Thermische Behaglichkeit steigern, Energieverbrauch senken

Wandheizung als System der Zukunft

Dipl.-Ing. (BA) Rolf Werner*
Bei der Entscheidung für ‚unsichtbare' Flächenheizungen spielt im Allgemeinen neben Energieeinspar- und Kombinationsmöglichkeiten mit alternativen Energiequellen auch das Behaglichkeitsempfinden eine Rolle. Und der Aspekt der thermischen Behaglichkeit kann bei Wandheizungen leicht erreicht werden, weil ihr Strahlungsanteil sehr hoch ist.

Bild 1: Schematischer Aufbau der cuprotherm-Wandflächenheizung.

Verschiedene Wandheizungsvarianten

Bei Wandheizungen können verschiedene Funktionsprinzipien unterschieden werden: Sockelheizleisten, Hypokaustensysteme sowie wasserführende Rohrsysteme. Bei den Sockelheizleisten werden die Wärmetauscherrohre vor der Wand installiert. Die so erwärmte Luft steigt empor und gibt dabei Wärme an die Wand ab. Das vorwiegend konvektiv arbeitende System wird vor allem bei der Altbausanierung eingesetzt, da es nicht in den Wandaufbau integriert werden muss.

Im Gegensatz zu den Sockelheizleisten besteht das Hypokaustensystem aus in der Wand verlaufenden vertikalen (senkrechten) Luftkanälen. Unterhalb dieser Kanäle befindet sich ein Wärmetauscherrohr, das die Luft erwärmt. Die hier eingesetzten Rippen- oder Kupferrohrnetze benötigen aufgrund ihrer hohen Leistung auch höhere Vorlauftemperaturen als bei Niedertemperaturflächenheizungen üblich; sie liegen bei 70°C oder darüber.

Bei den wasserführenden Rohrsystemen werden Heizungsrohre an der Wand befestigt und mit Putz oder einer Verkleidung in Trockenbauweise überdeckt. Dieses System arbeitet mit dem geringsten Konvektionsanteil. Als Rohre kommen solche mit Außendurchmessern von 6 bis 14 Millimetern in Frage, die schlangen- oder schneckenförmig verlegt werden. Die Nassverlegung der Heizungsrohre mit einer homogenen Putzschicht bietet bessere Wärmeübertragungseigenschaften als ein trockener Aufbau.

Bild 2: Die Heizungsrohre werden auf dem Armierungsgitter angeordnet und mit Kabelbindern fixiert, dann wird das Gitter mit Tellerdübeln an der Wand befestigt.

Wo bietet sich eine Wandheizung an?

Zur Beheizung von Wohnräumen eignet sich die Wandheizung im gleichen Maß wie eine Fußbodenheizung. Die angenehm empfundene Strahlungswärme bietet hohe Wohnqualität bei geringem Energieverbrauch. Das ermöglicht die Kombination mit alternativen Energiequellen, wie etwa Solaranlangen oder Wärmepumpen.

Die Wandheizung sorgt in doppelter Hinsicht für hygienische Zustände: Zum einen entfallen Heizkörper als potenzielle Staubfänger, zum anderen wird Konvektion und damit Luftbewegung weitgehend vermieden. In öffentlich genutzten Gebäuden (etwa Museen) oder Eingangshallen erlaubt eine Wandheizung die wirtschaftliche Temperierung großer Räume. In diesen zumeist auch hohen Räumen muss mit einer Strahlungsheizung das große Luftvolumen nicht erwärmt werden.

Auch bei der Altbausanierung bietet die Wandheizung Vorteile. So kann eine effiziente Flächenheizung einerseits installiert werden, ohne die oft schützenswerten Böden zu zerstören. Des Weiteren können auch Vorgaben hinsichtlich der maximalen Aufbauhöhe bei Wandheizungen einfach eingehalten werden.

Thermische Behaglichkeit

Einer der wesentlichen Vorzüge der Wandheizung liegt in der Abgabe physiologisch sinnvoller, angenehmer Strahlungswärme. Von thermischer Behaglichkeit spricht man dann, wenn subjektiv keine Empfindungen wie Kälte oder Hitze vorliegen. Dabei entsteht der geringste regulatorische Gesamtaufwand zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur. Ein Höchstmaß an Behaglichkeit bietet die Abgabe mäßiger Wärme über eine große Fläche. Eine besonders positive Wirkung entfaltet die Wandheizung dann, wenn sie an der kältesten Wand, in der Regel einer Außenwand, angebracht wird.

Auswirkungen auf den Energiebedarf

Wie bei Flächenheizungen insgesamt, erlaubt auch die Wandheizung Vorlauftemperaturen von weniger als 50°C bei maximalen Oberflächentemperaturen von etwa 35°C. Gleichzeitig deckt es im Normalfall den Wärmebedarf eines Wohnraumes von 80 bis 100 Watt/m² problemlos ab. Durch die Wärmestrahlung kann die Raumtemperatur bei hohem Behaglichkeitsempfinden um 2 bis 3 K gesenkt werden.

Normvorgaben

In Deutschland sind für Wandheizungssysteme noch keine Vorgaben bezüglich Prüfung, Auslegung, Aufbau und Ausführung in Normen festgeschrieben. Die Energieeinsparverordnung schreibt für Neubauten die Ausstattung aller Flächenheizungssysteme mit einer Einrichtung zur raumweisen Einzelregelung vor. In Altbauten genügt in der Regel die Einhaltung eines k-Wertes von 0,5 W/(m² · K).

Bild 3: Für die Wandheizung aus Kupfer werden Rohre der Dimension 12 x 0,7 Millimeter verwendet. Sie gewährleisten eine geringe Aufbauhöhe und sind aufgrund ihrer guten Strömungseigenschaften vollkommen ausreichend.

Auslegung einer Wandheizung

Die Auslegung einer Wandflächenheizung kann unter Berücksichtigung der auftretenden Oberflächentemperaturen analog zu EN 1264, Teil 3, erfolgen. Bei der Ermittlung der Masseströme ist – bei normalerweise ungedämmten Innenwänden – eine zum Teil beachtliche Transmissionswärme zur anderen Wandseite zu berücksichtigen. Als Richtwert bei einer 17,5 Zentimeter starken Zwischenwand – unter Berücksichtigung des Wärmeübergangs zu beiden Seiten – können zusätzlich 25 bis 30 Prozent Wärmestrom, der in den anderen Raum abfließt, angenommen werden.

Für die Ermittlung der Leistungskennwerte sind auch bei der Wand eindimensionale Verfahren nicht ausreichend. Allerdings kann das in der EN 1264, Teil 2, definierte Verfahren für die Fußbodenheizung nicht ohne weiteres auf die Wandheizung übertragen werden. Hauptgrund sind unterschiedliche Systembedingungen sowie unterschiedliche Wärmeübergangskoeffizienten. Dieser beträgt bei einer Wandoberflächentemperatur bis rund 35°C abhängig von Raumgeometrie und den Strahlungsverhältnissen etwa 8 bis 8,5 W/(m² · K).

Bei Verwendung von gipshaltigen Putzen oder Gipskartonplatten ergibt sich abhängig vom System oder Aufbau aufgrund der Temperaturobergrenze für Gips eine maximale Heizleistung, die je nach Aufbau deutlich unter 250 W/(m² · K) liegt. Daher sind Nasssysteme mit kalk- oder zementgebundenen Putzen zu bevorzugen.

Steht bei der Auslegung der Wandflächenheizung bereits fest, welche Anordnung das Mobiliar später haben soll, lässt sich dies berücksichtigen. Das Aufhängen von Bildern muss dagegen nicht vorab geplant werden. Mittels eines Fühler-Thermometers lassen sich die Rohre jederzeit leicht orten.

Bild 4: Eine Wandheizung besitzt alle Vorzüge einer Flächenheizung: angenehme Strahlungswärme, geringer Energieverbrauch und Gestaltungsfreiraum. Bei Möblierung sollte nur beachtet werden, dass keine wandfüllenden Schränke gestellt werden. Beim Aufhängen von Bildern an der beheizten Wand lässt sich der Rohrverlauf einfach mit dem Fühler-Thermometer feststellen.

Konstruktion der Wandheizung

Im Folgenden ist für den Aufbau einer Wandheizung die Konstruktion mit cuprotherm-Flächenheizungsrohren zugrunde gelegt. Um die Aufbauhöhe möglichst gering zu halten und wegen der günstigen Strömungseigenschaften werden in der Regel Kupferrohre mit Außendurchmessern von 10 beziehungsweise 12 Millimeter verwendet. Ihr Schutzmantel nimmt eine Längendehnung des Rohres bis fünf Meter gerade Rohrlänge auf. Der Anschluss kann wie bei der Fußbodenheizung über einen Heizkreisverteiler erfolgen.

Ohne zusätzliches Spezialzubehör werden die Rohre zunächst am Boden auf verzinkten Estrichgittern verlegt. Befestigt werden die Rohre mit Kabelbindern. Zuvor werden die Gitter auf die exakte Wandgeometrie zugeschnitten; Fenster, Installationen oder Dachschrägen können problemlos berücksichtigt werden. Der Verlegeabstand richtet sich nach Auslegung und Wärmebedarf.

Die Anschlüsse werden gebogen und auf Länge gesägt, wobei sich die Verbindungsstelle in einem Abstand von 20 bis 30 Zentimetern von der Wand befinden sollte. Danach werden die Heizregister mit Gewindehaken und Tellerdübeln an der Wand beziehungsweise durch die zuvor aufgebrachte Dämmung aufgehängt. Ein Aufheizen der Rohre während des Verputzens ist wegen des Stegmantels nicht nötig. Als Putze kommen je nach Untergrund alle handelsüblichen, gut wärmeleitenden Putze in Frage. Gips-Kalk-Putze können einlagig oder zweischichtig "frisch in frisch" verarbeitet werden (maximale Temperaturbelastung: 50°C), Kalk-Zement-Putze fordern eine zweilagige Verarbeitung, können dafür aber je nach Hersteller mit höheren Temperaturen belastet werden. Bei der zweilagigen Verarbeitung schließt die erste Schicht mit dem Rohr ab, die zweite sollte den Rohrscheitel um 12 bis 15 Millimeter überdecken. Etwa drei bis fünf Millimeter unter der Oberfläche ist das Einarbeiten eines Armierungsgewebes nötig. Danach erfolgt das erstmalige Aufheizen des Putzes gemäß Herstellerangabe.

Resümee

Eine saubere Planung auf Basis gesicherter Kennwerte sowie die Verwendung langlebiger und hochwertiger Materialien sind Gewähr für einen dauerhaft zuverlässigen und energetisch sinnvollen Betrieb der Wandheizung.

Die Vorzüge teilt die Wandheizung mit den anderen Flächenheizsystemen: Ihre große wärmeabgebende Fläche erlaubt niedrige Heizwassertemperaturen und spart somit Energie. Das macht die Nutzung alternativer Energiequellen, etwa der Sonne oder von Wärmepumpen, möglich. Der Einspar-Effekt verstärkt sich durch die Wärmeabgabe in Form von Strahlung. Sie wird als deutlich angenehmer empfunden als Konvektionswärme und erlaubt eine Reduktion der Raumtemperatur um 2 bis 3°C bei hohem Behaglichkeitsempfinden. Die Wandheizung ist neben der Fußbodenheizung das Flächenheizsystem mit einem sehr hohen Anteil an Strahlungswärme – er beträgt bis zu 80 Prozent.

B i l d e r : cuprotherm

* Dipl.-Ing. (BA) Rolf Werner, Technisches Marketing, Wieland-Werke AG, Ulm

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