Umfassendes Planungsinstrument für raumflächenintegrierte Heiz- und Kühlsysteme Teil 2: Auslegung und Installation von Flächenheiz- und Kühlsystemen
Unsere zweiteilige Artikelserie zur neuen Normenreihe EN 1264 stellt das umfassende Planungsinstrument für raumflächenintegrierte Heiz- und Kühlsysteme vor. Das in seinem Anwendungsbereich auf Heiz- und Kühlflächen an Wand und Decke erweiterte technische Regelwerk bildet somit die Grundlage zur Planung effizienter Heiz- und Kühlsysteme, die in Verbindung mit modernen Wärmeerzeugern immer mehr an Bedeutung gewinnen. Nachdem im ersten Teil des Beitrags die Leistungsbestimmung für Flächenheiz- und Kühlsysteme im Vordergrund stand, behandeln die folgenden Ausführungen Auslegungsrichtlinien und geben Hinweise zur Installation. Darüber hinaus stellen die Autoren ein Konzept für die Auslegung von Flächen-Kühlsystemen vor.
Wie bereits im ersten Teil des Beitrags erwähnt, behandelt Teil 3 der Normenreihe die Verwendung der Ergebnisse aus Teil 2 und Teil 5 für die praktische Planungsarbeit des Ingenieurs. Die Norm enthält Planungsempfehlungen und Berechnungsverfahren für die Auslegung und Dimensionierung von Heiz- und Kühlsystemen aller Flächenorientierungen im Raum und ist in die beiden Hauptabschnitte „Heizsysteme“ und „Kühlsysteme“ unterteilt.
Bild 2: Teil 1 der DIN EN 1264 führt Definitionen für „Systemdämmung“ und „Innenwände“ ein. Sie ermöglichen, die zum Erreichen des Mindest-Wärmeleitwiderstands bauseitig vorhandene Wärmedämmung zu berücksichtigen und Wandheizungen auf Innenwänden mit oder auch ohne Wärmedämmung auszuführen. Bild: Wieland Werke AG
Auslegungsrichtlinien für alle Flächenorientierungen
Für Heizsysteme ist der Inhalt für Fußbodenheizungen Basis für die übrigen Systeme. Dieser Inhalt ist in seiner Substanz zwar identisch mit der alten Normfassung DIN EN 1264-3: 1997, er wurde aber hinsichtlich besserer Klarheit überarbeitet. Für die übrigen Heizsysteme wurde soweit wie möglich auf den Inhalt für Fußbodenheizsysteme Bezug genommen. Darüber hinaus wurden die notwendigen Modifikationen für das jeweilige System vorgenommen, zum Beispiel hinsichtlich der Grenzkurven unter Berücksichtigung der jeweiligen physiologischen bzw. den Taupunkt betreffenden Anforderungen oder Berücksichtigung der jeweils zutreffenden Wärmeübergangskoeffizienten.
Bild 3: Beispiel für das Kennlinienfeld eines Kühlsystems nach DIN EN 1264-5.
Die planungsgemäße Berücksichtigung der Leistungsbegrenzung für Fußbodenheizungen richtet sich nach den bereits oben zu Teil 2 der Normreihe beschriebenen Grundsätzen. Abweichend hiervon wird für alle anderen Heizsysteme die Leistung durch Vorgabe einer physiologisch bedingten mittleren Oberflächentemperatur begrenzt, d.h. die Grenzkurve bildet hier im Kennlinienfeld eine waagerechte Gerade im Ordinatenabstand der spezifischen Grenzleistung qG.
Bestimmung der Auslegungs-Vorlauftemperatur (Heizung)
Zur Verdeutlichung der maßgeblichen Überlegungen soll das Verfahren für die Bestimmung der Auslegungs-Vorlauftemperatur hier angedeutet werden, und zwar für den Fall der Fußbodenheizung (Bild 4):
hervorgeht. Im Vorlaufbereich wird demzufolge eine geringe Überschreitung der physiologischen Temperaturbegrenzung toleriert.
Bestimmung der Auslegungs-Vorlauftemperatur (Kühlung)
Der Vergleich von qC,des und qC,Ld,des gibt Auskunft, ob bzw. in welchem Ausmaß die Kühllast gedeckt wird. In dieser Formulierung kommt zum Ausdruck, dass – nicht vergleichbar mit Heizsystemen – die spezifische Auslegungs-Kühlleistung qC,des nicht unmittelbar durch Gleichsetzung von der spezifischen Kühllast qC,Ld,des abgeleitet werden kann, sondern dass qC,des allein aus der Kennlinie unter Berücksichtigung der Leistungsbegrenzung durch den Taupunkt hervorgeht. Oder mit anderen Worten: Die Kühllast kann nur gedeckt werden, wenn die Raumflächen die Unterbringung hinreichend großer Kühlflächen erlauben.
Das Auslegungsverfahren der Norm ist darauf gerichtet, die mit Rücksicht auf den Taupunkt erreichbare niedrigste Kühlwassertemperatur bzw. mittlere Kühlwassertemperaturdifferenz zum Raum (Untertemperatur) zu bestimmen, aus der sich mit der Kennlinie des Systems die spezifische Kühlleistung ergibt.
Taupunktunterschreitung
Für die Praxis darf man für die überwiegende Zahl der Fälle davon ausgehen, dass die beschriebene Leistungsbeschränkung durch den Taupunkt zugleich die physiologisch bedingten Grenzen erfüllen.
DIN EN 1264-4: Installation
Die Norm ist in zwei Hauptabschnitte unterteilt, und zwar für Fußbodenheiz- und Kühlsysteme einerseits und für alle anderen Systeme andererseits. Die Anforderungen für den konstruktiven Aufbau der zur Heizung bzw. Kühlung dienenden Fußböden, Decken- und Wände ließen sich in dieser Unterteilung besser strukturieren als in der Unterteilung des Teiles 3, die dort mit Rücksicht auf die thermischen Parameter erfolgte.
Die Norm behandelt bauliche Voraussetzungen und Anforderungen an die Systeme selbst. Die Systemanforderungen betreffen zwei Hauptgebiete. Das eine Gebiet behandelt die System-Herstellung vor Ort, die hierfür verwendbaren bauseitigen Materialien, Schichtdicken, Wärmedämmung des Systems, Randdämmstreifen, Schutzschichten etc. und definiert die in der Praxis üblichen Arten von Konstruktionen. Das andere Gebiet behandelt die Rohrinstallation mit Angabe der verwendbaren Kunststoff- und Kupferrohre sowie die wichtigsten Ausrüstungsteile (Beispiel: Taupunktsensor für Kühlsysteme). Zusätzlich sind Angaben über maximal zulässige Heizmitteltemperaturen, Regeln für die Inbetriebnahme und Empfehlungen zur Vermeidung von Korrosion niedergelegt.
Systemdämmung bedeutet bei wörtlicher Auslegung, dass bauseitig – also außerhalb des Systems – vorhandene Dämmwirkung nicht berücksichtigt wird. Bei der hochwertigen Wärmedämmung von Gebäuden aufgrund europäischer Richtlinien und Standards kann dies allgemein und besonders bei Wandheizungen auf Außenwänden zu unverhältnismäßig hoher Gesamtdämmung führen. Darüber hinaus könnten bestimmte Bauarten von Wandheizungen auf Innenwänden, die nur ohne Wärmedämmung herstellbar sind, nicht mehr ausgeführt werden.
Bild 4: Prinzipdarstellung zur Bestimmung der Auslegungs-Übertemperatur.
Diese Konsequenzen wurden leider erst nach Veröffentlichung der Norm erkannt. Das Problem konnte jedoch noch mithilfe von Teil 1 der Normreihe gelöst werden. Durch Einführung von Definitionen für „Systemdämmung“ und „Innenwände“ mit entsprechenden Anmerkungen wurde die Möglichkeit eröffnet, zum Erreichen des Mindest-Wärmeleitwiderstands bauseitig vorhandene Wärmedämmung zu berücksichtigen und Wandheizungen auf Innenwänden mit oder auch ohne Wärmedämmung auszuführen.
Fazit
Die Normenreihe DIN EN 1264 Teil 1 bis Teil 5 bietet ein umfassendes Regelwerk für die Leistungsbestimmung und für die Planung von raumflächenintegrierten Flächenheiz- und Kühlsystemen. Der Anwendungsbereich der Normreihe umfasst Flächenheiz- und Kühlsysteme, die in die Raumumschließungsflächen integriert, d.h. mit der Rohdecke bzw. mit der Rohwand fest verbunden sind. Die Ermittlung der Wärme- bzw. Kühlleistung mit den zugehörigen thermischen Parametern erfolgt nach einem validierten, eindeutig definierten Verfahren. Damit steht eine Bewertungsgrundlage zur Verfügung, auf deren Basis die im Wettbewerb stehenden Systeme und Ausführungsvarianten objektiv miteinander verglichen werden können.
Autoren: Prof. Dr.-Ing. Günter Zöllner und Dr.-Ing. Martin Konzelmann, beide WTP Wärmetechnische Prüfgesellschaft mbH, Berlin