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Kapillarrohrtechnik zum Heizen und Kühlen
 

An die Klimatisierung moderner Gebäude werden heutzutage hohe Anforderungen gestellt. Zugluftfreiheit, niedriger Platz- und Energiebedarf, Geräuschlosigkeit und niedriger Wartungsaufwand sind nur einige Forderungen, die von konventionellen Klimaanlagen häufig nicht erfüllt werden.

In Deutschland werden für das Beheizen von Wohnräumen noch überwiegend konventionelle Heizungssysteme eingesetzt, bei denen die Energieübertragung an den Raum durch Radiatoren erfolgt, die im Raum sichtbar aufgestellt und über Stahl- / Kupferrohrleitungen mit einer zentralen Heizwasser - Aufbereitung verbunden werden. Auch wenn hier die Investitionskosten vergleichsweise niedrig sind, weisen derartige Anlagen erhebliche Nachteile, wie hohen Energieverbrauch, hohen Wartungsbedarf, Reduzierung der Nutzfläche, Staubaufwirbelung, etc. auf.
Diese Nachteile werden durch das neu entwickelte System auf Basis der Kapillarrohrtechnik, die sogenannte Komfortheizung - kühlung, wirkungsvoll vermieden.

Diese Komfortheizung bzw. - kühlung nutzt großflächig die Raumumschließungsflächen als Energieaustauschflächen zur Temperierung des Raumes. Dabei werden die Wasser führenden Kapillarrohrmatten dicht unter der Oberfläche der Raumumschließungsflächen installiert. Die Kapillarröhrchen arbeiten wie der menschliche Körper, der die Kapillargefäße unter der Haut zur Wärmeregelung verwendet. Der Energieaustausch zwischen Mensch und Austauschfläche erfolgt überwiegend durch Strahlung, was den natürlichen Verhältnissen im Wärmehaushalt des menschlichen Körpers entspricht. Deshalb fühlen sich Menschen in Räumen, die mit Kapillarrohrsystemen geheizt oder gekühlt werden nachgewiesenermaßen wohl.

1.1    Anwendungsbereiche für das Kapillarrohrsystem

Das Kapillarrohrsystem wird überall dort bevorzugt eingesetzt, wo das menschliche Wohlbefinden eine wichtige Rolle spielt. Das sind nicht nur Schalterhallen von Banken und Versicherungen, Besprechungszimmer, Vorstandsetagen, sondern auch Büroräume, Produktionsstätten, usw. . Die Kapillarrohrmatten werden sowohl in Neubauten als auch bei der Sanierung und Modernisierung von Gebäuden eingesetzt. Insbesondere die unsichtbare Heizung und Kühlung von Dachwohnungen und Penthäusern mit Hilfe der Kapillarrohrtechnik hat sich in den zurückliegenden Jahren bewährt.

Kapillarrohrsysteme können auch bei der Restaurierung historisch wertvoller Gebäude eingesetzt werden. Als unsichtbares Heizungssystem können derartige Räume komfortabel beheizt werden, auch wenn die historische Außenfassade das Anbringen einer konventionellen Dämmschicht nicht erlaubt.

2.    Kapillarrohrtechnik

2.1    technische Beschreibung

Aus physikalischer Sicht ist der Begriff Kapillarrohr falsch, weil die Kapillarwirkung bei dem verwendeten Rohrsystem zu vernachlässigen ist. Die Kapillarrohrmatte ist jedoch in der Praxis ein eingeführtes Bauelement, so daß im folgenden der Begriff "Kapillarrohrtechnik" trotz o.g. Unzulänglichkeiten weiter verwendet wird.

Die Kapillarrohrmatten und Zuleitungen werden aus hochwertigem Polypropylen (PP-R) hergestellt. Die dünnen "Kapillarröhrchen" sind parallel angeordnet und sind mittels eines Schweißvorganges mit den Verteiler- und Sammlerrohren verbunden. Die Kapillarrohrmatten (Grundtypen der Kapillarrohrmatten) werden mit den Vor- und Rücklaufleitungen mittels Schnellkupplungen und flexibler Schläuche oder durch Schweißverbindungen verbunden.

Zum Kühlen des Raumes über die Deckenfläche fließt 16°iges Wasser über die Vorlaufleitung in das Verteilerrohr der Kapillarrohrmatte, strömt durch die verschiedenen Kapillaren, wird dabei auf ca. 18°C erwärmt und aus der Kapillarrohrmatte über das Sammlerrohr der Rücklaufleitung zugeführt. Das 18°ige Rücklaufwasser wird dann in einer Übergabestation in einem Wärmetauscher wieder auf 16° abgekühlt und strömt dann über die Vorlaufleitung wieder der Kapillarrohrmatte zu. Somit wird das Kühlwasser im Kreislauf geführt und ist über den Wärmetauscher der Übergabestation vom Kühlkreislauf des Primärkreises getrennt. Im Sekundärkreislauf werden nur korrosionsbeständige Materialien wie Kunststoff, Rotguß, Messing und Edelstahl eingesetzt. Damit ist sichergestellt, daß die Bildung von Ablagerungen in den Kapillaren durch Oxydationsprodukte ausgeschlossen ist, auch wenn Sauerstoff durch die Polypropylenrohrwand diffundiert. Schlämme durch Mikroorganismen können ebenfalls durch den Mangel an Phosphor- und Stickstoffverbindungen, die für das Wachstum dieser Mikroorganismen notwendig sind, nicht auftreten. Auch ist die Ablagerung von Kalk bei Betriebstemperaturen zwischen 16 und 40°C physikalisch ausgeschlossen. Im Kapillarrohrsystem ist sichergestellt, daß das Wasser auch noch nach Jahrzehnten des Betriebes frei von Feststoffen ist.

Kapillarrohrmatten können unter Gipsplatten, in Putzschichten, auf Trockenbauplatten oder eingelegt in Metallkassetten eingesetzt werden

In modernen Bürogebäuden werden Kapillarrohrmatten vorzugsweise in der Decke installiert. Beim Kühlen beträgt die Oberflächentemperatur der Decke 17 bis 19°C bei einer Vorlauftemperatur von 16°C. Je nach Einbauzustand können dabei bis zu 95 W/m² (im Testlabor ermittelte Werte) Kühlleistung erreicht werden.

Zum Heizen wird dasselbe System mit 26 bis 35°igem Wasser durchströmt. Die Oberflächentemperatur der Decken liegt in diesem Fall bei ca. 25 bis 30°C. Die übertragene Heizleistung unter diesen Bedingungen beträgt ca. 40 W/m². Sollten höhere Leistungen erforderlich werden, kann dies durch Erhöhung der Vorlauftemperaturen oder durch zusätzliche Matten in Wand- und Bodenflächen erreicht werden.

3.     Einsatzmöglichkeiten der Kapillarrohrtechnik

Die Kapillarrohrtechnik wurde bisher überall dort bevorzugt eingesetzt, wo das menschliche Wohlbefinden eine wichtige Rolle spielt. Dies sind nicht nur Schalterhallen von Banken und Versicherungen, Besprechungszimmer, Vorstandsetagen, sondern auch Büroräume, Produktionsstätten, Hotels, Arztpraxen, Krankenhäuser usw. Zur Zeit werden jährlich ca. 200.000 m² Kapillarrohrsysteme in Europa installiert. Die Kapillarrohrsysteme werden in der Regel zusammen mit einer unterstützenden Lüftung für die Abführung der Stofflasten und für die Sicherstellung des hygienischen Luftwechsels eingesetzt. Mit Hilfe dieser Lüftung kann auch die Feuchte des Raumes auf den für Menschen behaglichen Wert von 40 bis 50 % relative Feuchte geregelt werden. Das Kapillarrohrsystem ist für den Einsatz sowohl in der Decke und Wand als auch im Boden geeignet. Bisher wurden mit diesem System überwiegend Kühldecken für Bürogebäude gebaut, wobei die Kühldecken gleichzeitig als Deckenheizung fungieren. Weiterhin wurden die Kapillarrohrmatten als Wand- oder Fußbodenheizung in verschiedensten Projekten eingesetzt.

3.1    Aktive Deckenflächen

Die Kapillarrohrmatten werden sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen in der Decke eingesetzt. Beim Kühlen beträgt die Oberflächentemperatur der Decke 17 bis 19°C bei einer Vorlauftemperatur von 16°C. Je nach Einbauzustand können dabei bis zu 85 W/m² Kühlleistung erreicht werden.

Zum Heizen wird dasselbe System mit 26 bis 35 °igem Wasser durchströmt. Die Oberflächentemperatur der Decken liegen in diesem Fall bei 25 bis 30°C. Somit wird selbst beim Heizen die Strahlungsenergie von der menschlichen Hautoberfläche, Temperatur ca. 32°C, an die Decke abgegeben. Untersuchungen haben gezeigt, daß bis zu einer Leistung von ca. 40 W/m² keine Komforteinbußen beim Heizen über die Raumdecke zu erwarten sind. Sollten höhere Leistungen erforderlich werden, kann dies durch Erhöhung der Vorlauftemperaturen oder durch zusätzliche Matten in Wand- oder Bodenflächen erreicht werden.

Beim Einsatz in der Decke werden die Kapillarrohrsysteme entweder als Putzdecken oder in abgehängten Decken installiert.

Während des Putzvorganges, wie auch bei den sonstigen Montagevorgängen, stehen die an der Decke befestigten Kapillarrohrmatten unter einem Wasserdruck von 10 bar. Somit ist sichergestellt, daß bei eventuellen Fehlern des Putzers eine Reparatur des Kapillarrohrsystems sofort erfolgt.

Die verwendeten Putze sind in der Regel konventionelle Maschinenputze, die in einer Stärke von 8 bis 12 mm aufgetragen werden, was der herkömmlichen Putzstärke entspricht. Die Kapillarrohr- matten haben eine Höhe von 5 mm.

Die Verteilerrohre der Kapillarrohrmatten werden im Randbereich des Raumes entweder unter einer Stuckkante versteckt oder in hierfür vorgesehenen Schlitzen in Decken oder Wände untergebracht.
Im diesem Bild ist die Installation von Kapillarrohrmatten auf der dem Raum zugewandten Fläche von Gipskartonplatten gezeigt. Der Anschluß der Matten erfolgt im Deckenzwischenraum.
Aussparungen für Lampen oder Luftauslässe können auf der Baustelle ohne Probleme hergestellt werden.

Die Kapillarrohrmatten können auch auf der Rückseite der dem Raum abgewandten Fläche von Gipskartonplatte im Deckenzwischenraum installiert werden. Hierfür bietet der Markt entweder bereits vorgefertigte Sandwich-Elemente an oder es werden auf der Baustelle sog. Kombinationsdecken gebaut. Dabei werden die Kapillarrohrmatten zwischen den Tragprofilen der Unterkonstruktion durch die gesamte Raumlänge aufgespannt und fertig verrohrt. Die Gipskartondecke wird dann konventionell fertiggestellt. Dabei legen sich die Kapillarrohrmatten von hinten an die Gipskartonplatten an.

3.2    Aktive Wandflächen

Ähnlich wie bei der Installation in der Decke wird die Kapillarrohrmatte auch zum Aufbau von aktiven Wandflächen eingesetzt. Auch hier wird zwischen einer Putzwand und der reinen Trockenbauweise mit Hilfe von sogenannten Sandwich-Elementen unterschieden. Zur Verbindung dieser Sandwich-Elemente untereinander und mit den Vor- und Rücklaufleitungen werden flexible Schläuche mit Schnellkupplungen eingesetzt. In Putzwänden und Decken werden die Kapillarrohrmatten ausschließlich durch Muffenschweißung mit dem Rohrsystem verbunden.

3.3    Aktive Fußbodenflächen

Die Kapillarrohrmatten werden in vielen Fällen zum Bau von Fußbodenheizungen eingesetzt, wie dies im Fall der Altbausanierung im Bild zu erkennen ist. Die Kapillarrohrmatten werden als Fußbodenheizung entweder in den oberen 1,5 cm des Estrichs verlegt, oder, bei reiner Trockenbauweise, auf Trockenestrichplatten.

Im Vergleich zu konventionellen Fußboden - Heizungssystemen ergibt sich bei gleichem Aufbau der Dämmschicht eine Reduzierung der Aufbauhöhe um mindestens 3,2 cm. Durch die oberflächennahe Lage der Kapillarrohre im Estrich sind Kapillarrohrsysteme, eingesetzt als Fußbodenheizung, außerordentlich flink im Gegensatz zu allen anderen Systemen mit einer Überdeckung > 40mm. Ein weiterer Vorteil ist die nahezu gleichmäßige Temperaturverteilung in der Oberfläche aufgrund des (i.d.R.) geringen Kapillarrohrabstandes von 15 mm.

4.     Raumtemperierung mit dem Kapillarrohrsystem

Je nach Anwendungsfall werden die Kapillarrohrmatten sowohl in der Decke, im Boden als auch in der Wand installiert. Im Wohnungsbau und in der Altbausanierung sollten vorzugsweise Decken und Außenwände mit Kapillarrohrmatten ausgestattet werden. Bei dieser Bauweise entfallen jegliche Einschränkungen für Holzbodenbeläge, Teppiche usw. Darüber hinaus kann bei der Installation in Decken und Wänden dieses System gleichzeitig auch zum Kühlen bei hohem Komfort genutzt werden. Die Kapillarrohrmatten werden sowohl in Neubauten als auch bei Sanierungen und Modernisierungen von Gebäuden eingesetzt. Insbesondere die unsichtbare Heizung und Kühlung von Dachwohnungen und Penthäusern hat sich mit Hilfe der Kapillarrohrtechnik in den zurückliegenden Jahren hervorragend bewährt.

5.    Neubau von Einfamilienhäusern und Reihenhäusern

Beim Einsatz der Kapillarrohrtechnik in Einfamilienhäusern und Reihenhäusern empfiehlt sich die Installation der Kapillarrohrmatte sowohl als Fußbodenheizung als auch als Wand- und Deckenheizung. Bei eingeschossigen Häusern, die auf einer Betongrundplatte errichtet werden oder über unbeheizte Kellerräume verfügen, empfiehlt sich die Installation der Kapillarrohrtechnik im Erdgeschoß als Fußbodenheizung. Hier bietet sich sowohl die Estrichbauweise als auch die reine Trockenbauweise an. Im Obergeschoß, wo unterhalb der Dachflächen meist Schlafzimmer eingerichtet werden, empfiehlt sich die Installation der Kapillarrohrtechnik in Kombination mit Gipskartonplatten sowohl im Bereich der Decken und Schrägen als auch an den Wandflächen.

Mit der vorgeschlagenen Installation ist es möglich, an heißen Sommertagen den Dachbereich über Wände, Decken und Schrägen zu kühlen. Hierzu kann neben der Installation eines Kälteaggregates auch Erdkühle, Grundwasserkühle, Teichwasserkühle, Oberflächengewässerkühle, Regenwasserauffangbecken, usw. eingesetzt werden.

In Bädern empfiehlt sich die Installation von Fußbodenheizungen. Sollten die Flächen hierfür nicht ausreichend sein, sind Wandheizungen zu installieren.

 6.     Altbausanierung

7.     Sanierung denkmalgeschützter Gebäude

Für die Sanierung von denkmalgeschützten Gebäuden ist die Kapillarrohrtechnik hervorragend geeignet. In vielen Fällen können derartige Gebäude aufgrund der denkmalgeschützten Fassade nicht von außen isoliert werden. Hier bietet sich die Kapillarrohrtechnik an, die auf der Innenisolation installiert wird. Durch das Beheizen der Isolation sollte ein Verschieben des Taupunktes in die Außenwände ausgeschlossen sein.

8.     Ausführungsbeispiele für Kapillarrohrsysteme

Die Kapillarrohrmatten werden in der überwiegenden Zahl der Fälle entweder in Metall - Deckenplatten eingelegt oder in Putzschichten eingebettet. Die Kapillarrohrmatte läßt sich mit allen am Markt angebotenen Metall - Deckensystemen zu einer Hochleistungskühldecke kombinieren. Kapillarrohrmatten sind aufgrund ihrer geringen Aufbauhöhe von nur 5 mm hervorragend für aktive Putzflächen geeignet. Dazu werden die Kapillarrohrmatten direkt an der Rohdecke, der Isolation oder der Putzträgerplatte befestigt und konventionell eingeputzt. Die Putzschichtdicke beträgt ca. 10 bis 15 mm. Zum Einsatz kommen überwiegend handelsübliche Kalk-, Gips- und Akustikputze.

An die Klimatisierung moderner Gebäude werden heutzutage hohe Anforderungen gestellt.
Zugluftfreiheit, niedriger Platz - und Energiebedarf, Geräuschlosigkeit und niedriger Wartungsaufwand sind nur einige Forderungen, die von konventionellen Klimaanlagen häufig nicht erfüllt werden.
Kapillarrohrsysteme beseitigen diesen Mißstand.
Die wasserführenden Kapillarrohrmatten werden dicht unter der Oberfläche der Raumumschließungsflächen installiert und ermöglichen somit Decken, Wände oder Böden sanft zu temperieren. Dabei erfolgt die Energieübertragung vom Menschen an die aktivierten Flächen überwiegend durch Strahlung, was den natürlichen Verhältnissen im Wärmehaushalt des menschlichen Körpers entspricht. Deshalb fühlen sich Menschen in Räumen, die mit Kapillarrohrsystemen geheizt oder gekühlt werden nachgewiesenerweise wohl und ihre Produktivität steigt.

10.     Funktionsweise des Kapillarrohrsystems

Zum Kühlen bzw. Heizen von Räumen strömt warmes bzw. kaltes Wasser durch die Kapillarröhrchen. Die mit Matten ausgestatteten Raumflächen werden dabei gleichmäßig temperiert und sorgen für eine schnelle Abführung der Kühllasten bzw. Zuführung des Wärmebedarfs.
Aufgrund der großen Austauschflächen können auch bei geringen Temperaturdifferenzen zwischen den aktiven Raumoberflächen und der Raumluft große Energiemengen übertragen werden.
In modernen gewerblich genutzten Gebäuden werden die Kapillarrohrmatten vorzugsweise in der Decke installiert. Beim Kühlen beträgt die Oberflächentemperatur ca. 19°C bei einer Wasser - Vorlauftemperatur von 16°C. Je nach Einbauzustand können dabei bis zu 95 W/m² Kühlleistung erreicht werden.

Zum Heizen wird dasselbe System mit 26 bis 28°igem Wasser durchströmt. Die Temperatur der Deckenoberflächen liegt in diesem Fall bei ca. 25°C. Somit wird selbst beim Heizen die Strahlungsenergie von der menschlichen Hautoberfläche, Temperatur ca. 32°C, an die Decke abgegeben. Untersuchungen haben gezeigt, daß bis zu einer Leistung von ca. 30-40 W/m² keine Komforteinbußen beim Heizen mit der Raumdecke zu erwarten sind. Sollten höhere Leistungen erforderlich werden, kann dies durch Erhöhung der Vorlauftemperaturen bzw.durch zusätzliche Matten in Wand - und / oder Bodenflächen erreicht werden.
Kapillarrohrsysteme werden in gewerblich genutzten Gebäuden in der Regel mit einer unterstützenden Lüftung für die Abführung der Stofflasten und die Frischluftzufuhr eingesetzt - hygienischer Luftwechsel. Mit Hilfe dieser Lüftung kann die Feuchte des Raumes auf den für Menschen behaglichen Wert von 40 - 50 % relative Feuchte geregelt werden.
Im Wohnungsbau und der Altbausanierung empfehlen wir, zum Heizen und Kühlen vorzugsweise Decken und Außenwände mit Matten auszustatten. Bei dieser Bauweise entfallen jegliche Einschränkungen für Holzbodenbeläge, Teppiche, usw. Kapillarrohrsysteme sind selbstverständlich auch als Fußbodenheizung bestens geeignet. Dabei liegt die Matte in der Regel nur wenige Millimeter unterhalb der Estrichoberfläche. Infolgedessen wird die Wärme bereits wenige Minuten nach der Inbetriebnahme der Fußbodenheizung spürbar. Fußbodenheizungssysteme mit integrierten Kapillarrohrmatten haben eine außerordentlich geringe Aufbauhöhe. Diese beträgt bei Verwendung von Spezialestrichen oberhalb der Dämmschicht nur 10 mm.

11.    erzielbare Leistungen