Innovationen

Funktionsweise von Heiz- Kühldecken

Kombinierte Heiz-, Kühldecken sind durch einen hydraulischen Kreislauf (reines Wasser oder Wasser/Glykolgemisch) thermisch aktivierte Raumoberflächen. Durch eine Erwärmung oder Abkühlung der raumseitigen Fläche, durch das geheizte oder gekühlte Fluid, wird dem Raum Wärme zu- (Heizen) oder abgeführt (Kühlen).

Als Wärme-, oder Kältequelle sind vielfältige Varianten möglich (z.B. Luft-Wasser Wärmepumpen, Wasser/Wasser Wärmepumpen mit Erdsonden, Solarthermiekollektoren oder andere Heiz-, Kühlsysteme). Kombinationen mit Fotovoltaiksystemen oder thermischen, elektrischen Speichern sind ebenfalls möglich. Die Wärme- und Kältequelle erzeugt die benötigte Leistung zur Erhaltung der Raumtemperatur, indem Sie das durch die Fläche strömende Fluid und die angebundene raumseitige Oberfläche erwärmt oder abkühlt.

Die Wärmeübergabe der Fläche zum Raum basiert auf den grundlegenden Wärmetransportmechanismen: Konvektion, Wärmeleitung und Wärmestrahlung.

In der Praxis werden vorwiegend genutzt:

• Konvektion – die Raumluft wird erwärmt oder abgekühlt wird (wie z.B. bei einem Föhn oder einer Klimaanlage)
• Wärmestrahlung, mit welcher der Wärmeaustausch der Raumoberflächen beeinflusst wird (z.B. heiße Glut am Lagerfeuer, kühler Nachthimmel)

Konvektiv arbeitende Systeme

Heizfall

Konvektiv heizende Systeme finden sich zumeist in älteren Gebäuden, z.B. durch Konvektionsheizkörper mit Lamellen. Diese erwärmen die Raumluft zügig, sodass gefühlt eine schnelle Aufheizung des Raumes möglich ist. Massive Wände, insbesondere mit schlechtem Dämmwert, bleiben aber kalt. Aufgrund der nicht gleichmäßigen Temperaturverteilung kommt es daher oft zu einem unbehaglichen Raumgefühl. Die Wand ist kühl, die Raumluft ist warm und meist auch relativ feucht. Zusätzlich können durch die üblicherweise hohen verwendeten Vorlauftemperaturen höhere Strömungsgeschwindigkeiten der Luft entstehen. Dadurch werden Staub, Pollen und andere Partikel im Raum aufgewirbelt. Der Effekt wird in der Regel durch schlecht gedämmte Wände noch verstärkt.

Kühlfall

Für den Kühlfall arbeiten Luftklimaanlagen nach dem gleichen Prinzip. Durch Ventilatoren wird die Raumluft über einen engmaschigen Wärmetauscher geführt. Damit kühlt sich die Raumluft ab und wird im gleichen Zug auch entfeuchtet. Herausforderungen bei der Abkühlung von Luft sind die engen und zwingend notwendigen Wartungsintervalle der Staub- und Keim sammelnden raumseitigen Wärmetauscher. Durch die für die Wärmeübertragung notwendige Luftströmung treten oft unangenehme Zugluft und nicht nutzbare Raumbereiche auf (z.B. seitlich, oder direkt unter einem Aggregat oder im Strömungsbereich der Auslassdüse). Dies reduziert, insbesondere im Gewerbebau, die real nutzbare Fläche und Flexibilität maßgeblich. Die Zugluft und verwirbelte Keime können krank machen und eine potenzielle Gesundheitsgefahr darstellen. Die zumeist angegebenen Leistungen können oft nur unter maßgeblichen Kompromissen in der Behaglichkeit realisiert werden.

Mit Wärmestrahlung arbeitende Systeme

Heizfall

Als Wärmetransportmechanismus wird der jederzeit wirkende Austausch von Wärmestrahlung genutzt. Jede Oberfläche über dem absoluten Nullpunkt tauscht permanent Energie in Form von Wärmestrahlung mit der Umgebung aus. Luft ist dabei nachezu transparent für Wärmestrahlung. Daher wird im Innenraum durch Wärmestrahlung keine Luft erwärmt oder abgekühlt. Eine z.B. 50 °C warme Wandfläche heizt damit die kühleren Decken und gegenüberliegenden Raumflächen auf. Durch die erwärmten Oberflächen erwärmt sich der Raum gleichmäßig durch die erwärmten Raumoberflächen.

Kühlfall

Im Kühlfall geben die warmen Oberflächen im Raum Wärmestrahlung an die gekühlte Fläche ab. Über den Wasserkreislauf wird die Wärme dann aus dem Raum, bzw. Gebäude abtransportiert. Im Gegensatz zu Klimaanlagen, kühlen Flächenkühlsysteme nahezu ohne Konvektion. Dabei werden ebenfalls die Raumoberflächen, über die Abgabe von Wärmestrahlung an die gekühlte Fläche, abgekühlt. Durch die Abkühlung der einzelnen Raumoberflächen kühlt sich folglich die Luft und damit der gesamte Raum ab.

Flächenkühlsysteme mit Taupunktbegrenzung

Bei bisherigen konventionellen Flächenkühlsystemen kann es im Sommer durch die Taupunkttemperatur der Luft problematisch werden. Insbesondere in Kombination mit natürlicher Lüftung, z.B. über Fenster wird die Taupunkttemperatur der Luft an den Kühlwasser führenden Leitungen schnell erreicht. Dadurch kommt es zur Abschaltung des Systems. Alternativ wird die Wassertemperatur erhöht, was die Kühlleistung im realen Betrieb um bis zu 80 %, oder gänzlich reduziert. Die Taupunkttemperatur der Luft ergibt sich dabei aus der Temperatur und dem Feuchtegehalt der Luft. In der Folge einer Abschaltung mehren sich dann die Nutzerbeschwerden über zu heißes Raumklima und steigende Konzentrationsstörungen.

Durch diesen bisher bestehenden Effekt und das zunehmend wärmer werdende Klima im Sommer wird die Leistung konventioneller Flächenkühlsysteme maßgeblich reduziert. Insbesondere in Verbindung mit natürlicher Lüftung ist die konventionelle Flächenkühlung damit an mehreren Tagen oder sogar Monaten im Jahr ohne Funktion. Die bisher physikalisch unvermeidbare Unterschreitung der Taupunkttemperatur führt an der Kühlfläche und den wasserführenden Rohren zu Tauwasserausfall und langfristig zu Bauschäden.

Durch die in interpanel integrierte Umgehung der Taupunktproblematik, wird so ein hoher Sicherheitsfaktor geschaffen. Dieser lässt eine zuverlässige Abfuhr der Wärme aus dem Raum zu. Auch bei natürlicher Lüftung und im Hochsommer wird so ein angenehmes Raumklima gewährleistet.