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Kapillarrohrmatte Eine ist ein flächiger Verbund dünner Rohre Kapillaren mit einem Verteilerrohr und einem Sammlerrohr H

Kapillarrohrmatte

Eine Kapillarrohrmatte ist ein flächiger Verbund dünner Rohre (Kapillaren) mit einem Verteilerrohr und einem Sammlerrohr. Haupteinsatzgebiete sind Kühldecken und Fußbodenheizungen.

Kapillarrohrmatte

Technik Bearbeiten

Idee Bearbeiten

Die Konstruktion der Kapillarrohrmatte hat als Vorbild die von der Natur geschaffenen Netzwerke aus feinen Adern, die unter der Haut (Oberfläche) von Lebewesen den Organismus nicht nur mit Nährstoffen versorgen, sondern auch zur Wärmeregulierung des Körpers dienen. Die Funktion der Wärmeregulierung hat die Inspiration gegeben, in die Umschließungsflächen von Räumen dicht unter der Oberfläche Kapillarrohrmatten zu verlegen, diese mit warmem oder kühlem Wasser durchströmen zu lassen und auf diese Weise die Räume zu temperieren. Da ähnlich den Adern unter der Haut des Körpers stets viele Kapillarrohre parallel durchströmt werden, ist der Wärmeaustausch mit der Umgebung sehr intensiv und gleichzeitig energetisch effektiv. Ein Raum, der unter Einsatz von Kapillarrohrmatten als Flächenwärmetauscher temperiert wird, benötigt für das Heizen oder Kühlen Vorlauftemperaturen, die nur wenige Grad entfernt von der gewünschten Raumtemperatur gewählt werden müssen. Zugleich ist durch die große Anzahl der parallel verlaufenden Kapillarrohre die Antriebsenergie zur Aufrechterhaltung der Strömung im Vergleich zu „Einrohr-Systemen“, die als Mäander verlegt sind (typische Verlegung von Fußbodenheizungsrohren), vergleichsweise gering. Durch den geringen Abstand der Kapillarrohre zur Oberfläche der Raumfläche reagiert das System sehr schnell. Die Temperatur des Heiz- oder Kühlmediums wird durch die große Anzahl der Kapillarrohre sehr gleichmäßig und schnell an die Umgebung abgegeben. Diese beiden Eigenschaften – sehr gute Wärmeübertragung und geringer Druckverlust – sind vorteilhaft im Sinne der Energieeinsparung. In weiter Fassung der Begriffe der Technik ist die Kapillarrohrmatte ein Flächenwärmetauscher und kann zur Übertragung von Wärme zwischen zwei Medien eingesetzt werden.

Merkmale Bearbeiten

Die typische Kapillarrohrmatte hat Kapillarrohre mit einem Außendurchmesser von weniger als 5 mm. Dadurch ist die Konstruktion sehr flexibel und unterstreicht damit die Eigenschaft der „Matte“. Die einzelnen Kapillarrohre sind im Register mit einem Abstand zueinander von 10 bis maximal 50 mm angeordnet. Kapillarrohrmatten werden meistens aus Kunststoff hergestellt. Üblich ist die Herstellung aus Polypropylen, das im Bauwesen häufig für Rohrleitungen und in der Lüftungs- und Klimatechnik eingesetzt wird. Dieses Material und die kleinen Dimensionen begründen die Flexibilität des Registers und dadurch die Eigenschaft der Matte. Die Verwendung von Kunststoff in der Fertigung von Kapillarrohrmatten, statt Kupfer oder Stahl wie in anderen Kühldeckenrohren, wirkt sich stark kostenreduzierend aus. Da die Kapillarrohre sehr dünnwandig sind, wirkt sich die schlechtere Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes gegenüber von Metallen dennoch nicht nachteilig in der Wärmeübertragung aus. Polypropylen ist sehr resistent gegenüber vielen Chemikalien (DIN 8078) und damit sehr langlebig. Polypropylen ist sehr gut zu recyceln. Polypropylen ist sauerstoffdiffusionsoffen. Diese Eigenschaft erfordert, dass die Kapillarrohrmatten stets nur in korrosionsgeschützten Rohrsystemen betrieben werden. Diese Maßnahme gewährleistet die sichere Funktion der Anlagen und ist ausreichender Schutz vor Korrosionsschäden (Korrosion und Korrosionsschutz). Die Herstellung der Kapillarrohrmatten erfolgt in Standardverfahren der Kunststoffverarbeitung mittels Extrudieren, thermischem Kunststoffschweißen und Spritzgießen.

Geschichte Bearbeiten

Die Erfindung der Kapillarrohrmatte geht auf das Jahr 1981 zurück, als der Berliner Dipl.-Ing. Donald Herbst sein erstes Patent (DE 31 24 048, Anmeldetag 15.06.1981, „Rohrleitungsgeflecht für Warmwasser-Flächenheizung von Fußböden oder Wänden“) zu dieser Technik angemeldet hat. Es folgten aus seiner langjährigen Tätigkeit im Dienst der Kapillarrohrmattentechnik eine Vielzahl sich ergänzender Erfindungen/Patente, wodurch die Herstellungsverfahren und die Anwendungen der Kapillarrohrmatten ständig weiterentwickelt wurden. In den Anfangsjahren wurden die Kapillarrohrmatten unter der Marke „KaRo“ in den Markt gebracht. Anlässlich der Internationalen Bauausstellung 1984 in Berlin gewann der Entwurf der Architekten von Gerkan, Marg und Partner für ein Energiesparhaus. Hier wurden erstmals Kapillarrohrmatten in einer komplexen Anlage in einem 1.200 m² großen Wohngebäude eingesetzt. Umfangreiche wissenschaftliche Arbeiten von Prof. Dr. Mathias Fraaß (seit 1991) und später von Prof. Dr. Bernd Glück (seit 1994) schufen die notwendigen Grundlagen zur Theorie in den Anwendungen der Kapillarrohrmatten. Heute werden Kapillarrohrmatten weltweit verbaut. Die Jahresproduktionsmenge wird mit mehr als 400.000 m² geschätzt (2010).

Bedeutung und Anwendung Bearbeiten

Kapillarrohrmatten werden überwiegend in Kühldecken eingesetzt. Jede Bauform einer Kühldecke kann durch Kapillarrohrmatten aktiviert werden. Neben den Putzkühldecken mit Kapillarrohrmatten, die weniger als 15 mm Putzschicht benötigen, werden die Kapillarrohrmatten auch in Metallkassettendecken und in abgehängte Gipskartondecken eingebracht. Die übertragenen Heiz- und Kühlleistungen liegen bei den unterschiedlichen Ausführungen jeweils bei einer Temperaturdifferenz von 10 K zwischen der mittleren Medientemperatur und der Raumtemperatur zwischen 65 und 90 W/m². Frei im Raum hängende Kapillarrohrmatten erreichen Kühlleistungen von weit mehr als 100 W/m².

Auch in der thermischen Bauteilaktivierung BTA werden Kapillarrohrmatten eingesetzt. Anders als bei der herkömmlichen Betonkernaktivierung BKT liegen in der thermischen Bauteilaktivierung die Kapillarrohre etwa 5 mm dicht unter der Deckenoberfläche. Diese Anordnung sichert eine schnelle Reaktion und eine hohe Übertragungsleistung bis 90 W/m² (bei 10 K Temperaturdifferenz s. o.) und nutzt zudem auch die Betonmasse als thermischen Speicher. Mit Kapillarrohrmatten können sehr dünnaufbauende Heizflächen als Fußbodenheizung oder Wandheizung gebaut werden. Eine Schichtstärke von weniger als 15 mm ist möglich. Kapillarrohrmatten werden auch als Kompaktkollektoren zur Nutzung der Erdwärme in Wärmepumpenanlagen verwendet. Die Entzugsfläche kann durch den Einsatz der Kapillarrohrmatten verkleinert werden. In der verarbeitenden und herstellenden Industrie werden Kapillarrohrmatten bereits zur Temperierung unter anderem von Säurebädern verwendet.

Großprojekte Bearbeiten

Leistungsermittlung Bearbeiten

Da die Kapillarrohrmatten vielfältig einsetzbar sind, machen sich auch unterschiedliche Verfahren zur Leistungsbestimmung erforderlich. So gilt z. B. für Kühldecken die DIN EN 14240 (Messung in einem Prüfraum). Für viele Einsatzgebiete von Kapillarrohrmatten existieren aber keine Prüfnormen, so beispielsweise für Erdwärmekollektoren, Kühlschächte, Speicher mit PCM-Anteilen usw. Hierfür haben Simulationsverfahren große Bedeutung erlangt. Diese sind auch bei der Komponentenentwicklung wirtschaftlich optimal nutzbar, da durch vorherige Trendberechnungen bezüglich der zu erwartenden Leistungen der Entwicklungsaufwand mitunter stark verkürzt werden kann. Zahlreiche Simulationsmodelle sind kostenlos herunterladbar . Weitere allgemeine Untersuchungen sind ebenfalls kostenlos verfügbar .

Literatur Bearbeiten

  • Mathias Fraaß: Untersuchungen zu Kapillarrohr-Deckenkühlsystemen. Tl.1. Kann die Stabtheorie für die Berechnung von Kühldecken eingesetzt werden? In: Heizung Lüftung/Klima Haustechnik. HLH 44(1993)Nr.10, S. 603–610
  • Mathias Fraaß, Donald Herbst: Theoretische Untersuchungen an Kapillarrohr-Deckenkühlsystemen. Tl.2. Gelten die auf dem Prüfstand ermittelten Kennwerte in der Praxis? In: Heizung Lüftung/Klima Haustechnik. HLH 44(1993)Nr.11, S. 673–677
  • Mathias Fraaß: Das Anfahrtverfahren von Rippen. In: Gesundheits-Ingenieur-Haustechnik-Bauphysik-Umwelttechnik 118 (1997) Heft 3, S. 142–147
  • Mathias Fraaß: Numerische Leistungsbestimmung thermischaktiver Bauteile mittels Randelementenverfahrens (BEM). In: Gesundheits-Ingenieur-Haustechnik-Bauphysik-Umwelttechnik 125 (2004) Heft 2, S. 70–79
  • Mathias Fraaß: Ein Beitrag zur Theorie des thermisch aktivierbaren Bauteils. Dissertation TU Berlin, März 2001

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Olympic Village Vancouver, Kanada [1]
  2. Uniqa Tower Wien, Österreich [2]
  3. [3] Bernd Glück: "Innovative Wärmeübertragung und Wärmespeicherung" PTJ-Forschungskomplex LowEx (Heizen und Kühlen mit Decke, Wand, Fußboden, Solarabsorber, Speicherplatten, Kühlschächte, Kleinkühltürme usw.)
  4. [4] Bernd Glück: "Wärmespeicher mit und ohne PCM" ROM-Umweltstiftung
  5. [5] Bernd Glück: "Erdwärmekollektor"
  6. [6] Bernd Glück: "Thermische Bauteilaktivierung" ROM-Umweltstiftung
  7. [7] Bernd Glück: "Grundlagen - Kapillarrohrmatten"
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Veröffentlichungsdatum:
Eine Kapillarrohrmatte ist ein flachiger Verbund dunner Rohre Kapillaren mit einem Verteilerrohr und einem Sammlerrohr Haupteinsatzgebiete sind Kuhldecken und Fussbodenheizungen KapillarrohrmatteInhaltsverzeichnis 1 Technik 1 1 Idee 1 2 Merkmale 2 Geschichte 3 Bedeutung und Anwendung 3 1 Grossprojekte 4 Leistungsermittlung 5 Literatur 6 EinzelnachweiseTechnik BearbeitenIdee Bearbeiten Die Konstruktion der Kapillarrohrmatte hat als Vorbild die von der Natur geschaffenen Netzwerke aus feinen Adern die unter der Haut Oberflache von Lebewesen den Organismus nicht nur mit Nahrstoffen versorgen sondern auch zur Warmeregulierung des Korpers dienen Die Funktion der Warmeregulierung hat die Inspiration gegeben in die Umschliessungsflachen von Raumen dicht unter der Oberflache Kapillarrohrmatten zu verlegen diese mit warmem oder kuhlem Wasser durchstromen zu lassen und auf diese Weise die Raume zu temperieren Da ahnlich den Adern unter der Haut des Korpers stets viele Kapillarrohre parallel durchstromt werden ist der Warmeaustausch mit der Umgebung sehr intensiv und gleichzeitig energetisch effektiv Ein Raum der unter Einsatz von Kapillarrohrmatten als Flachenwarmetauscher temperiert wird benotigt fur das Heizen oder Kuhlen Vorlauftemperaturen die nur wenige Grad entfernt von der gewunschten Raumtemperatur gewahlt werden mussen Zugleich ist durch die grosse Anzahl der parallel verlaufenden Kapillarrohre die Antriebsenergie zur Aufrechterhaltung der Stromung im Vergleich zu Einrohr Systemen die als Maander verlegt sind typische Verlegung von Fussbodenheizungsrohren vergleichsweise gering Durch den geringen Abstand der Kapillarrohre zur Oberflache der Raumflache reagiert das System sehr schnell Die Temperatur des Heiz oder Kuhlmediums wird durch die grosse Anzahl der Kapillarrohre sehr gleichmassig und schnell an die Umgebung abgegeben Diese beiden Eigenschaften sehr gute Warmeubertragung und geringer Druckverlust sind vorteilhaft im Sinne der Energieeinsparung In weiter Fassung der Begriffe der Technik ist die Kapillarrohrmatte ein Flachenwarmetauscher und kann zur Ubertragung von Warme zwischen zwei Medien eingesetzt werden Merkmale Bearbeiten Die typische Kapillarrohrmatte hat Kapillarrohre mit einem Aussendurchmesser von weniger als 5 mm Dadurch ist die Konstruktion sehr flexibel und unterstreicht damit die Eigenschaft der Matte Die einzelnen Kapillarrohre sind im Register mit einem Abstand zueinander von 10 bis maximal 50 mm angeordnet Kapillarrohrmatten werden meistens aus Kunststoff hergestellt Ublich ist die Herstellung aus Polypropylen das im Bauwesen haufig fur Rohrleitungen und in der Luftungs und Klimatechnik eingesetzt wird Dieses Material und die kleinen Dimensionen begrunden die Flexibilitat des Registers und dadurch die Eigenschaft der Matte Die Verwendung von Kunststoff in der Fertigung von Kapillarrohrmatten statt Kupfer oder Stahl wie in anderen Kuhldeckenrohren wirkt sich stark kostenreduzierend aus Da die Kapillarrohre sehr dunnwandig sind wirkt sich die schlechtere Warmeleitfahigkeit des Kunststoffes gegenuber von Metallen dennoch nicht nachteilig in der Warmeubertragung aus Polypropylen ist sehr resistent gegenuber vielen Chemikalien DIN 8078 und damit sehr langlebig Polypropylen ist sehr gut zu recyceln Polypropylen ist sauerstoffdiffusionsoffen Diese Eigenschaft erfordert dass die Kapillarrohrmatten stets nur in korrosionsgeschutzten Rohrsystemen betrieben werden Diese Massnahme gewahrleistet die sichere Funktion der Anlagen und ist ausreichender Schutz vor Korrosionsschaden Korrosion und Korrosionsschutz Die Herstellung der Kapillarrohrmatten erfolgt in Standardverfahren der Kunststoffverarbeitung mittels Extrudieren thermischem Kunststoffschweissen und Spritzgiessen Geschichte BearbeitenDie Erfindung der Kapillarrohrmatte geht auf das Jahr 1981 zuruck als der Berliner Dipl Ing Donald Herbst sein erstes Patent DE 31 24 048 Anmeldetag 15 06 1981 Rohrleitungsgeflecht fur Warmwasser Flachenheizung von Fussboden oder Wanden zu dieser Technik angemeldet hat Es folgten aus seiner langjahrigen Tatigkeit im Dienst der Kapillarrohrmattentechnik eine Vielzahl sich erganzender Erfindungen Patente wodurch die Herstellungsverfahren und die Anwendungen der Kapillarrohrmatten standig weiterentwickelt wurden In den Anfangsjahren wurden die Kapillarrohrmatten unter der Marke KaRo in den Markt gebracht Anlasslich der Internationalen Bauausstellung 1984 in Berlin gewann der Entwurf der Architekten von Gerkan Marg und Partner fur ein Energiesparhaus Hier wurden erstmals Kapillarrohrmatten in einer komplexen Anlage in einem 1 200 m grossen Wohngebaude eingesetzt Umfangreiche wissenschaftliche Arbeiten von Prof Dr Mathias Fraass seit 1991 und spater von Prof Dr Bernd Gluck seit 1994 schufen die notwendigen Grundlagen zur Theorie in den Anwendungen der Kapillarrohrmatten Heute werden Kapillarrohrmatten weltweit verbaut Die Jahresproduktionsmenge wird mit mehr als 400 000 m geschatzt 2010 Bedeutung und Anwendung BearbeitenKapillarrohrmatten werden uberwiegend in Kuhldecken eingesetzt Jede Bauform einer Kuhldecke kann durch Kapillarrohrmatten aktiviert werden Neben den Putzkuhldecken mit Kapillarrohrmatten die weniger als 15 mm Putzschicht benotigen werden die Kapillarrohrmatten auch in Metallkassettendecken und in abgehangte Gipskartondecken eingebracht Die ubertragenen Heiz und Kuhlleistungen liegen bei den unterschiedlichen Ausfuhrungen jeweils bei einer Temperaturdifferenz von 10 K zwischen der mittleren Medientemperatur und der Raumtemperatur zwischen 65 und 90 W m Frei im Raum hangende Kapillarrohrmatten erreichen Kuhlleistungen von weit mehr als 100 W m nbsp Metallkassettendecke mit Kapillarrohrmatten als Kuhldecke nbsp Putzkuhldecke mit Kapillarrohrmatten nbsp Geschlitzte Gipsplatten als Tragerplatte fur Kapillarrohrmatten Zum Heizen und Kuhlen geeignet Auch in der thermischen Bauteilaktivierung BTA werden Kapillarrohrmatten eingesetzt Anders als bei der herkommlichen Betonkernaktivierung BKT liegen in der thermischen Bauteilaktivierung die Kapillarrohre etwa 5 mm dicht unter der Deckenoberflache Diese Anordnung sichert eine schnelle Reaktion und eine hohe Ubertragungsleistung bis 90 W m bei 10 K Temperaturdifferenz s o und nutzt zudem auch die Betonmasse als thermischen Speicher Mit Kapillarrohrmatten konnen sehr dunnaufbauende Heizflachen als Fussbodenheizung oder Wandheizung gebaut werden Eine Schichtstarke von weniger als 15 mm ist moglich Kapillarrohrmatten werden auch als Kompaktkollektoren zur Nutzung der Erdwarme in Warmepumpenanlagen verwendet Die Entzugsflache kann durch den Einsatz der Kapillarrohrmatten verkleinert werden In der verarbeitenden und herstellenden Industrie werden Kapillarrohrmatten bereits zur Temperierung unter anderem von Saurebadern verwendet Grossprojekte Bearbeiten Olympic Village Vancouver Kanada 1 Twin Towers Wien Osterreich Uniqa Tower Wien Osterreich 2 Allianz Treptower Berlin Deutschland Hopital de Lagny Marne la Vallee Frankreich Jin Mao Palace Beijing ChinaLeistungsermittlung BearbeitenDa die Kapillarrohrmatten vielfaltig einsetzbar sind machen sich auch unterschiedliche Verfahren zur Leistungsbestimmung erforderlich So gilt z B fur Kuhldecken die DIN EN 14240 Messung in einem Prufraum Fur viele Einsatzgebiete von Kapillarrohrmatten existieren aber keine Prufnormen so beispielsweise fur Erdwarmekollektoren Kuhlschachte Speicher mit PCM Anteilen usw Hierfur haben Simulationsverfahren grosse Bedeutung erlangt Diese sind auch bei der Komponentenentwicklung wirtschaftlich optimal nutzbar da durch vorherige Trendberechnungen bezuglich der zu erwartenden Leistungen der Entwicklungsaufwand mitunter stark verkurzt werden kann Zahlreiche Simulationsmodelle sind kostenlos herunterladbar 3 4 5 Weitere allgemeine Untersuchungen sind ebenfalls kostenlos verfugbar 6 7 Literatur BearbeitenMathias Fraass Untersuchungen zu Kapillarrohr Deckenkuhlsystemen Tl 1 Kann die Stabtheorie fur die Berechnung von Kuhldecken eingesetzt werden In Heizung Luftung Klima Haustechnik HLH 44 1993 Nr 10 S 603 610 Mathias Fraass Donald Herbst Theoretische Untersuchungen an Kapillarrohr Deckenkuhlsystemen Tl 2 Gelten die auf dem Prufstand ermittelten Kennwerte in der Praxis In Heizung Luftung Klima Haustechnik HLH 44 1993 Nr 11 S 673 677 Mathias Fraass Das Anfahrtverfahren von Rippen In Gesundheits Ingenieur Haustechnik Bauphysik Umwelttechnik 118 1997 Heft 3 S 142 147 Mathias Fraass Numerische Leistungsbestimmung thermischaktiver Bauteile mittels Randelementenverfahrens BEM In Gesundheits Ingenieur Haustechnik Bauphysik Umwelttechnik 125 2004 Heft 2 S 70 79 Mathias Fraass Ein Beitrag zur Theorie des thermisch aktivierbaren Bauteils Dissertation TU Berlin Marz 2001Einzelnachweise Bearbeiten Olympic Village Vancouver Kanada 1 Uniqa Tower Wien Osterreich 2 3 Bernd Gluck Innovative Warmeubertragung und Warmespeicherung PTJ Forschungskomplex LowEx Heizen und Kuhlen mit Decke Wand Fussboden Solarabsorber Speicherplatten Kuhlschachte Kleinkuhlturme usw 4 Bernd Gluck Warmespeicher mit und ohne PCM ROM Umweltstiftung 5 Bernd Gluck Erdwarmekollektor 6 Bernd Gluck Thermische Bauteilaktivierung ROM Umweltstiftung 7 Bernd Gluck Grundlagen Kapillarrohrmatten Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Kapillarrohrmatte amp oldid 212125438