Betonkernaktivierung: Worauf ist zu achten?

Die Betonkernaktivierung verwandelt Böden oder Decken von Gebäuden in große Heiz- oder Kühlflächen. Sie nutzt die Speicherfähigkeit der massiven Bauteile, kommt mit minimalen Vorlauftemperaturen aus und schafft optimale Voraussetzungen für den Einsatz von Wärmepumpen sowie anderen Umweltheizungen. Geht es um die Planung, die Installation und die Inbetriebnahme der Betonkernaktivierung, sind jedoch einige Punkte zu beachten.

Betonkernaktivierug

Deutsche-Thermo gibt einen Überblick und erklärt, warum ausführende Firmen nach der Installation häufig erst einmal auf eine mobile Heizung setzen.

Die Themen im Überblick

Aufbau und Funktionsweise der versteckten Heizflächen

Die Betonkernaktivierung (auch thermische Bauteilaktivierung oder Betonkerntemperierung) besteht aus Rohren im Aufbau massiver Betonbauteile. Die Kunststoffleitungen sind mit der Bewährung verbunden und nachträglich nur an den Durchführungen zu Wärmeerzeugern oder Verteilern zu erkennen. Strömt Warmwasser durch die Leitungen, geben diese thermische Energie ab. Der umliegende Beton heizt sich allmählich auf und überträgt Wärme auf den Raum. Da die Heizflächen besonders groß sind, gibt die Betonkernaktivierung auch mit minimalen Vorlauftemperaturen viel Wärme ab. Sie gilt daher als besonders effizient und kommt in immer mehr Gebäuden zum Einsatz.

Mit Kaltwasser kühlt die Betonkernaktivierung das Gebäude

Strömt anstelle von Warmwasser Kaltwasser durch die Leitungen im Beton, lässt sich die Betonkernaktivierung auch im Sommer zum Temperieren oder Kühlen einsetzen. Denn dadurch nehmen thermisch aktivierte Böden, Decken oder Wände Wärme aus dem Gebäude auf, um diese über eine Wärmepumpe oder einen Kaltwassersatz nach außen abzuführen. Damit Feuchteschäden wie die Kondensation ausbleiben, ist nur eine geringe Untertemperatur möglich, was die Kühlleistung im Vergleich zu Fan Coils oder anderen Klimageräten limitiert.

Speicherfunktion der Betonbauteile bringt Vor- und Nachteile

Während Heizkörper nach dem Abdrehen schnell keine Wärme mehr abgeben, beinhalten massive Betonbauteile sehr viel davon. Sie heizen auch, wenn der Wärmeerzeuger ausgeschaltet ist und überbrücken Sperrzeiten einer Wärmepumpe oder Ähnliches. Durch die Speicherfunktion erübrigen sich Pufferspeicher für die Wärmepumpe und die Anlagenkosten sinken.

Sollen in der Halle hingegen Veranstaltungen durchgeführt werden, ist es in der Regel das Ziel, eine gleichmäßige Wärmeverteilung zu erzielen. Weiterhin stellen die verschiedenen Einsatzszenarien unterschiedliche Anforderungen an die zu erreichende Temperatur. Während etwa in Produktionshallen, in denen schwer körperlich gearbeitet wird, bereits Temperaturen von beispielsweise 14 Grad angenehm sein können, werden diese für eine Veranstaltung viel zu kalt sein. Doch egal, welche Temperatur erzielt werden soll, diese muss auch gehalten werden.

Hallenheizung

Heiz- und Kühlleistung stellt höhere Anforderungen an Gebäude

Um dem Bauwerk nicht zu schaden, sind die Leistungsdaten der Betonkernaktivierung niedriger als bei anderen Arten der Flächenheizung. Während die Wärmeleistung bei etwa 30 W/m² liegt, sind Kühlleistungen von bis zu 50 W/m² zu erreichen. Im individuellen Fall entscheiden dabei jedoch immer auch die örtlichen Gegebenheiten. So kann die Leistung durch Bodenaufbauten, abgehängte Decken oder Akustikelemente im Nichtwohnbau auch geringer ausfallen.

Verlegung der Rohre in Böden, Decken oder Wänden möglich

Grundsätzlich lassen sich alle Betonbauteile im Haus thermisch aktivieren. So ist es möglich, Bodenplatten, Zwischenböden, Decken, Wände oder sogar Pfeiler als versteckte Heizflächen zu verwenden.

Kühlung: Aktiv, passiv oder mit Kaltwassersatz zum Mieten

Weißer luftgekühlter Kaltwassersatz auf Dach

Während Wärmepumpen und Solarthermieanlagen besonders gut für den Heizbetrieb geeignet sind, kommen für die Kühlung über eine Betonkernaktivierung unterschiedliche Systeme zum Einsatz. Am günstigsten ist dabei die passive Kühlung, bei der kaltes Grundwasser direkt oder indirekt (mittels Wärmeübertrager) Wärme abführt.

Die aktive Kühlung ist darüber hinaus mit einer separaten oder einer reversiblen Wärmepumpe möglich. Während Erstere die Kühlung neben dem Heizbetrieb realisieren kann, funktioniert mit einer reversiblen Wärmepumpe nur Heizen oder Kühlen zur gleichen Zeit.

Eine interessante Alternative stellen mobile Kaltwassersätze zum Mieten dar. Diese sind in unterschiedlichsten Leistungsbereichen verfügbar. Sie stellen Kaltwasser mit der gewünschten Konditionierung zur Verfügung und lassen sich auch vorübergehend nutzen. Ist ein Gebäude im Sommer beispielsweise sehr warm, können Betreiber einen Kaltwassersatz mieten, um die Räume zu Spitzenzeiten über die Bauteilaktivierung zu kühlen.

Verschiedenste Einsatzbereiche der Betonkernaktivierung

Als energiesparendes und verstecktes System zum Heizen und Kühlen kommt die Betonkernaktivierung heute in immer mehr Gebäuden zum Einsatz. Typisch sind Neubau- oder Erweiterungsvorhaben großer Nichtwohngebäude wie:

Bürogebäude

Schulen

Museen

Krankenhäuser

Pflegeheime

Industriehallen

In Ein- und Zweifamilienhäusern kommt die Betonkernaktivierung bisweilen seltener zum Einsatz. Gründe dafür liegen in der hohen Trägheit, in der vergleichsweise geringen Heizleistung und in den unterschiedlichen Temperaturanforderungen kleiner Raumbereiche oder Zonen.

Vorteile und Nachteile der Betonkernaktivierung im Vergleich

Die Betonkernaktivierung arbeitet mit sehr niedrigen Vorlauftemperaturen. Sie ermöglicht den effizienten Einsatz regenerativer Energiesysteme und sorgt für niedrige Heizkosten. Die Behaglichkeit über oder unter der Strahlungsheizung ist sehr gut und die Einsatzbereiche sind vielfältig. Nachteilig sind hingegen die begrenzten Leistungswerte. Die Betonkernaktivierung lässt sich im Nachhinein nicht verändern und durch Leitungen im Bodenaufbau besteht ein gewisses Schadensrisiko, wenn es um Durchbrüche oder dergleichen geht. Nachteilig ist außerdem, dass das Heizsystem in aller Regel nur im Neubau oder bei einer Aufstockung bestehender Gebäude infrage kommt.

Einen Überblick über die wichtigsten Vorteile und Nachteile der Betonkernaktivierung gibt die folgende Tabelle.

VorteileNachteile
niedrige Vorlauftemperaturen begünstigen den Einsatz regenerativer Energiesystemehohe Anforderungen an das zu beheizende Gebäude oder Kombination mit zusätzlichen Heizsystemen (Bsp.: Flächenheizung)
hohe Speicherfähigkeit der Betonbauteilesystembedingt begrenzte Heiz- und Kühlleistung
hohe thermische Behaglichkeit durch gleichmäßige Wärmestrahlungträges Heizsystem mit sehr langsamer Reaktion auf geänderte Temperaturanforderungen
weniger Staub in der Luftgenaue Temperaturregelung oder Nachtabsenkung sind nicht ohne Weiteres möglich
Heizen und Kühlen ist möglich (aktive sowie passive Kühlung über Grundwasser)detaillierte und fachgerechte Planung der Anlage
Speicherfähigkeit ermöglicht zeitversetzte Kühlung mit günstigerem NachtstromtarifInstallationskosten teilweise höher als bei anderen Systemen (Konvektionsheizung)
geringere Raumlufttemperatur ohne Einbußen im Komfort 

Planung und Auslegung der Betonkernaktivierung

Durch die hohe Trägheit und die vergleichsweise geringe Heiz- und Kühllast kommt es bei der Betonkernaktivierung auf eine detaillierte und fachgerechte Planung an. Einen großen Einfluss auf diese hat bereits das Gebäude selbst, welches im besten Falle über einen geringen Wärme- und Kältebedarf verfügt. Ersteres ist dabei mit energiesparenden Dämmstoffen, dichten Gebäudehüllen und transparenten Bauteilen mit Wärmeschutzverglasung realisierbar. Eine niedrige Kühllast ergibt sich vor allem durch effektive Sonnenschutzeinrichtungen wie Lamellen oder Rollos im Außenbereich.

Ganzheitliche Planung von Gebäudetechnik und Architektur

Im Sinne einer ganzheitlichen und energieeffizienten Gebäudeplanung sollte die Betonkernaktivierung nicht losgelöst von der Architektur betrachtet werden. Richten Fachleute Fenster nach Süden aus, lassen diese im Winter viel Sonnenstrahlung herein, welche die Heizung auf natürliche Weise unterstützt. Im Sommer sorgen Lamellen oder tageslichtoptimierte Sonnenschutzeinrichtungen für das Gegenteil. Sie lassen möglichst wenig Strahlung herein, um für eine geringe Kühllast zu sorgen. Der integrale Ansatz, welcher bei herkömmlichen Bauprojekten selten zum Einsatz kommt, ist hier besonders wichtig, um ein optimales und energieeffizientes Gebäude zu schaffen.

Berechnung der Heizlast und Auslegung der Rohrregister

Wie im vorherigen Punkt beschrieben, sollte die Planung der Bauteilaktivierung von Beginn an zusammen mit der Architekturplanung erfolgen. Neben der räumlichen Gestaltung kommt es dabei im ersten Schritt auf die Berechnung der Heiz- sowie der Kühllast an. Die Ergebnisse sind Grundlage für die Berechnung der Rohrregister, welche im zweiten Schritt erfolgt. Abhängig von den erforderlichen Leistungsdaten, dem Aufbau der Bauteile sowie der Lage der wasserführenden Leitungen ergibt sich dabei, in welchem Abstand die Rohre liegen. Planer ermitteln die Vorlauftemperaturen für den Auslegungsfall und berechnen, wie viel Wasser die Betonkernaktivierung durchströmen muss.

Unser Tipp: Systemanbieter für die Betonkernaktivierung unterstützen Fachplaner von Beginn an mit viel Erfahrung und Know-how. Sie legen die Heizflächen aus oder prüfen die Planung, bevor es in die Ausführung geht.

Unter Umständen sind zusätzliche Heizsysteme zu planen

Reicht die Leistung der Betonkernaktivierung nicht aus, um Gebäude allein mit Wärme zu versorgen, sind zusätzliche Heizsysteme nötig. Infrage kommen beispielsweise Fußbodenheizsysteme, welche schneller reagieren und bei Bedarf mehr Wärme zur Verfügung stellen. Die Betonkernaktivierung legen Planer dabei zur Temperierung aus. Sie stellt eine Mindestraumtemperatur zur Verfügung und überlässt es beispielsweise einer Fußbodenheizung, die gewünschten Raumtemperaturen bedarfsgerecht zur Verfügung zu stellen. In der Regel sind Fußbodenheizungen mit Estrich bedeckt. Zum Estrich aufheizen werden Rohrleitungen im Bodenaufbau verlegt.

Verlegung der Rohre im Aufbau von Wänden und Böden

Steht fest, in welchen Abständen die Rohre ins Gebäude kommen, geht es um die Verlegeplanung. Hier ist vor allem auf Bauteil-, Gebäude- und Dehnungsfugen zu achten. Um die Leitungen der Betonkernaktivierung an diesen vor Scherkräften zu schützen, kommen Leer- beziehungsweise Mantelrohre zum Einsatz. Zu beachten ist außerdem, dass um Stützen oder am Bereich von Außenwänden etwas Platz für Durchbrüche oder Aussparungen bleibt.

Betonkernaktivierung

Die Heizkreise selbst sollten außerdem möglichst in der gleichen Größe gestaltet sein, wobei die Leitungslänge je Heizkreis in Anbetracht der Druckverluste zu begrenzen ist.

Betonkernaktivierung mit 2-, 3- oder 4-Leiter-System

In Bezug auf die Verlegeplanung kommt es außerdem darauf an, ob die Betonkernaktivierung mit einem 2-, einem 3- oder einem 4-Leiter-System arbeitet. Was das bedeutet und welche Vor- sowie Nachteile die Lösungen haben, zeigt folgende Tabelle.

SystemBeschreibung
2-Leiter-SystemHierbei führen zwei Leitungen (einmal Vor- und einmal Rücklauf) zu allen Heizkreisen. Die Variante ist am günstigsten, bietet aber eine vergleichsweise geringe Flexibilität. So ist es möglich, nur alle Räume gemeinsam zu beheizen oder zu kühlen.
3-Leiter-SystemBei dieser Variante führen im Vorlauf zwei Leitungen zu Zonen mit unterschiedlichen Temperaturanforderungen. Letztere lassen sich verschieden stark mit Wärme oder Kälte versorgen. Daraufhin führt ein gemeinsamer Rücklauf das Wasser mit einer Mischtemperatur zum Wärmeerzeuger zurück. Die Flexibilität ist hier zwar etwas höher. Dafür lassen sich unterschiedliche Räume oder Zonen nicht zur gleichen Zeit mit Wärme oder Kälte versorgen.
4-Leiter-SystemHierbei führen zwei Leitungspaare (2 x Vor- und 2 x Rücklauf) durch das Gebäude, um einzelne Zonen variabel mit Wärme oder Kälte zu versorgen. Die Lösung bietet die größte Flexibilität, ist aber auch mit den höchsten Anschaffungskosten verbunden.

Die Art der Rohrverlegung wirkt sich maßgebend auf die Leitungsführung wie auch auf die Regelung der Betonkernaktivierung aus. Aus diesem Grund sollten sich Planer und Bauherren hier möglichst frühzeitig für eine Variante entscheiden.

Die passende Regelstrategie für die Betonkernaktivierung

Durch die geringen Heiz- beziehungsweise Kühlwassertemperaturen verfügt die Betonkernaktivierung genau wie die Fußbodenheizung über einen gewissen Selbstregeleffekt. Nähert sich die Raumtemperatur der Oberflächentemperatur von Decken, Böden oder Wänden an, geben Letztere weniger Energie ab und Räume überhitzen langsamer.

Um eine hohe Energieeffizienz zu erreichen, genügt diese einfache Regelung in der Praxis jedoch nicht. Besser ist es, Pumpenlaufzeiten, Massenströme und Medientemperaturen bedarfsgerecht zu regulieren. Günstig ist es dabei, Räume oder Bereich mit gleichen thermischen Gegebenheiten einheitlichen Regelzonen zuzuordnen. Die Software selbst sollte dabei so gestaltet sein, dass sich Parameter wie Zeiten oder Temperaturen auch nachträglich einfach anpassen lassen.

Thermische Gebäudesimulation sorgt für mehr Sicherheit

Durch die hohe Trägheit passt die Betonkernaktivierung ihre Leistung nur langsam an den veränderlichen Wärme- oder Kältebedarf an. Ob die geplante Anlage in der Praxis funktioniert oder Komforteinbußen zu erwarten sind, zeigt eine dynamische Simulation. Experten geben die wichtigsten Gebäudedaten dazu in eine Software ein. Diese simuliert verschiedene Temperaturverläufe und berechnet, wie sich das Gebäude dabei verhält. So lässt sich für jeden Zeitpunkt erkennen, ob die Technik genügend Wärme einbringt/abführt oder Einbußen im Komfort zu erwarten sind. Letzteres könnte beispielsweise durch zu hohe oder zu niedrige Systemtemperaturen der Fall sein.

Fachgerechtes Auf- und Funktionsheizen der Betonflächen

Mobile Heizung mieten Grafik mit weißem Heizänhänger zum mieten

Sind die Leitungen der Betonkernaktivierung verlegt, folgt die Druckprüfung der Anlage. Experten gießen anschließend den Beton und führen den hydraulischen Abgleich durch. Ist das erledigt, erfolgt das sogenannte Funktionsheizen nach DIN 18380 „Heizanlagen und zentrale Wassererwärmungsanlagen“.

Mit diesem prüfen ausführende Firmen die ordnungsgemäße Funktion von Heizung und Beton, um die Gewährleistung geben zu können. Wann das Auf- und Funktionsheizen beginnen kann, hängt von der Zusammensetzung und der Stärke der Betonelemente ab. Frühestmöglicher Zeitpunkt ist in aller Regel der 28. Tag nach Abschluss der Betonarbeiten. Sicherheit verschafft hier die Aussage eines Statikers beziehungsweise die Abstimmung mit der Betonbaufirma.

Wichtig zu wissen: Das Funktionsheizen stellt nicht sicher, dass Betonböden die Belegreife erreichen. Um zu verhindern, dass die Restfeuchte zu hoch ist, führen Bodenleger vor dem Verlegen der Böden eine CM-Messung durch.

Mobile Heizungen stellen in Kürze hohe Leistungen zur Verfügung

Die Betonkernaktivierung begünstigt den Einsatz von Wärmepumpen, welche Umweltenergie mit einem technischen Prozess zum Heizen nutzbar machen. Sind Letztere noch nicht installiert oder reicht deren Leistung nicht aus, lässt sich das Funktionsheizen mit einer mobilen Heizzentrale realisieren. Bei größeren Objekten mit einem Funktionsheizbedarf über 1 MW Leistung wird ein mobiler Heizcontainer benötigt. Die Anlagen sind in verschiedenen Leistungsbereichen erhältlich und nach Bestellung schnell am gewünschten Einsatzort verfügbar.

Betonkernaktivierung: Kosten der Heiztechnik im Überblick

Wie viel die Betonkernaktivierung kosten kann, hängt von zahlreichen Faktoren ab. So spielen die Gebäudegröße, die Raumaufteilung und auch der Abstand der Verlegung eine wichtige Rolle. Überschlägig liegen die Preise bei 40 bis 60 Euro pro Quadratmeter. Ist ein zusätzliches Heiz- oder Kühlsystem erforderlich, fallen höhere Kosten an.

Geht es um die Betriebskosten, ist die bauteilintegrierte Heizung eine der günstigsten Lösungen überhaupt. Denn Sie kommt ohne hohe Vorlauftemperaturen aus und sorgt dafür, dass sich Umweltwärme aus Solarthermie- oder Wärmepumpenanlagen effizient nutzen lässt. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass der Wärmeschutz im Haus entsprechend hoch ist.

Häufig gestellte Fragen

Was ist eine Betonkernaktivierung und wie funktioniert die Technik?

Dabei handelt es sich um das Verlegen von Rohren oder Rohrregistern in Betonbauteilen. Strömt warmes Wasser durch die Leitungen, gibt dieses Wärme ab, um Räume zu beheizen. Zirkuliert hingegen Kaltwasser in der Anlage, nimmt es Wärme auf, um Räume zu kühlen.

Welche Wärmeerzeuger eignen sich für die Aktivierung der Betondecke?

Am besten geeignet sind Umweltheizungen wie die Wärmepumpe, die Solarthermie oder die Pelletheizung. Denn die Betonkernaktivierung kommt mit sehr niedrigen Vorlauftemperaturen aus, was der Effizienz der Umweltheizanlagen zugutekommt.

Wie kann eine thermisch aktivierte Betondecke Räume kühlen?

Die Kühlfunktion lässt sich passiv mit Sole oder Grundwasser realisieren. Die Medien strömen dabei direkt durch die Anlage oder indirekt durch einen Wärmeübertrager. Letzterer entzieht dem Heizungswasser Wärme, welches die Betondecken und -bauteile anschließend kühlt. Alternativ kommen auch reversible Wärmepumpen oder Kaltwassersätze zum Einsatz.

Welche Vorteile hat die Beheizung mit Betonkernaktivierung?

Bei der thermischen Bauteilaktivierung handelt es sich um eines der wirtschaftlichsten Heizsysteme. Es sorgt für niedrige Kosten, senkt den Energieverbrauch und schont somit auch die Umwelt. Ein weiterer Vorteil ist die hohe Behaglichkeit durch die gleichmäßige Strahlungswärme der Heizflächen. Die Systeme eignen sich hervorragend für regenerative Energien-Anlagen und nutzen die hohe Speicherfähigkeit der Betonbauteile optimal aus.

Muss das Haus für die Heizung/Kühlung über Betondecken Voraussetzungen erfüllen?

Ja, günstig ist ein hoher Wärmeschutz. Das Haus sollte möglichst luftdicht und vor sommerlicher Wärmeeinstrahlung geschützt sein. Besonders günstig sind Anlagen, welche im Winter umso mehr Wärme hineinlassen, um die Heizung auf natürliche Weise zu unterstützen und die Heizkosten weiter zu senken.

Was ist bei der Planung eine Betonkernaktivierung besonders zu beachten?

Besonders wichtig ist eine integrale Planung, bei der Experten Bauphysik, Haustechnik und Architektur im Einklang betrachten. Die Auslegung sollt Detailliert und im besten Falle auch mit einer thermischen Simulationsrechnung erstellt werden.

Wie viel kostet die thermische Betonkernaktivierung?

Die Kosten liegen bei 40 bis 50 Euro pro Quadratmeter und können höher ausfallen, wenn zusätzliche Heizsysteme erforderlich sind.

Lässt sich die Funktionsheizung einer Betonkernaktivierung mit der Wärmepumpe realisieren?

Nicht in jedem Fall. Teilweise ist die Wärmepumpe noch nicht einsatzbereit, teilweise genügt ihre knapp ausgelegte Leistung nicht. In beiden Fällen sorgen mobile Heizungen zum Mieten schnell für Abhilfe. Denn diese lassen sich zur Überbrückung an die Heizungsanlage anbinden, um ausreichend Wärme zu liefern.

Autor: Johannes Partz

Johannes Partz

Johannes ist hier Geschäftsführer. In der Energiebranche ist er seit 2013. Er war in verschiedenen Positionen in Technik und Vertrieb bei Energieversorgern tätig. Seine technische Expertise hat er aus den 3 Jahren als Geschäftsführer bei der Hampel GmbH - einem Gebäudetechnik Unternehmen mit Fokus auf Heizungstechnik, Sanitär, Lüftung und Klima.