Deckenstrahlheizung mit Wärmepumpen

Kompakt informieren

• Die Ausstellungspavillons im Freilichtmuseum Kommern werden nach einer grundlegenden Modernisierung mit Deckenstrahlplatten beheizt.
• Durch ihre Auslegung auf 45/35 °C war die Kombination mit Sole/Wasser-Wärmepumpen möglich.
• Im Sommer können die Pavillons über die Erdsonden mit minimalem Energieeinsatz „frei“ gekühlt werden. Gleichzeitig wird dadurch die Regeneration des Erdreichs gefördert.

Im Freilichtmuseum Kommern lässt sich erleben, wie seit dem Ende des 15. Jahrhunderts im Rheinland und im nördlichen Rheinland-Pfalz gelebt und gearbeitet wurde. Träger des Museums ist der Landschaftsverband Rheinland LVR, der seit der Eröffnung 1961 den steten Ausbau begleitet. Auf dem 95 ha großen Gelände befinden sich derzeit 65 historische Gebäude, darunter Bauernhöfe, Werkstätten, Schul- und Backhaus.

Neben Ausstattungsgegenständen für die Gebäude trägt das Museum auch Sachgüter der rheinischen Volkskultur zusammen. Schon 1967 wurde eine erste Ausstellungshalle errichtet. Zehn Jahre später erweiterte man den Ausstellungsbereich um drei große Pavillons Abb. 1. Sie verfügen jeweils über eine Grundfläche von ca. 20 × 20 m und kommen mit einer Höhe von rund 6,40 m jeweils auf ein umbautes Raumvolumen von 2560 m³. Sie sind dem Gelände folgend versetzt angeordnet, aber durch kurze Gänge miteinander verbunden.

Nun wurde der gesamte Komplex von Grund auf saniert. Der 1970er-Jahre-Schick in Braun wich dabei ebenso wie die veraltete Haustechnik. Nach der Entkernung blieb nur das Holzgerüst der Bauten stehen. Die Einfachverglasung wich einer Dreifachverglasung; eine Öffnung Richtung Innenhof in Pavillon 1 war dabei leicht umzusetzen. Mit innen liegenden Schiebeelementen lassen sich die Räume bei Bedarf verdunkeln, etwa zum Schutz wertvoller Objekte. Auch der Fliesenboden wurde entfernt, auf der neuen Dämmschicht liegt jetzt ein geöltes Stabparkett. Alle hölzernen Bauteile wurden mit einem hellen Deckanstrich versehen, der die Schadstoffe aus der früheren Holzbehandlung bindet. Die Dächer wurden als Gründächer ausgebildet und mit einer 30 cm dicken Polystyroldämmung versehen. Aufgrund statischer Erfordernisse wurde eine leichte Schüttung verwendet.

Haustechnik komplett erneuert

Im haustechnischen Modernisierungsprogramm wurden eine automatische Beschattung, neue Elektroleitungen, eine zeitgemäße Wärmeerzeugung und -übergabe sowie zwei Lifter für barrierefreie Zugänge realisiert. Die Projektleitung des LVR-Gebäude- und Liegenschaftsmanagements: „Die Energieversorgung hatte das Ende ihrer wirtschaftlichen Lebensdauer erreicht beziehungsweise schon überschritten. Sie war äußerst ineffizient und verursachte hohe Kosten.“ Die Beheizung der Pavillons basierte auf einem Umluftsystem, bei dem die Zuluft über in zwei Ebenen installierte Ringkanäle und Luftdurchlässe eingebracht wurde. Die Erwärmung der Zuluft erfolgte durch zwei im Kellergeschoss untergebrachte Gas-Brennwertheizkessel.

Zusammen mit der ZWP Ingenieur-AG, Köln, konzipierte das LVR-Gebäude- und Liegenschaftsmanagement eine Anlage, die Wärmepumpen, Photovoltaik und eine Deckenstrahlheizung kombiniert. Zwei Wärmepumpen mit jeweils 60 kW Nennwärmeleistung werden von einer Sondenanlage gespeist. Dazu wurden zehn Bohrungen auf 140 m und drei auf 110 m auf einer Freifläche in der Nähe der Gebäude abgetäuft. Von dort laufen die Leitungen in den Keller eines Ausstellungsraums, der noch dem Altbestand zuzurechnen ist. Hier wurden alle Anschlüsse und Verteilungen erneuert, wobei Ausbaureserven für weitere Sanierungsmaßnahmen berücksichtigt wurden. Die Anbindung der Pavillons erfolgt über Bodenkanäle jeweils bis zu einer Energiesäule Abb. 3 an einer Wand. Dort befinden sich neben Lüftungsleitungen und der Feuerlöschanlage auch die Absperrarmaturen für die Deckenstrahlheizungen.

Wärme von oben

In jedem der drei Pavillons wurden 32 zweiteilige Bänder der Best-Deckenstrahlplatte HKE-CS als Deckenstrahlheizung installiert. Analog zum Deckenraster der tragenden Holzbalken wurden acht der neun Felder mit je vier Bändern versehen Abb. 2. Das mittlere Feld und jeweils das mittlere Raster konnten frei bleiben. Aufgrund der gleichmäßig ausgebildeten Konstruktion wurden in den Pavillons durchgehend 900 mm breite und pro Feld vier 5000 mm lange Elemente eingebaut. Als Gesamtleistung wurden je Gebäude 32,3 kW (ca. 80 W/m²) bei einer Gesamtfläche der Deckenstrahlplatten (DSP) von 144 m² installiert. Pro Meter DSP wurden 202 W Heizleistung angesetzt.

Die Bänder wurden bündig zur Sichtlattung aufgehängt Abb. 4. Hier konnte das ausführende SHK-Unternehmen Gossing aus Euskirchen die Balken für die Befestigungspunkte nutzen. Für die Anschlüsse der Vor- und Rückläufe konnten in der neutralen Zone der Balken Durchführungen gebohrt werden.

Für den kleinen Eingangsbereich, der den Pavillon 1 mit einem weiteren Bestandsbau verbindet, wurden außerdem zweiteilige Bänder eingesetzt. Auch sie konnten in das etwas schmalere Deckenraster integriert werden. Dafür wurden 800 mm breite und je zwei 3000 beziehungsweise 4000 mm lange Elemente mit insgesamt 2,53 kW Heizleistung verbaut. Dadurch konnten Radiatoren vor den Fensterfronten entfallen. Alle HKE-CS wurden passend zur hellen Gesamtgestaltung in Weiß (RAL 9016) gewählt; damit entsprechen sie der hellen Gesamtgestaltung.

Die Vorteile der DSP kommen in den Ausstellungsräumen besonders zur Geltung: Durch die Strahlungsheizung entstehen praktisch keine Staubaufwirbelungen und keine Zugerscheinungen. Bei gleicher Empfindungstemperatur kann die Raumlufttemperatur um bis zu 3 °C abgesenkt werden. Das macht die Deckenstrahlheizung besonders wirtschaftlich, zumal sie eine schnelle Regelbarkeit aufweist und so „Fremdwärme“ genutzt werden kann.

Freikühlung im Sommer

Um einer langfristigen Veränderung des Temperaturniveaus der Erdsonden entgegenzuwirken, wird die geothermische Anlage in den Sommermonaten zur Gebäudekühlung genutzt. Der die thermische Regeneration des Erdreichs unterstützende Pendelbetrieb erhöht insgesamt die Energieeffizienz. Das Temperaturniveau des Erdreiches wird direkt zur Freikühlung über die Deckenstrahlplatten. Mit dieser Konzeption ist eine kostengünstige und umweltfreundliche Kühlung der Pavillons möglich, zumal für den Betrieb der Umwälzpumpen Solarstrom eingesetzt werden kann. Eine Kondensatbildung an den Deckenstrahlplatten wird über einen Temperaturwächter verhindert.

Auslegungswerte

Die Raumtemperatur für die Ausstellungsräume wurde im Normalbetrieb mit 16 °C fest-gelegt. Dieser Wert reicht aus, weil die Be-sucher des Freilichtmuseums zwischen außen und innen wechseln und in der kalten Jahreszeit entsprechend gekleidet sind. Trotzdem ist das System so ausgelegt, dass bis zu einer Außentemperatur von – 12 °C eine Erhöhung auf 20 °C erfolgen kann, etwa für spezielle Veranstaltungen im Pavillon 1. Als Auslegungsvor- und Rücklauftemperatur wurden 45/35 °C angesetzt, sodass die Wärmepumpen mit hoher Leistungszahl betrieben werden können. Der Anschluss der DSP erfolgte in jedem Pavillon nach Tichelmann.

Das komplette System kann von den Fachleuten des LVR aus der Ferne überwacht werden, vor allem der Betrieb der Wärmepumpen Abb. 5. Dazu wurde ein frei programmierbares Automationssystem vorgesehen. Auf diese Weise lässt sich zukünftig auch prüfen, ob die Verbrauchsprognose zutrifft. Der Ausgangswert für den Nutzenergiebedarf wurde durch eine thermische Simulation der ZWP Ingenieur-AG ermittelt Abb. 6.

Selbst genutzter Solarstrom

Ergänzt wurde die Rundumerneuerung durch eine 81-kW_p-Photovoltaik-Anlage. Zum Einsatz kam eine flachgeneigte Dünnschicht-Systemlösung mit mikrokristalliner Zelltechnologie, die auch bei diffusem Lichteinfall einen hohen Wirkungsgrad erreicht. Die Anlage hat den Vorteil, dass eine maximale Gewichtslast von nur ca. 16 kg/m² auf das Dach wirkt. Insgesamt wurden 646 Module (HBT: 1300 × 1100 × 43 mm) mit einem Gewicht von jeweils 26,4 kg installiert. Der erzeugte Strom wird überwiegend direkt für das Museum eingesetzt, unter anderem für die Verwaltung und die Pavillons. Der Überschuss wird in das öffentliche Netz eingespeist.Marion Paul-Färber,Pressebüro Dieter Last

Ein Anlagenschema der Heizungstechnik kann über den Webcode 586632 aufgerufen werden.

Objekt

Modernisierung von drei Ausstellungspavillons (Baujahr 1975 bis 1977) im Freilichtmuseum Kommern, 2012/13

Bauherr

Landschaftsverband Rheinland LVR, 50679 Köln, https://www.lvr.de/de/nav_main/

Gesamtplanung

Von Lom Architekten GmbH, 50676 Köln, http://www.vonlomarchitekten.de, in Zusammenarbeit mit dem LVR

TGA-Planung

ZWP Ingenieur-AG, 50668 Köln, https://www.zwp.de/jubilaeum.html

Ausführung

Gossing GmbH, 53879 Euskirchen

Wärmeübergabe

Deckenstrahlplatten HKE-CS, Best GmbH, 30916 Isernhagen, https://www.best-kuehlheizen.de/

HKE-CS sind besonders leichte Deckenstrahlplatten, bestehend aus Kupferrohren (15 × 0,75 mm) und Kopfstücken (28 × 1,5 mm), die strömungsgünstig ausgehalst und zu Registern verlötet werden. Die Rohre werden in das standardmäßig gelochte, 1 mm dicke Aluminiumstrahlblech eingepresst. Die Elemente weisen eine seitliche Aufkantung von 75 mm nach oben und eine Doppelkantung nach innen zur Längsversteifung und Justierung der oberen Wärmedämmung auf. Zur Querstabilisierung sind Profile eingeschweißt, die gleichzeitig als Aufhängeachsen genutzt werden. Zusätzlich können Aufhängehalter geliefert werden, die vor Ort an der Aufkantung zu befestigen sind. Die Sichtflächen sind ohne vorstehende Sicken plan in Paneelstruktur. Die Wasserführung, der Oberflächenschutz und die Wärmedämmung werden entsprechend den projektspezifischen Anforderungen ausgeführt. Einzelplatten lassen sich stufenlos bis 3,3 m Baulänge fertigen, Strahlplattenbänder sind mehrteilig in jeder Baulänge möglich. Die Verbindung erfolgt mittels Hartlötung oder Pressung; Abdeckbleche und Endkästen sind als Steckverbindung ausgeführt. https://www.best-kuehlheizen.de/