Energetisches Traumpaar

Flächenheizungen sind heute gern gesehen: Über 60 % der neu erstellten Heizflächen in Ein- und Zweifamilienhäusern werden laut Herstellerangaben inzwischen mit diesen Systemen ausgestattet und oftmals mit einer reversiblen Wärmepumpe kombiniert. Wärme­pumpen können bei geringen Betriebskosten mit 1 kWh Energie bis zu 5 kWh Wärme erzeugen und zeichnen sich somit durch eine hohe Effizienz aus.

Eine Faustregel besagt: Je geringer der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle (Luft, Wasser, Erdwärme) und Wärmeverbraucher (Fußboden-, Wand- oder Deckenheizung), desto wirtschaftlicher arbeitet die Wärmepumpe. Aber auch hinsichtlich der Auslegung und Regelung von Flächenheizungen sind einige Punkte zu beachten. Etwa die nach EnEV (Energieeinsparverordnung) konforme Verlegung der Fußbodenheizung in Räumen mit einer Fläche ab 6 m2. Bislang werden die vom Fußbodenheizungsverteiler abgehenden Anbindeleitungen in den Estrich eingebettet. Durch die hier durchlaufenden, häufig mit Dämmhülsen versehenen Zuleitungen bleibt oft nicht genügend Installationsraum, um einen eigenen Heizkreis zu verlegen. Ein bedarfsgerechtes Beheizen des Durchgangsraums ist daher nur bedingt möglich.

Spezielle Lösungen
Allerdings bieten Hersteller inzwischen Lösungen an, um die richtlinienkonforme Verlegung einer Flächenheizung sicherzustellen. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Anbindeleitungen im Verteilerbereich mit über die Heizrohre fixierten PE-Streifen zu dämmen. Hiermit lässt sich die Wärmeabgabe der Heizrohre im Verteilerbereich je nach Verlegeabstand, Systemtemperatur und Bodenbelag um bis zu 55 % reduzieren.
Andere neu entwickelte Techniken sollen dagegen nicht nur die Überhitzung kleiner Räume verhindern, sondern auch die Regelung dieser Bereiche erlauben. Etwa das System „x-net connect“ des Herstellers Kermi, bei dem die Zuleitungen ab dem Verteiler in der 30 mm dicken Trittschalldämmebene „connect base“ aus Polystyrol unter dem Estrich geführt werden. Die Minderung der Trittschalldämmung durch die für die Verlegung der Rohre erforderlichen Einschnitte kompensiert die darauf verlegte 6 mm starke PE-Schaumschicht „connect cover“. Die Trittschallwerte entsprechen damit einer unversehrten Platte. Um die Verlegung des Abdeckelements zu erleichtern, ist dieses mit einer selbstklebenden Rückseite ausgestattet. Seit Kurzem ist das Trittschallpolystyrol „connect base“ auch mit einer Dicke von 35 mm lieferbar. Damit lassen sich Trittschallverbesserungen von über 33 dB(A) erreichen, was vor allem im mehrgeschossigen Wohnungsbau Vorteile bietet. Im Türbereich des zu beheizenden Raums werden die Leitungen dann aus der Dämm- in die Estrich­ebene gehoben. So ist es möglich, den Bereich vor einem Heizkreisverteiler mit einem eigenen regelbaren Heizkreis auszustatten.
Auch bei der Systemlösung „Vario Heat Protect“ des Herstellers Uponor werden die Flächenheizungsrohre bis zu den zu beheizenden Räumen in der Dämmebene unterhalb des Estrichs geführt. Hier lässt sich die Oberflächentemperatur in den kritischen Bereichen um 8 K reduzieren und eine unkontrollierte Wärmeabgabe in der Nähe von Heizkreisverteiler und Anbindeleitungen um bis zu 80 % verringern. Das aus einem XPS-Extruderschaum gefertigte Dämmschicht-Verlegesystem setzt sich aus 1200 x 600 mm großen vorgefertigten Verteiler- und Anbindungsplatten zusammen. Die Verteilerplatten weisen ein vorgefrästes Raster für die Leitungsführung von bis zu zwölf Heizkreisen auf. Die Rohrführung zu den zu beheizenden Räumen erfolgt über die Anbindungsplatten. Es ist möglich, das mit der 3 mm dicken Klett-Faltplatte abgedeckte System nahtlos in das Klett-Nassbausystem von Uponor zu integrieren und darüber hinaus mit einem DIN 4109 konformen Trittschallschutz auszustatten. Damit erfüllt das System die Anforderungen für den gehobenen Wohnungsbau.

Fit für die Zukunft
Wegen der klimatischen Entwicklung erwarten Hersteller auch für den privaten Wohnbereich eine erhöhte Nachfrage nach Kühlsystemen. Sind Wärmepumpen mit einer Zentralregelung ausgestattet, können sie sich automatisch auf den Winter- oder Sommerbetrieb umstellen und je nach Anforderung warmes oder kaltes Wasser durch die Flächensysteme fördern. Ein Signal zeigt an, in welchem Modus sich die Anlage gerade befindet. Im Gebäude sorgen Raumthermostate mit reversibler Regelung für das Beheizen und Kühlen der Räume, wobei die Temperaturregelung kabelgebunden, funkbasiert oder mittels App erfolgen kann. Programmierbare Raumregler und Smart-Home-Produkte erlauben es dem Nutzer zudem, auf Tag und Uhrzeit festgelegte Schaltzeiten und Temperaturniveaus einzustellen. Funkgebundene Systeme gewinnen gerade im Bereich der Gebäudesanierung zunehmend an Bedeutung. Darüber hinaus messen Raumfühler die relative Luftfeuchtigkeit innerhalb eines Raums, um eine Taupunktunterschreitung zu verhindern.
Eine Taupunktunterschreitung führt zur Kondenswasserbildung, was eine Schädigung der Bausubstanz, beispielsweise durch Feuchtigkeit und Schimmel, nach sich ziehen kann. Der Heizkreis wird deshalb beim Erreichen eines vorab eingestellten Grenzwerts von normalerweise 80 % Luftfeuchtigkeit automatisch geschlossen. Möglich ist auch eine Messung mittels Referenzraumfühler. Allerdings lassen sich hiermit Feuchteschäden in anderen Räumen nicht vollständig ausschließen. Im Übrigen ist im Falle einer Taupunktunterschreitung in einem einzelnen Raum im gesamten Gebäude auf den Kühlkomfort zu verzichten.
Die Art der Kaltwassererzeugung lässt sich in eine passive und eine aktive Kühlung unterteilen. Die passive Kühlung kommt ohne den Kompressor der Wärmepumpe aus. Sie basiert meist auf Wasser/Wasser- und Sole/Wasser-Wärmepumpen, die das Erdreich oder das Grundwasser als regenerative Quelle nutzen. Im Kühlfall wird das Temperaturniveau mittels einer Umwälzpumpe über einen Wärme­übertrager an das Anlagenwasser übertragen, wobei die Wärmepumpe durch eine Bypass-Schaltung umgangen wird. Allerdings kann hier die Kühlleistung der Kollektoren durch den fortlaufenden Wärmeeintrag abnehmen.
Die deutschlandweit am häufigsten genutzten Luft/Wasser-Wärmepumpen eignen sich nur bedingt zur passiven Flächenkühlung, weil die Außenluft als Kühlquelle meist gleiche bzw. höhere Temperaturen aufweist als der zu kühlende Raum. Also kommt i. d. R. die aktive Kühlung zum Tragen, bei der der Verdampfer zum Verflüssiger wird, der Verflüssiger zum Verdampfer. Das geschieht meist mit einem 4-Wege-Ventil im Kältekreislauf. Es kehrt die Flussrichtung des Kältemittels um und macht so die Fußbodenheizung zur Flächenkühlung. Weil dazu ein Kompressor läuft, fallen im Vergleich zur Passivkühlung höhere Kosten an. Dafür ist die Kälteleistung aber auch höher.
Ferner besteht die Möglichkeit, die aktive und passive Kühlung miteinander zu kombinieren. In diesem Fall arbeitet die Wärmepumpe bis zu einer bestimmten Außentemperatur in passiver Betriebsweise. Sobald die Temperaturdifferenz zwischen dem zu kühlenden Gebäude und der Umgebung nicht mehr aus­reicht, schaltet die Wärmepumpe eigenständig auf den aktiven Kühlbetrieb um. Entsprechende Module bietet beispielsweise der Hersteller Zewotherm mit den Serien „High Power“ und „Komfort“ an.

Das passende System
Welche Form der Wärmepumpe zum Einsatz kommt (ob Sole/Wasser oder Wasser/Wasser), ist nicht zuletzt eine Frage der Genehmigung durch die zuständigen Behörden. Schließlich sind nicht alle Brunnensysteme für die Nutzung durch Wärmepumpen zugelassen. Außerdem gilt es, geologische Gegebenheiten wie etwa felsige Untergründe zu berücksichtigen. Auch erfordern die im Vergleich zu einer Luft/Wasser-Wärmepumpe effizienteren Wasser/Wasser- und Sole/Wasser-Wärmepumpen höhere Investitionskosten.
Die Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe lässt sich am COP-Wert (Coefficient of Performance) ablesen. Dieser Wert, ermittelt auf einem Prüfstand unter Normbedingungen, ermöglicht es, das Verhältnis der abgegebenen Wärmeleistung zur aufgenommenen elektrischen Leistung aufzuzeigen. So erzielen Luft/Wasser-Wärmepumpen meist Werte zwischen 3 und 4, Wasser/Wasser-Wärmepumpen dagegen Werte bis zu 5.
Aussagekräftiger ist das tatsächliche Verhältnis der eingesetzten und gewonnenen Energie. Sie lässt sich nur bei einer tatsächlich in einem Gebäude installierten Wärmepumpe ermitteln, und zwar über ein Jahr hinweg. Diese sogenannte Jahresarbeitszahl (JAZ) gibt das Verhältnis des realen Jahresertrages an Heiz­energie zur aufgewendeten Antriebs- und Hilfs­energie an.

Ausgeklügelte Technik
Für das homogene und effiziente Arbeiten einer Heizungsanlage sorgt der hydraulische Abgleich. Um den Aufwand für die Durchführung des hydraulischen Abgleichs für den Installateur zu reduzieren und gleichzeitig den Nutzerkomfort bei im Betrieb wechselnden Bedingungen sicherzustellen, gibt es heute Produktlösungen, die einen automatischen hydraulischen Abgleich ermöglichen. Dieser erfolgt hier auf Basis von Ventiltechniken oder anhand von Regelungssystemen, die auf Relativvergleichen einzelner Parameter wie etwa der Raumtemperatur aufbauen.
Bei Verwendung von Heizkreisverteilern mit dynamisch arbeitenden Ventilen passen sich diese im Betrieb automatisch den jeweilig wechselnden Druckverhältnissen des Systems an. Sie lassen nicht mehr Wasser durch als vorher berechnet und am Ventil eingestellt. Auf diese Weise werden alle Heizkreise mit einem bedarfsgerechten Volumenstrom versorgt und die wunschgemäße Raumtemperierung für den Nutzer sichergestellt.
Bei Regelsystemen mit integriertem Abgleich erfasst und reguliert ein Messsystem die Spreizungen zwischen der Vorlauftemperatur und der Rücklauftemperatur einzelner Heizkreise. Ein manuelles Eingreifen ist hier nicht erforderlich. Die Funktionsfähigkeit und der Nutzerkomfort hängen dabei wesentlich von den Regelalgorithmen und deren Übereinstimmung mit den objektspezifischen Anlagengegebenheiten und Nutzeranforderungen ab. Soll beispielsweise bei Sanierungsmaßnahmen ein Antrag auf Förderung bei der BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle) gestellt werden, sind auch für den Fall eines automatischen hydraulischen Abgleichs entsprechende Berechnungen durchzuführen.
Während bei Heizsystemen die Wärmedurchgangskoeffizienten der Bauteile und die Lüftung ausschlaggebend sind, beeinflussen andere Faktoren die Kühllast. Zum Tragen kommen hier beispielsweise die Ausrichtung eines Raumes, die Anzahl der Fensterflächen und Verschattungen. Zugleich ist ein im Winter gut zu beheizender Raum im Sommer nicht automatisch gut zu kühlen.  
Dennoch wurde bislang die Flächenkühlung aus praktischen Gründen mit den für den Heizfall identischen hydraulischen Einstellungen betrieben. Gleichwohl werden inzwischen Regelungssysteme angeboten, die sämtliche Einflussfaktoren rund um die Flächentemperierung permanent überwachen und bei Bedarf den Massestrom automatisch nachjustieren. Hier sind beispielsweise zu nennen: die Einzelraumregelung „Smatrix“ von Uponor, das Funk-Regelungssystem „EnergyLogic Touchline“ der Roth Werke, der Verteiler mit automatischer Durchflussregelung „Dynomatic“ von Schütz oder das Raumtemperaturregelprogramm „TempCo“ von Purmo. Auch erlauben mit einer Autoabgleich-Funktion ausgestattete Einzelraumregelungen die Umstellung der Hydraulik vom Heizfall auf den Kühlfall. Einzelne Räume lassen sich somit innerhalb weniger Stunden neu temperieren.

Fazit
Flächenheizungen und -kühlungen kennzeichnen sich durch geringe Betriebs­temperaturen. Bedarfsgerechte Steuerungen bieten zudem einen hohen Bedienkomfort. Obwohl grundsätzlich mit allen Wärmeerzeugern kompatibel, sind Flächensys­teme der ideale Partner für ener­gieeffiziente Wärmepumpen. 

Autor: Carola Tesche, freie Journalistin

www.uponor.de

www.kermi.de

www.roth-werke.de

www.purmo.de

www.zewotherm.de

www.schuetz-energy.net

www.danfoss.de