Häuser von übermorgen: Niedrigstenergiegebäude - Flächenheizung als zentraler Bestandteil

In der Vergangenheit wurde der Fokus stark auf den baulichen Wärmeschutz von Wohngebäuden gelegt, was hohe Investitionskosten mit sich brachte. Die Anlagentechnik hingegen wurde stiefmütterlich behandelt – hier reichte oft eine einfache Ausführung. Ab 2021 gilt jedoch – legt man die neue EnEV zugrunde – für den Neubau ein noch höherer Standard: das sogenannte Niedrigstenergiegebäude. Diese Wohngebäude zeichnen sich durch ihre sehr hohe Gesamtenergieeffizienz sowie ihren hohen Anteil an regenerativen Ener­gien aus. Das Haus ist somit nicht mehr nur Energieverbraucher, sondern muss gleichzeitig auch als Erzeuger und Speicher für Wärme und Strom fungieren. In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, dass die Bundesregierung besonders den Ausbau regenerativer Energieerzeugung mit Windkraft und Photovoltaik vorantreibt, die eine zentrale oder dezentrale Speicherung des Stroms bzw. der Wärme benötigt.

Das Haus als Gesamtkonzept

Um dies möglichst wirtschaftlich und für den Bauherrn praktikabel umzusetzen, bedarf es einer Optimierung des Gebäudes hin zu einem Verbund von Heizung, Lüftung, Kühlung und Trinkwasserversorgung sowie den weiteren haustechnischen Systemen. Dazu werden für die Zukunft einige Techniken als besonders sinnvoll prognostiziert:

• Bei der Wärmeerzeugung: Wärmepumpen, Speicher, biogene Brennstoffe, Mikro-KWK.

• Bei der Wärmeverteilung: wasserführende Verteilung, mit dem heutigen technischen Standard vergleichbare Hydraulik, neuartige Umwälzpumpen.
• Bei der Wärmeübergabe: raumflächenintegrierte Heiz- und Kühlsysteme mit selbstlernender Einzelraumregelung, partielle bis vollflächige Belegung von Wand, Boden oder Decke, hydraulischer Abgleich.
• In der Regelungstechnik: informative Verknüpfung aller haustechnischen Komponenten, Home Automation, Smart Meter und Smart Grid.

Eine besondere Bedeutung hierbei werden Pufferspeicher und in diesem Zusammenhang insbesondere Schichtenspeicher einnehmen, die den optimalen Betrieb der Wärmeerzeuger sicherstellen. Als Wärmeübergabesystem eignet sich eine Flächenheizung, die für eine möglichst niedrige Vorlauftemperatur dimensioniert ist.

„Effizienzhaus Plus“ und „Sonnenhaus“

Das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) betitelt das Gebäude der Zukunft beispielsweise als „Effizienzhaus Plus“, dessen Architektur und Engineering in den Händen von Werner Sobek aus Stuttgart liegt. Es hat einen Heizwärmebedarf von 21,1 kWh/(m2 a) und erzeugt genau so viel Energie, wie es verbraucht. Realisiert wird dies durch eine Photovoltaik-Anlage, eine Luft-Wärmepumpe, eine Anlage zur kontrollierten Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung sowie ein Fußbodenheizungssystem der Bauart B nach DIN EN 1264.
Eine andere Anlagenvariante ist das „Sonnenhaus“ des Sonnenhaus-Insti-
tuts aus Straubing. Der Verein treibt die Entwicklung und Verbreitung weit-
gehend solar beheizter Gebäude voran.
Bei dem „Sonnenhaus“ handelt es sich um ein KfW-70-Haus mit hohem Wärmedämmstandard mit Schichtenspeicher in der Gebäudehülle. Die Verluste der Wärmespeicherung werden hier zur Raumbeheizung benutzt. Der Deckungsgrad der jährlichen Heizenergie durch die thermische Solaranlage beträgt mindestens 50%. Die Wärmespeicherung geschieht hauptsächlich in den Sommermonaten außerhalb der Heizperiode.
Fehlende Heizenergie wird durch einen zusätzlichen Wärmeerzeuger wie einen Pellet- oder Scheitholzkessel erzeugt und dem Pufferspeicher zugeführt. Der Primärenergiebedarf wird mit max. 15 kWh/(m2 a) angegeben. Auch diese Gebäudevariante – gleich ob als Ein- oder Mehrfamilienhaus – wird mit einer wassergeführten Flächenheizung ausgestattet.

Elektrische Flächenheizung

Darüber hinaus wird auch die elektrische Fußbodenspeicherheizung zunehmend an Bedeutung gewinnen. Ihr Einsatz ist besonders dann sinnvoll, wenn Niedrigstenergie- oder Passivhäuser mit einer Photovoltaik-Anlage ausgestattet werden bzw. ins intelligente Stromnetz Smart Grid eingebunden sind. So kann der Strom – gleich ob selbst dezentral erzeugt oder aus dem öffentlichen Stromnetz bei Überkapazitäten zum güns­tigen Preis erworben – als Wärme an den Raum abgegeben bzw. gespeichert werden. Bei den bundesweit rund 200000 mit einer elektrischen Flächenheizung ausgerüsteten Häusern wird eine Wärmespeicherfähigkeit von etwa 1,9 TWh prognostiziert.
Bei den meisten Gebäudekonzepten der Zukunft wird auf ein wasserführendes Flächenheizungssystem zurückgegriffen, gleich ob in Boden, Wand oder Decke. Das hängt mit seinen zahlreichen Vorzügen zusammen: Da es mit Vorlauftemperaturen von maximal 35°C betrieben wird, ist der Einsatz von regenerativen Energien besonders einfach möglich. Darüber hinaus braucht man innenarchitektonisch nicht mehr auf Heizkörpernischen Rücksicht nehmen und erzielt einen zusätzlichen Raumgewinn. Weiterhin bewirkt die Flächenheizung bessere raumlufthygienische Verhältnisse, da es zu keinen Staubaufwirbelungen mehr kommt. Davon profitieren nicht nur Allergiker. Dies sowie die optimalen Oberflächentemperaturen der raumumfassenden Flächen garantieren eine hohe Behaglichkeit in den Räumen.

Thermische Behaglichkeit

Dass es sich bei der thermischen Behaglichkeit nicht nur um ein „Bauchgefühl“ handelt, wird in der DIN EN ISO 7730 deutlich. Mit ihr lassen sich das Wärmeempfinden und der Grad der Unzufriedenheit mit der thermischen Umgebung statistisch voraussagen, analysieren und bestimmen. Generell hängt die thermische Behaglichkeit von dem Mittelwert aus Lufttemperatur und der durchschnittlichen Oberflächentemperatur ab. Letztere ist wegen der Wärmestrahlung wesentlich für den Wärmeaustausch des menschlichen Körpers. Darüber hinaus wird die thermische Behaglichkeit von einigen weiteren Faktoren beeinflusst. Hier sind Luftfeuchte, Luftgeschwindigkeit, körperliche Betätigung und Kleidung zu nennen. Generell gilt: Wird die Oberflächentemperatur angehoben, kann die Raumlufttemperatur abgesenkt werden. Praxiserprobt ist eine Absenkung um etwa 2°C, was wiederum eine Energieeinsparung von bis zu 12% mit sich bringt.

Siegel sorgt für Sicherheit

Doch damit die Anlagentechnik so effizient arbeiten kann, ist die Wahl des optimalen Flächenheizungssystems notwendig. Um in dem wachsenden Marktsegment den Überblick zu behalten, führte der Bundesverband Flächenheizungen und Flächenkühlungen e.V. (BVF) sein Qualitätssiegel ein. In den Fokus gerückt wird dabei vor allem die Systemqualität der Produkte. Die Hersteller garantieren damit, dass sie den umfangreichen Kriterienkatalog des BVF erfüllen. Dieser gilt vornehmlich den Aspekten Qualität, Kompetenz und Sicherheit. Hier sind z.B. eindeutige Anbieter-Identifizierungen, genaue Produktbeschreibungen und -spezifikationen, eine gute technische Beratung und die Einhaltung technischer Regeln zu nennen. In Bezug auf Einzelkomponenten bedeutet das, dass diese problemlos und sicher zu einem System zusammengefügt werden können, wenn sie aus dem gleichen Programm stammen und das Label tragen.

Zusammenfassung

Die Energiewende fordert einen erheblichen Ausbau der regenerativen Energien und eine deutliche Steigerung der Energieeffizienz von Wohngebäuden. Somit müssen Energieerzeugung, -transport, -speicherung und auch die Übergabe von Wärme an den Raum überdacht werden. Als Gebäudevariante, die all diesen Kriterien gerecht wird, kann das Niedrigstenergiegebäude als „Effizienzhaus Plus“ oder „Sonnenhaus“ gelten. In jedem Fall kommen Fachplaner und Handwerker am Einsatz einer Flächenheizung nicht vorbei. Diese bringt nicht nur eine Komfortsteigerung mit sich, sondern lässt sich auch hervorragend mit regenerativen Energien verknüpfen. Sie ist damit prädestiniert für den Einsatz in den hocheffizienten Wohngebäuden von übermorgen.

Bundesverband Flächenheizungen und Flächenkühlungen

Der Bundesverband Flächenheizungen und Flächenkühlungen e.V. – kurz BVF – ist ein Zusammenschluss 46 namhafter System- sowie Komponentenanbieter. Sein Ziel ist nicht nur die Verbesserung der Branchenkompetenz, sondern auch die Förderung von Flächenheizungen und Flächenkühlungen im Allgemeinen. Der BVF gilt seit über 40 Jahren als anerkannter Ansprechpartner für Planer, das verarbeitende Gewerbe, interessierte Bauherren sowie Modernisierer. Besonderen Wert legt der Verband dabei auf die sachliche und produktneutrale Informationspolitik in allen Themenbereichen rund um Flächenheizungen und Flächenkühlungen.
Im Rahmen seiner Fachinformationen hat der BVF aktuell eine neue Richtlinie zum Thema „Flächenheizungen und Flächenkühlungen im Niedrigstenergiegebäude – Ausblick in die Zukunft“ veröffentlicht. Die Publikation kann kostenfrei als PDF von der BVF-Website unter Fachinformationen/Dokumente-Download heruntergeladen werden.
www.flaechenheizung.de

EU Richtlinie Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden

Energieeinsparverordnung (EnEV)
DIN EN 1264   
Raumflächenintegrierte Heiz- und Kühlsysteme mit Wasserdurchströmung
DIN 4701 Teil 10   
Energetische Bewertung von heiz-, Warmwasser und lüftungstechnischen Anlagen
DIN 4726   
Rohrleitungen aus Kunststoffen für die Warmwasser-Fußbodenheizung
DIN V 18599   
Energetische Bewertung von Gebäuden – Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung
DIN EN 50559   
Elektrische Raumheizung, Charakteristika der Gebrauchstauglichkeit – Definitionen, Testmethoden, Dimensionierung und Formelsymbole
EN ISO 7726   
Umgebungsklima; Instrumente und Verfahren zur Messung physikalischer Größen
DIN EN ISO 7730   
Gemäßigtes Umgebungsklima, Ermittlung des PMV und des PPD und Beschreibung der Bedingungen für thermische Behaglichkeit
(ISO 7730:1994)
DIN EN 12831   
Heizsysteme in Gebäuden – Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast
DIN EN 12831   
Heizsysteme in Gebäuden – Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast.
Anhang A – Grundlegende Parameter für behagliche thermische Innenraumbedingungen. Signifikanz der operativen Temperatur bei der Berechnung der Heizlast (informativ)
DIN EN 12828   
Heizungsanlagen in Gebäuden. Planung und Installation von Warmwasser-Heizungsanlagen. Anhang B (informativ) – Thermische Behaglichkeit
DIN EN 15251   
Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden – Raumluftqualität, Temperatur, Licht und Akustik