Kühl- und Heizstrahlsysteme:

Regelungskonzepte, hydraulische Systeme,Inbetriebnahme und Wartung

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[Abb.1] Schematischer Aufbau einer einfachen

Vorlauftemperaturregelung

[Abb.2] Schematischer Aufbau einer Raumtemperaturregelung

[Abb.3] Ein Feuchtesensor verhindert Kondensatbildung auf gekühlten

Flächen

Regelungskonzepte

Beim Betrieb einer Heiz- bzw. Kühldeckenanlage kommtes sowohl auf wirtschaftliche Gesichtspunkte als auch aufdie Schaffung eines behaglichen Raumklimas an. Dazubedarf es einer auf die gebäudespezifischen Anforderun-gen ausgelegten Regelungsanlage. Das Angebotsspekt-rum reicht dabei von hochkomfortablen und aufwendigenLösungen bis hin zu einfachen und überschaubaren Re-gelungsanlagen, wobei das grundlegende Konzept zurRegelung einer Heiz- bzw. Kühldeckenanlage jedoch im-mer gleich und fabrikatsunabhängig ist.

Was Regelungsanlagen leisten sollten

Gekoppelte Regelungsanlagen für Heiz- und Kühldecken-systeme sollten folgende Anforderungen erfüllen:

� effiziente Energieausnutzung

� leichte Bedienbarkeit

� Gewährleistung der Sollwerte (Temperatur)

� Verhinderung von Kondensatbildung durch Taupunktunterschreitung

� schnelle Reaktion auf geänderte Einflüsse.

Standardausführungen

Vorlauftemperaturregelung (Abb.1):

Die Vorlauftemperaturregelung erfolgt im Normalfall aufder Erzeugerseite, d.h. der kälteren oder wärmeren Seitedes Mediums über ein stetiges Regelventil und hält dieVorlauftemperatur im Kühlbetrieb konstant bei 16 °C. Inca. 97% der jährlichen Kühlzeit liegt sie damit oberhalbder Taupunkttemperatur der Außenluft. Im Heizfall solltedie Vorlauftemperatur 36 °C nicht überschreiten, wobeizusätzlich eine Vorlauftemperaturmaximalbegrenzungintegriert wird.

Standard Raumtemperaturregelung (Abb.2): DieRaumtemperatur wird über einen Raumtemperaturregler mitSollwertsteller erfasst. Dieser fährt je nach Sollwert-abweichung ein in die Raumzuleitung eingebautes Regel-ventil mit Zweipunktantrieb zur Volumenstromanpassung aufoder zu.

Taupunktüberwachung (Abb.3): Zur Vermeidung vonKondensation an den gekühlten Flächen wird an deren käl-tester Stelle ein Rohranlege- oder Deckeneinbau-Feuchte-sensor angebracht. Bei Kondensationsgefahr (Schwitzwas-serbildung) wird dieser entweder direkt über den Taupunkt-regler oder eine Unterstation ein Signal erzeugen. DiesesSchaltsignal kann dann entweder zur Unterbrechung derWasserzirkulation (durch Schließen des zugeordneten Re-gelventils) oder z.B. zur Alarmauslösung eingesetzt werden.

Erweiterungsmöglichkeiten für Temperaturregelanlagen

� Präsenzschalter im Raum: gibt die Kühlung erst beiRaumnutzung frei

� Externe Sollwertänderung der Raumtemperatur z.B. fürNachtabsenkung im Heizbetrieb

� Fensterkontakte als zusätzliche Sicherheitseinrichtungzur Vermeidung von Kondensatbildung durch Abschal-tung des jeweiligen Raumregelkreises bei geöffnetenFenstern.

� Übergeordnete witterungsgeführte Freigabe bzw. Um-schaltung der Anlagensysteme Heizen/Kühlen

� Gleitende Kühldeckenvorlauftemperatur oberhalb derTaupunktemperatur der Außenluft

� Sequenzschaltung zur Vermeidung eines gleichzeitigenKühl- und Heizbetriebs in ein und demselben Raum.

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[Abb.4] Möglichkeiten für die Nutzung regenerativer Energieformen

Hydraulische Systeme

Im Frühjahr oder Herbst kann bei Gebäuden mit großenRaumtiefen im Fassadenbereich Kühlbedarf bestehen,während in der Innenzone geheizt werden muss. Auchbei Gebäuden mit Nord-/Südausrichtung kann es vor-kommen, dass Heiz-und Kühlfall gleichzeitig auftreten.Die Auswahl eines passenden hydraulischen Systems,das die verschiedene Anforderungen schnell und effizientumsetzt, ist daher eine wichtige Voraussetzung für einegut funktionierende Heiz- und Kühldecke.

Wie Kühl- und Heizdeckensysteme geplant werden

Bei der Planung der Kühl- und Heizdeckensysteme vonBohle sollten mehrere Gesichtspunkte berücksichtigt undEntscheidungen getroffen werden, die eine gutfunktionierende Kühl- und Heizdecke ausmachen:

1. Kalt- bzw. Warmwassererzeugung: Einsatz verschiedener Energienutzungskonzepte.

2. Systemtrennung bei Polypropylen-Systemen: Teilung in Primär- und Sekundärsystemen (Abb.6)

3. Anschlussmöglichkeiten im Sekundärnetz: Zwei-, Drei- und Vierleitersystem (Abb.10-12)

4. Ausgleichsleitung für die einfache Anpassung an sich verändernde Raumaufteilungen (Abb.13)

5. Überwachung von Druckverlusten und Volumenströmen (Abb.14)

1. Kalt- bzw. Heizwassererzeugung: Entscheidung füreine saubere Umwelt und ein gutes Gewissen

Durch den Einsatz großer Flächen zur Raumtem-perierung bei Kühl- und Heizstrahlsystemen können dieWassertemperaturen sehr nahe an der Raumtemperaturgehalten werden: zur Kühlung beträgt die Vor-lauftemperatur ca. 16 °C, zur Erwärmung beträgt sie max.36 °C. Damit ist eine wesentliche Voraussetzung für dieVerwendung von regenerativen Energiequellen erfüllt undes sind beispielsweise der Einsatz von Wärmepumpen,Geothermie, Solarthermie, Photovoltaik oder auch freieKühlung bzw. Kombinationen daraus neben denklassischen Heizungs- und Kaltwassergeräten denkbar.

2. Systemtrennung: Ein Plus an Sicherheit undServicefreundlichkeit (Abb.6)

Durch die Verwendung eines Edelstahlplattenwärmetau-schers wird der Primärkreis (Kalt- und Warmwassererzeu-gung) vom Sekundärkreis (Heiz- und Kühldecke) ge-trennt. Diese Entkoppelung erhöht die Betriebssicherheitund erleichtert die Einregulierung der Gesamtanlage. An-dere Verbraucher, wie z.B. eine mechanische Grund-lüftungsanlage zur Aufrechterhaltung der erwünschtenLuftqualität, werden direkt an das Primärsystem ange-schlossen. Eine Verstopfungsgefahr beim Einsatz vonsauerstoffdiffusionsoffenen Kapillarrohrmatten wird damitvermieden. Der Aufwand für eventuell anfallende War-tungs- oder Servicearbeiten reduziert sich deutlich, daPrimär- und Sekundärkreis einzeln gehandhabt werdenkönnen.

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[Abb.5] Kältemaschine für die Kaltwassererzeugung

[Abb.6] Übergabestation für die Systemtrennung

[Abb.7] Anlagenschema mit Heiz- Kühlbetrieb

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[Abb.8] Häufig eingesetzte Regulierventile [Abb.9] Mögliche Komponenten für die Taupunktüberwachung

3. Die Anschlussmöglichkeiten im Sekundärkreis(Abb.10-12)

Zweileitersystem – die Basisvariante (Abb.10): Hierbeierfolgt die Umschaltung zwischen dem Heiz- undKühlbetrieb zentral. Da nur je eine Leitung für den Vor-bzw. Rücklauf zur Verfügung steht, werden diese fürbeide Betriebsarten verwendet. Dies bedingt diesorgfältige Auslegung der Temperaturspreizung zwischenVor- und Rücklauf für Heiz- und Kühlbetrieb. Eingleichzeitiges raum- oder zonenweises Heizen und/oderKühlen ist mit einem Zweileitersystem nicht möglich. Eskommt daher vorrangig in kleineren Objekten zumEinsatz.

Dreileitersystem – der Kompromiss (Abb.11): In Ge-bäuden mit nur geringen Lastunterschieden kann mit demDreileitersystem gleichzeitig geheizt als auch gekühlt wer-den. Auch hier sind gleiche Temperaturspreizungen zwi-schen Vor- und Rücklauf für den Heiz- bzw. Kühlbetriebnötig. Verluste beim Mischen des gemeinsamen Rück-laufs sind zwar vorhanden, jedoch wegen der relativkleinen Temperaturdifferenzen gering. Diese Lösung istgegenüber einem Vierleitersystem kostengünstiger, kannaber nur bei mittleren Lasten verwendet werden.

[Abb.10] Schematische Anschlusszeichnung eines Zweileitersystems

[Abb.11] Schematische Anschlusszeichnung eines Dreileitersystems

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[Abb.13] Schematische Anschlusszeichnung mit einer Ausgleichsleitung

[Abb.14] Schematische Anschlusszeichnung nach dem Tychelmannsystem

Vierleitersystem – der Alleskönner (Abb.12): Sowohlfür den Heiz- als auch den Kühlkreis stehen jeweilsVorlauf und Rücklauf zur Verfügung. Bei größerenGebäuden ist somit ein gleichzeitiges Heizen und Kühlenin einzelnen Räumen bzw. Zonen möglich. Mit einemsolchen System wird häufig der in der Übergangszeitauftretende Fall von gleichzeitigem Heizbetrieb inRäumen mit Nordausrichtung und Kühlbetrieb in Räumenmit Südausrichtung gelöst. Mischungsverluste sind hier-bei ausgeschlossen.

4. Ausgleichsleitung: die vorausschauende Investi-tion (Abb.13): Durch die Installation einer zurVorlaufleitung parallelen Ausgleichsleitung, bei der jeGebäudeachse ein Kugelhahn zwischengeschaltet ist,lassen sich durch einfaches Öffnen oder Schließen derKugelhähne die Raumregelgruppen an eine geänderteRaumaufteilung ohne Umbauarbeiten am hydraulischenVersorgungsnetz anpassen.

5. Kontrolle von Druckverlusten und Volumenströmen(Abb.14): Je nach der Größe der zu temperierenden Räu-me werden die einzelnen Wärmetauscherelemente (Rohr-register) in den Decken zu Wasserkreisen und diesewiederum zu Regelkreisen hydraulisch zusammen ge-fasst. Eine wesentliche Voraussetzung für die gleichmä-ßige Durchströmung der einzelnen Wasserkreise ist dieraumweise Verrohrung nach dem Tychelmannsystem.Druckverluste entstehen sowohl in den Registern alsauch in der raumseitigen Verbindungsleitung und in derRaumregelgruppe. Um ein ausgewogenes Verhältniszwischen Investitionskosten (Rohrleitung, Pumpe) undBetriebskosten (Energieverbrauch) zu gewährleisten,haben sich Druckverluste innerhalb eines Bereichs vonca. 25 kPa bewährt. Rohrleitungsverluste sollen 150Pa/mnicht übersteigen. Die notwendigen Volumenströmewerden im Zuge der Montageplanung ermittelt und richtensich nach den Auslegungsbedingungen, denBelegungsgrad und der spezifischen Leistung gemäßPrüfzeugnis.

[Abb.12] Schematische Anschlusszeichnung eines Vierleitersystems

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[Abb.15] Wärmebildaufnahmen können die ordnungsgemäße Funktion der Kühl-bzw. Heizdecke dokumentieren (hier: Kühlsystem Bohle/GKTL-Cu

Inbetriebnahme und Wartung der Anlage

Nach der Installation der Kühl- und Heizdeckenanlage solltenfolgende Arbeitsschritte ausgeführt werden, um das Systemsicher in Betrieb nehmen zu können:� Gewährleistung der Dichtigkeit der hydraulischen Anlage� kontrollierte Wasserverteilung entsprechend den

Sollwerten� Nachweis der zugesicherten Eigenschaften der Anlage� Erhalt des Sollzustandes der technischen Anlagen.

Wie die Anlage überprüft und abgenommen wird

1. Durchführung von Druckproben2. Spülen der Anlage3. Einregulierung der Wasservolumenströme4. Funktions-/Abnahmeprüfung aller Komponenten der

Anlage5. Wartung in periodischen Zeitabständen sowie bei Bedarf

1. Druckprüfungen

Generell werden zwei zeitlich voneinander getrennte Druck-proben durchgeführt:� Vorprüfung mit Druckluft oder Wasser bis zu 10 bar� Hauptprüfung mit Wasser bis zu 10 bar

Die Druckprüfung erfolgt in Anlehnung an die DIN 18380

Wichtiger Hinweis : Zur Wahrung der Gewährleistung sinddie Vorschriften der Komponentenhersteller der Anlage,darunter insbesondere die von den Herstellern derPolypropylenmatten und der flexiblen Anschlussschläuche,zu beachten.

2. Spülen der Anlage

Je nach Größe der installierten Anlage kann in Teilab-schnitten erfolgen.

3. Einregulierung

Die Einstellung der Wasservolumenströme erfolgt überdie raum- bzw. zonenweise eingebauten Regulierein-richtungen im Wasserkreislauf. Bei weit verzweigtenAnlagen ist es zweckmäßig, zusätzliche Reguliereinrich-tungen zum Vorabgleich von größeren Teilbereichenvorzusehen. Die Durchführung erfolgt in Anlehnung anDIN 18380.

4. Funktions-/Abnahmeprüfung

Die Funktionsprüfung erfolgt nach der VDI 6031(Abnahmeprüfung von Raumkühlflächen) untersinngemäßer Berücksichtigung der DIN EN 12599 (Prüf-und Messverfahren für die Übergabe eingebauterraumlufttechnischer Anlagen).

5. Wartung

Heiz- und Kühldeckenanlagen haben gegenüber mecha-nischen Raumklimatisierungsanlagen einen wesentlichgeringeren Wartungsaufwand, da keine Reinigungsinter-valle aus Hygienegründen wie bei luftdurchströmten An-lagenkomponenten notwendig sind. Wir empfehlen, dieWartung der Heiz- und Kühldeckenanlagen mindestenseinmal jährlich durchzuführen.

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