Elementares Wissen zur Fußbodenheizung

In dem Forum Haustechnik-Dialog fand ich den nachfolgenden Artikel von Dipl. Ing. Peter Gabany zur Fußbodenheizung, den ich so interessant für alle zukünftigen Bauherren und Wärmepumpeninteressenten fand, dass ich große Teile dieses Textes hier zitieren möchte (Wer den Text mit den dazugehörigen Bildern sehen möchte klicke bitte auf den obigen Link):

„ELEMENTARES + INNOVATIVES
Die Fußbodenheizung, früher die teuere Luxusvariante der Heizungssysteme, wird zum Standard. Steigende Anforderungen an den Komfort und immer günstigere bauphysikalische Voraussetzungen haben zu dieser Verbreitung beigetragen. Die positiven Eigenschaften dieses Heizungssystems überwiegen:
behaglich und komfortabel

hygienisch – keine Luftumwälzung, keine Staubverbrennung dank niedriger Oberflächentemperaturen

gesundes Raumklima durch niedrigere Lufttemperatur und damit höherer rel. Luftfeuchte

ermöglicht anspruchsvolle Architektur

langlebig und wartungsarm

energiesparend und umweltfreundlich.

Eine der wichtigsten Eigenschaften der Fußbodenheizung ist der Betrieb im Niedertemperaturbereich. Das ist die einzige Alternative gegen immer höhere Energiepreise. Alle Energieerzeuger arbeiten im Niedertemperaturbereich am wirtschaftlichsten, – das wird in Zukunft an Wichtigkeit sogar noch zunehmen. Die oben genannten positiven Eigenschaften können von den Nutzern der Wohnungen leider nicht immer bestätigt werden. Der Grund sind Reklamationen, die auf falsche Berechnung und Auslegung sowie fehlenden hydraulischen Abgleich der Anlage zurückzuführen sind. Hydraulischer Abgleich ist Pflicht!

1. ELEMENTARES zur Fußbodenheizung :
Hier einige Erläuterungen zum besseren Verständnis.

Heizlast
Die Raumheizlast ist die Wärmemenge, die stündlich aus einem wärmeren Raum über alle Raumumschließungs-Flächen an die kältere Umgebung abfließt. Dazu kommt noch der Anteil, der nach dem Lüften die kalte Frischluft aufheizt. Diese in Bild 1 symbolisch dargestellte abfließende Raumheizlast muss dem Raum über die Raum-Heizfläche dauernd zugeführt werden, um die vorgegebene Raumtemperatur zu halten.

Die Größe der Raumheizlast verändert sich natürlich in Abhängigkeit der sich verändernden Außentemperatur. Die automatische außentemperaturabhängige Steuerung der Heizwasser-Temperatur stellt dem Raum immer die richtige, der Heizlast entsprechende Wärmemenge zur Verfügung. Die Heizwasser-Temperatur ist für alle Räume des Hauses gleich.

Wärmebilanz
Wie in Bild 2 dargestellt, muss die Heizlast, die der Raum laufend an seine kältere Umgebung verliert, dem Raum laufend (zu 100%) über die Heizfläche wieder zugeführt werden.

Fremdwärme
Der Fremdwärme-Eintrag ist die dem Raum zusätzlich zugeführte Wärmemenge. Wie in Bild 3 dargestellt, handelt es sich um Wärme, die entweder von außen über die Sonne in den Raum eingestrahlt wird, oder im Raum von Geräten, Kaminofen usw. abgegeben wird. Formen des Fremdwärmeeintrages:

Sonneneinstrahlung – große Fenster nach Süden(Extern hoch)
Heizkamin / Kachelofen (Intern hoch)
Küchenherd, Backofen, Kühlschrank (Intern)
Beleuchtung, Fernseher, Computer, Maschinen, Personen (Intern)
Die Größenordnungen der Fremdwärme-Einträge können nur geschätzt werden. Die Intensität, Dauer und Häufigkeit ist sehr unterschiedlich: Der Wärmezufluß durch einen voll verglasten Glasgiebel nach Süden kann z.B. im Februar für einige Stunden bis ca.70% der Raumheizlast betragen. Ein Heizkamin bringt über 100% der Heizlast dieses Raumes. Die anderen Formen von Fremdwärme-Einträgen liegen meistens unter 25%. Obwohl mit Raumthermostaten ausgestattet, ist bei der Fußbodenheizung als Heizfläche Im Gegensatz zu Stahlheizkörpern eine schnelle Reaktion der Heizfläche auf einen Fremdwärme-Eintrag nicht möglich. Der Grund ist die Trägheit der Fußbodenheizung.

Trägheit
Bei der Fußbodenheizung ergibt sich durch das Wärmespeichervermögen des Heizestrichs je nach Stärke und Art des Bodenbelags eine Verzugs- oder Reaktionszeit von ca. 2 Stunden.

Wie in Bild 4 dargestellt, schließt das Raumthermostat infolge eines Fremdwärme-Eintrages (Sonne). Trotzdem gibt der Heizestrich noch ca. 2 Stunden lang Wärme an den Raum ab, bis der Boden kalt ist. Bild 5 zeigt den kritischeren Fall: Der Fremdwärme-Eintrag hört auf, die Raumtemperatur sinkt in Folge eines kalten Bodens, der Raumthermostat öffnet. Es dauert wieder ca. 2 Stunden bis der Boden seine volle Leistung von 100 % erreicht.

Die vom Gesetzgeber vorgeschriebene selbsttätig wirkende Raumtemperatur-Steuerung mag zwar aus der Sicht der Energieeinsparung sinnvoll sein- für die Regelung der Raumtemperatur ist sie jedoch bei schneller Änderung der Raumtemperatur nicht geeignet. Hier funktioniert nur der Selbstregeleffekt!

Selbstregeleffekt
Der BVF – Bundesverband Flächenheizungen e.V. schreibt: „Der Selbstregeleffekt der Fußbodenheizung erfolgt unabhängig von regeltechnischen Anlagen und zeitgleich mit den veränderten Raumbedingungen.“ Der Selbstregeleffekt, der im Niedertemperaturbereich am besten funktioniert, ist ein komplizierter dynamischer Prozess. In der Praxis jedoch, wird die Wärmeabgabe der Fußbodenheizung auf einfachste physikalische Weise, ohne einen mechanischen regeltechnischen Eingriff geregelt. Die physikalischen Grundbegriffe hierfür lauten:
Die Wärme fließt immer von warm nach kalt. (Vom warmen Boden zur kälteren Raumluft)
Die Größe des Wärmeflusses wird von der Temperaturdifferenz zwischen warm und kalt bestimmt.
(Temperaturdifferenz in °K (Kelvin)) Hier sind vier vereinfachte Beispiele zur Veranschaulichung des Selbstregeleffekts. In diesem Beispiel bleiben Außen- und Raumtemperatur, Bodenoberflächen-Temperatur und Heizwassermenge unverändert. Nur die Raumluft-Temperatur verändert sich durch Fremdwärme-Einträge und kalte Außenluft nach Stoßlüften.

Bild 6 stellt ein Beispiel eines durchschnittlichen Betriebszustandes während der Heizperiode dar. Kein Fremdwärme-Eintrag. Bei dieser durchschnittlichen Außentemperatur gibt der Boden bei einer Oberflächentemperatur von 24°C die geforderte Heizleistung von 100% an die Raumluft ab, das entspricht der abfließenden Heizlast. Die Raumtemperatur von 20°C wird gehalten.

Regelungs – Vorschriften
EnEV § 12 – Regelung von Zentralheizungen.
Aus dem Titel geht bereits hervor, dass mit dieser Verordnung nicht die Fußbodenheizung im speziellen gemeint ist.
Die EnEV verlangt zwei gleichzeitig wirkende Formen der Regelung:

1. § 12 / 1 – Gebäudeweise Regelung der Heizwasser-Temperatur in Abhängigkeit der Außentemperatur.
„Die zentralen Regelungseinrichtungen nach §12 Abs.1 EnEV sollen sicherstellen, dass stets nur soviel Wärme im Verteilnetz vorgehalten wird, wie zeitnah verbraucht werden kann. Damit sollen die Verluste der Verteilung und Erzeugung begrenzt werden.“

2. § 12 / 2 – Raumweise Regelung der Heizwasser-Menge in Abhängigkeit der Raumtemperatur. „Die raumweisen Regeleinrichtungen nach § 12 Abs. 2 EnEV sollen sicherstellen, dass durch regeltechnische Berücksichtigung der im allgemeinen raumweise unterschiedlichen Fremdwärme-Einträge (durch Sonneneinstrahlung und Nutzung) weitere Verluste durch die ungewollte Überheizung von Räumen verringert werden.“

Regelung – Funktionsweise UND PRAKTISCHE AUSWIRKUNGEN
1.) Die gebäudeweise außentemperaturabhängige Regelung stellt unter Einbeziehung aller individuellen Gebäudedaten und -parameter, für jede Außentemperatur die entsprechende Heizwasser-Temperatur im gesamten Gebäude bereit. Bei richtig berechneter und hydraulisch abgeglichener Heizungsanlage, – ohne Fremdwärme-Einträge, – wäre allein diese Form der Regelung ausreichend. Die tatsächliche raumweise Regelung wird vom Selbstregeleffekt übernommen.

2.) Die raumweise Temperaturregelung durch Veränderung der Heizwasser-Menge erfüllt die Funktion des Energiesparens.
Nachweislich würde über einen korrekt und nachprüfbar durchgeführten hydraulischen Abgleich erheblich mehr Energie gespart werden.

Es gibt Leistungsdefizite durch bereits erwähnte Mängel, die insbesondere bei kurzen, intensiven Fremdwärme-Einträgen auch vom gutmütigen dynamischen Verhalten des Raumes nicht aufgefangen werden können. Raum- und Boden-Temperaturschwankungen sind die Folge.

Engere Rohrabstände sollen dieses Manko beheben. Dadurch wird jedoch die Heizleistung des Bodens an den Raum angehoben. Dieses künstliche Überheizen des Raumes hat dadurch eine noch höhere Schaltfrequenz des Thermostatventils zur Folge. Echte Hilfe bringt hier nur ein Raum-Regelventil, das beim Schließvorgang nur den Heizwasseranteil absperrt, der der Wärmemenge des maximal möglichen Fremdwärme-Eintrages entspricht.

Dadurch wird die Leistungs-Amplitude oder Schwankung der Wärmeabgabe des Heizestrichs flacher. Die Raum- und Boden-Temperatur bleibt konstanter.

1. VERBESSERUNGSWÜRDIGE FUSSBODENHEIZUNG
Die Mindestforderung lautet leider oft: „Es muss warm werden und den gesetzlichen Vorschriften entsprechen“; Das ist zu wenig.
Häufig gibt es eine Fülle von sich widersprechenden Vorschriften statt konkreter Aussagen. Langsam setzen technisch informierte Wohnungskäufer die Messlatte der Forderungen, was die Fußbodenheizung anbelangt, höher. Die wichtigsten Voraussetzungen für eine komfortable und energiesparende Fußbodenheizung sind eine korrekte Berechnung der Anlage incl. der Voreinstellwerte für den hydraulischen Abgleich.

Bodenkonstruktion / Schallschutz
Inzwischen wird immer häufiger Trittschall-Dämmaterial unter den Heizestrich eingebaut, das bei gleicher Konstruktionshöhe einen erhöhten Schallschutz garantiert.
Wenn man die Baupraxis kennt, ist das insbesondere auch in Hinsicht auf kreuzende Elektroleitungen auf dem Rohfußboden eine gute Empfehlung. Angestrebt werden sollen verbesserte Trittschallwerte von 30 – 32 dB. z.B. mit Mineralwolle S15-DES SH 30-5. Das andere Extrem sind die billigen Systeme mit Dämmplatten aus dem Baumarkt, die zu „Tackerplatten“, umfunktioniert werden.
Diese Konstruktionen erreichen meistens die Mindestanforderungen nicht. Die oberste Dämmschicht unter dem Estrich übernimmt in der Regel die Funktion der Trittschalldämmung. Hunderte von Tacker-Nadeln pro m² durchbohren die Folie und dringen in die darunter liegende Trittschall-Dämmung ein. Beim rauhen Baustellenbetrieb lässt es sich nicht vermeiden, das auch Estrich in die Trittschall-Dämmung einsickert. Die „Dynamische Steifigkeit“ der Trittschalldämmung wird entgegen der Herstellerangaben negativ verändert. Diese Fehler können sich später als Schallbrücken darstellen. Bei solchen Einbauten ist Bauherren anzuraten, vor Einbringen des Estrichs ein Gutachten erstellen zu lassen.

2. ZENTRALE WOHNUNGSVERTEILUNG
Der zentrale Wohnungsverteiler wirft Probleme auf, die nur mit einer dezentralen Verteilung (wie bei Heizkörper-Anbindesystemen) gelöst werden können.

Verteiler-Standort
Es gibt wenig passende Wände im Wohnungsflur, die einen 60-100cm langen Verteilerkasten aufnehmen können. Ist die Länge passend, muss Wandstärke und Optik ebenfalls stimmen.
Hinter der Rückseite des Verteilerkastens sollte wegen der Elektroinstallation kein Nassraum sein. Außerdem sollte man sich von Wänden zu Schlafräumen fernhalten, da die elektrischen Ventilantriebe im Verteilerkasten die Nachtruhe stören können.

Zuleitungen zum Verteiler
Werden die Heizkreis-Anbindeleitungen vom Verteiler zu den Räumen durch innen liegende Flure im Heizestrich verlegt, stellen sich folgende Fragen: Ist der innenliegende Wohnungsflur ein „Raum“, so soll er einen eigenen regel- und absperrbaren Heizkreis haben. Der Flur braucht aber häufig keine Wärme, da er von wärmeren Räumen umgeben ist.

Oft müssen aus Platzgründen die Zuleitungen in so engen Abständen verlegt werden, dass hier die größte Wärmemenge pro m² gepaart mit der höchsten Boden-Oberflächentemperatur abgegeben wird. Hauptsachlich im Verteilerbereich ist mit einem Wärmeschleier zu rechnen, dessen Temperatur weit über die 20°C hinausgeht. Die extrem hohe Bodenoberflächen-Temperatur im Bereich vor dem Verteiler (5cm Rohrabstand) sollte der Parkettleger vor Auftragserteilung akzeptieren. Nachher lehnt er häufig die Garantie ab. Wenn man zumindest die Vorlaufleitungen dämmt, bekommt man ein Problem mit dem Estrichleger, da hier die Estrich-Überdeckung über dem Rohrscheitel häufig nicht mehr der Norm entspricht.

In ungünstig geschnittenen Fluren, in denen nicht alle Bereiche von Zuleitungen belegt sind, bleibt der Boden in diesem Bereich kalt. Nicht nur der Bauherr wird damit nicht einverstanden sein, auch der Estrichleger wird temperaturbedingte „Spannungen“ im Estrich als Bedenken anmelden. Um diesen Problemen aus dem Weg zu gehen, werden Zuleitungen entsprechend gedämmt auf dem Rohfußboden unter dem Estrich verlegt. Am Raumeintritt durchstoßen die Leitungen vom Rohboden in den höheren Heizestrich jedoch die Trittschalldämmung. Diese darf eigentlich nicht beschädigt werden.

Verbindung Raumfühler / Verteiler
Zwischen Raumfühler und den Schaltelementen im Verteilerkasten gibt es eine Elektro- oder Funkverbindung. Das Thema elektromagnetische Felder, abgeschirmte Kabel, Funkwellen, Wartung der elektrischen Anlage, Lebensdauer der Stellantriebe, Stromverbrauch u.v.m. muss bei dieser Art der Verteilung besonders beachtet werden.

Drosseleinrichtungen am Verteiler
Im mehrgeschossigen Wohnungsbau sollen Verteiler mit Ventilen ausgerüstet sein, die einen exakten hydraulischen Abgleich über die errechnete Voreinstellzahl gewährleisten. Voreinstellungen über Durchflußmengenmesser sind hier nicht geeignet.

3. DEZENTRALE WOHNUNGSVERTEILUNG
Um diesen o.a. Problemen zu begegnen, muss man umdenken.
Stellen Sie sich eine Heizkörperheizung vor, bei der die Heizkörper einzeln an einem zentralen Verteiler angeschlossen sind. Statt Thermostatventil am Heizkörper, wird die Raumregelung wie bei der Fußbodenheizung über Raumfühler und Stellantriebe am Verteiler bewerkstelligt. Diese Heizkörperheizung, nach dem Prinzip der Fußbodenheizung gebaut, wäre gewöhnungsbedürftig. Das umgekehrte Prinzip:

Die Fußbodenheizung, als Heizfläche eines Raumes stellt einen Heizkörper dar. Jeder Raum bekommt sein eigenes stromloses Thermostatventil in der Wand neben der Tür. Die Anbindung der Raumheizflächen erfolgt exakt wie bei der Anlage mit Heizkörpern – eine Zweirohrverteilung auf der Rohdecke unter dem Estrich mit all den bekannten Rohrmaterialien und Komponenten. Es waren zuerst die Architekten, die die Vorteile dieses Systems erkannten:
kein zentraler Wohnungsverteiler, kein Standortproblem
keine Geräusche der Stellantriebe
kein Stromverbrauch
keine Wartung, keine Lebensdauerprobleme
keine elektromagnetische Strahlung
keine Funkwellenbelastung
Flur wird eigenständiger Heizkreis, absperr- und regelbar
keine unkontrollierte Wärmeabgabe des Bodens im Flurbereich
keine Probleme mit Estrich- und Parkettleger im Verteilerbereich
kein Durchbrechen der Trittschall-Dämmung durch Zuleitungen
Gute energetische Bewertung, da keine Hilfsenergie
Mit Bypassventil entfallen Bewegungsfugen im Raum mit zwei Heizkreisen (DIN 18560-04)
Mit Bypassventil Kühlung des Bodens möglich“

(Quelle: Dipl. Ing. Peter Gabany, Haustechnik- Dialog)

Essentials:

Sie sehen die sorgfältige Auslegung der Fußbodenheizung und die Qualität der Ausführung hat einen wesentlichen Einfluß wirtschaftlichen Betrieb der Heizungsanlage. Bei Ihrer Investitionsentscheidung sollten Sie nicht nur den Preis im Auge behalten, sondern auch die Ausführungsqualität, es kann sonst durchaus im Betrieb teuerer als erwartet werden und auch das erhoffte Wohlfühlklima will sich nicht einstellen. Insbesondere bei dem Einbau von Wärmepumpen ist die sorgfältige Auslegung der Fußbodenheizung Pflicht – wird aber leider erfahrungsgemäß oft vernachlässigt.

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2 Antworten zu “Elementares Wissen zur Fußbodenheizung

  1. Pingback: energynet » Blog Archiv » Infos zur Fußbodenheizung

  2. Ich bin so froh, dass wir eine Fußbodenheitzung haben. Es gibt nix besseres und wenn man die Möglichkeit hat sollte man sich auch immer für eine Fussbodenheitzung entscheiden!

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