Aufbau einer Kühldecke mit PCM

Quelle: Ilkazell Isoliertechnik GmbH

 
Kühldeckenelement

Quelle: Stulz

 
Kühlsegel

Quelle: Krantz

 
Behaglichkeit bei Deckenkühlung

 
Grundsätzlich können Kühldecken in Strahlungsdecken und Konvektionsdecken unterteilt werden. Wobei es auch Systeme gibt, die einen fließenden Übergang von der reinen Strahlungsdecke zur reinen Konvektionsdecke darstellen.
Für alle Deckenkonstruktionen gibt es passende Kühlsysteme aus den Werkstoffen Stahl, Kupfer, Aluminium oder Kunststoff. Deckenkühlung kann direkt mit dem Deckenputz an der Rohbetondecke, in Verbindung mit einer abgehängten Gipskartondecke, als abgehängte Metallpaneeldecke oder einer offenen Rasterdecke realisiert werden. Eine verputzte glatte Deckenuntersicht ist ebenso möglich wie beliebig geometrische Formen bei Metalldecken. Beleuchtung, Luftdurchlässe usw. lassen sich problemlos in die Decke integrieren.
Konvektionsdecken
Bei den Konvektionsdecken überwiegt der die Übertragung der Wärme durch die Luftbewegung. Die abgehängte Decke hat Öffnungen, für die zur Erhöhung der Kühlleistung notwendige Luftzirkulation. Durch dem Raum zugewandte Rippen kann die Leistung weiter erhöht werden.
Strahlungsdecken
Strahlungsdecken haben eine geschlossene Oberfläche. Die Wärmeübertragung erfolgt vorwiegend durch Strahlung (ca. 60 %). Sie werden als Putzdecken oder als abgehängte Decken ausgeführt. In der Regel ist der Platzbedarf nicht größer als der für die Konstruktion der Decke ohne Kühlung.
Kühlflächenanordnung
 Die Kühlelemente sollten möglichst großflächig auf die ganze Deckenfläche verteilt werden. Die Beleuchtungseinrichtung, Lautsprecher, Sprinklerdüsen und das Lüftungssystem haben einen Eifluss auf die Anordnung. Durch großflächige Anwendungen ergeben sich Vorteile. Zum einen werden Kühlelemente mit geringerer spezifischer Kühlleistung eingesetzt oder auf der anderen Seite können hohe Gesamtkühllasten aufgenommen werden. Außerdem können die Vorlauftemperaturen höher angesetzt werden und dadurch Kondensationsrisiken weiter minimiert werden.
Behaglichkeit

Die Kühldecke bietet gegenüber einer RLT-Anlagen die Vorzüge einer größeren Behaglichkeit aufgrund mehrerer Faktoren.
  • Die geringeren Zuluftströme, die jetzt durch den Mindestluftwechsel und nicht durch die Kühllast bestimmt werden, führen zu geringeren Raumluftgeschwindigkeiten.
  • Die empfundene Raumtemperatur entspricht etwa dem Mittelwert aus mittlerer Raumlufttemperatur und mittlerer Oberflächentemperatur der Umschließungsfläche.
Eine Kühldecke baut ein weitgehend gleichmäßiges vertikales Temperaturprofil im Raum auf. Bei Kühldecken mit hohem Strahlungsanteil liegt die empfundene Raumtemperatur um 1,5 - 2 K unterhalb der Raumlufttemperatur, was sich auf den Komfort positiv auswirkt. Nicht zuletzt gibt der Mensch seine überschüssige Wärme zu ca. 50 % durch Strahlung auf umliegende Flächen ab. Dadurch kommt ein Kühldeckensystem auf der Basis der Strahlungskühlung der physiologischen Wärmeabgabe des Menschen entgegen.
Flächenkühlung mit natürlichen "Kältequellen"
Flächenkühlungssysteme arbeiten mitwasserdurchflossenen Rohrregistern, die in den Bauteilflächen verlegt sind und geben die Wärme indirekt in den Raum ab. Diese Systeme können zur Kühllastabfuhr sowohl mit einer Lüftungsanlage alsauch als allein stehendes Kühlsystem ausgeführt werden.
Folgende Bauteilflächen können zur Kühlung herangezogen werden:
  • Betondecken und -wände mittels Betonkernaktivierung
  • Fußbodenflächen
  • Kühldecken und Kühlsegel
Die Kälte kann über Erdkollektoren, Wärmesonden oder das Grundwasser aus Brunnen in das System eingespeist werden. Da nur der geringe Energiebedarf für die Umwälzpumpen und Förderpumpen anfällt, sind solche Systeme kostengünstig und energieeffizient.
Micronal® PCM stellt die Grundlage für viele intelligente und energieeffizient Systemlösungen dar. Ein Beispiel sind die fertig integrierten Kühldeckenelemente der Firma Ilkazell aus Zwickau. Abgeleitet aus der Sandwichtechnologie (Metalloberfläche / PURHartschaum-Dämmung / Metalloberfläche) wurden hocheffiziente Kühldeckensegel entwickelt, die im einfachen Plug-and-Play an bestehende Wasser-Kühlkreisläufe angeschlossen werden können. Dabei wurde eine Metalloberfläche durch eine PCM Gipsbauplatte ersetzt. Kapillarrohrmatten befinden sich auf der Rückseite der zum Raum hin orientierten PCM Schicht. Somit wird Wasser als Wärmeträger verwendet. Man wird hierdurch unabhängig von Lufttemperaturen und die Entladeleistung steigt erheblich. Über Strahlungsaustausch mit dem darunter befindlichen Raum wird überschüssige Wärme entzogen – bei höchstem Komfort. Die Kombination mit PCM in der Decke eröffnet die Möglichkeit auf regenerative Kälte zurückzugreifen, die nicht immer dann zur Verfügung steht, wenn die Kühlung gerade gebraucht wird. Die zeitliche Entkopplung von Wärmeanfall und Wärmebehandlung wird dabei vom PCM geleistet.
Kühldeckenelement mit PCM-Gipsbauplatte
Frei hängende Kühldecken-Segel / Wärmebild der aktiven Kühldecke
Quelle: Ilkazell Isoliertechnik GmbH
Die Kühlelemente sind relativ leicht und können sowohl im Neubau als auch in der Sanierung eingesetzt werden. Dort können sie u. U. eine Betonkernaktivierung ersetzen. Sie können deckenintegriert oder frei hängend montiert werden.
Die IR-Thermografie zeigt die Funktion der Kühlflächen. Ca. 50 W/m² werden dem Raum entzogen. Dies ist ausreichend für die üblichen Lastfälle in Büroanwendung. Gerade wenn man in Betracht zieht, dass Energieeffizienz auch Reduktion von thermischen Lasten mit ins Konzept einschließen muss, sind bisher übliche 70 W/m² - und mehr - nicht mehr zeitgemäß. Der Anteil an PCM in den raumseitigen PCM-Gipsbauplatten reicht theoretisch für 2 Stunden Volllast ohne Kühlungsunterstützung. Liegt nur eine Teillast an, reicht die Wärmespeicherkapazität der Kühldecke entsprechend länger. Damit sind die Ilkazell-Kühldeckenelemente herkömmlichen Metallkühldecken ohne Speicherfähigkeit deutlich überlegen – denn diese müssen immer “just-in-time” kühlen. Selbst eine Art "Notlaufeigenschaft" im Leichtbau lässt sich realisieren.
An vielen Tagen im Jahr kann die Kühlung damit komplett entfallen, da das PCM die anfallende Wärme aufnimmt und in die Nacht verschiebt. Die nächtliche automatische Fensteröffnung sorgt dann für eine Entladung des PCM und des restlichen Gebäudekörpers. Jede kWh, die nicht mit Kühleinrichtungen behandelt werden muss, ist reale Einsparung und CO2-Reduktion. Im diesem Fall resultiert ein "vollklimatisiertes" Bürogebäude mit einem Primärenergieverbrauch von nur 54 kWh/m²a. Ein klarer Beweis, dass sich integrierte Konzepte schlussendlich rechnen. Quelle: BASF SE
PCM zur passiven Klimatisierung
Dieses PCM funktioniert wie ein Wärmespeicher. Das Speichermaterial besteht aus Salzhydrate, die im Gegensatz zu Paraffinen nicht brennbar sind. Sie sind somit ideal für den Einsatz in Gebäuden mit höheren vorbeugenden Brandschutzanforderungen.
Wenn dem Material (Deckenpaneele) Wärme zugeführt wird, ändert sich bei Erreichen der Schmelztemperatur der Aggregatzustand von fest zu flüssig. Im umgekehrten Phasenwechsel wird die gespeicherte Wärme wieder abgegeben. So lassen sich Temperaturschwankungen glätten und Wärmespitzen verhindern, ohne dass Energie zum Kühlen eingesetzt werden muss.
DELTA®-COOL Board - Dörken GmbH & Co. KG
DELTA®-COOL Board
Quelle: Dörken GmbH & Co. KG
 
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