Verborgene Heizquellen nutzen

Flächenheizungen für Wohn- und Industriebau mit Kupferrohren

Ulrich Knoll*

Die ehemalige Bundesregierung hat durch die Novellierung der Wärmeschutzverordnung (ab 1.1.1995) und die Neufassung der Heizungsanlagenverordnung (ab 4.5.1998) gesetzliche Rahmenbedingungen für einen effizienteren und damit sparsameren Energieeinsatz geschaffen. Die heute geforderte verbesserte Dämmung neu errichteter oder grundlegend sanierter Gebäude und die Vorschriften zur Anlagentechnik begünstigen den Einsatz von Niedertemperatursystemen wie beispielsweise Flächenheizungen.

Behaglichkeit und Hygiene

Höhere Temperaturen auf den Innenseiten von Außenwänden und Fenstern ergeben eine höhere thermische Behaglichkeit. Der hohe Strahlungsanteil und die gleichmäßige Wärmeverteilung bewirken, daß die Raumlufttemperatur ohne Beeinträchtigung des Wohlbefindens etwa 2K niedriger liegen kann als bei einem konventionellen Heizsystem. Auch treten die bei Konvektionsheizungen häufigen Staubverwirbelungen nicht auf.

Praxisbewährte Systeme

Der größte Anteil an Flächenheizungen, rund 90%, entfällt auf sogenannte Naßsysteme. Bei ihnen sind die heizwasserführenden Rohre vom Estrich umschlossen. Nur ca. 10% sind Trockensysteme, bei denen die Rohre überwiegend in die Wärmedämmung eingebettet werden. Haupteinsatzgebiet für die "trockene" Lösung ist die Gebäudesanierung oder -renovierung. Da Flächenheizungen in jedem Fall zum festen Bestandteil des Gebäudes werden, ist schon bei der Planung ein sicheres praxisbewährtes System zu favorisieren.

Dabei kommt dem Heizungsrohr als Hauptbestandteil eine wesentliche Bedeutung zu. Als zuverlässiger Rohrwerkstoff mit hoher Lebensdauer empfiehlt sich beispielsweise Kupfer. In der Heizungs- und Sanitärinstallation ist das Halbedelmetall nach wie vor Werkstoff "Nummer 1" mit einem Marktanteil von circa 60% in Deutschland. Zusätzliche Sicherheit geben fremdüberwachte Fertigungskontrollen und Qualitätssiegel wie das RAL-Gütezeichen oder das Gütezeichen der Gütegemeinschaft Flächenheizung/-kühlungen.

Planung einer Fußbodenheizung

Der Wärmebedarf sollte bei Räumen mit 20°C Raumtemperatur 100 bis 120 W/m² nicht überschreiten. Bei den heute üblichen Bau- und Dämmvorschriften können für Wohn- und Schlafräume 60 bis 80 W/m² und für Bäder ca. 100 W/m² als Richtwert gelten.

Läßt sich der spezifische Wärmebedarf auf Grund ungünstiger Verhältnisse nicht ohne weiteres abdecken, werden die Rohre in den Randzonen entlang der Außenwände mit engerem Rohrabstand verlegt. Anderenfalls sind zusätzliche Heizflächen vorzusehen. Eine erwägenswerte Variante ist beispielsweise die Kombination mit einer Wandheizung. Bei dieser Lösung kommen ganzheitlich die Vorzüge der Strahlungswärme zum Tragen, sichtbare Heizflächen werden vermieden, und auch die Regelungstechnik ist aufgrund einheitlicher Vorlauftemperaturen unkompliziert.

Oberflächentemperatur bestimmen

Aus wärmephysiologischen Gründen richtet sich die maximal zulässige Oberflächentemperatur nach der jeweiligen Raumnutzung. So werden für Wohnräume, Büros und dergleichen 29°C, für kurzzeitig begangene Böden wie Flure, Dielen, Eingangshallen 30°C und für Bäder 33°C als Grenzwert für die noch als behaglich empfundene Oberflächentemperatur angegeben. Im allgemeinen sind Oberflächentemperaturen von zum Beispiel 25°C in Wohn- und sonstigen Aufenthaltsräumen ausreichend.

Bild 1: Ein flexibel zu verlegendes Rohrsystem bietet verlegetechnische Vorteile, etwa um notwendige Aussparungen - wie im Hintergrund erkennbar - leichter berücksichtigen zu können.

Werden die heizwasserführenden Rohre, wie beim Naßsystem, direkt vom Estrich umschlossen, ist ein guter Wärmeübergang gesichert. Von Vorteil sind Flächenheizungen, deren Rohrverlauf frei gestaltet werden kann. Sie bieten vielseitigere Möglichkeiten, insbesondere Räume mit kleineren Grundrissen oder winklige Flächen auszulegen (Bild 1). Abhängig vom Rohrabstand ändert sich die mittlere Oberflächentemperatur.

Bild 2: Circa 90% der Flächenheizungen werden als Naßsystem eingebaut. Die Heizungsrohre liegen auf der Wärmedämmung und werden vom Estrich umschlossen. Die Wahl des Oberbelags unterliegt keinen Einschränkungen, sollte sich aber an den Herstellervorschriften orientieren.

Eine weitere Beeinflussung der Oberflächen- und damit auch der Raumtemperatur ergibt sich durch die Wahl des Oberbelags. Jeder Bodenbelag besitzt einen bestimmten Wärmedurchlaßwiderstand, der abhängig ist von der Dicke des Materials und seiner spezifischen Wärmeleitfähigkeit. Der Wärmedurchlaßwiderstand sollte nicht über 0,15 (m² · K)/W liegen. Aus wirtschaftlichen Gründen empfiehlt sich ein Wert unter 0,10 (m² · K)/W. Fliesen und Steinböden sind aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit als Bodenbelag besonders geeignet und haben in den vergangenen Jahren auch aus ästhetischen Gründen eine Renaissance erlebt. Aber auch Parkett, PVC und Teppichboden - nach wie vor die gängigsten Materialien - kommen als Bodenbelag in Frage (Bild 2). Je enger die Rohre liegen, desto höher ist die Oberflächentemperatur und damit die Heizleistung. Richtwert bei Teppichböden sind 10 - 15 cm, bei keramischen und Steinbelägen 20 - 25 cm. Um den Kaltlufteinfall im Außenwandbereich besser zu kompensieren, beträgt der Rohrabstand in Randzonen in der Regel 10 cm. In Bereichen, bei denen eine Grundtemperierung ausreicht, genügen meist Rohrabstände von 30 cm.

Einbau der Fußbodenheizung

Haupteinsatzgebiet für eine Fußbodenheizung ist nach wie vor der Wohnungsbau. Hier bieten die meisten Hersteller Aufbauten an, die aus einer Wärme- und Trittschalldämmung (vorzugsweise WLG 045*, ca. 35 mm dick), den darauf verlegten Heizungsrohren und dem abschließenden Estrich bestehen.

Die Dämmung muß an der Oberseite mit einer Abdeckung gegen Feuchtigkeit versehen werden. Folienkaschierte Dämmplatten besitzen diese Abdeckungen bereits. Sie sparen nicht nur Zeit, sondern sind oft auch schon mit einem Verlegeraster zur leichteren Einhaltung des Verlegeabstandes versehen. Die meisten Systemdämmungen decken darüber hinaus gleichzeitig den geforderten Trittschallschutz ab, so daß auch hier keine zusätzlichen Vorkehrungen getroffen werden müssen.

Bild 3: Die WSVO unterscheidet zusätzlich in Decken gegen Räume nicht gleichartiger Nutzung. Den erforderlichen Wärmeschutz deckt eine Verbundplatte der WLG 040 mit höherer Druckbelastbarkeit ab, ohne die Aufbauhöhe wesentlich zu erhöhen.

Bei Decken gegen Keller, Erdreich oder Außenluft ist wegen der erhöhten Wärmeschutzanforderungen eine Zusatzdämmung erforderlich. Mit einer FCKW-freien Dämmplatte aus Polyurethanschaum (WLG 025, 54 mm dick) werden sämtliche Anforderungen erfüllt. Da die novellierte Wärmeschutzverordnung außerdem Decken gegen gewerblich genutzte Räume mit eingeschränktem Heizbetrieb unterscheidet, ist auch für diese Fälle eine geeignete Materialauswahl zu treffen. Verbundplatten der WLG 040 mit einer Druckbelastbarkeit bis zu 5000 N/m² (Dicke unter Belastung ca. 50 mm) erfüllen alle Bestimmungen und verringern zudem die Aufbauhöhe (Bild 3).

Bild 4: Die Verwendung von Gußasphalt bringt Zeitvorteile. Da keine Austrocknung erforderlich ist, kann bereits nach wenigen Stunden weitergearbeitet werden. Weitere Vorteile sind die reduzierte Aufbauhöhe und damit geringere Flächenlasten.

Gußasphalt spart Zeit

Für Sonderfälle, bei denen außer der Aufbauhöhe auch noch die zur Verfügung stehende Zeit begrenzt ist, empfiehlt sich, statt des herkömmlichen zementgebundenen Estrichs Gußasphalt zu verwenden. Der überzeugende Vorteil liegt in der gegenüber zementgebundenen Estrichen niedrigeren Aufbauhöhe und im Zeitgewinn. Die übliche mehrwöchige Austrocknungsdauer entfällt, direkt nach dem Abkühlen nach wenigen Stunden kann ein Gußasphalt-Estrich begangen und schon einen Tag später weiterbearbeitet werden (Bild 4). Aufgrund der hohen Einbringungstemperaturen von mehr als 230°C kommen für diese zeitsparende Lösung allerdings nur temperaturbeständige Heizungsrohre aus Kupfer in Frage.

Anwendungsbeispiel Tanzschule

Beispielhaft sei der Umbau einer alten Industriehalle in Düsseldorf zu einer Tanzschule angeführt. Wie so häufig bei gewerblichen Bauvorhaben herrschte auch bei dem Objekt Termindruck. Durch den Einsatz von Gußasphalt in Verbindung mit einem Kupferrohr-Flächenheizungssystem war es möglich, die für den Eingangsbereich erforderlichen 24 Flächenheizkreise - insgesamt rund 3000 lfdm. Kupfer-Heizungsrohr - innerhalb von drei Tagen zu verlegen. Unterlage bildete eine hitzebeständige Dämmung. Auch für den abschließenden Bodenbelag erwies sich die gewählte Kombination als günstig: Ohne zusätzlichen Feuchtigkeitseintrag aus dem Estrich besteht auch für den Parkettboden keine Quellgefahr.

Einsatz in Gewerbe und Industrie

Die Vorzüge einer Flächenheizung kommen ebensogut im Gewerbe- und Industriebau zum Tragen. So spielt zum Beispiel in einer Lager- und Fertigungshalle die spezifische Art der Wärmeverteilung eine wichtige Rolle, sobald dort auch Menschen tätig sind. Die Beheizung des Bodens stellt die Wärme dort zur Verfügung, wo sie benötigt wird. Durch die gleichmäßige Verteilung in der horizontalen Raumebene entsteht ein wesentlich angenehmeres Raumklima. Bestimmte Einsatzbereiche erfordern diese damit auch wenig turbulente Wärmeverteilung geradezu. So rüstete beispielsweise ein namhafter deutscher Zellstoffproduzent sein Hochregallager mit einer Flächenheizung aus, weil er nur so die geforderte gleichbleibende Qualität seiner Ware gewährleistet sah.

Während gewerbliche Objekte meistens mit den Standardaufbauten und unter Beachtung der im Wohnungsbau geltenden Vorschriften ausgeführt werden können, erfordert der Industriebau spezielle Lösungen. Die Einbindung der Flächenheizung in die lastverteilende Bodenschicht macht eine sorgfältige statische Planung notwendig. Außerdem sollte der Rohrverlauf von vornherein präzise festgelegt werden.

Bild 5: Bei einer Industrieflächenheizung werden die Heizungsrohre direkt in die Bewehrungsebene eingebunden. Praxisgerecht ist die Befestigung mit Kabelbindern. Der Stegmantel läßt thermische Längenänderungen des Rohres zu, ohne Beeinträchtigung der umschließenden Betonplatte.

Die Heizungsrohre werden in aller Regel in die Bewehrung eingebunden (Bild 5). Bei einer doppellagigen Bewehrung liegen sie zwischen den Bewehrungsebenen und dort in Abhängigkeit von der Planung eher mittig oder oberflächennah. Zur Befestigung empfehlen sich einfache Kabelbinder, manche Hersteller haben spezielle Haltekrallen entwickelt, in die sich die Rohre einclipsen lassen.

Variante für Schwingböden

Ein weiteres Beispiel für Sonderlösungen sind Sporthallen. Auch hier sprechen einige objektspezifische Aspekte für den Einsatz von Flächenheizungen. Da ist die immer vorhandene Verletzungsgefahr durch statische Heizflächen zu nennen. In den Raum hineinragende Heizkörper werden von Planern deshalb häufig von vornherein vermieden. Mit einer Beheizung des Hallenbodens über eine Flächenheizung ist deshalb nicht nur die Wärmequelle gut untergebracht, es steht sogar mehr freier Raum zur Verfügung. Außerdem ist die Verteilung der Wärme von unten nach oben aus medizinischer Sicht nahezu optimal (Bild 6).

Bild 6: Sonderlösungen sind beispielsweise Schwingbodenheizungen. Hier werden die Heizungsrohre zwischen den Doppelschwingträgern der Fußbodenkonstruktion verlegt.

Als Unterlage werden harte Dämmstoffe mit hoher dynamischer Steifigkeit und hohem Dämmwert auf der Betonsohle verlegt. Sie schützen den ans Erdreich grenzenden Hallenboden gegen Wärmeverlust. Dort, wo die Doppelschwingträger auf Holzklötzen lagern, wird die Dämmung ausgeschnitten, um eine ebene Fläche zu erhalten. Die Heizungsrohre liegen in dem luftgefüllten Hohlraum zwischen den Doppelschwingträgern. Da der Wärmeübergang in diesem Fall geringer ist, muß der Heizbetrieb auf eine höhere Vorlauftemperatur ausgelegt werden. So ist die erforderliche Erwärmung der Oberfläche gewährleistet.

Systemlösungen sparen Zeit und Kosten

Der Einbau einer Flächenheizung führt verschiedene Gewerke zusammen. Schnittstellen bedeuten immer gleichzeitig Reibungsflächen, sei es die erforderliche Abstimmung hinsichtlich der zeitlichen Aufeinanderfolge oder die Art der Ausführung, die vom nachfolgenden Handwerker abgenommen werden muß. Auch der Bauherr fordert zunehmend Leistung "aus einer Hand", zum einen, um sich Abstimmungen mit vielen Ansprechpartnern zu ersparen, zum anderen, um im Rahmen der Systemgewährleistung auch tatsächlich abgesichert zu sein - Ansprüche, die klar für Systemlösungen sprechen.

Weitere Argumente für die Ausführenden sind, von der Erfahrung der Systemhersteller zu profitieren, aufeinander abgestimmte Komponenten einsetzen zu können, statt selber die Auswahl treffen zu müssen. Nicht zuletzt zählt die Tatsache, daß bei Systemlösungen die Kosten von vornherein kalkulierbar sind. So kann eine Flächenheizung bei allen Vorteilen, die sie für den Nutzer bringt, auch auf der Kostenseite durchaus mit gleichwertigen Radiatorenheizungen konkurrieren.

Ebenfalls nicht außer Acht gelassen werden sollten die späteren Unterhalts- bzw. Energiekosten. Ein Niedertemperatursystem wie die Fußbodenheizung weist auch hier entscheidende Vorteile auf, zu denen sich noch die physiologisch günstigen Auswirkungen auf das Raumklima addieren.

*) Ulrich Knoll, Vertrieb und Marketing der cuprotherm-Heizungsrohre der Wieland Werke AG, Ulm

*) WLG 045 = Wärmeleitfähigkeitsgruppe 0,045 W/(m · K)

B i l d e r: cuprotherm

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