Beton wärmt und kühlt
Eine Fußbodenheizung befördert erwärmtes Wasser durch ein sich im Boden schlängelndes Heizrohrsystem. Der Großteil der Wärmewirkung strahlt direkt ab und sorgt für unmittelbare Heizleistung. Bei einer herkömmlichen Fußbodenheizung ist die automatisch erfolgende Miterwärmung des Betons ein vernachlässigter Aspekt. Bei der Betonkernaktivierung wird dieser Effekt in den Mittelpunkt gestellt und sowohl für Erwärmen als auch Abkühlen genutzt.
Zwischen zwei Bewehrungsschichten in einer Bodenplatte oder Betondecke wird in Höhenmitte ein engmaschiges Rohrsystem in den Beton eingegossen. Die Rohre funktionieren später als „Erwärmer“ oder „Abkühler“ der sie umgebenden Betonmasse. Um die Temperaturübertragung und Speicherung zu optimieren, wird versucht, Beton mit einer bestmöglichen Leitfähigkeit zu erzeugen.
Träge zeitversetzte Wirkung
Naturgemäß ist auch ein wärmeleitfähiger Beton nur zu einer trägen Reaktion fähig, sodass eine zeitversetzte Wirkung bei der Betonkernaktivierung eingeplant werden muss. Wenn ein Haus tagsüber abgekühlt werden soll, muss bereits in der Nacht davor die überschüssige Wärme abgeleitet werden. Umgekehrt beginnt das Einbringen von warmem Wasser schon Stunden vor der gewünschten Wärmewirkung. Je nach Fläche und räumlicher Spezifikation liegt die Reaktionsverzögerung bei einer Betonkernaktivierung zwischen sechs und acht Stunden.
In der Mehrzahl der Fälle werden Betonkernaktivierungen in Böden und Decken eingesetzt, seltener in Wänden oder Säulen. Die verhältnismäßig träge und geringe Wirksamkeit braucht große Flächen als ausgleichenden Faktor. Das System wird je nach baulicher Gegebenheit und gewünschter Temperatureffizienz als Grundlastlieferant oder als vollständiges Heiz- und Kühlsystem konzipiert werden.
Alternative Quellen liefern Energie
Als Energieträger zur Speisung der Betonkernaktivierung mit Wärme oder Kälte sind sogenannte alternative Energien wie Erdwärmetauscher und das Grundwasser geeignet. Erdwärme dient zum Aufheizen des Wasserkreislaufs und in das Grundwasser wird Wärme abgeleitet, wenn eine Kühlung erforderlich ist. Im Falle eines Grundlastsystems wird die Betonkernaktivierung von einem sekundären Heizsystem begleitet.
Für die Erzeugung der Grundlast, also einem allgemeinen Wärme- oder Kälteniveau, reichen verhältnismäßig geringe Energieimpulse, wie Sie auch mit Solartechnik und anderer Umweltwärme oder Kälte erzeugt werden kann. Zuschaltbare mit Strom betriebene Heiz- oder Kühleinheiten regeln die letztendliche Temperatur präzise nach. Dabei sind die Verzögerungseffekte zu beachten, da die zeitverzögerte Wirkung nur wiederum zeitverzögert korrigiert werden kann.
Begleitende Vorteile
Das System der Betonkernaktivierung hat einige sekundäre Vorteile, die neben der reinen Heiz- und Kühlleistung auftreten. In das Rohrsystem können Abwasser- und Trinkwasserleitungen bereits integriert werden. Ein zusätzliches Aufbringen von Estrich entfällt, da die Oberfläche des Betons als Bodenuntergrund fungiert, der direkt Bodenbeläge wie Fliesen, Parkett oder Teppichboden aufnimmt. Die thermische Regulierung des Betons vermeidet Feuchtigkeit und Schimmelbildung.
Die Steuerung der Betonkernaktivierung kann durch manuelle Einwirkung ausgeführt werden. Üblich sind allerdings Thermostate und Sonden, die eine automatische Steuerung vornehmen. Beispielsweise wird eine Erdwärmepumpe in der Nacht automatisch in Gang gesetzt, um den höchsten Erwärmungsgrad des Betonkerns zur gewünschten Tageszeit zu erreichen. Entsprechend der spezifischen Trägheit der Betonkernaktivierung schaltet sie sich am Nachmittag ab, sodass zur gewünschten Abend- oder Nachtstunde die Temperatur im Rohrsystem absinkt.
Temperaturen und Schwankungen
Die Temperaturen des Heizwassers im Rohrsystem der Betonkernaktivierung liegen zwischen 18 und 28 Grad Celsius. Bei niedrigeren oder höheren Temperaturen treten physikalische Effekte ein, die der Heiz- beziehungsweise Kühlleistung abträglich sind. Üblicherweise wird eine Regulierungseinstellung gewählt, die eine Festtemperatur im Raum bestimmt.
Sinkt die Raumtemperatur unter diese Temperatur, löst eine vollautomatische Sonden- und Thermostatregelung das Erwärmen auf, liegt Sie darüber, wird die Kühlung aktiviert. Generelle Idee und effektivste Nutzungsart der Betonkernaktivierung ist eine möglichst ausgeglichene Temperaturgestaltung ohne große Ausschläge.
Wärmewerte von Beton
Unterstützend bei einer Betonkernaktivierung ist die Auswahl beziehungsweise Zusammensetzung des verwendeten Betons. Durch die Mischungsanteile und spezielle Zuschläge können im Beton die Wärmeleitfähigkeit, der Wärmedurchgangskoeffizient, der Wärmedurchlasswiderstand und die Wärmespeicherfähigkeit, der sogenannte U-Wert, beeinflusst werden.
Der U-Wert für Deckenplatten mit Betonkernaktivierung liegt zwischen 0,20 und 0,10 Watt pro Quadratmeter. Die Heiz- oder Kühlleistung erreicht im Idealfall bis zu vierzig Watt pro Quadratmeter. Um die Regulierung und Wirksamkeit zu sichern, sind allerdings flankierende bauliche Maßnahmen erforderlich. Die intensive Sonneneinstrahlung durch große Fenster sollte unterbrochen werden können, da der aufheizende Effekt durch die Betonkernaktivierung nur teilweise ausgleichbar ist.
Für die Herstellung einer Decke beziehungsweise eines Bodens mit komplett integrierter Betonkernaktivierung sollte ein Zeitaufwand von drei bis fünf Tagen kalkuliert werden. Bei einer Montage auf Trägermatten geht die Herstellung schneller, das Heiz- und Kühlsystem ist allerdings weniger effizient.