Gut geplant ist optimal wärmeversorgt

Fußbodenheizungen sind energieeffizient, die abgegebene Wärme wird als angenehm empfunden, und sie lassen den Bewohnern Spielraum bei der Einrichtung. Für den optimalen Heizungsbetrieb sollten bei der Auslegung bestimmte Kriterien berücksichtigt werden.

Fußbodenheizungen, z.B. von Uponor Klett, sind als Flächenheizung besonders energieeffizient, sie können dank großflächig abgegebener Strahlungswärme mit geringer Vorlauftemperatur betrieben werden. Berechnungsgrundlage bei der Planung ist die DIN EN 1264. Relevante Kenngröße ist die Basiskennlinie – sie stellt den Zusammenhang zwischen der mittleren Fußbodentemperatur t_FB,m und der Wärmestromdichte q als empirische Funktion dar: q = 8,92 (t_FB,m – t_i)^1,1.

Die Leistung der Fußbodenheizung, die Wärmestromdichte – gemessen in W/m², ist somit von der Temperaturdifferenz der mittleren Fußbodentemperatur t_FB,m und der Rauminnentemperatur t_i abhängig. Dieser Zusammenhang wird durch den Exponenten 1,1 für Fußbodenheizungen – bei Heizkörpern wäre er 1,3 – sowie den Proportionalitätsfaktor 8,92 bestimmt. Aus der Formel ist ersichtlich, dass jede Erhöhung der Rauminnentemperatur bei gleicher Fußbodentemperatur die Wärmestromdichte verringert. Umgekehrt bewirkt eine erhöhte Oberflächentemperatur eine bessere Wärmeleistung. Wird als Faustformel für den Proportionalitätsfaktor der Wert 10 angenommen, zeigt sich: Eine um 1K höhere Temperaturdifferenz zwischen Fußboden- und Raumtemperatur ergibt eine um 10 W/m² erhöhte Wärmeleistung.

Normen und Planungsgrundlagen

Der Wärmebedarf heutiger Neubauten beträgt etwa 30 W/m². Der Auslegungsfall ist immer der höchste zu erwartende Wärmebedarf. Selbst wenn die klimatischen Bedingungen dafür nur etwa während 5 % einer Heizperiode eintreten, muss die Leis tung der Fußbodenheizung dem entsprechen. Übertragen auf die Funktion der Basiskennlinie, ergibt sich für den Auslegungsfall bei einer Raumtemperatur von 20 °C eine Oberflächentemperatur von etwa 20°C + 30/10°C = 23,0°C. In der übrigen Zeit der Heizperiode ist der Wärmebedarf geringer und liegt im Schwachlastbetrieb bei etwa 10 bis 20 W/m², mit resultierenden Oberflächentemperaturen von 21 bis 22°C.

Der rechnerische Wärmebedarf kann darüber liegen, als Folge von erhöhtem Lüftungswärmebedarf, Aufheizreserven oder höheren gewünschten Innentemperaturen (3K Komfortzuschlag). Seit April 2020 muss die Lüftung laut DIN/TS 12831 nach Gebäudezonen berechnet werden. Damit steigt die Heizlast im Schnitt um rund 10% im Vergleich zur bisherigen Berechnungsmethode – für einzelne Räume auch mehr. Sind zudem höhere Raumtemperaturen gewünscht, kann es vorkommen, dass die Heizlast die Heizleistung überschreitet. Dann würde der – wie gesagt, eher selten eintretende – Auslegungsfall eine zusätzliche Heizung erfordern. Ob der Bauherr die entstehenden Kosten tragen will, sollte er selbst entscheiden.

Belag, Widerstandsbeiwert und Temperaturwelligkeiten

Wie sich eine Oberflächentemperatur anfühlt, liegt mit am Oberbodenbelag. Die Beläge unterscheiden sich hinsichtlich Wärmeleitfähigkeit und Widerstandsbeiwerten. Fliesen und Steinfußböden leiten Wärme besonders gut. Teppichböden haben einen hohen Widerstandsbeiwert. Diesen hat auch Parkett, allerdings werden auf Holzfußböden auch niedrigere Temperaturen als angenehm empfunden. Parkett sollte grundsätzlich verklebt sein. Am besten eignen sich Holzarten, die kaum auf Änderungen der Luftfeuchtigkeit reagieren, z.B. Eiche oder Ahorn. Schwimmend verlegtes Laminat ist trotz seines geringen Widerstandsbeiwertes wärmetechnisch so ungünstig wie dicker Teppich: Durch diese Verlegeart entstehen Lufträume, die isolierend wirken.

Der Installateur muss die Verlegeabstände der Wärmeleitfähigkeit des gewählten Oberbodenbelages anpassen, sonst können Temperaturwelligkeiten auftreten. Darauf zielt auch die grundsätzliche Anforderung in der Fußbodenheizungsnorm (FBH-Norm) EN 1264, wonach der Verlegeabstand maximal 1 cm vom geplanten Wert abweichen darf. Es empfiehlt sich, die Flächenheizung für den ungünstigsten, gerade noch zulässigen Wärmeleitwiderstand des gewählten Oberbodens auszulegen. So kann bei einer Renovierung z.B. der Steinbelag durch Parkett ersetzt werden, ohne dass die Heizwasservorlauftemperatur erhöht werden muss. Die Massenströme im Heizkreis werden von einer Regelung mit automatischem hydraulischem Abgleich selbsttätig angepasst.

Auch auf die Nutzung kommt es an

Entscheidend für die Auslegung der Fußbodenheizung ist neben dem Oberbodenbelag auch die Raumnutzung. So kann ein Raum in verschiedene Zonen und damit in unterschiedliche Heizkreise geteilt sein. Infolge der guten Dämmstandards heutiger Gebäude wird von einer Randzone, also der engeren Verlegung z.B. unter einem Fenster, abgeraten. Im Schwachlastbetrieb würde die Randzone den gesamten Wärmebedarf liefern, die Fläche in der Raummitte bliebe kalt. Sind in einem Raum zwei Heizkreise erforderlich, sollten diese etwa gleich lang sein, was den hydraulischen Abgleich vereinfacht und zu gleichmäßigen Oberflächentemperaturen führt. In Küchen ist darauf zu achten, dass die Fußbodenheizung stets bis an die Wand verlegt wird, auch unter den Küchenschränken, um Schimmelbefall zu verhindern. Laut GEG ist jeder Raum, der mehr als 6 m² misst, mit einer Einzelraumregelung auszurüsten. Der Bauherr sollte entscheiden, ob er für weitere kleinere Räume, etwa das Gäste-WC, zusätzlich einen eigenen Heizkreis wünscht.

Eine Fußbodenheizung kann auch zur Kühlung im Sommer eingesetzt werden. Ob die angestrebte Raumtemperatur erreicht wird, hängt von der Kühlleistung – also von Positionierung (Boden, Wand oder Decke), Verlegeabstand und Vorlauftemperatur – sowie der Zieltemperatur ab. Die Kühlleistung lässt sich optimieren, indem der Verlegeabstand auf 10 cm verringert und der Rohrdurchmesser auf 16 mm oder 17 mm vergrößert wird, da durch die geringere Spreizung bei der Kühlung mehr Wasser transportiert werden muss. Alternativ, um kleinere Rohrdurchmesser beizubehalten, kann die Länge der Heizkreisläufe reduziert werden.

Autor: Sven Petersen, Referent Uponor Academy, Uponor GmbH, Haßfurt