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Adieu, abgehängte Decke!
technologie
Innovatives multifunktionales Beton-Deckensystem für Firmengebäude in Sulzach Die Firma Hydac Filtertechnik GmbH mit mehreren Standorten in Deutschland und International baut ständig aus und errichtet sowohl Produktionsstätten als auch Bürogebäude. Am Standort Sulzbach wurde im Jahre 2013 ein Neubau für eine Produktionshalle in Verbindung mit einem zugehörigen Büro- und Verwaltungsgebäude geplant. Durch einen eingeschossigen Zwischenbau werden beide Gebäude miteinander verbunden. Die Abmessungen des Bürogebäudes in der Länge sind durch die Breite der Produktionshalle mit 60.0 m vorgegeben. Die Breite des Gebäudes mit 12.50 m orientiert sich an dem üblichen Büroquerschnitt, welcher durch eine mittlere Erschließungszone und beidseits angeordneten Büros bestimmt wird. Allerdings sollte nicht die klassische Anordnung mit zum Flur hin abgetrennten Büroräumen entstehen, sondern die Flächen von Fassade zu Fassade werden als Großraumbüro genutzt. So ließ sich auch die Mittelstützenreihe symmetrisch anordnen. Eine schlichte Konstruktion in Stahlbetonskelettbauweise ermöglicht großzügige Räume. Die tragende Lochfassade besteht aus der regelmäßigen Anordnung von kurzen Stahlbetonwandscheiben, die sich mit bodentiefen Fenstern abwechseln. Die Deckenkonstruktion mit glatter Deckenuntersicht ruht auf den Fassaden und einer mittleren Stützenreihe. Die gesamte Gebäudelänge von 60.0 m wird durch zwei Erschließungskerne in drei Abschnitte unterteilt. Im mittleren Abschnitt grenzen je zwei Sanitärbereiche und die Schächte direkt an die Erschließungskerne. Alle in der Decke angeordneten Leitungen der Haustechnik laufen auf diese beiden Zonen zu. Die Betondecken erhalten keinen weiteren Aufbau. Der Belag in Form von Parkett wird direkt auf den Rohboden verlegt. Zur Schallentkopplung wird eine Trittschallmatte unter den Belag eingebaut, womit die Anforderungen an den Luft- und Trittschall erfüllt werden. Einzig die Versorgung der Arbeitsplätze mit Strom erfolgt mit unter der Decke angeordneten Kabelrinnen. Dieses System erlaubt, vertikale Pfosten im Bereich der Arbeitsplätze anzuordnen. Diese Pfosten führen Strom- und Steuerkabel und ermöglichen, die
Großzügiger Innenraum mit der Blick auf die Betondecke mit diversen Einbauten
individuellen Leuchten für den Arbeitsplatz zu befestigen. Im Konzept und in der Ausstattung minimalistisch, erlaubt die innovative Decke Ceiltec ein Höchstmaß an Komfort und Behaglichkeit, um dem Nutzer ein Wohlfühlklima zu bieten.
Schnitt durch das Gebäude
Grundriss
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Fertig gestelltes Gebäude
Keine abgehängte Decke aus hygienischen Gründen Architekt und Bauherr waren sich bereits im Vorfeld einig, ein Gebäude mit hohen Anforderungen an das Wohlfühlklima zu errichten. Eine wichtige Voraussetzung wurde mit dem Verzicht auf abgehängte Decken in den Büroräumen getroffen. Nach Meinung von Bauherr und Architekt bietet der Hohlraum in den abgehängten Decken ideale Voraussetzungen für die Ablagerung von Schmutz und Staub und stellt damit aus hygienischer Sicht ein Problem dar. Der Verzicht auf abgehängte Decke deckt sich idealerweise mit der Anforderung, ein energetisch wirksames Gebäude zu er-
richten. Denn nur mit der flächigen Verteilung der thermischen Energie über die dann frei zugängliche Betondecke lassen sich effiziente Systeme für die Energieerzeugung umsetzen. Die Entscheidung für die Energieübertragung über die Decke anstelle des Fußbodens bietet den großen Vorteil wirtschaftlich und hoch effizient die Kühlung und Heizung der Räume nur mit einem einzigen System zu ermöglichen. Die in der Decke angeordneten Rohrregister werden je nach Anforderung an die Klimatisierung mit kaltem (circa 18°C) oder mit warmen (circa 32 °C) Wasser gefüllt.
Deckenseitiger Anschluss aller Heizregister
Installierter Verteiler zur Steuerung jedes einzelnen Rohrkreislaufs
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technologie
Ceiltec Deckenelemente: Tragkonstruktion und Trockenbau als Einheit In diesem Zusammenhang ist der Architekt auf das System Ceiltec von Innogration aufmerksam geworden. Ceiltec Decken sind tragende Elemente, die zugleich auch die Anforderungen der Energieübertragung über die freie Deckenfläche erfüllen. Die Besonderheit der Ceiltec Deckenelemente besteht in der Verwendung eines Sandwichquerschnitts. Zwei getrennte dünne Schalen werden über einzelne Rippen schub- und druckfest miteinander verbunden. Die zwischen den beiden Schalen liegende Schicht ist entweder mit einem leichten Verdrängungskörper ausgefüllt oder bildet einen Hohlraum. Dieser Sandwichquerschnitt zeichnet sich durch eine deutlich geringere Masse aus. Die Anordnung der Rohrregister in der unteren Schale führt zwangläufig zu oberflächennahen Rohrleitungen, die mit temperiertem Wasser durchströmt werden. Beide Aspekte, die oberflächennahe Lage und die geringe Betonmasse, die zudem rückseitig gedämmt ist, führen zu den hohen Leistungswerten beim Kühlen und beim Heizen. Damit unterschieden sich die Ceiltec Deckenelemente mit ihren thermoaktiven Eigenschaften deutlich von der klassischen Bauteilaktivierung. Nicht nur die höheren Leistungen, sondern auch die rasche Reaktionsfähigkeit ermöglichen eine sanfte Klimatisierung der Räume ohne weitere Maßnahmen. Weder Heizkörper noch Deckensegel sind dann erforderlich.
Montage der vorgefertigten Deckenplatten mit multifunktionalen Eigenschaften
Kühlen und Heizen mit Einzelraumsteuerung Die vorgefertigten Deckenelemente orientieren sich in den Abmessungen am Ausbauraster von 1,50 m. Pro Achsraster wurde ein Rohrregister angeordnet, um die jeweiligen Räume auch einzeln in der Energieabgabe zu steuern. Bei der vorgenannten Energieleistung und der schnellen Reaktionszeit des Deckensystems müssen die Räume einzeln geregelt werden, insbesondere da auf andere Gerätschaften verzichtet wird. Jedes Register beziehungsweise auch Gruppen von mehreren Registern muss deshalb an einen regelbaren Verteiler angeschlossen werden. Um auch konsequent aus den oben genannten hygienischen Bedenken auf jegliche abgehängte Decke zu verzichten, musste auch auf einen Flurkoffer verzichtet werden. Ein Flurkoffer dient in der Regel dazu alle Leitungen für die verschiedenen Medien aufzunehmen. Die Leitungen vom Schacht bis zu jeweiligen Endpunkt werden üblicherweise in der Flurzone unterhalb der Decke montiert, um von dort innerhalb der Decke oder über die Flurtrennwand in den Raum zu gelangen. Der fehlende Flurkoffer zwingt nun die Zuleitungen zu den jeweiligen Registergruppen ebenfalls innerhalb der Decke anzuordnen. Die Planung sieht entsprechende Gassen in dem Deckenhohlraum vor, in die nun die Zuleitungen nach der Montage der Deckenplatten verlegt werden. Werden Gruppen von einzelnen Registern gebildet, werden diese vorgängig über die Plattengrenzen hinweg gekoppelt. Die Verlängerung der Leitungen führt zum Technikraum. In der zugehörigen vorgefertigten Deckenplatte sind die einzelnen Auslasskrümmer bereits werkseitig eingebaut. Nach dem Anschluss der Verlän-
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Gebündelte Leitungsführung im Deckenhohlraum
Sammlung aller Leitung und gezielte Führung bis zum Schacht
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Verteilungsschema für alle Lüftungsleitungen
Die hohen Leistungen bei der Energieverteilung entsprachen den Vorstellungen des Architekten und haben ihn in dem Entschluss bestärkt, ohne weitere Gerätschaften die vollständige Klimatisierung der Räume vorzusehen. Damit war der Entscheid für die vorgefertigten Deckenelemente von Innogration gefallen. Allerdings sollten die hoch gesteckten Anforderungen an die angestrebte Behaglichkeit der Räume und der voll-
ständige Verzicht auf eine abgehängte Decke zu weiteren Einbauten in dem Deckenhohlraum führen. Obwohl eine individuelle Lüftung über die Fenster vorgesehen war, sollte ergänzend eine mechanische Lüftung installiert werden. Da die Klimatisierung über die thermisch aktivierten Betondecken erfolgt, konnte die Leistung der Lüftung auf den minimal erforderlichen Luftwechsel reduziert werden. Das bedeutete zwar kleine Rohrquerschnitte für die Luftzufuhr, aber zugleich stellte sich die Frage nach der Lage der Rohre, nachdem keine abgehängte Decke mehr vorgesehen ist. Dank des Sandwichquerschnitts der vorgefertigten Ceiltec Deckenelemente konnten alle Lüftungsleitungen analog den Zuleitung für die einzelnen Rohrregister in dem Deckenhohlraum angeordnet werden. Die Planung berücksichtige einzelne, jedoch festgelegte Gassen in dem Deckenhohlraum. Da der restliche Deckenhohlraum mit Verdrängungskörpern ausgelegt ist, erfolgte eine enge Abstimmung zwischen deren Lage und den Gassen für die Leitungen. Pro Deckenauslass wurde eine Leitung angeordnet, die ebenfalls bis zum
Vorbereitete Krümmer für den Anschluss der Lüftungsleitungen aus dem Deckenhohlraum
Schnittstelle für die Lüftungsleitunge ab Unterkante Decke
gerungsleitungen an die Krümmer werden diese mit Luft unter Druck gesetzt, um die Dichtigkeit zu überprüfen. Der Anschluss der Manometer erfolgt auf der Deckenunterseite an dem jeweiligen Krümmer. So kann auch die Dichtigkeit der Leitung während der Betonnage dauernd überprüft werden. Nach Abschluss der Rohbauarbeiten erfolgt der Anschluss jeder Leitung von den Auslässen an der Decke zu den im Technikschacht angeordneten Verteilern. Kein Flurkoffer: Wohin mit den Lüftungsleitungen ?
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Anschluss der Lüftungsleitung an den Auslasskasten über dem Absorber
Anschluss der einzelnen Lüftungsleitungen unter der Decke mit Schalldämpfer und Volumenstromregler
Technikschacht führte. Die Deckenunterseite neben dem Schacht dient der Ausfädelung und der Bündelung der einzelnen Leitungen für den Anschluss an die vertikale Leitung im Schacht. In der vorgefertigten Decke dieser Zone wurden werkseitig 90°-Krümmer in die untere Schale einbetoniert. Deren Auslass zeigt in den Deckenhohlraum, so dass jede einzelne Lüftungsleitung nach dem Verlegen dort angeschlossen wurde. Der Auslass der Krümmer kann im Grundriss in jede Richtung gedreht werden, was den Anschluss der einzelnen Leitungen erleichtert. Im Technikraum werden die einzelnen Lüftungsanschlüsse an einen Verteilerbalken angeschlossen, der seinerseits an den vertikalen Lüftungsstrang angeschlossen wird. Hinsichtlich des Luftauslasses wurde nach Lösungsmöglichkeiten gesucht, um die in unregelmäßigem Abstand angeordneten Öffnungen für die Drallauslässe an der Deckenunterseite zu vermeiden. Da zur Reduktion der Nachhallzeit Streifenabsorber innerhalb des Ausbaurasters vorgesehen waren, lag die Idee nahe, einzelne Streifenabsorber gleichzeitig auch für den Luftauslass zu benutzen. Die schmalen Streifen mit einer Länge von 2,20 m, einer Breite von circa 8 cm und einer Tiefe von 4 cm werden zur Verbesserung der Akustik mit gelochten Metallkassetten bestückt. Die Kassetten sind mit faserfreien Dämmmaterialien bestückt. Bläst man nun mittig einen Luftstrom ein, verteilt sich dieser über die Breite des Absorbers, um dann durch den porösen Dämmstreifen und die Lochung in den Raum zu
gelangen. Die Ausbreitung im Absorber wird von der Porosität und der Stärke des Streifens bestimmt. In der Regel wird nur ein Teilbereich des Absorbers mit einer dünneren Schicht des Dämmmaterials ausgelegt. Der Anschluss der Lüftungsleitung erfolgt über einen Anschlusskasten, der bereits werkseitig auf die Schalung für den Streifen aufgesetzt wird. Nach dem Entfernen der Schalung zeigt sich innerhalb des Streifens mittig eine Öffnung, die zu dem Kasten führt, der wiederrum einen horizontalen Anschluss für die flexible Leitung vorsieht. Die geringen Luftgeschwindigkeiten in den Leitungen reduzieren sich nochmals infolge des breiten Auslasses über den Absorber. Der Lufteintrag in den Raum erfolgt mit sehr geringen Geschwindigkeiten von oben, so dass dieser jedoch von den Nutzern kaum wahrgenommen werden.
Deckenaussparungen für Absorber mit Anschluss an Versorgungsleitung
Optionaler Stromanschluss für Beleuchtung, oder zusätzliche Geräte
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Multifunktionale Akustikabsorber Wird die Betondecke für die Energieübertragung genutzt, darf keine abgehängte Decke installiert werden. Nachteilig wirkt sich dann die glatte und damit schallharte Betonunterseite aus, an der die Schallwellen reflektiert aber nicht reduziert werden. Das wirkt sich nachteilig auf das raumakustische Wohlempfinden aus. Die glatten Unterseiten von Betondecken müssten nun wegen dieser Probleme mit schallabsorbierenden Materialien in Form von Dämmplatten beziehungsweise Baffels verkleidet werden. Diese Maßnahme führt ab-
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Aussparung für Absorber mit Stromanschluss
Optionaler Luftauslass im Absorber
gesehen von dem zweifelhaften optischen Eindruck zur massiven Reduktion der zu übertragenden thermischen Leistung. Abhilfe bieten sogenannte Streifenabsorbern. Diese Streifen zeichnen sich auch durch eine mehrfache Nutzung aus. Einerseits werden die Schallwellen durch die hinter dem Lochblech angeordneten Dämmmaterialien geschluckt und anderseits reduziert die Kante die Welle in ihrer Intensität und bricht somit die ursprüngliche Welle in mehrere kleinere Wellen, die in viele Richtungen ausstrahlen. Der Nachhall wird somit spürbarer geringer. Durch diese zweifache Wirkung braucht es in der Regel keine große Absorptionsfläche um den Schall im Raum wirksam zu reduzieren. Ein Anteil von 15% bis 20% der gesamten Deckenfläche ist bereits ausreichend, um geringe Nachhallzeiten zu erzielen. Nach einem festgelegten geometrischen Muster werden die Streifen innerhalb des Ausbaurasters an der Decke angeordnet. Die dafür erforderlichen Aussparungen werden im Werk auf der Plattenunterseite vorgesehen. Der nachträgliche Einbau von Kassetten aus metallischem Werkstoff bewirkt auf dem schmalen Streifen selbst bei einer inneren Bestückung mit Dämmmaterial, dass die thermische Energie über das Blech in den Beton ein- beziehungsweise ausgeleitet wird. Konsequenterweise wird die thermische Leistung der Decke somit nicht reduziert. In Verbindung mit den Absorbern vermittelt die Betondecke eine hohe thermische und akustische Behaglichkeit. Wie oben bereits erwähnt, bieten die Aussparungen für die Ab-
sorber und die Streifenabsorber selbst viele Möglichkeiten für den Einbau von zusätzlichen Funktionen, die zum Wohlbefinden der Nutzer im Raum beitragen. Die Funktion des Luftauslasses wurde bereits erwähnt. In den abgehängten Decken wird üblicherweise auch die Beleuchtung integriert. Für diesen Einbau bieten sich nun die Aussparungen an, beziehungsweise die Metallkassetten dienen dazu. Anstelle der Metaillabsorber passt auch ein mit LED Leuchten bestückter Streifen in die Aussparung. Deckenbündig, wie die übrigen Einbauten, sitzt die Beleuchtung in der Aussparung. Alternativ dazu können in der Blechkassette selbst einzelne LED-Spots angeordnet werden. Die Lichtausbeute ist nicht so hoch wie bei der streifenförmigen Leuchte. Bei dem Projekt Hydac kamen Spots zum Einsatz. Die Anordnung der Streifenabsorber in den Großraumbüros ermöglicht über die gesamte Gebäudetiefe vier Reihen von Spots anzuordnen. Je eine Reihe verläuft entlang der Fassade und die restlichen zwei wurden in der Gebäudemitte im Bereich des virtuellen Flurs angeordnet. Die Spots dienen ausschließlich der Grund- und Notbeleuchtung, da die Arbeitsplätze mit Stehleuchten der entsprechenden Beleuchtungsintensität ausgestattet sind. Um die Flexibilität in der Anordnung der Beleuchtung innerhalb der Decke zu erhalten, wurden alle Aussparungen für die Streifenabsorber mit einem Leerrohr für ergänzende Stromkabel vorgesehen. Dazu wurde jeweils eine Gruppe von Aussparungen einem auch in der Decke angeord-
Montage der Akustikabsorber
Absorberstreifen mit integrierter LED Spot Beleuchtung
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Großraumbüros unter multifunktionaler Decke
neten Verteilerkasten zugeordnet. Von hier erfolgt die individuelle Versorgung der benötigten Aussparung mit dem Stromanschluss. Betondecke „brut“ statt abgehängter Decke Die zuvor beschriebenen Maßnahmen ermöglichten auch in einer als unflexibel geltenden Betondecke verschiedene Einbauten für den Komfort und die Behaglichkeit der Raumnutzer vorzusehen. Bislang betrachten viele Planer die angehängte Decke als ein ergänzendes Bauteil, um Funktionselemente für das Wohlfühlklima darin unterzubringen. Noch heute wagen viele Planer nicht daran zu glauben, dass die Funktionen auch nur mit einer einfachen Betondecke möglich sind. Die Konstruktion, die kühlen und heizen kann, akzeptiert der Planer unter dem Aspekt der Energieeffizienz wohlwollend, aber die restlichen Aufgaben der abgehängten Decke in der Betondecke einzubringen, kann er sich nicht vorstellen. Entsprechend groß ist das Unbehagen, wenn es darum geht, alleine nur auf die Betondecke zu setzen. Wenn man, wie in dem hier vorgestellten Projekt, auf die abgehängte Decke verzichtet, dann muss die Betondecke all diese Funktionen übernehmen können. Konsequenterweise wurde überall, auch auf den unter anderen Umständen erforderlichen Flurkoffer verzichtet. Mit diesem Projekt wurde eindrücklich gezeigt, dass es möglich ist, die bislang in der abgehängten Decke
eingebauten Funktionen vollständig in der Betondecke zu integrieren. Das allerdings ist nur möglich mit der neu entwickelten Konstruktion, die den Sandwichquerschnitt als tragendes Element verwendet. Die Umsetzung ist nur mit vorgefertigten Elementen ausführbar. Das erlaubt auch, hochwertige Oberflächenqualitäten abzuliefern, die entweder als Sichtbeton verbleiben oder nur gestrichen werden müssen. Mit diesem Konzept sind Architekten und Planer dem Ziel einer nachhaltigen Bauweise sehr nahe. Die konsequente Umsetzung des Sandwichquerschnitts trägt mit der Materialeinsparung dazu bei, was gleichzeitig große Spannweiten und damit flexible Nutzung der Büroräume erlaubt. Nachhaltigkeit bedeutet jedoch auch, einen hohen Komfort und eine angenehme Behaglichkeit zu erreichen. Im Gegensatz zu einer traditionellen Deckenkonstruktion mit abgehängter Decke gelingt es, mit einem tragenden Bauteil, den thermischen, visuellen, akustischen und olfaktorischen Komfort für den Benutzer sicher zu stellen. Die Zufriedenheit des Bauherrn aber auch die Wirksamkeit des Deckensystems zeigt sich unter anderem in den heißen Sommertagen. Wurde die Tür in der Kantine zum Außenbereich versehentlich offen gelassen, steigt die Temperatur im Raum entsprechend an. Wird die Tür geschlossen, sinkt die Temperatur im Raum innerhalb von 10 Minuten bereits um 1° bis 2° Grad, was die schnelle Reaktionsfähigkeit des Deckenkühlsystems wiederspiegelt. / Dipl.-Ing. Thomas Friedrich www.innogration.de
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Flurkoffer war gestern: das
Einstieg kompakt
Deckensystem
macht es möglich!
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