Betonkernaktivierung mit BRESPA -Klimadecken. Ruhr-Universität Bochum

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1 Betonkernaktivierung mit BRESPA -Klimadecken Ruhr-Universität Bochum

2 Fit für die Zukunft Bauherr Bau- und Liegenschaftsbetrieb NRW Dortmund Emil-Figge-Straße Dortmund Generalunternehmer MBN Bau AG Beekebreite Georgsmarienhütte IDN Architekt pbr Planungsbüro Rohling AG Architekten und Ingenieure Rheiner Landstraße Osnabrück 2 ID Projektvorbereitung Assmann Beraten + Planen GmbH Baroper Straße Dortmund

3 Das neue Gesicht der Ruhr-Universität Bochum (RUB) Es ist ein echtes Mammutprojekt, die Kernsanierung der Ruhr-Universität Bochum. Insgesamt mehr als eine Milliarde Euro wurden bei der Planung veranschlagt, um den in die Jahre gekommenen Campus fit für die Anforderungen der Zukunft zu machen. Ein zentraler Schritt war der Neubau zweier Gebäude für die Ingenieurwissenschaften. Studierende, Lehrende und Forschende können dort nun unter modernsten Bedingungen ihrer Arbeit nachgehen: Der innovative, fünfgeschossige Neubau ID samt zugehöriger Werkhalle IDN bietet auf mehr als m² Hauptnutzfläche Labore und Arbeitsräume für Elektrotechniker, Informationstechniker und Maschinenbauer. Die 80 Millionen Euro teuren Gebäude beherbergen 115 neue Labor- und Messräume inklusive modernster Technik und speziellen Ver suchsauf bauten. So gibt es einen zweigeschossigen, reflexionsarmen akustischen Messraum und eine Absorberhalle für normgerechte Antennenmessungen. Zudem finden rund 350 Mitarbeiter in 280 neuen Büroräumen Platz. Abgerundet wird das neue ID-Gebäude durch Seminarräume, einen Hörsaal mit 300 Plätzen, eine Bibliothek und eine eigene Cafeteria. Der Bau, dessen Fertigstellung gerade einmal 18 Monate gedauert hatte, gilt nicht nur als wichtiger Beitrag für Forschung und Lehre, sondern auch als beispielhaft für die weitere Modernisierung der Ruhr-Universität Bochum. Die unterschiedlichen Bereiche sind klar gegliedert, auf Übersichtlichkeit wurde großen Wert gelegt. Doch auch in energetischer Hinsicht stellt der Neubau ein leuchtendes Beispiel für die Region und darüber hinaus dar. So wurde das ID-Gebäude zur Nutzung der Erdwärme mit einer Geothermieanlage ausgestattet, die Wasser ins Erdreich pumpt, wo es je nach Jahreszeit und Bedarf aufgewärmt oder gekühlt und dann wieder an die Oberfläche befördert wird, um den Neubau zu beheizen beziehungsweise zu kühlen. Das geschieht über die Oberflächen der m² BRESPA - Klimadecken, die für konstante, angenehme Temperaturen in den Räumen sorgen. Dieses Energiekonzept senkt spürbar die Anlagen- und Betriebskosten, während gleichzeitig das Raumklima verbessert und die Umwelt geschont wird. 3

4 Betonkernaktivierung mit Erdwärme und Wärmepumpen Universitäten gelten als Vordenker, sie setzen die Trends von morgen. Wenig verwunderlich also, dass das entwickelte Heizund Kühlungskonzept sehr energieeffizient ist und auf regenerativen Quellen basiert. In Verbindung mit Wärmepumpen und thermischer Beton kernakti vie rung wird Geothermie zum Heizen und Kühlen des Gebäudes ID eingesetzt. Erdwärme aus dem oberflächennahen Bereich liegt, unabhängig von Klima und Jahreszeit, im Temperaturbereich zwischen 10 bis 13 C. Sie ist quasi unerschöpflich und steht immer zur Verfügung. Dieses Potential nutzt die Ruhr-Universität mit einer geothermischen Großwärmepumpenanlage, deren 71 Erdsonden bis in eine Tiefe von 150 Metern reichen. Das Grundprinzip der Betonkernaktivierung ist dabei denkbar einfach: In einem Rohrsystem zirkuliert warmes oder kaltes Wasser in der Betondecke und sorgt dafür, dass die Oberflächen temperatur des Betons wärmer oder kühler ist als die Raumtemperatur. Über diesen Temperaturunterschied wird dem Raum von der Decke her Wärme zugeführt oder entzogen. Aufgrund der großen Heiz- bzw. Kühlflächen reichen bereits geringe Temperaturunterschiede und niedrige Vorlauftemperaturen aus. Optimale Bedingungen für die Nutzung von Erdwärme, mit deren Hilfe das zirkulierende Wasser sehr energieeffizient erwärmt oder abgekühlt wird. Im Heizfall unterstützt die Betonkernaktivierung die Gebäudeheizung. Sie deckt Ressourcen schonend und ökonomisch Grund- und Spitzenlasten ab. Im Kühlfall muss lediglich für die Verteilung des Kühlwassers und nicht für Energie fressende Kühlmaschinen Energie aufgewendet werden. Dadurch kann im Kühlbetrieb während 80 % der Nutzungszeit die benötigte Energie direkt aus der geothermischen Quelle bezogen werden. Mögliche Betriebszustände der Anlage 4 Je nach Jahreszeit und den damit einhergehenden raumklimatischen Anforderungen an die Innentemperatur lassen sich die Betriebszustände der geothermischen Großwärmepumpenanlage der Ruhr-Universität variieren. Die nebenstehend abgebildeten Skizzen verdeutlichen die große Bandbreite der Möglichkeiten. Heizen über Erdreich Wärmedefizite für den Heizbetrieb werden über das Erdreich zugeführt. Fehlende Wärme kommt aus der Kälteerzeugung. Freecooling über Erdreich Möglichkeit der direkten Kühlung ohne Wärmepumpenbetrieb. Zusätzlich besteht die Variante der freien Kühlung über den Außenkühler. Aktive Kühlung mit Rückkühlung über Erdreich Kondensationswärme wird dem Erdreich zugeführt. Steigt die Erdreichtemperatur an und verhindert freie Kühlung, wird auf Rückkühlung über den Luftkühler umgeschaltet.

5 Geothermie: Thermische Nutzung des Untergrundes 20 m 10 C Sommer Gebäudekühlung, das Erdreich dient als Wärmesenke Herbst Wärmespeicher im Erdreich 120 m 13 C Oberflächennahe Geothermie gibt es bis zu einer Tiefe von 400 m (Bildquelle: Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie) Winter Gebäudebeheizung, das Erdreich dient als Wärmequelle Frühling Kältespeicher im Erdreich Aktive Kühlung mit Rückkühlung über Luftkühler Wärmeüberschuss wird per Luftkühler größtenteils an die Umgebungsluft abgegeben. Das Erdreich wird dadurch nicht zu stark aufgeheizt und gewährleistet die freie Kühlung. Heizen und Kühlen mit Rest- Wärmeentzug über Erdreich Stellt der Anteil der Wärmerückgewinnung aus Kälteerzeugung die Wärmeversorgung nicht mehr sicher, wird das Erdreich per Wärmeentzug zur Versorgung genutzt. Ein Parallelbetrieb ist möglich. Heizen und Kühlen mit Abgabe von Überschusswärme an des Erdreich Kann die aus der Kälteerzeugung gewonnene Wärme nicht mehr für Heizzwecke genutzt werden, so wird der Überschuss dem Erdreich zugeführt. Heizen und Kühlen mit Abgabe von Überschusswärme an die Außenluft Ist das Erdreich bereits mit Wärme gesättigt, erfolgt die Abgabe überschüssiger Wärme an die Außenluft. 5

6 Prinzipskizze Betonkernaktivierung Zum Kühlen wird die Oberflächentemperatur der Decke niedriger gehalten als die Raumtemperatur. In dieser Zeit nimmt die Decke Wärme auf und kühlt so den Raum. Zum Heizen liegt die Oberflächentemperatur der Decke über der Raumtemperatur. In dieser Zeit gibt die Decke Wärme ab und erwärmt so den Raum. Betonkernaktivierung mit BRESPA -Klimadecken Die Hauptanwendungsbereiche von BRESPA -Klimadecken sind Büros, Verwaltungsgebäude und Schulen. In diesen Gebäuden heizen große Glasflächen, viele Personen und technische Geräte die Räume besonders auf und der sommerliche Wärmeschutz gewinnt mehr und mehr an Bedeutung. Mit Hilfe aktivierter Betondecken lassen sich thermische Energien speichern und abtransportieren und Räume kühlen. Gleiches funktioniert natürlich auch in anderer Richtung. Betondecken geben Wärme an darunter liegende Räume ab, wenn ihre Oberflächentemperaturen höher liegen als die Raumtemperaturen. Dies ist eine sehr ökologische und ökonomische Lösung. In den BRESPA -Klimadecken ermöglicht ein geänderter Deckenquerschnitt das Einlegen wasserführender Rohrregister im unteren Deckendrittel. Die dafür notwendigen Rohrregister werden vorgefertigt und im Werk planmäßig und witterungsunabhängig eingebaut. Die Rohrabstände liegen zwischen 100 und 300 mm und der Rohrdurchmesser beträgt in der Regel 20 mm. Je nach Bedarf fließt ein kaltes oder warmes Wasser-Glykol-Gemisch durch die Leitungen, um den Beton zu kühlen bzw. zu erwärmen. Aufgrund der großen Übertragungsflächen können die Tem pe ra turunterschiede zwischen Raumluft und Deckenoberfläche mit max. 7 C sehr gering bleiben. Im Heizfall beträgt die Oberflächentemperatur des Betons nicht mehr als 28 C, im Kühlfall Thermische Gebäudesimulation Die tagsüber durch Sonne, Menschen und technische Anlagen entstehende Wärme wird über die kühleren Deckenoberflächen abgeführt, so dass die Räume im angenehmen Temperaturbereich bleiben, nachts wieder abkühlen können und einem kontinuierlichen Aufheizen der Gebäude in längeren Hitzeperioden entgegen gewirkt wird. 6

7 nicht weniger als 18 C. Dank des Kühlungseffekts, dessen Leistung bei etwa 40 W/m² liegt, ist es oft möglich, auf den Einbau teurer und energieintensiver Klimaanlagen zu verzichten. Die Wärme wird kontinuierlich über das zirkulierende Wasser in den Decken abgeführt, womit einem stetigen Aufheizen des Gebäudes entgegengewirkt wird. Auch während längerer Hitzeperioden können so kühlende BRESPA -Klimadecken Raumtemperaturen unter 27 C halten, eine Temperatur, die vom Benutzer noch als angenehm und behaglich empfunden wird. Die Heizleistung beträgt ca. 25 W/m². Damit können Lastspitzen bzw. Grundlasten abgedeckt werden, was deutlich die Anlage- und Betriebskosten senkt und die Energieeffizienz des Gebäudes erhöht. Außerdem wirken die großen Heizflächen und die geringen Temperaturunterschiede ausgleichend auf das Raumklima. Nicht zuletzt bietet die neue Deckengeneration weiterhin alle Vorteile von Spannbeton-Fertigdecken: Die großen Deckenspannweiten von über 12 m ermöglichen freie Innenraumgestaltungen bei Neubauten und bei späteren Umnutzungen und die Verwendung von fertigen Deckenelementen mit integrierten Heizregistern gewährleistet einen schnellen Baufortschritt. BRESPA -Klimadecken Kühl- und Heizleistungen Kühl- bzw. Heizleistungen in W/m² T Wasser, Mittelwert T Raumluft in K Kühlleistung Heizleistung Die Vorteile im Überblick Senkung der Anlage- und Betriebskosten für Heizung und Kühlung. Angenehmes Raumklima durch großflächige Heizung und Kühlung. Ideal zur Nutzung regenerativer Energiequellen. Normgerechte Rohrverlegung und keine Beschädigungen der Rohrleitungen durch Dritte am Bau. Schneller Baufortschritt durch die Lieferung fertiger Deckenplatten mit eingebauten und wartungsfreien Heizregistern. Freie Innenraumgestaltung durch Spannweiten von mehr als 12 m. Hohe Produktqualität durch Fertigung und Kontrolle im Werk. 7

8 Spannbeton Fertigdecken High-Tech im Stahlbetonbau Immer neue Anforderungen an die Produkte erfordern kontinuierliche Weiterentwicklungen bei der Rohstoffauswahl und den Herstellungsprozessen. Die zurzeit modernste und innovativste Form im Betonbau stellen vorgespannte Betonfertigteile dar. Bei Spannbeton-Fertigdecken werden Betonrezepturen, Hohlraumgrößen und Vorspannungen durch computergestützte Fertigungstechnik aufeinander abgestimmt und optimiert. Neben den verkürzten Bauzeiten besitzen BRESPA -Decken alle Vorteile, die industriell gefertigte Betonfertigteile zu bieten haben: Im Gegensatz zu Ortbetondecken werden beim Einbau von BRESPA -Decken weder Montagestützen noch Joche benötigt, auf aufwändige Bewehrungs- oder Betonierarbeiten kann verzichtet werden und Baufeuchte und Bauschutt spielen auf den Baustellen keine Rolle mehr. Hinzu kommt, dass die industrielle, witterungsunabhängige Produktion in Kombination mit den hochwertigen Rohstoffen und einer sorgfältigen Eigen- und Fremdüberwachung eine gleich bleibende, hohe Qualität gewährleisten kann, wie sie auf Baustellen nicht möglich ist. Neben diesen Vorzügen bieten Spannbeton-Fertigdecken Bauherren und Architekten auch ein Höchstmaß an gestalterischen Freiheiten: Mit vorgespannten BRESPA -Decken sind Stützweiten bis zu 18 m möglich. Und wenn es um Ressourcen schonen geht, dann spricht alles für vorgespannte Hohldecken: Aufgrund ihrer effektiven Materialausnutzung verbrauchen sie nämlich wesentlich weniger Beton und Stahl als jedes andere Betondeckensystem. Spannbeton-Fertigdecken sind universell in allen Bereichen des Hochbaus einsetzbar. Neben den vorgestellten neuen BRESPA -Klimadecken stellt DW Systembau folgende Deckentypen für unterschiedliche Anwendungsbereiche her: BRESPA -Decke BRESPA -Lüftungsdecke 8 Seit mehr als 35 Jahren ist die BRESPA -Decke der Klassiker unter den Spannbeton-Fertigdecken. Durch die großen Hohlraumanteile und die Vorspanntechnik werden im Vergleich zu Ortbetondecken bis zu 50 % Beton und 75 % Stahl eingespart. Die einzelnen Deckenelemente sind standardmäßig 1,20 m breit und 15 bis 40 cm dick. Die Hohlkammern der Spannbeton-Fertigdecken werden werkseitig beschichtet und als integrierte Lüftungskanäle genutzt. Für den Bauherren bedeutet das maximale Raumhöhen bei minimalen Decken stärken. Außerdem gewährleisten die großen Hohlkammern niedrige Strömungsgeschwindigkeiten und einen geringen Energieaufwand für die Lüftungsanlage.

9 BRESPA -Isodecke BRESPA -Massivdecke Eine technisch einfache und wirtschaftlich günstige Lösung ist das Herstellen von Sohlplatten mit BRESPA -Isodecken. Die PS-Dämmplatten, die untrennbar mit den Spannbeton-Fertigdecken verbunden sind, werden standardmäßig in einer Dicke von 132 mm eingebaut, größere Dämmstoffdicken bis über 200 mm sind möglich. Massive Spannbeton-Fertigdecken eignen sich bestens für Bauvorhaben mit großen Einzel- und Linienlasten, hohen Schallschutzanforderungen und für Decken mit Aufbeton, bei denen auf kostenaufwändige Montageunterstützungen verzichtet werden soll. Die BRESPA - Massivdecken werden bis zu einer Stärke von 20 cm und einer Länge von 10 m gefertigt. 9

10 Herstellung und Montage der BRESPA -Klimadecken Die BRESPA -Klimadecken für die Ruhr-Universität Bochum wurden im Fertigteilwerk der VBI, einer holländischen Schwesterfirma der DW Systembau, in Huissen an der deutsch-holländischen Grenze hergestellt. Nach Prüfung und Freigabe der Montagepläne durch den Auftraggeber konnte die Fa. Uponor GmbH, Hersteller der Rohrregister, die passenden Leitungsmodule fertigen und für jedes Deckenelement ein maßgeschneidertes Rohrregister mit jeweils einen Anschluss für Vor- und Gesamter Lieferumfang Technische Daten Fläche Platten- Plattentyp Plattentyp in m² länge in m A26K A32K 10 Gebäude ID Sohle 26 cm BRESPA -Isodecken ,10 32 cm BRESPA -Isodecken 953 9,75 EG- bis 26 cm BRESPA -Klimadecken ,74 4. OG-Decke 32 cm BRESPA -Klimadecken ,89 40 cm BRESPA -Decken , Gebäude IDN EG-Decke 15 cm BRESPA -Decken 398 5,94 40 cm BRESPA -Decken ,84 Dachdecke 15 cm BRESPA -Decken , Dicke in mm Berechnungsgewicht in kn/m² 5,25 6,05 Transportgewichtin kn/m² Verbrauch 4,71 5,48 Zul. Verkehrslast qk 12,50 12,50 in kn/m², vorwiegend ruhend Max. Stützweite in m 9,30 11,20 (bei Bürolasten von 4,30 kn/m²)

11 Plattenquerschnitte Leitungssystem Spannlitzen A20K A26K A32K Rücklauf anliefern. Für den besseren Transport und zum einfacheren Einbau fixiert Uponor die Rohrleitungen auf leichten Beton-Stahlmatten. Vor dem Einbau haben Mitarbeiter der Qualitätssicherung im Werk alle Platten mittels einer Druckprüfung kontrolliert. Auf den Fertigungsbahnen wurden die Rohrregister mit ihren Beton-Stahlmatten auf der Spannlitzenbewehrung befestigt. Nach dem Betonieren und Aushärten konnten die BRESPA - Klimadecken auf Maß geschnitten und auf dem Lagerplatz gestapelt werden. Die Montage verlief nicht anders als bei allen anderen BRESPA -Decken. Die Anschlüsse der Rohrregister saßen bei der RUB unterseitig, alternativ wären auch stirnseitig oder oberseitig möglich gewesen. Jede Platte wurde zum Schluss einzeln nach dem Tichelmann-Prinzip an das Heizungssystem angeschlossen. Die Verlegeleistung von max. 4 Monteuren mit einem Kran bei kontinuierlicher Verlegung betrug ca. 500 m² pro Tag. 11

12 Wir danken für die freundliche Unterstützung Uponor GmbH Skizze zur thermischen Nutzung auf Seite 3 und Kurvendiagramm zur thermischen Gebäudesimulation auf Seite 6 ( Planungsbüro Rohling AG Grundriss, Schnitt und Animation der RUB auf Seite 2 und 3 ( Lohr Cosult Skizzen zu möglichen Betriebszuständen der Anlage auf Seite 4 und 5 ( VBI bv Fotos auf den Seite 9 bis 11 ( MBN Bau AG ( DW SYSTEMBAU GmbH Mitglied und aktiv in der Werk BRESPA Schneverdingen Stockholmer Straße 1 D Schneverdingen Tel. +49 (0) Fax +49 (0) info@dw-systembau.de Werk BRESPA Luckau Frederik-Ipsen-Straße 1 D Luckau Tel. +49 (0) Fax +49 (0) info@dw-systembau.de Werk VBI Huissen Looveer 1 NL-6851 AJ Huissen Tel. +31 (0) vbi@vbi.nl Stand: Juli 2014 DW17 001