IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 21/1996, Seite 39 ff.
HEIZUNGSTECHNIK
Flächenheizungen -
Einsatzbereiche Fußboden, Wand, Decke sowie Regelungssysteme
Dr. Ing. Bjarne W. Olesen
Eine Flächenheizung ist ein Heizungssystem, das in einen Bauteil wie Fußboden, Wand oder Decke integriert wird. Diese Art der Heizung wird oft, speziell im Wohnungsbau, eingesetzt. Argumente, wie freie Raumgestaltung, keine störenden Heizkörper, Niedertemperaturheizungen, Strahlungsheizung, Behaglichkeit und Wirtschaftlichkeit machen diese Form der Heizung sehr interessant.
Was ist der Unterschied im Bereich Behaglichkeit, Leistung, Regelung und Energieverbrauch zwischen Decken-, Wand- und Fußbodenflächenheizung? In diesem Bericht werden die Unterschiede anhand eines Beispiels für einen Wohnraum dargestellt und diskutiert.
Flächenheizsysteme haben eine größere Wärmeabgabe bei Strahlung als normale Heizkörper. Wegen der größeren Flächen ist die erforderliche Oberflächentemperatur und Heizwassertemperatur niedriger. Wenn ein Flächenheizsystem in einem Außenbauteil angebracht wird, dann erhöht sich aber der Wärmeverlust durch diesen Bauteil. Die Vor- und Nachteile und Anwendungsbereiche werden diskutiert.
Behaglichkeit
Die Faktoren, die für die generelle thermische Behaglichkeit maßgebend sind, sind Bekleidung (Wärmedämmung), Tätigkeit (Wärmeproduktion), Lufttemperatur, mittlere Strahlungstemperatur, Luftgeschwindigkeit und Feuchtigkeit im Raum. Ein Heizsystem beeinflußt hauptsächlich die Lufttemperatur und die mittlere Strahlungstemperatur. Der gesamte Einfluß von diesen beiden Faktoren wird oft als ein einfacher Mittelwert gegeben und diesen Mittelwert bezeichnet man als "operative Temperatur" oder "empfundene Temperatur". Anforderungen für eine akzeptable Raumtemperatur werden als operative Temperatur gegeben [1, 3]. Ein Beispiel ist in Tabelle 1 dargestellt.
| Bild 1: Zulässige Luftgeschwindigkeiten als Funktion von Lufttemperatur und Turbulenzintensität, wenn erwartet werden kann, daß höchstens 15% aufgrund von Luftzug unzufrieden sein werden. |
Auch für die Wärmebedarfsberechnung wird die operative Temperatur als Referenzwert für die Raumtemperatur verwendet [4]. Das ist für Flächenheizsysteme sehr wichtig, weil damit nicht nur die Lufttemperatur, sondern auch die Strahlungstemperatur und somit auch die Oberflächentemperatur berücksichtigt werden.
Gleichgültig, um welches Heizsystem es sich handelt, wird die generelle Behaglichkeit bei der gleichen operativen Temperatur erreicht. Nur die erforderliche Luft- und mittlere Strahlungstemperatur sind unterschiedlich. Für die gleiche operative Temperatur ist bei Flächenheizsystemen eine niedrigere Lufttemperatur als bei konvektiven Heizsystemen erforderlich. Wie gesagt, hat das keinen Einfluß auf die gewünschte Raumtemperatur und das generelle Gefühl von Kälte oder Wärme. Aber für die Behaglichkeit hat eine niedrigere Lufttemperatur doch Vorteile, da man die Raumluft als mehr "frisch" [5] empfindet, die relative Raumluftfeuchtigkeit im Winter höher wird und damit die Atemwege weniger austrocknen.
Als Beispiel ist für einen Wohnraum (Bild 2) mit Wärmedämmung nach der Wärmeschutzverordnung [k-Wand = 0,5 W/(m2 · K); k-Decke = 0,22 W/(m2 · K); k-Fenster = 1,5 W/(m2 · K); k-Boden = 0,35 W/(m2 · K)] in Tabellen 3 und 4 eine Berechnung nach einer vereinfachten Methode [7] dargestellt. Die Berechnung ist für eine Außentemperatur von -12°C (Auslegungsfall) und + 5°C (durchschnittliche Heizperiode) vorgenommen worden.
Tabelle 1: Grenzen, innerhalb derer ein thermischer Komfort für sitzende Personen (1,2 met) mit normaler Wohnungsbekleidung (0,5 bis 1,0 clo) erreicht werden kann
Anforderungen | EN 27 730 | DIN 1964 |
Operative Temperatur in der Aufenthaltszone (to). Sitzende Tätigkeit 1,2 met |
|
|
Winter (1,0 clo) | 20 °C < to < 24 °C | 20 °C < to |
Mittlere Luftgeschwindigkeit | siehe Bild 1 | siehe Bild 1 |
Unterschied in der vertikalen Lufttemperatur (Dta) zwischen 1,1 m und 0,1 m über den Boden | Dta < 3 K | Dta < 2 K |
Strahlungstemperaturasymmetrie (Dtpr) bei Fenstern und anderen kalten vertikalen Flächen in der Relation zu einer kleinen vertikalen Fläche 0,6 m über dem Boden | Dtpr < 10 K | Dtpr < 8 K |
Strahlungstemperatutasymmetrie aufgrund einer warmen Decke in Relation zu einer kleinen vertikalen Fläche 0,6 m über dem Boden | Dtpr < 5 K | Dtpr < 3,5 K |
Oberflächentemperatur des Bodens (tfb) | 19 °C < tbf < 29 °C | < 29 °C* |
* DIN 4725
In dem Beispiel werden zwei Wandheizungen berechnet. Ein System mit Wandheizung in der ganzen Brüstung unter dem Fenster und mit Wandheizung in der ganzen Rückwand. Die Wandheizung in der Brüstung entspricht dann fast einem großen Niedertemperaturheizkörper.
Die für die Heizflächen erforderlichen Temperaturen sind auf Basis des Wärmebedarfs und des inneren a-Wertes (siehe nächsten Abschnitt) berechnet. Die Einstrahlzahlen, um die mittlere Strahlungstemperatur zu berechnen, sind in Tabelle 2 dargestellt [8]. Die Werte entsprechen einer sitzenden Person in der Raummitte. In der Berechnung ist angenommen worden, daß alle Oberflächen außerhalb der beheizten Flächen und Fenster dieselbe Temperatur haben wie die gewünschte operative Temperatur.
Tabelle 2: Einstrahlzahlen für eine sitzende Person in der Mitte eines Raumes (Bild 1) und für eine kleine horizontale und vertikale Fläche
| Boden | Decke | Fenster | Brüstung | Rückwand |
Person | 0,40 | 0,20 | 0,06 | 0,03 | 0,09 |
Horizontale Fläche |
| 0,70 | 0,08 |
|
|
Vertikale Fläche | 0,15 | 0,09 | 0,21 | 0,11 | 0,32 |
Die größte Einstrahlzahl zu einer Person (Tabelle 2) hat der Boden. Die mittlere Strahlungstemperatur (Tabellen 3 und 4) ist dann auch für ein Fußbodenheizsystem am größten, obwohl die erforderliche Oberflächentemperatur niedriger als bei anderen Flächenheizsystemen ist. Die Lufttemperatur der Fußbodenheizung ist in diesem Beispiel bei -12°C (Tabelle 3) 1,7 K niedriger als bei einem rein konvektiven System (Warmluft). Bei den anderen Flächenheizsystemen ist die Lufttemperatur 0,3 bis 0,7 K höher als bei der Fußbodenheizung. Im Durchschnitt für die Heizungsperiode sind die Unterschiede noch kleiner, aber die Lufttemperatur bei der Fußbodenheizung ist doch 1 K niedriger (Tabelle 4).
Für die Gesundheit ist die Oberflächentemperatur für die Brüstungs-/Wandheizung bei der Auslegung (55°C) viel zu hoch. Die Heizfläche muß größer werden. Dieselbe Oberflächentemperatur oder noch höher, erhält man auch auf einem Heizkörper. Hier ist das Risiko jedoch kleiner, weil es einfacher zu erkennen ist, daß es eine beheizte Fläche ist.
| Bild 2: Der Raum, der in dem Beispiel zur Anwendung kommt. |
Für die thermische Behaglichkeit sind Faktoren wie Strahlungstemperaturasymmetrie, Zug (Lufttemperatur, Luftgeschwindigkeit, Turbulenz, Bild 1), vertikale Lufttemperaturunterschiede und Fußbodentemperatur ebenfalls von Bedeutung [1,2]. Grenzwerte für diese Faktoren sind in Tabelle 1 und Bild 1 dargestellt.
Entscheidend für die Deckenheizung ist die Anforderung von einer Strahlungsasymmetrie < 5 K. Die Strahlungstemperaturasymmetrie wird mit Bezug auf eine kleine Fläche in 0,6 m Höhe (sitzende Person) in Richtung Decke berechnet. Wird angenommen, daß alle Oberflächen außerhalb der Decke eine Temperatur von 20°C haben und der Winkelfaktor zu der Decke (Tabelle 2) 0,7 beträgt, bedeutet die Anforderung:
tdecke < 20 + 5/0,7 = 27 K
Die Anforderungen an die Strahlungsasymmetrie wegen eines kalten Fensters (Tabelle 1) könnten bedeuten, daß die Wandtemperatur oder die beheizten Flächen bei einer Rückwandheizung begrenzt werden müssen. Aber das Beispiel in Tabelle 3 zeigt, daß dieses mit einer Wärmedämmung nach der neuen Verordnung kein Problem ist. Für alle Systeme liegen die Werte in Tabellen 3 und 4 unter den Anforderungen, aber die Deckenheizung ist genau an der Grenze.
Tabelle 3: Ergebnis der Berechnung der Oberflächentemperaturen, Strahlungstemperaturen und Lufttemperaturen für einen Wohnraum (Bild 1) bei -12°C Außentemperatur
Heiz- | Fenstertemp. | Boden- | Heiz- | Ope- | Mitt- | Luft- | Strahlungstemperatur Asymmetrie Dtpr | |||||
Kaltes Fenster | Warme Decke | |||||||||||
Halbraum | Dtpr | Halbraum | Dtpr | |||||||||
Rück- | Fassade | oben | unten | |||||||||
°C | °C | °C | °C | °C | °C | °C | °C | K | °C | °C | K | |
100% Kon- | 14,2 | 19,5 | 20,2 | 19,5 | 20,5 | 20,0 | 18,8 | 1,2 | ||||
Fuß- | 14,2 | 23,8 | 23,8 | 20,0 | 21,2 | 18,8 | 20,6 | 19,4 | 1,2 | |||
Decke | 14,2 | 19,5 | 27,0 | 20,0 | 20,9 | 19,1 | 20,6 | 19,4 | 1,2 | 24,4 | 19,6 | 4,8 |
Brü- | 14,2 | 19,5 | 55,0 | 20,0 | 20,5 | 19,5 | 20,0 | 22,6 | 2,6 | |||
Rück- | 14,2 | 19,5 | 31,7 | 20,0 | 20,5 | 19,5 | 23,7 | 18,8 | 4,9 | |||
Die Anforderungen an die Fußbodentemperatur (Tabelle 1) geben einen maximalen Wert von 29°C. Wegen gesundheitlicher Schäden darf die Wandtemperatur bei Wandheizung, wo es die Möglichkeit für den Kontakt mit einer Person gibt, nicht höher als ca. 40°C sein.
Die vertikalen Lufttemperaturunterschiede für verschiedene Heizsysteme sind bei den heutigen Anforderungen an die Wärmedämmung geringer als die Anforderungen in Tabelle 1 [17,18,19].
Wegen Kaltluftabfall und Zugerscheinungen wird es oft empfohlen, Heizflächen unter dem Fenster (Brüstung oder Fußboden) anzubringen. Das Ergebnis einer Studie von Heiselberg (9) und Bearbeitungen von Olesen [10, 7] zeigten, daß die Anforderungen an die Höhe des Fensters, h, abhängig von der maximalen akzeptablen Luftgeschwindigkeit, vmax, und der Wärmedämmung Fenster/ Außenwand, Uw sind.
Tabelle 4: Ergebnis der Berechnung der Oberflächentemperaturen, Strahlungstemperaturen und Lufttemperaturen für einen Wohnraum (Bild 1) bei +5°C Außentemperatur
Heiz- | Fenstertemp. | Boden- | Heiz- | Ope- | Mitt- | Luft- | Strahlungstemperatur Asymmetrie Dtpr | |||||
Kaltes Fenster | Warme Decke | |||||||||||
Halbraum | Dtpr | Halbraum | Dtpr | |||||||||
Rück- | Fassade | oben | unten | |||||||||
°C | °C | °C | °C | °C | °C | °C | °C | K | °C | °C | K | |
100% Kon- | 17,3 | 19,5 | 20,0 | 19,6 | 20,4 | 20,0 | 19,4 | 0,6 | ||||
Fuß- | 17,3 | 22,0 | 22,0 | 20,0 | 20,6 | 19,4 | 20,3 | 19,7 | 0,6 | |||
Decke | 17,3 | 19,5 | 23,6 | 20,0 | 20,4 | 19,6 | 20,3 | 19,7 | 0,6 | 22,3 | 19,6 | 2,7 |
Brü- | 17,3 | 19,5 | 37,9 | 20,0 | 20,2 | 19,8 | 20,0 | 21,4 | 1,4 | |||
Rück- | 17,3 | 19,5 | 37,9 | 20,0 | 20,2 | 19,8 | 21,9 | 19,4 | 2,5 | |||
Bei einer operativen Temperatur von 22°C, einer Außentemperatur von -12°C und einem Abstand von 1m von der kalten Oberfläche wird die maximale Höhe, h, berechnet als:
h < (12,05 vmax)2/Uw
Unter Annahme eines Luftstromes mit geringer Turbulenz, 10 bis 20%, und einer Lufttemperatur des Kaltluftabfalls von 21°C beträgt die empfohlene maximale Luftgeschwindigkeit in existierenden Normen 0,18 m/s (Bild 1). Bei einer Standard-Doppelverglasung beträgt die Höhe dann maximal 1,6 m, bei einer gut isolierenden Fensterscheibe [1,5 W/(m2 · K] beträgt sie 3 m (Bild 3).
Mit der Verbesserung der Fenster k-Werte wird es nicht erforderlich, Heizflächen unter dem Fenster anzubringen.
| Bild 3: Zusammenhang zwischen Höhe des Fensters, der Wärmedämmung (k-Wert) und maximalen Luftgeschwindigkeit in der Aufenthaltszone. |
Die Ergebnisse in den Tabellen 3 und 4 zeigen, daß es keine Probleme mit der Strahlungsasymmetrie wegen eines kalten Fensters gibt, unabhängig davon, um welches Heizsystem es sich handelt. Alle Werte, auch für eine Wandheizung an der Rückwand, sind viel niedriger als die empfohlenen Grenzwerte in Tabelle 1.
Für die Deckenheizung ist aber die Strahlungsasymmetrie kritisch (4,8 K bei Auslegung), und sie liegt sogar über dem Grenzwert in DIN 1946. Die Berechnungen in DIN 1946 erfolgen jedoch mit anderen Einstrahlzahlen (nicht für eine Fläche) und sind somit nicht direkt vergleichbar. Wegen dieser Strahlungsasymmetrie ist der Einsatzbereich für Deckenheizung begrenzt und nur für Gebäude mit einer hohen Wärmedämmung geeignet.
Leistung
Entscheidend für die Leistung eines Flächenheizsystems ist der Wärmeübergangskoeffizient zwischen Fläche und Raum, die maximale Flächentemperatur und die Flächengröße. Der Wärmeübergangskoeffizient (Konvektion und Strahlung) ist bei Auslegung 11 W/(m2 · K) für Fußbodenheizung, 8 W/(m2 · K) für Wandheizung und 6 W/(m2 · K) für Deckenheizung [6, 10]. Zusammen mit den Anforderungen für die maximale Oberflächentemperatur (Behaglichkeit) ist es möglich, die maximale Leistung bei einer Raumtemperatur von 20°C zu berechnen (Tabelle 5).
Tabelle 5: Innerer Wärmeübergangskoeffizient, maximale Oberflächentemperatur und maximale Leistung bei 20°C Raumtemperatur für Wand-, Decken- und Fußbodenheizungen
Heizung | aW/(m2 · K) | Maximale Temperatur | Maximale Leistung |
|
| °C | W/m2 |
Boden-Randzone | 11 | 35 | 165 |
Boden-Aufenthalt |
| 29 | 99 |
Wand | 8 | ca. 40 | 160 |
Decke | 6 | ca. 27 | 42 |
Die Leistung einer Wandheizung ist die größere (160 W/m2), aber hier ist die Fläche oft auch viel kleiner als bei der Decke und dem Fußboden. In dem Beispiel (Bild 2) sind die Wandflächen (bei der Rückwand) weniger als die Hälfte. Die Leistung einer Deckenheizung ist am niedrigsten. Bei einer sehr guten Wärmedämmung reicht die Leistung bei Deckenheizung aber ebenfalls aus.
Die Maximalwerte für Wand (40°C) und Decke (27°C) sind keine genormten Werte. Für eine Wand besteht das Problem hinsichtlich Berührung mit Nacken/Haut und einer Temperatur über der Schmerzgrenze, die bei ca. 42°C liegt. Für die Deckenheizung liegt die Begrenzung wegen der Strahlungstemperaturasymmetrie bei < 5 K (Tabelle 1). In dem Beispiel (Bild 2), das repräsentativ für viele Gebäude ist, ist die Grenze für die maximale Oberflächentemperatur 27°C. Für einen noch größeren Raum mit derselben Raumhöhe wird die Einstrahlzahl von der Decke noch größer und die maximale Deckentemperatur wegen Behaglichkeit noch niedriger. Auf der anderen Seite wird die Fläche entsprechend größer und damit die für den Wärmebedarf erforderliche Deckentemperatur auch niedriger.
Bei der gleichen Oberflächentemperatur wird die höchste Leistung mit einer Fußbodenheizung erreicht. Das Areal für Heizung ist auch fast immer am Boden am größten. Für das Beispiel (Bild 2) ist der Wärmebedarf bei Auslegung (-12°C, 0,5h-1 Luftwechsel) 1512 W und bei einer Außentemperatur von +5°C (Mittelwert für die Heizperiode) 776 W. Das entspricht 42 W/m2 und 22 W/m2 (Tabelle 6). Die für den Wärmebedarf erforderlichen Oberflächentemperaturen sind ebenfalls in Tabelle 6 dargestellt.
Die erforderlichen Heizwassertemperaturen sind ebenfalls von der Fußboden-, Wand- oder Deckenkonstruktion abhängig. Bei Wand- und Deckenheizungen ist die Überdeckung der Rohre kleiner als bei Fußbodenheizungen und damit besteht ein kleiner Wärmewiderstand zwischen Heizwasser und Oberfläche.
Für ein Fußbodensystem mit Fliesen [0,02 (m2 · K)/W] und 45 mm Estrichüberdeckung, eine Deckenheizung und eine Wandheizung mit 15 mm Putzüberdeckung sind die für das Beispiel erforderlichen mittleren Heizwassertemperaturen in Tabelle 6 dargestellt. Obwohl der Wärmewiderstand zwischen den Rohren und der Oberfläche bei der Fußbodenheizung am größten ist, ist - wegen der niedrigeren Oberflächentemperaturen - die Heizwassertemperatur am niedrigsten bei Fußbodenheizung. Mit einer höheren Dämmung des Fußbodenbelages wird die erforderliche Heizwassertemperatur für die Fußbodenheizung höher und liegt damit gleich oder etwas höher als die Werte für eine Deckenheizung.
Regelung
Flächensysteme sollen mit einer witterungsgeführten Regelung der Vorlauftemperatur oder noch besser der mittleren Heizwassertemperatur und einer Einzelraumregelung der Wassermengen zu jedem Raum versorgt werden. Es wird hin und wieder behauptet, daß Flächensysteme wegen der Masse von den Bauteilen schwierig zu regeln sind. Es gibt jedoch unterschiedliche Flächensysteme mit großen Unterschieden in der Speichermasse. Man muß auch berücksichtigen, daß die Speichermasse eines Gebäudes oft 20 bis 100 mal größer ist als das Heizsystem. Wünscht man eine schnelle Änderung der Raumtemperatur bei einer Änderung des Sollwertes, dauert die Änderung oft länger als bei einem Warmluftsystem.
Wegen Änderungen in internen Lasten von Personen, Beleuchtung und Sonneneinstrahlung oder Änderungen im Außenklima sind Flächenheizungen sehr regelfähige Systeme. Mehrere Untersuchungen mit Fußbodenheizungen [12, 13, 14, 15] haben gezeigt, daß auch in Niedrigenergiehäusern die Fußbodenheizung wegen der Kombination des Selbstregeleffektes und der Einzelraumregelung ein regelfähiges System ist.
Als Beispiel ist der Selbstregeleffekt für die verschiedenen Flächensysteme in Tabelle 6 dargestellt. Der Selbstregeleffekt wird als prozentuale Absenkung der Wärmeabgabe bei 1K Raumtemperaturerhöhung betrachtet. Die Werte sind im Vergleich zu der Oberflächen- und Heizwassertemperatur berechnet. Den größten Selbstregeleffekt erhält man für ein Fußbodenheizsystem. Für die anderen Flächenheizsysteme ist dieser Effekt kleiner, aber dann ist die Überdeckung und Speichermasse kleiner. Damit besteht kein großer Unterschied in der Regelfähigkeit zwischen den Flächensystemen.
Tabelle 6: Erforderliche Oberflächen- und mittlere Heizwassertemperaturen, Selbstregeleffekt und erhöhte Wärmeverluste für die Flächenheizsysteme
Heizsystem | Außen- | Wärme- | Oberflächen-Temperatur | Heizwasser-Temperatur | 1 K Raumtemperatur- | Erhöhter Wärmebedarf | ||
°C | W/m2 | °C | °C | Ober- | Wasser | W | % | |
Boden | -12 | 42 | 23,8 | 26,2 | 26 | 16 | 78 | 5 |
Decke | -12 | 42 | 27,0 | 27,8 | 14 | 13 | 62 | 4 |
Brüstung | -12 | 42 | 55,0 | 55,8 | 3 | 3 | 68 | 5 |
Rückwand | -12 | 42 | 31,7 | 32,5 | 9 | 8 | 71 | 5 |
Speziell für Flächenheizsysteme mit einer großen Wärmeabgabe bei Strahlung wäre es sinnvoll mit einer Einzelraumregelung, die die Strahlung berücksichtigt und nach der operativen Temperatur regelt [16].
Energieverbrauch
Wegen niedriger Heizwassertemperaturen haben Flächenheizsysteme die bekannten Vorteile mit niedrigen Verteilungsverlusten und hohem Nutzungsgrad von moderner Kesseltechnik wie Brennwertkessel oder im Zusammenhang mit alternativer Energieversorgung wie Solartechnik, Wärmepumpen usw. Bei der Wärmeabgabe im Raum sind im Gebäude mit einer guten Wärmedämmung die Unterschiede im Verbrauch sehr klein [17,18,19]. Die niedrige Lufttemperatur, speziell bei der Fußbodenheizung, bedeutet weniger Verluste durch Lüftung.
Bezüglich des Einbaues in ein Bauteil gibt es in der Wärmeschutzverodnung besondere Anforderungen an die Wärmedämmung nach außen. Die Dämmung zwischen den Heizrohren und außen muß einem k-Wert von 0,35 W/(m2 · K) entsprechen.
Zum Beispiel ist ein k-Wert von 0,5 W/(m2 · K) für den Wohnungsbau die normale Anforderung für die Außenwand. Bei einer Wandheizung in der Außenwand muß man aber eine höhere Dämmung einsetzen.
Für ein Fußbodensystem entspricht der Wert von 0,35 W/(m2 · K) den normalen Anforderungen, und für eine Decke - gleichgültig, ob es sich um eine Deckenheizung handelt oder nicht - , ist die normale Anforderung ein k-Wert von 0,22 W/(m2 · K).
Die erhöhte Bauteiltemperatur wegen der Heizrohre resultiert dann in einem Verlust von ungefähr 5% (Tabelle 6). Das ist jedoch nur ein Verlust für einen Boden nach Erdreich oder ungeheizte Keller und für eine Decke oder Wand nach außen. Für größere Gebäude sind die Verluste bei der Fußbodenheizung wegen einer gewissen Aufwärmung des Erdreiches noch niedriger. In der Randzone des Gebäudes muß jedoch gut gedämmt werden. Die Aufwärmung des Erdreichs ist auch von dem Grundwasserspiegel abhängig.
In Hallenbauten sind die energetischen Vorteile der Fußbodenheizung doch sehr bedeutsam [20].
Einsatzbereiche
Auf der Grundlage der oben genannten Kenntnisse gibt es einige Begrenzungen in den Einsatzbereichen für Flächenheizungen.
Bei Wandheizungen besteht das Problem, wo man die Heizung anbringen soll. Aus energetischen Gründen wäre es an einer Innenwand am sinnvollsten. Dann ergeben sich aber Probleme mit der Einrichtung von Schränken, Möbeln und dem Anbringen von Bildern. Dafür wäre die Außenwand und besonders die Brüstung besser geeignet, aber hier ist die Fläche oft zu klein, was dann in zu hohen Oberflächentemperaturen resultiert (s. Beispiel). Die Einsatzbereiche für Wandheizungen bestehen hauptsächlich im Wohnungsbereich und nur für Häuser mit einer guten Wärmedämmung. Für große und hohe Räume ist der Einsatz nicht empfehlenswert.
Die Deckenheizung ist nur einsetzbar in Gebäuden mit einer guten Wärmedämmung, in denen der Wärmebedarf nicht größer als 40 bis 50W/m2 ist. Einsatzbereiche sind Wohnungen, Schulen, Büros und ähnliche Gebäude. Wegen anderer Installationen wie Beleuchtung und Ventilation steht die ganze Decke nicht immer für das Heizen zur Verfügung. In hohen Räumen (über 4 bis 5 m) ist es wegen der kleineren Einstrahlzahlen nicht sinnvoll, ein Deckensystem einzusetzen.
Die Fußbodenheizung hat den größten Einsatzbereich. Heute wird sie in allen Gebäudetypen im Wohnungsbau und in Industriebauten eingesetzt.
Flächensysteme werden heute ebenfalls für die Kühlung eingesetzt. Hier ändern sich doch die Leistungsverhältnisse zwischen den Flächensystemen. Die größte Leistung erhält man dann mit einem Deckensystem (60 bis 80 W/m2) und eine kleinere Leistung mit einem Fußbodensystem (25 bis 50 W/m2).
Zusammenfassung
In dem Bericht werden Behaglichkeit und Unterschiede in der Leistung von Decken-, Wand- und Fußbodenflächenheizungen erläutert.
Unter Berücksichtigung der Behaglichkeit und der zur Verfügung stehenden Flächen erhält man die größte Leistung bei Fußbodenheizungen. Deckenheizungen sind, wegen der Strahlungsasymmetrie, nur in Gebäuden mit einem Wärmebedarf, der geringer als 40 bis 50 W/m2 ist, einsetzbar.
Bei Flächenheizung muß man den Bauteil hinter den Heizrohren entsprechend dämmen.
Von den drei Flächenheizsystemen hat die Fußbodenheizung den größten Einsatzbereich.
L i t e r a t u r
[ 1] ISO EN 7730. "Moderate thermal environments - Determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort", revised version. Geneva International Organization for Standardization, 1994.
[ 2] DIN 1946. 1994. Lüftung und Klimatisierung: Technische Gesundheitsanforderungen. Berlin: Deutsches Institut für Normung.
[ 3] ASHRAE. 1992. ASHRAE Standard 55 bis 1992, Thermal environmental conditions for human occupancy. Atlanta: American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineers, Inc.
[ 4] DIN 4701, Regeln für die Berechnung des Wärmebedarfs von Gebäuden.
[ 5] Skov, P.: "Indeklimaets virkninger". SBI-Rapport 230. Editor O. Valbjorn, Danisch Buildings Research Institute 1993.
[ 6] DIN 4725, Warmwasser-Fußbodenheizungen. Berlin: Deutsches Institut für Nornung.
[ 7] Olesen, B. W.: "Eine vereinfachte Methode zur Verifizierung der Anforderungen an das Thermische Raumklima". HLH, VDI-Verlag, April 1995.
[ 8] ISO EN 7726 "Thermal Environments-Instruments and Methods for measuring physical quantities".
[ 9] Heiselberg, P.: "Statified flow in rooms with a cold vertical wall". ASHRAE Trans. 1994, V. 100, Pt.1.
[10] Olesen, B. W.: "Healthy and Efficient Heating of Low Energy Buildings". Healthy Buildings ‘94, Budapest, Hungary, 1994.
[11] Kast, W.; Klan, H.; Rosenberg, J.: Leistungen von Heiz- und Kühlflächen. HLH, Bd. 45, 1994.
[12] Olesen, B.W.: Fußbodenheizung in Niedrigenergiehäusern. SHT, 1994.
[13] Olesen, B.; Zöllner, G.: Experimentelle Untersuchung zum Energieverbrauch unterschiedlicher Heizsysteme bei untereinander vergleichbarer thermischer Behaglichkeit.
9. Internationaler Velta- Kongreß,
St. Christoph/Tirol, 1987.
[14] Fort, K.: Dynamisches Verhalten von Fußbodenheizungen. Forschungsbericht Nr. 7. Laboratorium für Energiesysteme, ETH, Zürich, 1989.
[15] Fort, K.: Forschungsbericht: Optimaler Betrieb von Fußbodenheizungen. Bundesamt für Energiewirtschaft, Zürich, 1993.
[16] Olesen, B. W.: Eine drahtlose Einzelraumregelung nach der empfundenen Temperatur. 18. Internationaler Velta-Kongreß, St. Christoph/Tirol, 1996.
[17] Olesen, B. W.: Thermische Behaglichkeit in Räumen in Abhängigkeit von Art und Anordnung des Heizsystems. Die differenzierten Wärmeverluste bei optimaler Wärmedämmung. Internationaler Velta-Kongreß, St. Christoph/Tirol,1980.
[18] Lebrun, J.: Wärmeverluste von Räumen mit unterschiedlichen Heizsystemen und ihr Einfluß auf die Wirtschaflichkeit und die erforderliche Heizleistung.
[19] Caluwaerts, P.: Wärmeverluste von Räumen mit unterschiedlichen Heizsystemen und ihr Einfluß auf die Wirtschaftlichkeit und die erforderliche Heizleistung. Die differenzierten Wärmeverluste bei mäßiger Wärmedämmung. Internationaler Velta-Kongreß, St. Christoph/Tirol, 1980.
[20] Lindemann, B.: Industrie-Großflächenheizungen in der Praxis. 18. Internationaler Velta-Kongreß, St. Christoph/Tirol, 1996.
[21] Olesen, B.,Wenting, M.: Fußbodenheizsysteme für Industriebauten. IKZ-Haustechnik, Heft 21, 1995.
[22] Olesen, B. W.: Auslegung, Leistung und Regelung der Fußbodenkühlung. 18. Internationaler Velta-Kongreß, St. Christoph/Tirol, 1996.
B i l d e r : D. F. Liedelt Velta GmbH
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