kann auch im Altbau eine horizontal ausgerichtete Deckenfläche hergestellt werden, die zudem noch heizt und kühlt. Bei der hydraulischen Verbindung (seriell, parallel, nach Tichelmann) sind die Druckverluste zu beachten. In der Regel ist die maximale Anzahl von Modulen pro Wärmeübertragungskreis begrenzt. Auch hierüber informieren die spezifischen Montagehinweise der Systemhersteller.

 

Registerbauweise (Bauart A)

Die Registerbauweise zeichnet sich als Universalsystem für alle drei Anwendungsfälle an Boden, Wand und Decke aus. Sie besteht aus Systemplatten, in welche das Heizungsrohr integriert wird, und die anschließend vollflächig von einer Trockenbauplatte (Gipskarton oder Lehmbauplatte etc.) als Wärmeverteilschicht überdeckt werden. Die Registerplatten beinhalten neben Vertiefungen für das Systemrohr (zum Einklicken) auch Wärmeleitbleche, um die flächenbezogene Wärmeübergabe zu optimieren. Ein Vorteil ist die hohe Belegungsdichte, da die gesamte Fläche genutzt werden kann und auch unterschiedliche Verlegeabstände (ähnlich wie in der Nassbauweise) möglich sind. Für die Registerbauweise ist keine weitere Unterkonstruktion notwendig. Allerdings müssen zwischen den Registerplatten Befestigungsprofile für die abdeckende Trockenbauplatte vorgesehen werden, was einen ebenen Untergrund erfordert. Bei Kreuzung der Befestigungsprofile durch Anbindeleitungen müssen diese Stellen gekennzeichnet werden und der Trockenbauer darauf hingewiesen werden, um Beschädigungen bei der Montage der Trockenbauplatten zu vermeiden. Ein Verlegeplan kann nicht nur in diesem Fall sehr hilfreich sein.

Bei einer Wärmedämmung an der Innenseite der Deckenflächen eignet sich die Registerbauweise besonders gut, da die profilierte Systemplatte schon aus einem Dämmmaterial besteht. Ist hier der Wärmedämmwert nicht ausreichend, kann eine stärker dämmende Systemplatte verwendet werden oder es muss eine zusätzliche Dämmebene eingebracht werden. Wie bei jeder Innendämmung ist auch hier die Nachweisführung des Feuchtetransports (Diffusion) notwendig. Aufgrund der gleichen Bauweise betrifft dies im Übrigen auch die Wandheizung/-kühlung an Außenwänden.

 

Fazit

In der Modernisierung von Gebäuden besitzt die Deckenheizung/-kühlung große Vorteile. Dazu gehören die Effizienzsteigerung durch ein Niedrigtemperatursystem und der Doppelnutzen von Heizen und Kühlen. Zudem wird der nachträgliche Einbau einer Deckenheizung/- kühlung am wenigsten durch bauliche Gegebenheiten beeinflusst, wenn Boden und Wände unverändert bleiben sollen. Ebenso bleiben die Türstockhöhen, Unterbrechungen der Wandflächen oder Stellflächen auf dem Boden unberührt. Soll über das Flächensystem zusätzlich gekühlt werden, so ist die Deckenheizung/- kühlung im Vergleich zu Boden und Wand am besten geeignet.