IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 17/1998, Seite 44 ff.



Heizkörper: Technik von heute ist der Komfort von morgen

Gehen wir gemeinsam den Schritt in die Zukunft?

Am Anfang war das Feuer. In jeder Behausung errichtete man genau dort eine Feuerstätte, wo man Wärme haben wollte - offene Kamine, bessere Lagerfeuer. Um die Rauchbelästigung loszuwerden, das Feuer gezielter brennen zu lassen und die Wärme zu kontrollieren, wandelten sich die offenen Feuerstellen zu geschlossenen Öfen. Was blieb war das aufwendige Betreuen einzelner Räume: begonnen mit dem Anheizen, dem Nachlegen von Holz oder Kohle, dem Säubern der Öfen und letztendlich das Wegbringen der Asche - Raum für Raum, Tag für Tag.

Revolutionär dagegen war die Erfindung der Zentralheizung. Mitte des vorigen Jahrhunderts entdeckte man Wasser als Wärmeträger; dieses wurde zentral erhitzt, über ein Zuleitungssystem zu Wärmetauschern in den einzelnen Räumen transportiert. Die Wärmetauscher gaben die im Wasser vorhandene Wärme an die Raumluft ab - der Heizkörper war geboren!

1897 wurden bei Buderus in Lollar die ersten Radiatoren gegossen - Gußradiatoren in Gliedbauweise, die beliebig zusammengenippelt werden konnten. In den 20er und 30er Jahren dieses Jahrhunderts kannte man bereits Gliederradiatoren aus Guß und Stahl; die ersten Heizkörper-Normen wurden geschaffen - die DIN 4720 und 4722.

Bild 1: Werksseitig mit integrierter Ventilgarnitur für den Zweirohr-Betrieb ausgestattet: Der Flachheizkörper Solidoflux Spezial.

Eine wesentliche Neuerung war die Entwicklung des Plattenheizkörpers in den 60er Jahren. Mit seinem einzigartigen Masse-Leistungs-Verhältnis war sein Siegeszug nicht mehr aufzuhalten. Waren die ersten Ausführungen recht schlicht gestaltet, so gaben später Seitenverkleidungen und Abdeckgitter den Heizkörpern ein gefälliges Erscheinungsbild (Bild 1). Das Aussehen der Frontflächen der Heizkörper wurde ständig verbessert; bis hin zu ganz neuen Konstruktionsformen und Fertigungstechnologien: den glatten Fronten der Plan-Heizkörper (Bild 2).

Aber nicht nur die Optik war von Interesse. Leistungen waren gefragt. Die Geometrie der Platten wurde optimiert, Konvektionsblechformen ausgetüftelt, neue Schweißverfahren entwickelt. Man begann notwendige Komponenten für die Wandmontage und den Betrieb der Heizkörper geschickt in die Konstruktionsformen einzubinden: integrierte Thermostatventile und Anschlußarmaturen - Ventilgarnituren - für die unauffällige Rohrleitungsanbindung, spezielle Montagesysteme und Konsolen für die unsichtbare und schnelle Wandbefestigung (Bild 3).

Der Plattenheizkörper wurde erwachsen, präsentiert sich heute als kompakter Flachheizkörper. Er hat einen Anteil am Heizkörpermarkt von ca. 80%; d.h. von 10 installierten Heizkörpern sind heute 8 Stück Flachheizkörper. Besonders herausragend ist dabei die Entwicklung des Ventil-Kompaktheizkörpers, der seinen Anteil in den letzten acht Jahren mehr als verdreifacht hat; heute macht er ca. 50% der Flachheizkörper aus (Bild 4).

Bild 2: Flachheizkörper Planflux Spezial mit integrierter Ventilgarnitur.

Dabei gibt es am Ende unseres Jahrhunderts eine Vielzahl von Heizkörperbauformen und -konstruktionen; für jeden optischen Anspruch und für jede Einbausituation kann man heute den passenden Heizkörper auswählen:

Neben genannten Aufzählungen der Heizkörper nach Bauformen könnte man die Heizkörper auch nach ihrem Material klassifizieren:

oder nach ihrem Aufbau unterteilen:

Je nach Sinn und Zweck kann die eine oder andere Systematisierung nützlich sein.

Bild 3: Moderne Montagesysteme für Flachheizkörper sparen Zeit.

Und trotz dieser Vielzahl von Varianten und Möglichkeiten hat der Flachheizkörper einen Anteil von 80%? Das muß doch Ursachen haben?! Die Antwort ist relativ leicht gefunden, wenn man sich die Bilder 5 und 6 ansieht: die sehr vorteilhaften Größen-Leistungs- und Preis-Leistungs-Verhältnisse im Vergleich zu seinen Heizkörperkollegen.

EN 442 - Was ist das?

Für Heizkörper gibt es seit Februar 1997 eine gemeinsame Norm in einem gemeinsamen Europa - die EN 442. Die Vereinheitlichung der europäischen Heizkörper-Normen, diese Harmonisierung hat ganz wesentliche positive Effekte für die Heizkörper. Endlich vergleicht man in Europa nicht mehr Birnen mit Äpfeln. In Deutschland wurde die Prüfung der Raumheizkörper bislang in einer offenen Prüfkabine vorgenommen. Die Prüfungen im Ausland erfolgten nach anderen Bedingungen, nämlich vorwiegend in geschlossenen Prüfräumen mit gekühlten Außenwänden.

Bild 4: Fertigheizkörper mit integrierter Ventilgarnitur Spezial "N".

Daraus ergaben sich unterschiedliche Meßergebnisse, d.h. ein und dasselbe Heizkörpermodell hatte in den einzelnen Ländern Europas unterschiedliche Wärmeleistungen. Das ist jetzt abgeschafft. Im Februar 1997 trat die neue europäische Norm EN442 in Kraft. Diese europäische Norm EN 442 vereinheitlicht nun das Prüfverfahren, so daß

a) nicht mehr in jedem Land nach eigenen Regeln gemessen wird, und
b) einheitliche und auch vergleichbare Meßergebnisse vorliegen.

Diese Norm ersetzt in Deutschland die bisherige Norm DIN 4704 und Teile der DIN 4703. Sie heißt in Deutschland DIN EN 442. Diese DIN EN 442 beschreibt zum einen die Mindestanforderungen an Heizkörper und zum anderen die Methode und das Verfahren zur Messung der Wärmeleistung. Fast zeitgleich trat diese Norm in allen europäischen Ländern in Kraft. In Zukunft werden die Heizkörper in ganz Europa nach derselben Methode gemessen und haben auch in allen Ländern die gleichen Angaben über ihre Wärmeleistung.

Was ändert sich denn konkret im Vergleich zu der nun veralteten Norm DIN 4704? Die wesentliche Änderung ist der Bezugspunkt für die Norm-Wärmeleistung. Bisher wurde die Normwärmeleistung
bei einer Vorlauftemperatur von 90C
einer Rücklauftemperatur von 70C
und dazu einer
Raumtemperatur von 20C
angegeben.

Bild 5: Heizkörpervergleich Preis/Baulänge bei gleicher Heizleistung der Heizkörper - Basis 600/100 (H/T).

Dies ergab die sogenannte Norm-Übertemperatur zwischen mittlerer Heizkörpertemperatur und Raumtemperatur von 60 K. Man war sich in den europäischen Gremien einig, daß heute nur noch in Ausnahmefällen Heizanlagen mit diesen Temperaturen ausgelegt werden, weil dies nicht mehr in die energiepolitische Landschaft paßt. Man hat sich auf einen "neuen Normpunkt" geeinigt
mit einer Vorlauftemperatur von 75C
einer Rücklauftemperatur von 65C
und weiterhin einer
Raumtemperatur von 20C.
Dies ergibt nun eine neue Norm-Übertemperatur von 50 K (Bild 7).

Da sich bei den Leistungsprüfungen nach DIN EN 442 sowohl das Umfeld als auch die Randbedingungen ändern, lassen sich die alten Norm-Wärmeleistungen nach DIN 4703 nicht ohne weiteres auf die Norm-Wärmeleistungen nach DIN EN 442 umrechnen. Zudem heißt die neue Norm-Spreizung 10 K anstelle der ehemals 20 K. Durch die Änderung der Spreizung von 20 K auf 10 K ändert sich zudem auch der künftige Norm-Wasserstrom.

Seit dem 1. Oktober 1997 sind in allen Hersteller-Unterlagen für Planung, Auslegung und den Einbau von Raumheizkörpern ausschließlich die Werte der Norm-Wärmeleistung nach EN 442 zugelassen. Diese Werte sind auch beim DIN CERTCO registriert. Alle Hersteller haben sich verpflichtet, diese Leistungswerte in Form von Katalogwerten und Datensätzen bereitzustellen und diese entsprechend zu kennzeichnen. Mit den neuen Norm-Leistungswerten wird die bisherige DIN-Registernummer mit einem "E" erweitert.

Bild 6: Heizkörpervergleich Preis/Leistung - Basis 600/1000/100 (H/L/T).

Die Norm-Leistungen der Heizkörper bei 75/65/20C werden bei den Flachheizkörpern je laufenden Meter und bei den Gliederheizkörpern je Glied angegeben. Da die Heizungsbranche heute mit den Temperaturpaarungen 70/55/20C und 55/45/20C vertraut ist, werden die Wärmeleistungen dieser Temperaturpaarungen weiterhin zusätzlich in den Katalogen ausgewiesen.

Thermische Behaglichkeit und Heizkörperauslegung

Die Auslegung von Heizungsanlagen wird nach DIN 4701 auf Basis einer genormten Berechnung des Wärmebedarfs durchgeführt. Die Raumheizflächen werden nach DIN 4701 Teil 3 in ihrer Leistung dimensioniert. Unter Berücksichtigung der heutigen technischen Möglichkeiten und den geänderten Randbedingungen ist es jedoch fraglich, ob heute die Heizkörperleistung als einziges Auslegungskriterium ausreicht.

Auf die ständig steigenden Ansprüche an Ästhetik und Behaglichkeit reagieren die Heizkörper-Hersteller mit einer großen Vielfalt an Formen und Konstruktionen. Die Auslegungsmethoden haben sich allerdings kaum geändert. Unterschiedliche Kriterien wie Bauform, Wasserinhalt, Verhältnis von Strahlungs- und Konvektionswärmeanteil, etc. werden bei der Heizflächenauslegung kaum berücksichtigt.

Der Nutzer verläßt sich auf die berechnete Energiebilanz eines Raumes und damit den ermittelten Wärmebedarf, definiert aber letztendlich über sein persönliches Empfinden und den Komfort die Qualität der Beheizung. Neben der Deckung des Wärmebedarfs taucht ein neues Schlagwort auf: Thermische Behaglichkeit. Unter den Aspekten der thermischen Behaglichkeit ist es nicht ausreichend, nur die Norm-Innentemperatur eines Raumes sicherzustellen oder eine bestimmte Lufttemperatur im Raum einzuhalten.

Thermische Behaglichkeit wird in den letzten Jahren wieder sehr intensiv diskutiert; bewert- und planbare Parameter für die Wärmeübergabe an den Nutzer wurden genau quantifiziert. Wege zur Heizflächenauslegung unter Komfortaspekten sind gefunden und selbst moderne EDV-Auslegungsprogramme tragen diesen Ansprüchen heute Rechnung.

Bild 7: DIN EN 442: Die neue Leistungsmeßlatte.

Bei aller Technik steht allerdings immer der Mensch als Nutzer im Vordergrund. Wir Menschen sind selbst nicht in der Lage, die Temperatur unserer Umgebung wahrzunehmen. Wir fühlen lediglich, wie unser eigener Körper seine Körpertemperatur reguliert und wir definieren daraus resultierend Wohlbefinden oder Unwohlsein. Der Mensch bewertet damit unbewußt den Wärmestrom, der ihm aufgrund der Temperaturdifferenzen zwischen seiner eigenen Körpertemperatur und den Oberflächentemperaturen der ihn umschließenden Flächen sowie der Umgebungstemperatur (Lufttemperatur) entzogen wird.

Von besonderem Interesse ist die Körper-Wärmeabgabe durch Strahlung. Der Mensch steht prinzipiell im Strahlungsaustausch mit seiner Umgebung. Aus diesem Grunde kommt der Temperatur der Umschließungsfläche eines Raumes eine große Bedeutung zu. Um thermische Behaglichkeit in einem Raum zu schaffen, ist eine möglichst gleiche Temperatur aller Umschließungsflächen zu erreichen.

Damit keine Unbehaglichkeit durch zu starkes Abstrahlen der menschlichen Körperwärme an die kalte Außenwand oder die kalten Fensterflächen entsteht, sind Heizkörper an Außenwänden unter den Fenstern anzuordnen (Bild 8). Dadurch wird dem Menschen Wärme durch Strahlung von derselben Richtung zugeführt, in welche Wärme an die kalte Fensterfläche abstrahlt.

Der unter dem Fenster positionierte Heizkörper hat einen weiteren Effekt: die sich am Außenfenster abkühlende Raumluft kann nicht ungehindert als Kaltluft in den Raum einströmen. Dem Kaltlufteinfall wirkt der Heizkörper entgegen - es wird die gewünschte Raumluftwalze erzeugt. Zugerscheinungen werden vermieden; man behält warme Füße und einen kühlen Kopf.

Bild 8: Thermische Behaglichkeit - Der Mensch steht immer im Vordergrund.

Der Komfortgedanke wird ein wesentliches Entscheidungskriterium für die Heizkörperauswahl und -dimensionierung, die Heizkörperanordnung im Raum sowie der Größe der Heizkörper(ansichts)fläche.

Im Ergebnis zeigen sich für die heutige Heizflächenauslegung folgende Schlußfolgerungen:

Welche Auslegungstemperatur ist für Heizkörper die richtige?

Um diese Frage zu erörtern, ist ein historischer Rückblick ganz hilfreich. Die Ölkrise Anfang der 70er Jahre zwang uns mit dem Griff in unser aller Geldbörsen zum sinnvollen Einsatz des schwarzen Goldes. Im Jahr 1977 trat das Energieeinsparungsgesetz in Kraft.

In der Folge wurde im August 1977 die I. Wärmeschutzverordnung erlassen - maximal zulässige Wärmeverluste von Gebäuden definiert. 1982 wurden diese Auflagen durch eine Novellierung der Wärmeschutzverordnung weiter verschärft; die II.Wärmeschutzverordnung trat am 1. 1. 1984 in Kraft. Neben ökonomischen Zwängen wächst unser Umweltbewußtsein: Treibhauseffekt, Ozonloch, CO2 und FCKW sind Begriffe, die uns drastisch vor Augen führen, wie unbekümmert und verantwortungslos wir unsere Umwelt strapazieren. Seit dem 1. 1. 1995 ist die III. Wärmeschutzverordnung wirksam.

Es wird geschätzt, daß mit jeder Wärmeschutzverordnung und den damit verbundenen Auflagen der Wärmebedarf bei Neubauten um ca. 30% reduziert wurde. Geht man einmal davon aus, daß ein Wohnzimmer mit 20 m2 Raumfläche beheizt werden soll, so ergeben sich in Abhängigkeit vom Bauzeitraum nachstehende, sich ständig verringernde Wärmebedarfszahlen:

Baujahr

spezifischer Wärmebedarf

Reduzierung

Bsp. Wärmebedarf eines Raumes mit 20 m2 Fläche

[W/m2]

[ % ]

bis 1977

140 - 180

100

-

3600 W

1977 - 1983

100 - 130

70

-30%

2600 W

1984 - 1994

70 - 90

50

-30%

1800 W

seit 1994

50 - 60

35

-30%

1200 W

ESVO 2000

35 - 40

25

-30%

800 W

Im Beispiel eines Wohnzimmers mit der Fläche 20 m2 würde sich für einen Neubau im Jahr 2000 ein Wärmebedarf von ca. 800 W ergeben. Innerhalb der letzten 25 Jahre hat sich der Wärmebedarf auf ein Viertel reduziert. Im Vergleich zu 1977 beträgt er nur noch 25%. Sind dann heutige Heizkörper nur noch ein Viertel so groß wie damals?

Wie sehen denn heutige Räume aus? Große Glasflächen versorgen uns mit ausreichend Tageslicht, holen uns die Natur ins Haus. Die kostenlose Sonnenenergie wird bewußt über die Ausrichtung der Fenster und mittels großer verglaster Flächen eingefangen. Wir nutzen diese Gratiswärme. Doch die Glasflächen selbst bleiben kalt. Komfort und Behaglichkeit werden aber ganz wesentlich von diesen Flächen mitbestimmt. Deshalb erzwingen sie entsprechend große heizende Flächen unter die Fenster.

Die Heizkörper werden also nicht kleiner, sondern im Gegenteil: sie werden sogar größer. Dies zu unser aller Vorteil und Wohlbefinden. Und ein weiterer positiver Effekt leitet sich daraus ab: mit minimierten Wärmebedarfen können die Systemtemperaturen gesenkt werden. Die großen, gewünschten Heizflächen benötigen zur Wärmebedarfsdeckung und zur Sicherung der Behaglichkeit lediglich Heizwassertemperaturen von etwa 50C und kleiner!

Damit schlägt man zwei Fliegen mit einer Klappe:

  1. Unter Berücksichtigung der thermischen Behaglichkeit wird den gesteigerten Komfortansprüchen Rechnung getragen.
  2. Die Auslegungstemperaturen für die Heizflächen erreichen Größenordnungen, die für moderne Wärmeerzeuger optimale Bedingungen schaffen. Künftigen Entwicklungen stehen beste Voraussetzungen zur Verfügung - egal ob Brennwerttechnik, solare Wärmenutzung oder andere alternative Energiequellen geplant werden.

Mit der Heizflächenauslegung von heute ist man bereits für die Zukunft gerüstet.


T e x t und B i l d e r :
Buderus Heiztechnik GmbH, Wetzlar


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