Deckenstrahlheizung macht Schule

Auch ohne ein Konjunkturpaket II wurden die Kaufmännischen Schulen Tecklenburger Land 2005/06 einer umfassenden Modernisierung unterzogen. Die Gebäude Baujahr 1968 waren zu diesem Zeitpunkt in mehr als nur einem Punkt sanierungsbedürftig. Besonders im Blickpunkt stand die Heizung: Die alte Elektro-FußbodenWiderstandsheizung war träge, schlecht zu regulieren und im Betrieb sehr teuer. Hinzu kam, dass die 1400 Schüler die Beheizung als wenig angenehm empfanden. Beschwerden über zu heiße Füße und ein schlechtes Raumklima waren an der Tagesordnung.

Vortest und Planung

Der Kreis Steinfurt als Träger der Schule initiierte mit einem Beschluss im Mai 2004 die Sanierung des 10-stöckigen Gebäudes. Fast 8000 m² Bruttogeschossfläche sowie ein Nebengebäude sollten während der Ferien 2005 bzw. 2006 auf Vordermann gebracht werden. Schon zu Beginn der Planung stand fest, dass durch die Baumaßnahme der hohe Wärmeverbrauch und die hohen Kosten dauerhaft reduziert werden sollten.

Im Durchschnitt der Jahre 2000 bis 2004 hatte man rund 760000 kWh/a (witterungsbereinigt) für die Beheizung benötigt. Der spezifische Energieverbrauch zur Beheizung betrug 95 kWh/(m² a) bei einer Energiebezugsfläche von 7950 m² Bruttogeschossfläche. Systemgrenze war der Elektrozähler. Die Heizkosten lagen dementsprechend durchschnittlich bei ca. 49800 Euro/a. Für den Heizstrom galt damals ein Tarif von 0,078 Euro/kWh_el (brutto) als gemittelter Preis der realen Verbräuche aus den Jahren 2000 bis 2004.

Gelingen sollte die Absenkung u.a. durch eine Verbesserung des Wärme- und Schallschutzes, etwa durch neue Fenster und durch eine gänzlich andere Art der Beheizung und der Wärmeverteilung. Das Konzept, das in Zusammenarbeit mit den Fachingenieuren und der Fachhochschule Müns­ter, Abteilung Steinfurt, ausgearbeitet wurde, sah den Wechsel von Strom zu Fernwärme vor.

Ein zentraler Aspekt neben der Energieeinsparung war die Verbesserung der Wärmeverteilung in den Räumen. Vor Beginn der Baumaßnahme wurde im Rahmen einer Diplomarbeit die Auswirkung einer Deckenstrahlheizung untersucht. Folgende Gesichtspunkte sollten durch die Machbarkeitsstudie untersucht werden:

• Einsatz von Deckenstrahlheizungen in niedrigen Räumen
• Geringer Abstand der Heizflächen zum Kopf
• Auswirkungen auf die Behaglichkeit
• Dimensionierung der Heizflächen
• Anordnung der Heizflächen

Dazu wurde in den Herbstferien 2004 ein Testraum eingerichtet. Hier konnten die Initiatoren auf umfangreiche Erfahrungen der Best GmbH, Isernhagen, zurückgreifen. Das Unternehmen hat das Prinzip „Wärme von der Decke“ mit seinen Produkten schon in unterschiedlichsten Gebäuden umgesetzt. Die Durchführung der Untersuchung konnte im Winter 2004/05 erfolgen. Über einen Zeitraum von drei Monaten erhielten die Nutzer des Testraums einen Beurteilungsbogen, in dem sie verschiedene Parameter des Testraums bewerteten. So zeigte sich bei der Auswertung der Fragebögen, dass es weder am Kopf zu warm noch an den Füßen zu kalt wurde. Auch das Raumklima beurteilten die Probanden durchweg positiv.

Grundsätzlich wird das Raumklima vor allem durch die Luftfeuchtigkeit, die Lufttemperatur und die Oberflächentemperaturen der Raumumschließungsflächen bestimmt. Auch die Luftbewegung beeinflusst den Grad der subjektiv wahrgenommenen Behaglichkeit. Starke Unterschiede zwischen Oberflächen- und Lufttemperatur rufen Luftbewegungen hervor und lassen auch einen gut geheizten Raum unbehaglich erscheinen.

Die gute Resonanz der Testpersonen konnte mit Messungen untermauert werden. So wurde ermittelt, dass sich die Raumlufttemperatur während der Hauptnutzungszeit (8.00 bis 16.00 Uhr) bei einer Außentemperatur unter 0 °C immer nahe am Sollwert von 20 °C bewegte. Sämtliche Daten und Auswertungen führten zur Entscheidung zugunsten der Deckenstrahlheizung.

Neben dem guten Raumklima lassen sich für ein solches System eine ganze Reihe weiterer Pluspunkte nennen: Niedrige Vorlauftemperaturen, Kombinationsmöglichkeit mit unterschiedlichen Heizsys­temen, bessere Raumakustik (Nachhalldämmung), kaum Staubaufwirbelung aufgrund der geringen Luftbewegung sowie eine gute vertikale Temperaturschichtung. Für eine Schule fallen darüber hinaus noch die Faktoren Langlebigkeit, wartungsfreier Betrieb und leichte Reinigung der Räume ins Gewicht.

Wärme von oben

Alle Klassen- und Versammlungsräume wurden mit Deckenstrahlplatten HKE-CS von Best ausgestattet. HKE steht für Heiz-Kühlelemente, CS für die Ausführung Classic Stripe. Als Breite hat man das Rastermaß von 62,5 cm gewählt, entsprechend der sonstigen Deckenkonstruktion. Die Länge der Elemente wurde den Raumgrößen bzw. den Raumzuschnitten angepasst.

Die Abstände der Heiz-Kühlelemente von der Wand und zueinander werden normalerweise in Abhängigkeit von der Abhängehöhe ermittelt, also dem Abstand der HKE zum Boden. Ziel ist es, eine gleichmäßige Wärmeeinstrahlung zu erhalten und dabei die Behaglichkeitsgrenze zu beachten.

Jeder mit HKE versehene Klassenraum wird einzeln geregelt, als Ausgangswert sind 20 °C angesetzt. Sollte die Außentemperatur auf –12 °C sinken, erreicht die Vorlauftemperatur 55 °C. In Spitzenlastzeiten ließe sich sogar ein Schnellaufheizmodus mit 70 °C fahren, war aber bislang im Gebäude nicht erforderlich. Die gute Regelbarkeit der Deckenstrahlheizung liegt u.a. am geringen Speichervolumen und der kurzen Aufheizzeit, etwa nach einer Temperaturabsenkung oder Stoßlüftung. Wichtig ist, dass der Volumenstrom des Heizkreises konstant bleibt und die Mindestheizmittelströme innerhalb der Elemente eingehalten werden. Als Führungsgröße für die Heizkreistemperatur wird die Außentemperatur angesetzt.

Bisherige Erfahrungen

Zunächst ist positiv festzuhalten, dass die Lärmbelastung im Schulalltag durch den Einbau der Nachhall dämmenden Deckenelemente dauerhaft reduziert wurde. Das lässt sich am Wert 0,62 für die Nachhallzeit ablesen.

Aufgrund der regelmäßigen Erfassung der Verbrauchswerte konnte nachgewiesen werden, dass die erwartete Energieeinsparung erzielt wurde. Beim Vergleich vor und nach der Sanierung erkennt man eine deutliche Reduzierung des Wärmeverbrauchs und der Heizkosten. Ohne Berücksichtigung des Jahres 2005, in das der Beginn der Sanierungsmaßnahme fällt, errechnet sich für die Jahre 2006 bis 2008 ein Durchschnitt von 424000 kWh/a (witterungsbereinigt) bzw. 53 kWh/(m² a). Systemgrenze ist ein Wärmemengenzähler der Nahwärmeversorgung im Gebäude. Das entspricht einer Verringerung von rund 44 % gegen­über dem Durchschnitt der Jahre 2000 bis 2004, der bei 760000 kWh lag.

Die Senkung der Heizkosten fällt noch deutlicher aus. Für 2006 bis 2008 ist lediglich ein Durchschnittswert von rund 18290 Euro/a festzustellen. Das sind nur 37 % des Durchschnitts für die Jahre 2000 bis 2004, als rund 49 800 Euro/a anfielen. Wäre das alte System unverändert geblieben, hätten die Kosten inklusive Tariferhöhungen 2008 bereits 75620 Euro/a betragen, weil der Preis für Elektrospeicherstrom auf 0,0995 Euro/kWh_el gestiegen ist.

Fazit

Effiziente Beheizung, hoher Komfort und gutes Raumklima – diese Ziele wurden bei den Kaufmännischen Schulen Tecklenburger Land erreicht. Einen wesentlichen Anteil daran hat die Deckenstrahlheizung.

Objekt: Kaufmännische Schulen Tecklenburger Land, Ibbenbüren

Bauherr: Kreis Steinfurt, Baudezernat

Forschung: Fachhochschule Münster, Fachbereich 04 Energie/Gebäude/Umwelt

Testphase: Drei Monate im Winter 2004/05

Sanierung: Sommerferien 2005, Osterferien 2006

Kosten: 2,2 Mio. Euro, davon ca. 570800 Euro für Installations- und Sanitärtechnik

Planung: Technisches Gebäudemanagement Kreis Steinfurt

Planung Heiztechnik: Ing.-Büro Ostendorf & Partner, Ibbenbüren

Ausführung: Installationsgesellschaft Dresden, Kamenz

Heizung alt: Elektro-Fußboden-Widerstandsheizung

Heizung neu: Nahwärmekonzept, alle Räume mit Decken­strahlheizung HKE-CS von Best, Isernhagen; ­Treppenhäuser mit Radiatoren

Jedes Element besteht aus Kupferrohren 15 × 1 mm sowie Kopfstücken 28 × 1,5 mm, die in einem patentierten Verfahren in Aluminiumblech 1 mm verpresst sind. Die Rohre verlaufen im Abstand von 100 mm. Die Bauhöhe von 75 mm ergibt sich aus der Aufkantung nach oben und der Doppelkantung nach innen, die zur Längsversteifung und zur Justierung der oberen Wärmedämmung genutzt wird. Als Querstabilisierung sind Profile eingeschweißt, die gleichzeitig als Aufhängeachsen eingesetzt werden können. Die obere Wärmedämmung erfolgt mittels 40 mm Mineralwolle auf Alu-Gitterfolie kaschiert und ist bereits werksseitig eingelegt. Als Deckenbelastung ist mit 11 kg/m² und als Punktlast mit 9 kg zu rechnen. Wasserführung, Blindscheiben zur Umlenkung sowie alle erforderlichen Anschlussstutzen werden objektbezogen angepasst.

Dipl.-Ing., ist Geschäftsführer der Best GmbH, Isernhagen, Telefon (0 51 36) 9 74 69 70, best.bredemann@t-online.de, http://www.best-bredemann.de