Heizen, Kühlen und Lüften mit Komfort

Im Wohnungsbau spielen Klimakomfort und Energieeffizienz eine wichtige Rolle. Als besonders vorteilhafte Systeme verzeichnen daher sowohl die Flächentemperierung als auch die kontrollierte Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung gegenwärtig hohe Zuwachsraten. Gleichzeitig ergänzen sich die beiden Technologien durch die hohe Behaglichkeit der Flächentemperierung und die kurzen Reaktionszeiten der Wohnraumlüftung optimal.

Vor diesem Hintergrund haben Pluggit und Uponor gemeinsam eine Lösung für die Komforttemperierung im Wohnungsbau entwickelt, die genau diese Vorteile kombiniert und ein zugfreies sowie geräuschloses Heizen, Kühlen und Lüften ermöglicht. Beim „Comfort Air“-System von Uponor dienen in die Klett-Fußbodenheizung integrierte, luftführende Bodenpaneele als Nachheizregister für die Pluggit-Wohnraumlüftung. Auf diese Weise wird ein hoher Klimakomfort bei niedrigen Investitionskosten und einem geringen Energieverbrauch erreicht. Zudem lässt sich die Systemlösung mit nur drei zusätzlichen Komponenten komplett ohne Spezialwerkzeug schnell und einfach installieren (Bild 2).

 

Luftführende Bodenpaneele als Nachheizregister

Der Kern des Systems sind die „Comfort Air“-Bodenpaneele als Schnittstelle zwischen Flächentemperierung und Wohnungslüftung. Ausgangspunkt ist zunächst der Kreuz-Gegenstromwärmetauscher des Pluggit-Komfort-Wohnraumlüftungsgeräts, wo die Außenluft mithilfe der Abluft vorerwärmt bzw. -gekühlt wird. Aufgrund des hohen Wärmerückgewinnungsgrades von bis zu 95 % lassen sich hier im Heizfall bereits Zulufttemperaturen von 18 °C erreichen.

Anschließend wird die vortemperierte Zuluft über die patentierten „PluggFlex“-Kanäle unterhalb der Klett-Fußbodenheizung zum Bodenpaneel geführt. Das Modul dient dann als Nachheizregister, indem es die Luft unterhalb der warmen oder kühlen Estrichfläche entlangführt und deren Temperatur so auf das gewünschte Niveau hebt oder senkt (Bild 3).

 

Hoher Klimakomfort und schnelle Reaktionszeiten

Die Folge ist eine erhebliche Steigerung der Behaglichkeit, weil die Zuluft bereits richtig temperiert eingebracht wird und es so nicht zu unangenehmen Zugerscheinungen kommt. Weiterhin weist das System gerade in der Aufheiz- oder Ankühlphase sehr kurze Reaktionszeiten auf, weil sich ein Teil der Leistung vom Boden auf die Luft verlagert. Die durch das Bodenpaneel strömende Zuluft wird bereits innerhalb weniger Minuten nach der Aktivierung temperiert, da sich die Rohre dicht an der Übertragungsfläche befinden und die vorbeiströmende Zuluft sofort erwärmen bzw. abkühlen (Bild 4).

Auf diese Weise ermöglicht die Kombination aus Flächentemperierung und Wohnraumlüftung eine besonders schnelle Anpassung der Raumtemperaturen auf die Komfortbedürfnisse des Nutzers. Die Temperatureinstellung erfolgt dabei automatisch über die Regelung der Fußbodenheizung, weil die Zuluft direkt über deren Rohre erwärmt oder gekühlt wird. Über die Anzahl der eingesetzten Module lässt sich zudem die Leistung an den jeweiligen Raum anpassen. So kann ein höherer Heiz- oder Kühlbedarf über mehrere in Reihe geschaltete Bodenpaneele abgedeckt werden, während bei einem größeren Luftbedarf eine Parallelschaltung erfolgt.

 

Leistungsvorteile im (An-)Kühlfall

Im Hinblick auf Behaglichkeit und Wohnkomfort ist generell festzustellen, dass der (An‑)Kühlfall im Wohnungsbau zunehmend an Bedeutung gewinnt. So wünschten sich im Rahmen einer im Jahr 2016 durchgeführten Studie der Technischen Universität Dresden ca. 90 % der Teilnehmer eine Möglichkeit zur Kühlung des Schlafzimmers während der Sommermonate. Dem Großteil der Befragten ging es dabei nicht um eine erhebliche Temperaturabsenkung, sondern lediglich um das Ankühlen des Raumes.

Mit einer kontrollierten Wohnraumlüftung allein wäre der Kühlungswunsch der Umfrageteilnehmer nur aufwendig zu realisieren. Vielmehr ist für eine adäquate Lastenabfuhr der zusätzliche Einsatz eines Flächentemperierungssystems erforderlich. Hier zeigt sich der erhebliche Leistungsvorteil der Kombinationslösung von Pluggit und Uponor, bei der allein die Fußbodenkühlung je nach Bodenbelag und Zulufttemperatur Leistungswerte von bis zu 45 W/m² bietet (Bild 5). Hinzu kommt die luftseitige Kühlleistung der Paneele, die pro Raum abhängig ist von der benötigten Luftmenge und Anzahl der eingesetzten Paneele.

 

Zuverlässiger Ausgleich von Temperaturschwankungen

Zugleich eignet sich die Lösung damit optimal für die thermische Optimierung von Gebäuden leichter Bauart, wie etwa Fertighäusern in Holzrahmenbauweise. Über den Tag hinweg treten hier größere Temperaturschwankungen auf, da es den Bauten häufig an Speichermasse fehlt. Dementsprechend kommt es an warmen Tagen häufiger vor, dass sich die Räumlichkeiten von morgens etwa 20 °C auf über 30 °C am Nachmittag erwärmen.

Durch die hohe Gesamtleistung und die kurzen Reaktionszeiten des Systems ist es möglich, diese Temperaturschwankungen deutlich zu verringern. Es werden hier Schwankungswerte erreicht, die in etwa den Standards im Beton-Massivbau entsprechen. Diese Stabilität bei den Raumtemperaturen sorgt für eine deutliche Steigerung des Klimakomforts.

 

Optimale Hygiene und überschaubarer Planungsaufwand

Abseits von Behaglichkeitsaspekten spielt bei Lüftungssystemen das Thema Hygiene eine wichtige Rolle. Gemäß den Anforderungen der DIN 1946-6 können die Lüftungskanäle und die Bodenpaneele von „Comfort Air“ in voller Länge problemlos gereinigt werden. Zudem wurde schon bei der Entwicklung sämtlicher Komponenten auf hygienisch einwandfreie Materialien und eine entsprechend optimierte Konstruktionsweise geachtet.

In der Planung ist „Comfort Air“ zudem mit nur wenig Mehraufwand verbunden, da es sich um die Kombination zweier bekannter und etablierter Systeme handelt. Wie gewohnt werden sowohl die Flächentemperierung als auch die Lüftungsanlage weiter unabhängig voneinander nach den jeweils geltenden Normen ausgelegt. Um darüber hinaus die gewünschte Komfortsteigerung zu erreichen, muss für jeden Zuluftraum die Anzahl der Bodenpaneele ermittelt werden. Das Ziel ist es hierbei, die Zuluft etwa auf Raumtemperaturniveau einzubringen.

Grundsätzlich erfolgt die Auslegung der Zuluftkänale immer auf Basis der Nennlüftung gemäß DIN 1946-6. Beim Uponor-„Comfort Air“-System werden hier ausschließlich „PluggFlex“-Kanäle vom Typ PK 150 verwendet. Diese ermöglichen maximale Volumenströme von bis zu 35 m³/h bei einer Kanallänge von bis zu 6 m bzw. von 20 m³/h bis 25 m³/h bei maximal 15 m Länge. Benötigt ein Raum einen höheren Volumenstrom, wird der Bedarf auf zwei oder mehr parallel liegende Kanäle aufgeteilt. Für eine optimale Behaglichkeit empfehlen sich dabei Luftmengen von 20 bis 30 m³/h. Weit darunter kann die turbulente Luftströmung in den Paneelen nicht mehr aufrechterhalten werden, was sich auf die Leistung der Paneele nachteilig auswirkt.

 

Anzahl der Bodenpaneele bestimmt Komfort

Maßgeblich für den zusätzlichen Klimakomfort ist die Anzahl der in Reihe geschalteten Bodenpaneele. Im Heizfall etwa sollte bei einer Raumtemperatur von 20 °C die Zuluftemperatur im Bereich zwischen 19 und 26 °C liegen. Je nach Leistung der Flächentemperierung und der Wohnungslüftung werden hierfür ein bis zwei Paneele pro Kanal benötigt. Die konkrete Auslegung erfolgt hier über vom Hersteller zur Verfügung gestellte Tabellen (Tabelle 1). Diese basieren auf den Passivhaus-Behaglichkeitskriterien, die durch Wärmerückgewinnung eine minimale Zulufttemperatur des Systems aus dem Wärmetauscher von 16,5 °C bei einer Außentemperatur von –10 °C voraussetzen.

Die wesentlichen Parameter sind hier die Vor- und Rücklauftemperaturen der Flächentemperierung, die Raumtemperatur sowie der Verlegeabstand des Klettrohrs. Letzterer sollte im Bereich des Paneels 10 bis 15 cm betragen, wobei für die (An‑)Kühlung generell 10 cm im Bereich der Paneele vorzusehen sind. Die Anzahl der benötigten Paneele für jeden Kanal lässt sich dann einfach auf Basis des Zuluftvolumenstroms sowie der gewünschten Einblastemperatur ablesen.

In der Regel lassen sich die meisten Komfortbedürfnisse mit ein bis zwei Bodenpaneelen pro Zuluftkanal erfüllen. Nur in Ausnahmefällen sind drei Module notwendig. Aufgrund der höheren Druckverluste sollte dann auch auf eine kürzere Anbindung über die Luftkanäle geachtet werden. Grundsätzlich halten sich die Druckverluste mit 3 bis 7 Pa pro Paneel (abhängig vom Volumenstrom) allerdings in Grenzen. Damit entspricht jedes 1,2 m lange Paneel etwa 2 m „PluggFlex“-Kanal. Im Gegenzug haben die Bodenpaneele und das Kanalsystem jedoch auch eine schalldämmende Wirkung. In der Folge kann in den meisten Anwendungsfällen auf Telefonieschalldämpfer verzichtet werden, so dass die Druckverluste des Gesamtsystems nur wenig höher ausfallen.

 

Auslegungsbeispiel: Etagenwohnung

In einer 70 m² großen Neubauwohnung für zwei Personen sind mit Wohnzimmer, Büro und Schlafzimmer drei Zulufträume vorgesehen, die mit „Comfort Air“-Bodenpaneelen ausgestattet werden sollen. Die Diele funktioniert als Überstrombereich, während die Abluft in Küche, Bad und WC abgesaugt wird (Bild 6). Die Berechnung der Nennlüftung nach DIN 1946-6 ergibt für die Wohnung einen Luftvolumenstrom von 105 m³/h. Dieser wird gemäß den in der Norm genannten Anforderungen aufgeteilt (Tabelle 2).

Um im optimalen Behaglichkeitsbereich zu bleiben und die Luftverteilung in den Kanälen möglichst gleich zu halten, werden die Zuluftströme im Wohn- und Schlafzimmer auf zwei Stränge mit jeweils 20 m³/h aufgeteilt. Insgesamt werden die drei Räume also über fünf Luftkanäle versorgt. Zudem wird die Wohnung über eine Wärmepumpe (35/28 °C) beheizt, während der Verlegeabstand der Klett-Fußbodenheizung 15 cm betragen soll.

Auf Basis dieser Angaben kann nun die Anzahl der Bodenpaneele mithilfe der Auslegungstabelle bestimmt werden. So werden im Wohn- und Arbeitszimmer jeweils zwei Paneele in Reihe geschaltet, um dort über die erhöhte Zulufttemperatur eine größere Behaglichkeit sicherzustellen. Im normalerweise weniger stark beheizten Schlafzimmer genügt hingegen ein Paneel pro Kanal, um die Luft auf Raumtemperatur einzubringen. Es ergeben sich die in Tabelle 3 dargestellten Auslegungswerte.

 

Quellen

[1] Wagnitz, Matthias: Ausrichtung der Heizungs-, Klima- und Lüftungstechnik an den Bedürfnissen der Nutzer im Wohnungsbau (Heizen 2020), Diss., Technische Universität Dresden 2016 [2] DIN 1946-6:2009-05: Raumlufttechnik – Teil 6: Lüftung von Wohnungen – Allgemeine Anforderungen, Anforderungen zur Bemessung, Ausführung und Kennzeichnung, Übergabe/Übernahme (Abnahme) und Instandhaltung [3] Pluggit GmbH: Technisches Handbuch 2016/V01 07.2016