Lösungen für Wand, Boden und Decke

Mehr als jedes zweite Ein- und Zweifamilienhaus wird heute mit einer Flächenheizung ausgestattet. Aber auch in Büros, Schulen, Kindergärten, Museen, Sport- und Industriehallen findet die Flächenheizung aufgrund ihrer Vorteile in verstärktem Maße Eingang. Der mögliche Zusatznutzen der „stillen Kühlung“ macht das System noch attraktiver zumal die Auswirkungen des Klimawandels zeigen, worauf sich Europa zukünftig einstellen muss. Welche konkreten Schritte bei der Planung und Auslegung eines Flächenheiz- und -kühlsystems betrachtet werden müssen, beleuchtet der Bundesverband Flächenheizungen und Flächenkühlungen (BVF) in diesem Fachartikel.

Die Flächenheizung ist in neuen Eigenheimen mit hohen Dämmstandards die erste Wahl der Bauherren. Das energieeffiziente und zukunftsweisende Heizsystem bietet sich aber auch für die Installation im Gebäudebestand an. Mit ihren speziellen Systemen für Renovierung und Modernisierung kann die Flächenheizung und Flächenkühlung mit modernster Technik den Charme alter Häuser erhalten. Verschiedene Anforderungen, wie z. B. niedrige Aufbauhöhe, geringe Flächenlast oder ein Niedertemperatursystem in Kombination mit einer Wärmepumpenanlage sind nur einige Aspekte für die Systemauswahl. Die am Markt angebotene Systemvielfalt bietet umfangreiche Lösungen.

Der Flächenheizungsfinder des BVF unterstützt Energieberater, Bauherren und Investoren dabei, die passenden Unternehmen zum Projekt zu finden, indem die Kriterien entsprechend ausgewählt werden.

Die fachgerechte Planung und Auslegung

Um die Anforderungen an Funktion und Wohnkomfort zu erfüllen, müssen bei der Planung und Herstellung der Flächenheizung/-kühlung einige Aspekte beachtet werden. Die Planung beginnt mit der Abstimmung des Wärmebedarfs mit dem Kunden. Dabei werden auch die Verlegung und der Aufbau anhand der Bauzeichnungen abgestimmt.

Die Heiz- und Kühllastberechnung sowie die Verlegepläne und Auslegung der Durchflussmengen erfolgt meist über gängige Auslegungssoftware am Markt. Neben der Erstellung von Verlegeplänen geht es in diesem Schritt auch um den Verlauf der Steigestränge und die Aufstellorte für Verteiler. Entsprechende Schnittstellen zur Heizungs- und Kühlungsseite und das Regelungskonzept sind ebenfalls Bestandteile der Planungsphase.

Unter Berücksichtigung der bauphysikalischen Vorgaben wird eine Heiz- und Kühllastberechnung erstellt. Das Ergebnis ist die Basis für die Wahl des Kühl- und Heizsystems, welche in breiter Angebotspalette im Markt zur Verfügung stehen.

Ein wichtiger Hinweis gilt dem Prozedere der Ausschreibung: alle Anforderungen und technischen Vorgaben sollten dort detailliert aufgeführt werden und sollten rechtzeitig unter Einbezug aller Gewerke (Bauherr, Architekt, TGA Planer, Heizungsbauer, Trockenbauer) abgestimmt werden.

• Anforderungen an die Schallabsorption,
• Anforderungen an die Taupunktvermeidung,
• Anforderungen von / an die Regelungstechnik,
• Thermische Verluste (zum Folgegeschoss; durch Abluft),
• Brandschutzanforderungen,
• Anforderungen vom / an den Wärmeerzeuger,
• Anforderungen vom / an den Kälteerzeuger,
• Anforderungen der / an die hydraulische Anlage,
• Möglichkeiten der Einbindung von Wärmepumpen, Solarthermie, Geothermie, freie Rückkühlung, Prozesswärme und Abwärme,
• Innere Wärmelasten, Nutzungsintervalle und Anforderungen an die Reaktionszeit/Speicherfähigkeit.

Neben der Gebäudehülle wird im Vorfeld auch die Anlagentechnik erfasst und bewertet. Niedrige Systemtemperaturen im Heizfall und hohe Systemtemperaturen im Kühlfall sind dabei aus energetischen und ökologischen Gründen anzustreben. Werden Deckenflächen in Bereichen wie etwa Büros oder Wohnungen zum Heizen eingesetzt, erfolgt dies mit sehr niedrigen Vorlauftemperaturen zwischen 25 – 35 °C. Durch die relativ geringen Oberflächentemperaturen der Deckenheizfläche und den Temperaturaustausch mit den übrigen Raumflächen stellt sich eine niedrige Strahlungsasymmetrie ein. Es ergibt sich somit eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung über den kompletten Raum sowie nur sehr geringe Luftbewegung. Dies führt zu einer hohen Behaglichkeit.

Im Kühlfall wird zudem für jeden Raum eine Taupunktüberwachung benötigt. Dazu wird ein Taupunktfühler je Raum in die Einzelraumregelung eingebunden. Dieser sorgt für die permanente sichere Betriebsweise oberhalb des Taupunktes oder alternativ für die sichere Abschaltung des Kühlwasserdurchflusses im Kühlfall.

Dazu wird i. d. R. die Kühlwasservorlauftemperatur zentral nach der Außentemperatur und abhängig der Raumfeuchte geregelt. Üblicherweise wird eine Kühlwasservorlauftemperatur von 16 °C nicht unterschritten, um somit Kondensation an Kühldecken und Kaltwasserrohren auszuschließen.

Der Leistungsermittlung von Kühl- und Heizdeckensystemen ist besondere Beachtung zu schenken. Dabei sollten nur normgerechte Leistungswerte für die Auslegung verwendet werden. Die Heizlastberechnung ist dabei nach DIN EN 12831, die Kühllastberechnung nach VDI 2078 durchzuführen.

An den Durchflussbegrenzern des Heizkreisverteilers werden nach der Installation die errechneten Durchflussmengen in l/min für jeden Heizkreis eingestellt. Die Werte werden der Auslegungsberechnung entnommen.

Regelung von Flächenheizungen

Die Leistungsabgabe einer Heizfläche in den Raum erfolgt nahezu proportional zur Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Oberflächen der Heizflächen und der Raumtemperatur. Da die Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche z. B. des Fußbodens und des Raumes sehr gering ist, reduziert sich die Leistungsabgabe der Fußbodenheizung in erheblichem Maße bei einem Anstieg der Raumlufttemperatur. Unabhängig von diesem Selbstregeleffekt bedarf es generell einer Einzelraumregelung. Von der Pflicht zur Einzelraumregelung ausgenommen sind Fußbodenheizungen in Räumen mit weniger als 6 m² Nutzfläche.

Durch die Einzelraumregelung wird die Differenz zwischen der Heiz-/Kühlflächentemperatur und der Temperatur des Raumes verringert. Je geringer diese Temperaturdifferenz ist, desto besser kommt der vorgenannte Selbstregeleffekt zur Geltung. D. h. der Selbstregeleffekt erzielt seine größte Wirkung in Kombination mit einer Einzelraumregelung. Dies wurde durch die TU Dresden im Rahmen einer größeren Studie zum Thema Energieeinsparung von Einzelraumregelungssystemen nachgewiesen.

Die richtige Positionierung des Raumtemperaturfühlers ist eine Grundvoraussetzung für die einwandfreie Funktion. Die Raumtemperaturregler sollten auf einer separaten Unterputzdose und in einer Montagehöhe von ca. 1,4 m (Oberkante Fußboden) montiert werden.

Eine optimale Dämmung ist unerlässlich

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Wärme- und Trittschalldämmung. Der Planer hat die Aufgabe, die Dämmschichten insbesondere im Bereich der beheizten und gekühlten Fußbodenkonstruktionen entsprechend den gesetzlichen Vorschriften und Normen richtig auszuwählen und zu dimensionieren. Für die Flächenheizung und Flächenkühlung in Gebäuden mit normalen Innentemperaturen gilt die DIN EN 1264-4 mit den in der Tabelle 1 festgelegen Mindest-Wärmeleitwiderständen für die Dämmschicht unter der Heiz- und Kühlebene.

Der Widerstand der geforderten Dämmung ergibt sich aus einer einfachen Beziehung, nämlich der Dämmeigenschaft geteilt durch die Dicke der Dämmung, also:

R = d / λ oder d = λ · R

Die Dämmeigenschaft wird auch als Wärmeleitfähigkeit bezeichnet und erhält als sogenannter Lambda-Wert (λ-Wert) die Einheit Watt pro Meter pro Kelvin also W/(m · K). Setzt man jetzt noch die Dicke einer Dämmung in Meter ein, so erhält man bei entsprechender Berechnung den Wärmeleitwiderstand (m² K)/W.

Wärmeleitfähigkeit von Dämmstoff en (Auswahl):

• Dämmstoff und W/ (m · K)
• Styropor/EPS: 0,04
• Mineralwolle: 0,04
• Holzfaserdämmplatte: 0,045
• Mineraldämmplatte: 0,045
• XPS-Hartschaum: 0,04
• PUR-Hartschaum: 0,025
• Perlite: 0,05

Aus der Beziehung R = d/λ kann man nun errechnen, welche Dicke eine Dämmung haben muss, wenn der Fußboden beispielsweise an einen unbeheizten Raum angrenzt und als Dämmmaterial EPS verbaut wird.

Zielwert für R ist dann laut Tabelle der DIN EN 1264-4 nämlich 1,25 (m² · K)/W und λ beträgt 0,04 W/(m · K).

Daraus ergibt sich dann eine Dämmdicke wie folgt:

d = 0,04 W/(m · K) · 0,75 (m² · K)/W = 0,050 m Die Dicke der EPS-Dämmung muss also 5,0 cm betragen.

Ob eine Dämmung oberhalb von z. B. Kühl- und Heizdecken vorzusehen ist oder nicht, ist von den individuellen Gebäude- und Anlagenanforderungen abhängig. Bei Neubauten ist in der Regel das über der Kühl- und Heizdecke liegende Geschoss im Fußboden gedämmt, das Kühl-Heizsystem muss somit nicht mit einer Dämmschicht bedeckt werden. Bei nachträglichem Einbau in Bestandsgebäude ist jedoch stets zu prüfen, ob das Kühlund Heizregister nach oben an einen ungedämmten Fußboden oder eine ungedämmte Dachfläche grenzt.

Detaillierte Hinweise zu Planung, Auslegung und Inbetriebnahme einer Flächenheizung gibt die Publikation „Schnittstellenkoordination“ des BVF. Die Infoschrift gilt als allgemein anerkannte Rege der Technik und ist auf der BVF-Homepage kostenlos downloadbar.

Autorin: Alexandra Borke, Technikreferentin, Bundesverband Flächenheizungen und Flächenkühlungen

www.flaechenheizung.de