Wärme und Kälte aus der Fläche: Behaglichkeit, Effizienz und Auswahl von Flächen-Heiz- und -Kühlsystemen

Behaglichkeit
Das Behaglichkeitsempfinden jedes Einzelnen ist von vielen Einflussfaktoren abhängig. Messbare Werte sind: Lufttemperatur, Luftgeschwindigkeit, Luftwechsel und Luftfeuchte.
Hohe thermische Behaglichkeit entsteht aufgrund von gleichmäßig temperierten Raumflächen. Dabei ist wichtig, dass die Wärmeabgabe des menschlichen Körpers nach allen Seiten hin möglichst gleichmäßig erfolgen kann. Wird einseitig zuviel Wärme entzogen (kalte Flächen), empfinden wir dies als unangenehm, auch wenn die Raumtemperatur im optimalen Bereich liegt. Je tiefer die Temperatur der Umschließungsflächen (Wände, Böden und Decken), desto höher muss die Raumluft erwärmt werden, um Behaglichkeit zu erreichen und umgekehrt. Dieser Effekt kann durch den gezielten Einsatz von Wand- oder Deckentemperierungen ausgeglichen werden.
Die Erfahrungswerte für angenehme Raumtemperaturen liegen im Winter:

• in Wohnräumen bei 20 – 22°C,
• in Schlafräumen bei 16 – 18°C,
• in Bädern bei 24 – 26°C.

Ein Raum wird als behaglich empfunden, wenn der Unterschied zwischen den Oberflächentemperaturen und der Raumlufttemperatur weniger als 4°C beträgt. Falls die Oberflächentemperaturen verschiedener Raumflächen, z.B. Innenwand zu Außenwand, weniger als 5°C Temperaturunterschied aufweisen, wird der Raum ebenfalls als sehr behaglich empfunden. Normgemäß werden für die Oberflächentemperatur von Fußböden max. zulässige Grenzwerte festgelegt:

• für Aufenthaltsbereiche in Wohn- oder Geschäftsräumen: 29°C,
• in Badezimmern 33°C,
• in Randzonen 35°C.

Bei Wänden und Decken sollte aus Behaglichkeitsgründen die maximale Oberflächentemperatur von 40°C nicht überschritten werden.

Komfortabel Kühlen im Sommer
Nur raumflächenintegrierte Systeme gestatten die Kühlung und erzielen einen deutlichen Komfortgewinn im Sommer. Bei der Nutzung von Erdwärme ist die sommerliche Kühlung mit einem geringen Mehraufwand realisierbar.
Bei Neubau und Sanierung von Wohngebäuden, aber auch von Bürogebäuden und Fabrikhallen, kann der Komfort und die Zufriedenheit für den Nutzer mit Flächen-Heiz- und -Kühlsystemen deutlich gesteigert werden. Die Erfahrungswerte für angenehme Empfindungstemperaturen im Sommer liegen zwischen 23 und 27°C.
Ein Raum wird als behaglich empfunden, wenn die Oberflächentemperatur des Fußbodens nicht weniger als 19°C beträgt. Die Differenz zwischen Oberflächentemperaturen bei Kühldecken zur Raumlufttemperatur sollte für angenehmes Raumempfinden nicht mehr als 14°C und bei Kühlwänden nicht mehr als 10°C betragen. Von der Decke nach unten abfallende Temperaturen werden dabei angenehmer als nach unten ansteigende Temperaturen empfunden.

Energieeffizienz
Die Flächenheizung erzielt optimale Betriebsbedingungen für hocheffiziente Brennwertgeräte und Wärmepumpen sowie solare Heizungsunterstützung. Die Vorlauftemperaturen der Wärmeerzeuger können gesenkt werden. Die Brennwertnutzung wird optimiert und die Jahresarbeitszahl von Wärmepumpen verbessert. Da Flächenheizungen mit Vorlauftemperaturen von 35°C auskommen, erhöht sich die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe gegenüber einer mit 50°C betriebenen konventionellen Heizungsanlage um 44%. Die mögliche Energieeinsparung liegt dann zwischen 6 und 12%.

Thermisch aktive Flächen
Die Auswahl des geeigneten Flächen-Heiz- und -Kühlsystems ist sehr stark vom jeweiligen Objekt und dessen Nutzung abhängig. Grundsätzlich muss zunächst geklärt werden, ob das System zum Heizen und Kühlen oder nur zum Heizen eingesetzt werden soll. Beim Einsatz von Wärmepumpen als Energieerzeuger können beide Funktionen meist problemlos realisiert werden.
Im Heiz- und Kühlfall sind Decken und Wände als Energieflächen besser geeignet als der Boden. Der Verlegeabstand der Systemrohre wird enger gewählt, um auch die Kühlung zu ermöglichen. Für die Raumregelung werden Thermostate eingesetzt, die beide Funktionen unterstützen, um im Sommer von Heizen auf Kühlen umzuschalten. Das Umschaltsignal kann von der Wärmepumpe kommen oder wird manuell vom Nutzer durch einen Betriebsartschalter vorgenommen. Die Raumthermostate öffnen die Kühlkreise bei Überschreiten der gewünschten Raumtemperatur. Zum Schutz vor Kondensationsfeuchtigkeit werden Feuchtewächter installiert und in den Regelkreis integriert. Soll der Raum nur beheizt werden, sind ein Feuchtewächter und umschaltbare Raumthermostate nicht erforderlich.

Fußboden
Im Neubau werden erfahrungsgemäß Systeme im Fußboden unterhalb des Estrichs eingebaut. Seit Jahren bewährte Systeme für diesen Einsatzfall sind Tacker-Systeme, bei denen die Systemrohre mit Tackerklipsen auf speziellen Verbund-Dämmplatten frei verlegt werden. Noppensysteme ermöglichen die Verlegung der Systemrohre ohne Werkzeug in einem durch die Noppenstruktur vorgegebenen Raster.
Die Systemrohre werden vom Estrich umschlossen und liegen in der Lastverteilschicht oberhalb der Dämmung. Nach der Trocknungszeit des Estrichs – je nach Estrichart kann das zwischen ein und drei Wochen dauern – werden die Fußbodenbeläge aufgebracht.

Trockenbausysteme
Unterhalb von Trockenestrichplatten oder ähnlichen Lastverteilschichten werden Trockenbausysteme eingesetzt, bei denen die Systemohre in die Dämmung eingebettet sind. Es ergibt sich eine ebene Fläche, auf der die Lastverteilschicht aufgebaut wird. Um die Wärmeübertragung zu optimieren, werden metallische Lamellen verwendet. Diese können in verschiedenen Ausführungen in die Trägerplatten, die meist aus einem druckfesten Dämmstoff mit einem vorgefertigten Raster bestehen, eingelegt werden. Es gibt auch Systeme, bei denen die Wärmeleitbleche fest mit der Dämmplatte verbunden sind. Je nach Ausführung können sie auch für die Herstellung von Wand- und Deckenheiz- und Kühlflächen im Trockenbau geeignet sein.
Im nächsten Arbeitsgang werden die Systemrohre verlegt und durch die Lastverteilschicht abgedeckt. Die Bodenbeläge werden direkt im Anschluss verlegt. Eine Trocknungsphase von mehreren Tagen oder sogar Wochen ist nicht notwendig. Trockenbausysteme eignen sich daher besonders gut für Renovierungen oder für Neubauten, die keine Feuchtigkeit und damit verbundene Trocknungszeiten zulassen.

Renovierungssysteme oberhalb der Lastverteilschicht
Für die Renovierung oder Nachrüstung von Fußbodenheiz- und Kühlsystemen wurden in den letzten Jahren dünnschichtige Systeme entwickelt, die im Verbund auf eine bereits vorhandene Fußbodenkonstruktion aufgebaut werden. Eine Trägerplatte mit Verlegestruktur wird auf die tragfähige Oberfläche aufgeklebt. Hierbei können neben Estrichen auch alte Fliesenbeläge oder Trockenbauplatten als Untergrund dienen. Anschließend wird ein dünnes Systemrohr in die Platte eingelegt, und danach wird dieser Aufbau in eine Spe-
zialspachtelmasse eingebettet. Je nach Ausführung kann man mit einer Schichtstärke ab ca. 17 mm ein vollwertiges Heiz- oder Kühlsystem nachrüsten.

Wand- und Deckenheiz- und -Kühlsysteme
Je nach Anforderung lassen sich Wände und Decken ebenfalls als thermisch aktive Flächen im Neubau und bei Modernisierungen einsetzen. Genauso wie bei Böden werden auch hier Nass- und Trockenbau-
systeme eingesetzt. Bei Unterputz-Wand- und -Deckensystemen werden Rohrschienen an Wand oder Decke befestigt. In diese Schienen werden die Systemrohre im gewünschten Raster verlegt und mit zwei Schichten Putz überdeckt. Bei Trockenbauanwendungen werden die Systeme zwischen oder auf den Trockenbauprofilen befestigt und mit handelsüblichen Trockenbauplatten abgedeckt.

Autorin: Diplom-Ingenieurin Barbara Vogel, Produkttechnik Flächen-Heiz- und Kühlsysteme, Roth Werke GmbH, 35232 Dautphetal

Bilder: Roth Werke

www.roth-werke.de