Konvektoren

Charakteristik und ihre Einsatzgebiete unter den Aspekten der thermischen Behaglichkeit und Hygiene

Dipl.-Ing. Frank Mattioli*

Neben den klassischen Heizkörpern - Flachheizkörper und Gliederradiatoren -, die den größten Anteil an installierten Heizflächen im deutschen Markt darstellen, gibt es Bauformen, welche man bewußt unter gestalterischen Gesichtspunkten plant und installiert. Sei es, daß die Einbausituation keine anderen Heizkörpertypen zuläßt oder daß man definierte, zwangsläufig vorgegebene Platz- und Aufstellbedingungen realisieren muß!

In diesen Fällen finden oftmals Heizwände und Konvektoren ihren Einsatz. Bei den Heizwänden ist das Ziel, wie der Name dieser Heizkörperbauform bereits zum Ausdruck bringt, größere Wändflächen mit Heizungselementen "auszufüllen". Im Gegensatz dazu kommen Konvektoren in der Regel dort zur Anwendung, wo man begrenzte Platzverhältnisse bezüglich der zur Verfügung stehenden Einbauhöhen (Brüstungshöhen) vorfindet. Hier stelle man sich zum Beispiel eine Schaufensterpassage eines Kaufhauses oder eine Heizung unter den Sitzbänken einer Kirche vor.

Die Vor- und Nachteile, die Einsatzmöglichkeiten und die zu beachtenden Randbedingungen für Konvektoren sollen im folgenden näher erläutert werden. Kennzeichen der Konvektoren ist, daß sie ihre Wärme fast ausschließlich durch Konvektion an den Raum abgeben. Prinzipiell unterscheidet man drei Arten der Ausführung von Konvektoren:

Konvektoren, die hinter Schachtverkleidungen installiert und "versteckt" werden. Die Heizleistung dieser Konvektoren hängt in starkem Maße von der wirksamen Schachthöhe ab. Je größer diese Schachthöhe ist, um so stärker sind die Kaminwirkung des Schachtes und der luftseitige Volumenstrom. Dies bewirkt eine Verbesserung des Wärmeüberganges auf der Luftseite und damit eine Steigerung der Wärmeleistung. Eine Steigerung der Schachthöhe ist allerdings nur in begrenztem Maße sinnvoll. Eine Vergrößerung des Volumenstromes der Luft bewirkt eine Verringerung der Lufterwärmung, die die Steigerung der Schachthöhe unwirksam werden läßt ( Bild 1).

Bild 1: Wand- bzw. Nischenkonvektor.

Konvektoren, die in Fußbodenschächten installiert und versteckt werden. Diese nennt man auch Unterflurkonvektoren. Die Schachtverkleidung wird quasi von den Kanalseitenwänden gebildet und liegt unterhalb des eigentlichen Fußbodenniveaus. Die Unterflurkonvektoren eignen sich bei einer Verglasung von Außenwänden bis zum Boden (Bild 2).

Bild 2: Fußboden- bzw. Unterflurkonvektor.

Konvektoren, die für eine "freistehende" Installation ohne jegliche Verkleidung hinter einem Schacht oder "Versenken" in einem Bodenkanal geeignet sind. Diese Heizkörper sind von ihrem Aufbau den Heizwänden verwandt. Im Unterschied zur Heizwand zeichnen diese sich durch extrem kleine Bauhöhen und vergleichsweise große Bautiefen aus. Charakteristisch für diese Konvektoren sind die glatten Seiten- und Frontflächen sowie die allseits abgerundeten Kanten. Dadurch verbinden sich Form und Funktion in harmonischer Weise. Auf Wunsch werden diese Konvektoren mit werkseitig montierten Abdeckgittern geliefert. Man könnte diese Konvektoren als Fertigheizkörper unter den Konvektoren bezeichnen (Bild 3).

Bild 3: Konvektor mit werkseitig montiertem Abdeckgitter.

Im Gegensatz zur dritten Form der Konvektoren ("Fertigkonvektoren") ist bei den beiden erstgenannten der Schacht für die Realisierung der Heizleistung zwingend notwendig und immer bauseits zu erstellen.

Beim Einbau von Konvektoren ist unbedingt darauf zu achten, daß die zu erwärmende Luft frei an- und abströmen kann. Bei zu kleinen Querschnitten muß sonst mit erheblichen Leistungseinbußen gerechnet werden. Ebenso ist auf eine hygienische Anordnung genügend Rücksicht zu nehmen.

Die heizwasserführenden Rohre der Konvektoren - unabhängig davon, ob diese als Rechteck- oder Rundrohre ausgeführt sind - sind zur Verbesserung des Wärmeübergangs auf der Luftseite mit Lamellen/Konvektionsblechen besetzt. Diese können nur auf den Seiten, wie bei den "Fertigkonvektoren" (über die gesamte Bauhöhe), oder umfassend aufgeschweißt werden.

Im Gegensatz zu Glieder- oder Flachheizkörpern tritt in Längsrichtung des Konvektors wasserseitig eine Temperaturabsenkung ein, die sich auf die Luftaustrittstemperatur aus dem Schacht überträgt. Bei Anlagen mit großer Temperaturspreizung kann dies zu Behaglichkeitseinbußen führen. Zur Erzielung eines Zustandes der Behaglichkeit ist u.a. eine örtlich möglichst gleichmäßige Entwärmung der menschlichen Körperoberfläche erforderlich. Dies ist dann gegeben, wenn die umschließenden Raumflächen eine möglichst gleichmäßige Oberflächentemperatur aufweisen.

Die derzeitige Architektur sieht möglichst große Fensterflächen als erstrebenswert an. Von Nachteil ist dabei die sich zwangsläufig einstellende niedrige Oberflächentemperatur der Außenfenster und der Außenwände. Eine Person wird also von ihrer dem Fenster und der Außenwand zugekehrten Körperseite verstärkt Wärme an die kälteren Flächen abstrahlen. Je niedriger die Außentemperaturen sind, um so unangenehmer wird sich diese Erscheinung auf die Behaglichkeit auswirken.

Prinzipiell hat man zwei Möglichkeiten, um solche Zustände der Unbehaglichkeit zu vermeiden:
1. die Oberflächentemperatur der Außenfenster und Außenwände auf der dem Raum zugewandten Seite zu erhöhen. D.h. man verringert die Wärmedurchgangskoeffizienten (k-Zahlen), um die Transmissionswärmeverluste zu reduzieren.
2. die an die kalte Fenster- bzw. Außenwandfläche abgestrahlte Wärmemenge des menschlichen Körpers durch eine an der Außenwand bzw. unter dem Außenfenster plazierte Wärmequelle mit Strahlungswärmeabgabe zu kompensieren. Diese Wärmequelle muß auf die Körperzone der Person einstrahlen, die unter einseitigem Wärmeentzug steht.

Die erstgenannte Möglichkeit wird in der Regel durch die Planung des Bauvorhabens, den zu verwendenden Materialien und den damit definierten k-Zahlen ohne Einfluß der Heizungsinstallateure realisiert. Aus physikalischen Gründen lassen sich jedoch selbst bei geringen k-Zahlen (für Außenfenster sind heute k-Zahlen von 1,3 W/(m² · K) Stand der Technik) Temperaturdifferenzen zur Raumluftinnentemperatur und den Oberflächentemperaturen der Innenwände nicht vermeiden.

Daher ist die zweite Möglichkeit in Kombination mit der ersten anzustreben. Es sollte immer Ziel sein, die Heizkörper unter dem Fenster des Raumes aufzustellen. Dazu gehört auch, daß die für einen Raum erforderlichen Heizflächen auf möglichst alle Fenster des Raumes verteilt werden. In diesem Zusammenhang ist es unzweckmäßig, Heizkörper mit großer Bautiefe wie Konvektoren zu wählen. Ziel sollte es vielmehr sein, die Breite der Außenfenster bzw. Heizkörpernische so weit als möglich auszunutzen. Dabei sollte eine größtmögliche Bauhöhe realisiert werden. Dadurch wird eine große Ansichtsfläche (Bauhöhe mal Baulänge), d.h. eine große Wärme strahlende Fläche erzielt.

Dies wird vorzüglich mit Flachheizkörpern erreicht, dürfte sich jedoch bei Konvektoren als schwierig erweisen. Außer den "Schwierigkeiten" bezüglich der thermischen Behaglichkeit muß das unterschiedliche Teillastverhalten von Konvektoren im Vergleich zu Glieder- und Flachheizkörper berücksichtigt werden.

Die Umrechnung der Wärmeleistungen auf andere Temperaturpaarungen und Betriebsbedingungen erfolgt auch für Konvektoren analog DIN 4703. In diese Umrechnung geht der Exponent n ein, der bekanntermaßen für Glieder- und Flachheizkörper ca. n = 1,3 ist. Der Exponent von Konvektoren wird beeinflußt durch die konstruktive Gestaltung der Lamellen/Konvektionsbleche, die Schachthöhe und die Strahlungseigenschaften der Schachtverkleidung. Nur in besonders gelagerten Fällen wird ein Konvektor das gleiche Betriebsverhalten wie ein Glieder- oder ein Flachheizkörper aufweisen.

Da bei Konvektoren der Exponent n häufig größer als 1,3 ist, geben sie bei einer Gemischtinstallation mit Glieder- und Flachheizkörpern in ein und derselben Anlage bei niedrigeren Heizmitteltemperaturen geringere Leistungen ab als vergleichsweise eingebaute Glieder- oder Flachheizkörper. Aus diesem Grunde ist eine Gemischtbauweise mit Konvektoren weniger empfehlenswert.

Die sicherste Art, daraus entstehende Schwierigkeiten zu vermeiden, ist, an einen Vorlauftemperaturregelkreis nur Heizkörper mit gleichen Exponenten anzuschließen und bei Verwendung von Heizkörpern oder Wärmeverbrauchern mit ungleichen Exponenten die Anlage in unterschiedliche Regelkreise aufzuteilen, bei denen nur Heizkörper mit jeweils gleichen Exponenten zusammengefaßt sind.

Geht man davon aus, daß Konvektoren einen Exponenten von n = 1,5 aufweisen, so vermindert sich die Wärmeleistung der Konvektoren im Teillastverhalten mehr als bei vergleichbaren Flachheizkörpern. In diesem Fall wäre die Minderleistung der Konvektoren im Teillastbereich durch eine Überdimensionierung zu kompensieren.

Außer den wärmephysiologischen Unterschieden und dem unterschiedlichen Teillastverhalten gegenüber Flach- oder Gliederheizkörpern sollte in erster Linie die Möglichkeit einer einfachen Reinigung über den Einbau von Konvektoren entscheidend sein. Ungewiß bleibt dabei immer, ob diese Reinigungsmöglichkeit auch tatsächlich genutzt wird. Erfahrungsgemäß ist die Wahrscheinlichkeit einer regelmäßigen Reinigung bei einem sichtbaren Auftreten einer Heizkörperverschmutzung, wie z.B. bei Gliederheizkörpern, größer als bei Konvektoren. Daher ist aus hygienischen Gründen darauf zu achten, daß die Verkleidung zur Reinigung des Konvektors und des Schachtes leicht abnehmbar ist.

Nun stellt sich abschließend die Frage: Wo haben Konvektoren ihr bevorzugtes Einsatzgebiet. Die Frage läßt sich aus der vorab beschriebenen Charakteristik ableiten. Der Einsatz von Konvektoren bietet sich da an, wo extrem kleine Bauhöhen von Heizkörpern gefragt werden, Falluftströmungen zwar vermieden werden sollen, jedoch ein Strahlungsaustausch nicht zwangsläufig erforderlich ist. Beispielhaft seien hier genannt: große Schaufenster in Warenhäusern, Empfangssälen in Hotels oder Kirchen.

*) Dipl.-Ing. Frank Mattioli, Bereich Produkt-Management, Buderus Heiztechnik GmbH, Wetzlar.

B i l d e r : Buderus Heiztechnik GmbH, Wetzlar

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