V2-Neues Banner-schlicht

Tel.:  089 79100542

Fax.: 089 79100572

mob.: 0179 1078882

info@energieberatung-muenchen-ibj.info

info@ing-büro-junge.de

Icon-Home-1

Icon-Site-Map

Icon-Impressum

Heizung- Allgemein

Biomasse- Heizung

Fern-Nahwärme

Wärme- pumpen

Solar- thermie

Kraft/Wärme-kopplung

Hybride- Systeme

Hydraulischer Abgleich

Heizung- Übergabe

Heizungs-Übergabe: auf dieser Seite

Übergabe allgemeine Aspekte

Die Elemente der Übergabe sind das letzte Glied in der Hydraulik-Kette der Heizanlage.

Ihre Hauptaufgabe ist die Übergabe der mit dem Heizwasser gelieferten Wärme an den Raum. Hierzu haben sich zwei Hauptverfahren etabliert:

  • Integration in die raumumgebenden Flächen. Die Wärmeabgabe erfolgt primär an den Baukörper (Wände, Fußboden, Decke) und von da an die Raumluft.
  • Aufstellung von Heizkörpern im Raum. Die Wärmeabgabe geht primär direkt an die Raumluft.

Die Wärmeabgabe an die Raumluft kann per Wärmestrahlung und / oder per Konvektion erfolgen.

  • Dabei trägt ein hoher Strahlungsanteil zu einer erhöhten Behaglichkeit bei, da die Strahlung Objekte im Raum direkt erwärmt.
  • Flächenheizungen haben einen höheren Strahlungsanteil als Heizkörper.
  • Die Sonderform „Konvektoren“ überträgt, wie der Name vermuten lässt, Wärme ausschließlich per Konvektion.

 Weitere Möglichkeiten der Realisierung einer Wärmeübergabe:

  • Warmluftsysteme: Der spezifische Wärmeinhalt der Luft ist im Vergleich zum Wasser sehr gering . Es bedarf daher sehr großer Luftmengen um ausreichende Wärmemengen zu transportieren. Auch sind Temperatur und Einblasgeschwindigkeit der Luft, zwecks eines erträglichen Komforts zu begrenzen. Aus diesem Grund sind Warmluftheizugen nur für Gebäude mit sehr geringem Wärmebedarf  geeignet.
  • Elektroheizungen: Sind als klassische Speicherheizungen am aussterben, erleben aber in Verbindung mit Photovoltaik Anlagen (Eigenstrom) eine Renaissance als Mischung aus Direktheizung und Speicherheizung. Elektroheizungen sind mit geringem Investment, auch nachträglich, erstellbar. Der Strompreis kann sie auf Dauer aber u.U. teuer werden lassen. Eine Sonderform der Elektroheizung sind Strahlungsheizungen

Insgesamt soll das Heizungssystem effizient funktionieren und auch vom Nutzer als wirksam und angenehm empfunden werden.

Dabei muss das Heizungssystem mit den baulichen Randbedingungen und den vorhandenen oder erschließbaren Energiequellen zurecht kommen.

Zudem schränken einige physikalische Gesetzmäßigkeiten die Vielfalt möglicher Lösungen ein.

Wesentlichen physikalisch Grundlagen sind:

  • Die Wirksamkeit eines Übergabeelementes als Raumheizung ist direkt proportional zu seiner wirksamen Oberfläche und seiner mittleren Übertemperatur. Mit kleiner Heizfläche und hoher Übertemperatur erzielt man den gleichen Effekt  wie mit einer großen Heizfläche und kleiner Übertemperatur. Zur Minderung der Verluste in Erzeugung und Verteilung sollte, wo immer möglich, mit niedrigen System-Temperaturen gearbeitet werden. Das führt auch zu effektiver Nutzung erneuerbarer Energien (Wärmepumpe und Solarthermie) und niedriger Rücklauftemperatur für effektive Brennwertnutzung.
  • Die Wirksamkeit eines Übergabeelementes als Raumheizung ist auch direkt proportional zur durchlaufenden Heizwassermenge und der Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf (Spreizung). Mit hohem Volumenstrom und geringer Spreizung ( schneller Durchlauf des Wasser->  geringe Auskühlung) erzielt man den gleichen Effekt wie mit geringerem Volumenstrom bei gleichzeitig größerer Spreizung. (langsamer Durchlauf -> stärkere Auskühlung des Wassers) Bei hoher Spreizung kann die Pumpenleistung verringert werden. Allerdings ist die Einsparmöglichkeit (Pumpenstrom) dank geregelter effektiver Pumpen nicht mehr ausschlaggebend. Eine hohe Spreizung ist mit relativ niedrigem Rücklauf gekoppelt was sich wieder positiv auf Brennwerttechnik auswirkt. Hohe Spreizungen führen auch zu niedrigem Strahlungsanteil einhergehend mit einem Verlust an Behaglichkeit.
  • Die für die Wärmeabgabe wichtigste Größe stellt die Heizmittelübertemperatur dar.Sie ist der wirksame Temperaturunterschied zwischen der mittleren Heizkörpertemperatur und der Raumtemperatur. Sie hängt nicht nur von Vor- Rücklauftemperatur sondern auch von der Raumtemperatur ab. Steigt die Raumtemperatur, sinkt die Heizmittelübertemperatur, und damit die Wärmeabgabe an den Raum. Diese Wirkung wird als Selbstregeleffekt bezeichnet.

Die Zusammenänge / Abhängigkeiten zwischen Vor- Rücklauftemperatur, Spreizung, Übertemperatur und Volumenstrom sind recht komplex. Es ist daher sinnvoll sich zunächst, abhängig von Heizungstyp und thermischer Qualitätauf der Gebäudehülle, auf etablierte Systemstemtemperatursätze abzustützen.

Heizkörper

Heizkörper werden in den unterschiedlichsten Ausführungen angeboten. Die Wesentlichen Typen sind:

  • Radiatoren: Radiatoren sind genormte Heizkörperelemente unterschiedlicher Ausführung. Die Wärmeübergabe erfolgt durch Strahlung und Konvektion:
    • Gliederheizkörper: In Guss- (hohe Lebensdauer, schwer) oder Stahlblechausführung, mit jeweils unterschiedlicher Breite, Tiefe und Gliederanzahl.
    • Plattenheizkörper: Stahlblech mit 1 bis 3 Platten, mit und ohne Konvektionsbleche, glatt oder profiliert, unterschiedliche Breite, Höhe, Tiefe. Mit Plattenheizkörpern lassen sich bei gleichen Abmessungen höhere Heizleistungen als mit Gliederheizkörpern erzielen.
  • Konvektoren: Sind Heizrohre mit aufgesetzten Lamellen. Sie entfalten ihre Wirkung fast ausschließlich durch Konvektion. Die Luftumwälzung kann  durch die enstehende Thermik (Kamineffekt) natürlich erfolgen, oder durch Zwangsumwälzung mittels Ventilator. An Konvektoren lagert sich leicht Staub ab, eine Säuberung vor jeder Heizperiode ist zu empfehlen
  • Sonderbauformen z.B spezielle  Badheizkörper

Heizkörpertypen

                  Guss-Radiator                                 Stahl-Radiator                        Platten-Heizkörper                                       Konvektoren

Bild-GussheizkörperBild-Stahl-GliederheizkörperBild-PlattenheizkörperBild-Konvektoren

Radiatoren

Varianten bei Plattenheizkörpern

Typ-Gußradiator
Typen-Plattenheizkörper
Typ-Stahlradiator

Bewertung der Typen

  • Gliederheizkörper z.B. Stahlradiatoren, Gussradiatoren, Röhrenradiatoren und die Sonderbauform Handtuchheizkörper
    • Gliederheizkörper bzw. Radiatoren (radio/radiant = strahlen) sind die weitest verbreiteten Heizkörper für Warmwasserheizungen. Sie sind die Urform, aus der sich im Laufe der Zeit unterschiedliche Heizkörpertypen entwickelt haben. Die Leistungsbereiche sind sehr variabel, da die Radiatoren, je nach Bauart, durch Aneinanderreihung von Gliedern bzw. durch Vergrößerung von Höhe, Länge oder Tiefe dem jeweiligen Bedarf angepasst werden können.
    • Sie sind robust und korrosionsbeständig (insbesondere Gußheizkörper)
    • Der relativ großer Wasserinhalt macht sie etwas träger als Plattenhheizkörper oder Konvektoren
    • Durch die offene enge Gliederbauweise sind Radiatoren schwieriger zu reinigen. Besonders bei ältere Radiatoren bergen Ecken, Kanten, Grate ein gewisses Verletzungsrisiko (für Schulen, Kindergärten, Krankenhäuser weniger geeignet).
    • Sonderbauformen wie Badheizkörper / Handtuchtrockner sind eher als Zusatzheizung , auf mittlerem Temperaturniveau gedacht. Oft kombiniert mit einer Fußbodenheizung. Dann auf Grund des niedrigen Temperaturniveaus auch mit zusätzlichem Elektroheizstab.
  • Plattenheizkörper / Flachheizkörper
    • Bei zwei- oder mehrlagigen Plattenheizkörpern werden zwei oder mehrere Platten hintereinander angeordnet, die parallel durchströmt werden. Je mehr Platten eingebaut sind, um so geringer ist der Strahlungsanteil. Bei glatter Vorderseite bezeichnet man ihn auch als Planheizkörper. (höchster Stahlungsanteil).
    • Profilierte Platten sind robuster / formstabiler. Glatte Platten einfacher / besser zu reinigen (Krankenhäuser)
    • Die Rückseite des Heizkörpers wirkt als reine Konvektionsheizfläche, während die Vorderseite einen hohen Srahlungsanteil aufweist
    • Plattenheizkörper mit Konvektorblechen auf der Rückseite heißen auch Kompaktheizkörper. Die senkrechten Leitbleche aus Stahlblech- oder Aluminiumlamellen erhöhen die Leistung bei zunehmendem Konvektionsanteil.
  • Konvektoren:Rohrheizkörper und Rippenrohrheizkörper, Sonderformen wie z.B: Sockelheizkörper (auch in Form von Heizleisten / Fußleistenheizung)
    • Sie bestehen aus einem oder mehreren von Heizwasser durchströmten Rippenrohren mit oder auch ohne Verkleidung.
    • Konvektoren arbeiten je nach Einbausituation mit geringem bis Null Strahlungsanteil.
    • Konvektoren haben einen geringen Wasserinhalt, sie sind daher schnell regelbar.
    • Sie benötigen zur Leistungsentfaltung ein hohes Temperaturniveau.
    • Damit eine Konvektion entsteht, sind die lamellierten Rohre in einer z. B. als Luftschacht ausgebildeten Verkleidung untergebracht
    • Sie können auch unterflur eingebaut werden, dann auch mit Ventilator zur Leistungserhöhung.
    • Sie neigen leicht zur Verstaubung (periodische Reinigung nötig) und wirbeln die Luft auf (Vorsicht bei Allergien u.Ä. )
  • Sonderform Fußbodenleisten: Hoher Strahlunganteil, einfacher Einbau (besondere Altbau Eignung) auch bei feuchten Wänden zur Wandtemperierung.

Strahlung / Konvektion

  • Die Wärmeabgabe eines Heizkörpers an die Umgebung erfolgt entweder durch Konvektion (dabei ist Luft der Wärmeträger) oder durch Strahlung (kein Transportmedium erforderlich). Die Wärmeleitung, die  dritte Art der Wärmeübertragung, ist bei Raumheizkörpern so gering, dass sie außer Acht gelassen werden kann.
  • Der Strahlungsanteil heitzt über den Strahlungsaustausch im Raum befindlichen Objekte und Wandflächen direkt auf. Die bestrahlten Bereiche geben ihre Wärme dann per Konvektion an die Raumluft weiter. Eine gleichmäßige geringe Wärmestrahlung über eine relativ große Fläche, wie beispielsweise bei der Fußbodenheizung, macht Strahlungsheizungen physiologisch angenehmer als Konvektionsheizungen.
  • Der Konvektionsanteil des Heizkörpers heizt die Luft direkt über die durch den Heizkörper verursachte Luftströmung auf (Thermik).
  • Konvektionsheizungen  zeichnen sich durch geringe Anlagenkosten und eine gute Anpassung an wechselnden Wärmebedarf (schnelles Aufheizen und rasches Ansprechen auf Regelvorgänge) aus. Sie haben im Vergleich zu ihrer Größe eine hohe Heizleistung. Nachträgliche Änderungen sind mit Heizkörpern allerdings leichter vorzunehmen.
  • Bei vor Fenstern montierten Heizkörpern mit hohem Strahlungsanteil kann die unerwünschte Wärmeabgabe über die Fensterscheibe durch einen Strahlungsschirm hinter dem Heizkörper abgemildert werden. Bei einer Wärmeschutzverglasung sind die Verluste geringer.
Strahlungsanteil bei verschiedenen Auslegungen Platte

Bolzmann Gesetz

Boltzmann-Konstante

Der Strahlungsanteil eines beliebigen Körpers lässt sich mit Hilfe des Stefan Boltzmann Gesetzes berechnen. Danach hängt die abgegebene Leistung von der absoluten Oberflächentemperatur und der abstrahlenden Fläche ab.

In der Grafik oben wurde nach dieser Formel die Strahlungsleistung von Plattenheizkörpern (Typ 10 und Typ 22) für verschiedene Auslegungsvarianten berechnet. (als Emmisionsgrad wurde 1 angenommen, real eher bei 0,95 , die strahlende Fläche beträgt 1 m2).

Die Kurven darüber zeigen die Gesamtleistung der Plattenheizkörper (Leistung nach Herstellerangaben bei verschiedenen Auslegungen ( sichtbare Heizköperfläche beträgt im Rechenbeispiel =1m2).

Die Kurven zeigen, dass der Strahlungsanteil sich mit steigenden Temperaturen leicht verringert, und dass bei einer größeren Konvektionsfläche (Typ 22) aber gleicher Strahlungsfläche (vordere Platte) der Strahlungswert zwar absolut gesehen gleich bleibt, aber infolge stark vergrößerter Heizfläche (2. Platte, Konvektionsbleche) anteilig kräftig schrumpft.

Nun bewegen sich die errechneten Strahlungsanteile auf niedrigerem Niveau, als in der Literatur oft zitiert. Nimmt man als Beispiel den Typ10 bei Auslegung 50/45/20 so beträgt der Strahlungsanteil (199/557*100) = 36%. Zitiert werden Werte >= 55%.

Die in der Rechnung verwendete Leistung der Heizkörper ist die Normheizleistung ohne Abschläge. Nimmt man z.B. eine Leistungsminderung durch Anschluss und Einbau von z.B. 15% an, reduziert sich die Leistung aus o.g. Beispiel (50/45) auf 557-15% = 557-83 = 474 W. Der Strahlungsanteil der sich im Absolutwert durch die Einbausituation nicht wesentlich verändert wäre dann schon 42%. Also sind  bei Abschirmung auch Werte > 50% vorstellbar.

Strahlungsoptimierte Plattenheizkörper

Bei einem neuen Typ mehrlagiger Plattenheizkörper sind vordere und hintere Platte(n) in Reihe geschaltet, sodass insbesondere im Teillastbetrieb und während der Aufheizzeit die vordere Platte schneller auf Tempertur kommt, derweil die hintere Platte zunächst nur als Strahlungsschirm wirkt. Die mittlere Übertemperatur der Vorderplatte ist damit höher als bei konventionellem Betrieb. Damit ist auch der Strahlungsanteil zum Raum höher.

(z.B: Kermi: therm-X2 , nach Weksangaben 100% höherer Strahlungsanteil im Teillastbetrieb, 11% Energieeinsparung.

https://www.kermi.de/raumklima/warum-therm-x2-energiesparheizkoerper/).

Auch andere Hersteller liefern vergleichbare Produkte z.B. Stelrad Novello ECO

Serieller-durchströmter-HK

 

Thermogrfie der Heizkörpererhitzung bei unterschiedlichen Betriebszuständen.

* Testbedingungen: Heizkörpertyp: 22 (Höhe = 600 mm, Länge = 1.000 mm) bei einer Einstellung von 70/55/20 °C.Quelle:STELRAD

Leistungsminderung

Leistungsminderung durch Lage der Anschlüsse

Bei der Auslegung sind neben den Systemtemperaturen auch Leistungsminderungen zu berücksichtigen, die sich aus dem Einbau ergeben können. Hauptsächlich handelt es sich dabei um die Heizkörperanschlussart und die Einbausituation.

Bei den Heizkörperanschlussarten unterscheidet man:

  • (1) gleichseitigen Anschluss, Vorlauf oben und Rücklauf unten,
  • (2) wechselseitigen Anschluss, Vorlauf oben und Rücklauf unten,
  • (3) wechselseitigen Anschluss, Vorlauf und Rücklauf unten (reitender Anschluss bei Einrohrheizung),
  • (4) gleichseitigen Anschluss, Vorlauf und Rücklauf unten.

Als normkonformer Einbau eines Heizkörpers (bei Prüfung nach DIN EN 442) gilt, wenn Vor- und Rücklauf gleichseitig und mit Vorlauf oben angeschlossen sind (1).

Korrektur Heizkörperleistung Anschlussart

Der gleichseitige oder wechselseitige Anschluss mit Vorlauf oben (1,2) zeigt bei dem Betrieb des Heizkörpers mit Nennlast und Nennheizmittelstrom keinen Leistungsunterschied und keine Leistungsminderung.

Die Leistungsminderung bei anders geartetem Anschluss tritt auf, weil der Heizkörper nicht mehr gleichmäßig durchflossen wird und somit in bestimmten Bereichen ein Defizit an Wärmeabgabe entstehen kann.

  • der Anschluss wechselseitig Vor- und Rücklauf unten (3), zeigt eine Leistungsminderung bis 20 % (zudem ist der Einbau einer Stauscheibe vorzusehen)
  • der Anschluss gleichseitig Vor- und Rücklauf unten (4) zeigt Minderungen bis zu 15 %.

Haupteinsatzgebiet  für (3) und (4) sind Einrohrheizungen.

Für moderne Heizkörper werden je nach baulichen Voraussetzungen verschiedene Anschlussmöglichkeiten angeboten, die im vorgegebenen Rahmen dann auch immer die vom Hersteller ausgewiesenen Leistungsdaten garantieren.

Leistunsminderung durch Art des Einbaus

Leistungsminderung Bodenabstand Heizkörper

Empfohlene Mindestabstände bei Einbau von HeizkörpernEinbau von Heizkörpern

Leistungsminderung bei Heizkörperabstand zu Nischenunterkante

Bei der Leistungsabgabe spielen der Einbau vor der Wand und der Einbau in Nischen die größten Rollen.

Die Mindestabstände nach VDI-6030 für einen Heizkörper frei vor der Wand betragen:

  • zur Wand mindestens 50 mm,
  • zum Fußboden mindestens 100 mm.

Dabei sind keine Leistungsminderungen zu berücksichtigen.

Unterschreitung dieser Maße führt zu einer Leistungsminderung.

 

Eine besondere Leistungsminderung durch den Einbau liegt vor bei Einbau:

  • in Heizkörpernischen,
  • unter Fensterbänken,
  • hinter Heizkörperverkleidung, Gardinen oder Vorhängen. Eine Heizkörperverkleidung kann zu Einbußen von bis zu 15% führen.

Beispiele für Leistungsminderungen durch abweichenden Einbausituationen zeigen nebenstehende Grafiken. Zudem gilt generell: Größere Bauhöhen verringern die Einbußen, steigende Bautiefe erhöht die Einbußen.

Leistungseinbußen führen zu erniedrigter Übertemperatur.

Weitere Minderungsgründe: z.B. Einbau hinter Schrank, unter Küchenplatte, hinter Vorhang,

Heizkörper in Räumen die ans Erdereich Grenzen

Heizkörper in Räumen die ans Erdreich grenzen bei Außentemperatur geführter Vorlauftemperatur:

Werden Heizkörper für Räume die ans Erdreich grenzen (Keller) entsprechend Heizlastberechnung ausgelegt, kann es in der Übergangszeit zu einer Unterversorgung kommen. In der Übergangszeit (knapp unterhalb der Heizgrenze) kann es dazu kommen, dass die Luft z.B schon 14oC aufweist (bei entsprechend gesenkter Vorlauftemperatur), die Außenwände des Kellers aber auf Grund der langsamen Bodenerwärmung noch nicht vergleichbar nachgezogen haben.

Auslegung der Heizkörperheizung

Die Auslegung der Heizung erfolgt in den Schritten

  • Festlegung der Auslegungstemperaturen (Vorlauf- Rücklauf- Raumtemperatur)
  • Berechnung der Heizlast (je Raum)
  • Berücksichtigung von Minderungs-Faktoren
  • Auswahl des /der Heizkörper entsprechend der Raumheizlast.
  • Berechnung des erforderlichen Massenstromes
  • Auswahl Pumpe und Pumpenkennlinie

Festlegung der Systemtemperaturen

Zusammenhang : Unterschiedliche Spreizung <-> Volumenstrom bei konstanter Heizleistung
Rück-Vor-Sprei-klein

Die Dimensionierung einer Anlage erfolgt für den Auslegungsfall. Dieses ist der kälteste Tag im Jahr (regional unterschiedlich), für diesen wird der Wärmebedarf ermittelt und für diesen Fall werden die Auslegungstemperaturen (Vor-, Rücklauf- und Raumtemperatur) festgelegt.

  • Grundsätzlich ist ein niedriges Temperaturniveau in der Heizanlage zu bevorzugen (geringe Verluste). Zudem erfordern neuere Technologien niedrige Vorlauftemperaturen, wenn sie optimal arbeiten sollen (Thermische Solaranlagen, Wärmepumpen, Brennwertkessel).
  • Bei gleichem Heizwärmebedarf ermöglichen große Heizflächen (Fußboden, Wand / Deckenheizungen) niedrigere Vorlauftemperaturen.
  • Bei reduziertem Heizwärmebedarf (z.B: nachträgliche Dämmung des Gebäudes) kann bei gleicher Heizflächengröße die Vorlauftemperatur gesenkt werden.
  • Eine bestimmte (gleiche) Leistung eines Heizkörpers bzw. Systems kann mit unterschiedlichen Spreizungen erreicht werden (siehe Grafik links)
  • Eine Erhöhung der Spreizung hat eine Verminderung des Volumenstromes zur Folge (kleinere Pumpengröße / geringerer Druck).
  • Verminderung der Spreizung führt zu erhöhten Volumenstrom (größere Pumpe / höherer Druck),
  • In der Praxis ergeben sich sinnvolle Auslegungswerte aus dem Wärmebedarf des Gebäudes, dem eingesetzten Kessel und der Form der Wärmeübergabe. Je nach Heizsystem sind Spreizungen von 10 (Niedertemperatur) bis 25 Grad (Hochtemperatur) üblich.Übliche Vorlauf- Rücklauftemperaturen sind: Alte Anlagen (Schwerkraft) 90/70, Niedertemperatur Radiatorenheizungen 65/45 bis 50/40, Fußboden- Wandheizungen 40/30 bis 30/25

Grenzwerte bei der Auslegung: Spreizung nicht grösser 25oC / Wärmeübertragerkennwert ≥ 0,3 / Mindestvolumenstrom aller Heizkörper 15l/h /Druck am weitest erntfernten Heizkörper       / kleinst möglicher Ventileinsatz (kVS-Wert)

Heizkörperauswahl

Die Grundlage der Wärmeleistung eines Heizkörpers ergibt sich aus:

(1)  Q = m *cwv - ϑR) [W]

(2)  Q = k *  A * ϑ [W] 

(1) spezifiziert die dem Heizkörper zu zuführende Leistung (Massenstrom / Volumenstrom)

(2) spezifiziert die vom Heizkörper abzugebende Leistung

Beide Werte sind prinzipiell gleich groß und entsprechen der Heizlast (ohne Zu- Abschläge)

(A ist die für die Wärmeübertragung des Heizkörpers relevante Fläche)

Die Wärmeleistung wird dabei als vom Heizkörper abgegebene Wärme im Auslegungszustand betrachtet. Sie ist unter sonst gleichen Bedingungen abhängig von:

  • der wirksamen Temperaturdifferenz ϑV - ϑR für die Wärmeabgabe zwischen Vor- und Rücklauftemperatur (Spreizung)
  • und der Übertemperatur des Wärmeträgers ϑ

Heizmittelübertemperatur

Temperaturen Heizkörper

Die für die Wärmeabgabe wichtigste Größe stellt die Heizmittelübertemperatur dar. Sie ist der wirksame Temperaturunterschied zwischen der mittleren Heizkörpertemperatur und der Raumtemperatur. (Exakt wird das Mittel als logarithmisches Mittel bestimmt, näherungsweise auch als arithmetisches Mittel).Sie ergibt sich als

mittlere arithmetischen Übertemperatur:

(3)  mittlere arithmetische Übertemperatur

mittlere logarithmischen Übertemperatur:

(4) mittlere logarithmetische Übertemperatur

Normauslegungszustand

Für Temperaturbezeichnugen gelten folgende Konventionen:

  • Raumtemperatur : ϑi,R = ϑi = ϑL
  • Heizmitteltemperatur = Vorlauftemperatur ϑV am Heizkörper

Die Hersteller weisen die Leistung ihrer Heizkörper für den Normauslegungszustand aus.

Die Norm-Auslegungstemperatur nach DIN EN 442 ist:

  • Vorlauftemperatur: 75 °C,
  • Rücklauftemperatur: 65 °C,
  • Raumlufttemperatur: 20 °C.

Bei Normauslegungsbedingung von 75/65/20 °C ergibt sich die Normauslegung-Heizmittelübertemperatur entsprechend (3) und (4) zu:

  • arithmetischen Übertemperatur ϑN = 50 K
  • logarithmischen Übertemperatur ϑN = 49,83 K

Weichen die Ist-Auslegungstemperaturen von den Norm-Auslegungstemperaturen ab (abweichende Heizmittelübertemperatur), ist die Auslegungs-Übertemperatur zu berechnen. Ob mit arithmetischen Mittel oder mit logarithmischem Mittel zu rechnen ist, bestimmt das Temperaturdifferenz Verhältnis c:

(5)  Hk-Temperaturdifferenz-Verhältnis

Ist c ≥ 0,7, ist die arithmetische Übertemperatur, bei c < 0,7 die logarithmische Übertemperatur zu wählen.

Da der Ansatz c > 0,7 bei den am häufigsten angewandten Systemtemperaturen vorliegt, wird i. d. R. die arithmetische Übertemperatur angewandt.

Normheizlast

Die Normheizlast eines Heizkörpers ist die Heizleistung bei Normauslegungstemperaturen. Die Auslegungs-Wärmeleistung QH eines Heizkörpers ergibt sich aus der Norm-Heizlast HL entsprechend DIN EN 12831(Raumweise Heizlastberechnung):

(6) QH = HL

Abweichende Systemauslegung/Systemtemperaturen

In der Regel herrschen von der Normauslegung abweichende Verhältnisse. Dann muss die Norm-Leistung des Heizkörpers an die abweichenden Verhältnisse angepasst werden.

Die Abhängigkeit der Heizkörperleistung von der Übertemperatur des Heizmediums wird durch die Normkennlinie dargestellt, die durch Prüfverfahren nach DIN EN-442 erstellt wird. Die Gleichung der Norm-Kennlinie eines Heizkörpers ist:

(7)  Allgemein:  Φ = KM * (ΔT)n

Konstanten für das Heizkörpermodell KM und der Heizkörperexponent n sind Herstellerangeben, ΔT ist die Heizmittelübertemperatur

Die Norm-Wärmeleistung nach DIN 4703 Teil 3 für die Heizfläche ergibt sich bei c ≥ 0,7:

Aus (6):  QH = KM * (Δϑ)und  QH,N = KM * (ΔϑN)n  lässt sich ableiten:

 QH,N verhält sich zu QH wie (ΔϑN)n  zu  (Δϑ)n

(8) Verhältnis  Auslegungsleistung zu Normheizleistung Formel-Heizlast-Normheitlast Der Wert Korrekturfaktor F  wird auch als Korrekturfaktor F bezeichnet

QHN = QH * F

Übliche Werte für den Heizkörperexponenten n sind:

  • Fußbodenheizung n = 1,10,
  • Flachheizkörper n = 1,26...1,33,
  • Handtuchradiator n = 1,20...1,30,
  • Konvektoren n =

Für die Auslegung der Heizkörper nach DIN 4703 Teil 3 wird ein Heizkörperexponent von 1,3 verwendet.

Wählt man Heizkörper mit Hilfe von Hersteller-Planungsunterlagen aus, ist darauf zu achten, dass die entsprechenden Tabellen bzw. Diagramme für andere Systemtemperaturen, z. B. 70/55/20 °C, oft schon vorliegen und somit eine Umrechnung entfallen kann. Es werden dann, die mit der aktuellen Auslegung kompatiblen Werte eingesetzt.

Wiederaufheiz-Zuschlag

Für Räume mit unterbrochenem Heizbetrieb nach DIN EN 12831 können für das Wiederaufheizen eines Raumes nach unterbrochenem Heizbetrieb max. zulässige Wiederaufheizzeiten definiert werden. Die geforderte Wiederaufheizzeit bestimmt dann die Höhe der dafür erforderlichen Zusatzheizlast.

Die Wiederaufheizleistung (ΦRH) für Räume mit unterbrochenem Heizbetrieb, wird wie folgt berechnet:

ΦRH,i = Ai * fRH      A = Raumfläche [m2] , RH steht für refresh heating

Die sich aus der Festlegung für eine bestimmte Wiederaufheizzeit ergebenden Werte für Wiederaufheizfaktoren (fRH in [W/m2]) sind den Tabellen des nationalen Anhangs zur EN 12831 zu entnehmen. Der Faktor berücksichtigt die Wiederaufheizzeit, die Gebäudemasse und die Höhe des angenommenen Temperaturabfalls während der Absenkphase (zwei Tabellen je Luftwechselrate)

An Stelle einer Überdimensionierung können kurze Wiederaufheizzeiten einfacher und effektiver durch die Möglichkeiten heutiger Regeltechnik erreicht werden (z.B.: Kurzzeitige Anhebung der Vorlauftemperatur)

Regelbarkeit der Heizkörperheizung

Zur Regelung einer Heizungsanlage sind zwei grundsätzliche Verfahren möglich und sinnvoll:

  • Regelung der Vorlauftemperatur: Hierzu wird die Vorlauftemperatur dem Wärmebedarf angepasst. Als Führungsgröße kommt dazu die Außentemperatur und/oder die Raumtemperatur in Betracht. Zur Regelung über die Außentemperatur werden in der Steuerung Heizkurven hinterlegt, die die Anhängigkeit der Vorlauftemperatur von der Außentemperatur beschreiben. Die Regelbarkeit über die Vorlauftemperatur weist über den gesamten Regelbereich ,abhängig vom Heizkörperexponenten, ein nahezu direkt proportionales Verhalten auf (Bild Regelung über Vorlauftemperatur)
  • Regelung des Massenstroms: Diese Art der Regelung wird zumeist zusammen mit der Führungsgröße Raumtemperatur benutzt. Stellglied ist in diesem Fall ein Thermostatventil. Diese Art der Regelung setzt, damit sie wirksam ist, Anforderungen an Ventilautorität und Wärmeübertragerkennwert voraus.

Wärmeübertragerkennwert

Abhägigkeit der HK-Wärmeleistung von der HK-Übertemperatur

Heizkörperkennlinien-Regelung durch Volumenstrom

Wärmeübertrager-Kennwert-aa Wärmeübertragerkennwert

tV Vorlauftemperatur

tR Rücklauftemperatur

ti Innentemperarur

Bei Auslegungs-Rücklauftemperatur = Raumtemperatur ist die Heizkörperkennlinie eine Gerade (a = 1, theoretischer Fall)

Der Verlauf der Kennlinien zeigt, dass bei kleiner werdenden a-Werten (kleinere Spreizung, kleinere Vorlauftemperatur) die Beeinflussbarkeit der Heizleistung durch Volumenstromregelung abnimmt.

Der Wärmeübertragerkennwert ist damit ein Maß für die Regelbarkeit der Heizflächenleistung durch Volumenstromänderungen (Ventile).

In Systemen mit geringem Wärmeübertragerkennwert (z. B. Auslegung auf 60/50 °C, a=0,25) bedeutet eine Volumenstromänderung praktisch keine Leistungsänderung. Die Heizflächen lassen sich daher in solchen Fällen durch die Heizkörperventile verhältnismäßig schlecht regeln. Andererseits werden in Netzen mit geringen Wärmeübertragerkennwerten die Auswirkungen hydraulischer Fehler vermindert spürbar.  Auch bei großen Volumenstrom-Schwankungen (z.B. fehlender Hydraulischer Abgleich) geben Heizkörper annähernd die gleiche Leistung ab.

Für eine Regelung über weite Bereiche bietet sich daher eine Regelung über die Vorlauftemperatur an, mit der über den ganzen Temperaturbereich zuverlässig und genau geregelt werden kann (siehe Heizkurve).

Für eine brauchbare Volumenstromregelung über Thermostatventile sollte der a-Wert >= 0,2 besser >= 0,3 sein.

Genereller Aufbau der Fußbodenheizung

genereller Aufbau einer Fussbodenheizung, steigleitungen, Geschossverteiler, Heizkreise

Eine Fußbodenheizung unterscheidet sich von einer Heizkörperheizung durch die Art der Verteilung und durch die Realisierung der Heizflächen.

  • Die Verteilung erfolgt über Steigleitungen von Stockwerk zu Stockwerk zu den Heizkreisverteilern. In diesen Verteilern beginnen und enden die im Fußboden verlegten Heizkreise. Zudem enthält der Verteiler je Heizkreis die erforderliche Ventiltechnik (Absperr- Entlüftungs- Regelventile,Füll-  und Entleerungshahn, und u.U. Volumenstrom Anzeigeeinrichtungen.
  • Die Heizkreise sind auf der Decke verlegte Rohre, die vom Heizwasser durchflossen werden. Der detaillierte Fußbodenaufbau und die Art der Verlegung variieren je nach verwendetem System.

Die Fußbodenheizung wird auch als Flächenheizung bezeichnet. Mit ihr lassen sich wesentlich größere Heizflächen je Raum realisieren als mit Heizkörpern. Dies führt zum wesentlichen Vorteil der Fußbodenheizung: Da die Fläche des „Heizkörpers“ Fußbodenheizung grösser ist als die Flächen-Summe der sonst einzusetzenden Heizkörper im selben Raum, kann mit einer geringeren Heizleistung / m2 Heizfläche gearbeitet werden. Auch, die erforderlichen  Vor- Rücklauftemperaturen sind niedriger. Niedrigere Temperaturen im Heizsystem senken die Heizungsverluste und sind insbesondere für die Nutzung erneuerbarer Energien von Vorteil (Wärmepumpen, Solarthermie).

  • Die Fußbodenheizung ist behaglich. Die milde Strahlungswärme von unten sorgt für warme Füße und einen kühlen Kopf.
  • Die Fußbodenheizung ist wirtschaftlich: Die großflächige "Wärmequelle" reduziert durch ihr niedriges Temperaturniveau die Heizungsverluste.
  • Die Fußbodenheizung ist umweltfreundlich: Das niedrige Temperaturniveau prädestiniert die Fußbodenheizung für den Betrieb mit erneuerbaren Energien wie Wärmepumpe und Solarkollektoren und PV.
  • Die Fußbodenheizung ist sauber und für Allergiker geeignet: Es wird so gut wie kein Staub aufgewirbelt und die Schimmelpilzbildung wird minimiert.
  • Die Fußbodenheizung flexibel: Unterschiedliche Systeme ermöglichen die Anpassung an verschiedenste bauliche Gegebenheiten. Sie arbeitet mit einer Vielzahl von Heizsystemen zusammen.
  • Die Fußbodenheizung ist unsichtbar: sie kommt ohne störende Heizelemente an der Wand, spart Raum  und eröffnet neue Gestaltungsmöglichkeiten.
  • Die Fußbodenheizung eignet sich für Neubau oder Bestandsbau. Speziell für die Altbaumodernisierung wurden die Systeme mit niedriger Bauhöhe entwickelt.

Varianten des Fußbodenaufbaus

Aufbau Fussbodenheizung im Trockenbau.

Fußbodenheizungen sind im Nasssystem oder im Trockensystem erstellbar

Im Nasssystem liegen die Heizrohre im Estrich. Die Trockenbauvariante führt die Heizrohre in der Dämmung in speziellen dafür gefertigten Dämmplatten. Dies schränkt die Flexibilität bei der Verlegung etwas ein.

Die Einbettung der Rohrleitungen im Estrich (Nasssystem) führt zu einem geringen Wärmeübergangswiderstand Rohr -> Estrich. Um zu vergleichbar guten Ergebnissen im Trockenbau zu kommen, werden dort häufig Wärmeleitbleche oder eine Alukaschierung der Montageplatte verwendet

  • Trockensystem
    • es sind niedrige Aufbauhöhen erreichbar, die  Gewichtsbelastung der Decke ist geringer, was diese Variante für die Anwendung im Altbau besonders geeignet erscheinen lässt.
    • Die Aufheizphase ist kürzer, die Heizung reagiert schneller auf Regeleingriffe was von Vorteil sein kann
    • Es gibt Einschränkungen bei der Verlegegeometrie
  • Nassystem
    • In der Regel etwas höherer Aufbau, im Neubau heute der Standard
    • träge Heizung (Aufheizung, Regelung), aber große Wärmespeichermasse kann z.B. Sperrzeiten (Wärmepumpe) überbrücken. Unter Umständen auch als Wärmepuffer einsetzbar.

Die Wärme-Trittschalldämmschicht kann Teil der Verlegeplatte sein oder als extra Schicht(en) unter der Verlegeebene eingebaut werden. Dämmstoff ohne Trittschalleignung sind vom Anwendungstyp DOD mit der Eigenschatf tk (keine Anforderungen an die Verformung). Trittschalldämmplatten bestehen ebenfalls aus einem Dämmmaterial, i.d.R. aus Polystyrolschaum oder Mineralfaser vom Anwendungstyp DES und den Eigenschaften sh/sm/sg (Kennzeichnung der Zusammendrückbarkeit). Sie wirken auch gleichzeitig als Wärmedämmung . Im Standard-Wohnungsbau sollte die Dämmplatte den Trittschall um mindestens 29 dB verbessern. Eine Trittschalldämmung ist auch daran zu erkennen, dass die Dicke immer in zwei Werten angegeben wird, z.B. 38/35 mm. Die Differenz aus beiden Werten ergibt die maximal mögliche Einfederung unter Belastung.

Als Heizestrich kommen Zementestrich oder Anhydritestrich zum Einsatz

  • Letzterer hat den Vorteil kürzerer Trocknungszeit, er ist aber empfindlich gegen Feuchtigkeit und er darf nur bis max 50 0C aufgeheizt werden. Infolge seiner geringeren Wärmeausdehnung sind auch Flächen > 40m2 fugenlos herstellbar. Auch die Aufbauhöhe kann ca. 1cm geringer ausfallen. Er muss vor Belegung abgeschliffen werden falls geklebt werden soll.
  • Zementestrich ist belastbarer, unempfindlich gegen Feuchte, benötigt aber eine längere Trocknungszeit
Aufbau einer Fußbodenheizung im Nasssystem
  • Die Abdeckfolie schützt die Dämmung vor eindringender Feuchte bei der  Estrich Verlegung.
  • Liegt die Decke auf dem Erdreich muss zwischen Dämmung eine Decke eine Feuchtigkeitssperre eingebaut werden.
  • Um Bauhöhe zu sparen wird oft PUR als Dämmmaterial verwendet.
  • Estrichdicke min. 6cm, min 4cm Rohrüberdeckung
  • Der Randdämmstreifen soll die Ausdehnung des Estrich bei Erwärmung aufnehmen, min. Dicke: 8mm

 

 

Darunter liegender beheizter Raum

 

Unbeheizter oder in Abständen beheizter darunter liegender Raum oder direkt auf dem Erdreich *

Darunter liegende Außentemperatur

Auslegungs-Außen-temperatur

Auslegungs-Außen-temperatur

Auslegungs-Außen-temperatur

Td  ≥ 0°C

0°C > Td  ≥ -5°C

-5°C > Td  ≥ -15°C

Wärmeleit- Widerstand m2 * K/W

0,75

1,25

1,25

1,5

2,00

Auszug aus DIN 18202, April 1997, Tabelle 3

Die erforderliche Dicke der Dämm- Trittschallschicht (Wärmeleitwiderstand) ist auch abhängig von Temperaturniveau an der Unterseite des Bodens (Grenze zu: beheizt, unbeheizt, Außenluft, Erde).

Grenzwerte die bei einer Fußbodenheizung zu beachten sind

Bei der Verlegung der Heizkreise sind verschiedene Randbedingungen zu beachten:

Damit die Heizung auch bei Volllast (kältester Tag) für die Bewohner „erträglich“ bleibt und die thermischen Spannungen im Fußbodenaufbau nicht zu Problemen führen. Hier gibt es mehrere Grenzwerte die zu beachten sind.

    • Maximale Oberflächentemperatur des Fußbodens
    • Differenz zwischen maximaler Oberflächentemperatur und Raumtemperatur
      • Randzone: 15K
      • Aufenthaltszone: 9K
    • Maximale Vorlauftemperatur: 55oC

Damit Estrich und Belag im Störfall keinen Schaden nehmen, muss die max. Vorlauftemperatur überwacht werden. Zumeist durch einen Anlegethermostaten im Vorlauf nach dem Mischer. Der auf eine feste Temperatur eingestellte Thermostat schaltet bei Temperaturüberschreitung die Pumpe stromlos.

Damit die erforderliche Pumpenleistung und die Fließgeräusche nicht zu hoch werden

    • größte erlaubte Heizkreislänge: 100m bis 120m (kann abhängig vom Rohrdurchmesser variieren)
    • max. 300 mbar Differenzdruck für jeden Heizkreis

Daraus ergibt sich auch eine maximale Feldgröße von 40m2 und eine Grenzwärmestromdichte von:

  • Wohn und Geschäftsräume: 100 W/m2
  • Badezimmer: 100 W/m2
  • Randzonen: 175 W/m2

Struktur der Fußboden-Heizkreise

Rohrführungen einer Fußbodenheizung, Mäanderförmig, Bifilar, Temperaturverteilung

Grundsätzlich ist der Verlegeabstand der Rohre das Mittel mit dem unterschiedliche Heizleistungen / m2 realisiert werden können (großer Abstand -> geringe Heizleistung, kleiner Abstand-> größere Heizleistung). Dabei sind immer die Grenzwerte einzuhalten. Die Grenzwerte verlangen u.U. auch eine Aufteilung in mehrere Heizkreise pro Raum. Ein weiterer Aspekt ergibt sich aus der Lage eines Raumes. So kann es sinnvoll sein, Teile eines Raumes unterschiedlich stark zu beheizen (unterschiedliche Verlegeabstände). Eine höhere Heizleistung (Wärmestromdichte) kann z.B. an kalten Außenwänden oder großen Fensterfronten (Randzonen) erwünscht sein, um gleichmäßige Raumtemperaturen zu erzielen und evtl. Zugerscheinungen vorzubeugen. In Räumen die heutigen Energiestandards entsprechen ist dies in der Regel nicht mehr erforderlich.

 

Heizkreise können bifilar (schneckenförmig) oder Mäanderförmig verlegt werden. Auch Doppelmäander mit Überkreuzung Vor- Rücklauf im Bereich der Wendebögen sind möglich.

  • Bei mäanderförmiger Verlegung nimmt die Temperatur des Heizrohres vom Vorlauf (Vorlauftemperatur) beginnend gleichmäßig bis zum Rücklauf (Rücklauftemperatur) ab. Dies kann z.B. in der Randzone genutzt werden (Vorlauf Außen, Rücklauf innen)
  • Durch eine bifilare Rohrführung erreicht man über das gesamte Feld eine gleiche Mitteltemperatur (üblich in der Aufenthaltszone).

Bei der Verlegung ist es sinnvoll die ganze zur Verfügung stehende Fläche auszunutzen. Aus baulichen Gründen kann es erforderlich sein, bestimmte Bereiche auszusparen z.B. Dusche, unter der Badewanne, Bereiche einer Einbauküche oder unter festen Einbauschränken. Hierbei ist immer darauf zu achten spätere Umbaumöglichkeiten nicht unnötig einzuschränken.

Als Rohrmaterial kommt Kupfer oder Kunststoff zum Einsatz

Kunststoff: Handelsüblich sind Fußbodenheizungsrohrmaße aus Kunststoff und Verbundstoffen von: (Außendurchmesser x Wanddicke in mm) 12 x 2 bis 20 x 2, dazwischen liegen die Maße 14 x 2, 16 x 2  und 17 x 2.

Man findet auch Verbundrohre mit den Maßen 26 x 3 und 32 x 3 Millimeter.

Die Rohre werden als Meterware von der Rolle gehandelt.

Kupferrohr:  wird üblicherweise in Ringen zu 50 Metern gehandelt, ab einer Stärke von 18 Millimetern zu 25 Metern. Übliche Maße: 6 x 1, 8 x 1, 10 x 1, 12 x 1, 15 x 1, 18 x 1 und 22 x 1 Millimeter.

Übliche Verlegeabstände (VA) sind: 10, 15, 20, 25, 30cm

Bei gleicher Vorlauftemperatur gelten folgende Zusammenhänge:

  • Ein dickeres Rohr kann einen höheren Wärmestrom übertragen als ein dünneres Rohr (größere Rohroberfläche). Das erlaubt dann größere Verlege Abstände.
  • Ein dickeres Rohr benötigt in der Regel auch größeren Durchmesser am Wendebogen. Der Biegeradius sollte das Fünffache vom Außendurchmesser des Innenrohres nicht überschreiten.
  • Ein dickeres Rohr hat einen kleineren Fließwiderstand (größere Heizkreislänge oder geringerer Pumpendruck sind möglich)
Fußbodenheizung: Heizkreisanordnung / Aufteilung in Randzone und Aufenthaltszone

Regelung der Fußbodenheizung

Die Regelung der Fußbodenheizung erfolgt wie bei der Erwärmung mit Heizkörpern über eine Außentemperatur geführte Vorlauftemperatur; direkt über die Steuerung des Kessels oder, falls auch Heizkörper zu versorgen sind, über einen Außentemperatur geführten Mischer.

Der Einfluss der Raumtemperatur kann mittels ferngesteuerten Ventilen im Heizkreisverteiler berücksichtigt werden (siehe auch). Diese Art der Steuerung braucht Fremdenergie (Kabel/Funk).

Die Reaktion auf Regeleingriffe wirkt sich -abhängig von den zu beheizenden Massen- verzögert aus. In einem schweren Gebäude mit einer schweren Fußbodenheizung (Nasssystem) kann die Verzögerung bis zu 4 Stunden betragen. Die Trägheit der Fußbodenheizung “übersieht” kurzzeitige (< 1-2 Stunden) Raumtemperatur Abweichungen. Länger dauernde Abregelungen können aber zur  kompletten Auskühlung des Estrichs führen, sodass bei Wegfall der Fremdwärmequelle wieder eine längere Aufheizzeit benötigt wird.Dies macht Funktionen wie raumweise Regelung oder Nachtabsenkung u.U. überflüssig. Eine raumweise Regelung ist aber auch dann sinnvoll, wenn mitttel- oder längerfristig Räume abweichend von der Auslegung temperiert werden sollen (unbenutzte Räume, niedriger als geplant beheizte Räume).

Selbstregeleffekt

(1) q = 8,92 x (ϑob - ϑi)1,1 siehe Wärmestromdichte

Näherungsformel aus (1)

q 11 x (ϑob - ϑi)

D.h. der Wärmestrom ist direkt proportional Δϑob

Ändert sich die Raumtemperatur, dann verringert sich auch Δϑob ,und damit auch der Wärmestrom (kleinere Spreizung)

Geht man von einer Oberflächentemperatur von 25oC aus (Δϑob = 5 K) und erhöht sich die Raumtemperatur auf Grund von Fremdwärme um 1 oC, wird Δϑob = 4. Der Wärmestrom verringert sich im gleichen Verhältnis 4/5, also um 20%. Damit sinkt auch die Wärmeleistung um 20%.

Bei Δϑob = 9 K wäre das Verhältnis 8/9 also eine Reduktion um 11%

Diese Rechnung findet man so in vielen Veröffentlichungen. Dieser Effekt wird auch als Selbstregeleffekt bezeichnet.

Dies ist eine theoretische Betrachtung die das Prinzip erläutert.

Real muss man beachten, dass die Heizung weiter mit gleicher Vorlauftemperatur und gleichem Massenstrom (bei verringerter Spreizung) läuft. Die Verluste von Verteilung und Speicherung bleiben daher konstant (werden auf Grund der geringeren Spreizung sogar höher). Auch die Wärmeabgabe z.B. nach unten zu unbeheizten Räumen erfolgt unvermindert weiter. Der Strahlungsanteil der Fußbodenheizung kann noch weiter Wärme an evtl. kühlere Wände abgeben. Insofern ist der Selbstregeleffekt nicht ganz so effektiv wie rechnerisch demonstriert.

Die Selbstregelung erzielt nicht die gleiche Wirkung wie eine raumweise Regelung und macht diese nicht unbedingt überflüssig.

Verteiler

Geschoss-Verteiller

Funktionen des Geschossverteilers einer Fußbodenheizung mit Regelungs- Einstellmöglichkeiten

Der Heizkreisverteiler ist über eine Steigleitung mit Vor- und Rücklauf der Heizkessels verbunden. Im Verteiler beginnen und enden die im Fußboden verlegten Heizkkreisschleifen. Üblicherweise gibt es im Wohnhaus (EFH) je Stockwerk einen Verteiler. Die Festlegung auf einen Verteiler ist aber nicht zwangsläufig; wenn es die Anzahl der Heizkreise oder die Geometrie des Gebäudes erfordert, können pro Stockwerk auch mehrere Verteiler installiert werden (z.B. Vermeidung durchlaufender Zuleitungen für andere Räume). Durchlaufende Rohre, müssen im Durchlaufbereich gedämmt sein (Sie gehören zum Regelkreis eines Raumes ungleich dem durchlaufenen).

Zudem enthält der Verteiler je Heizkreis die erforderliche Ventiltechnik.

  • Absperrventile, Entlüftungsventile
  • Ventile zur Voreinstellung (Hydraulischer Abgleich)
  • Zur Unterstützung beim Abgleich oder zur Kontrolle können zusätzlich auch noch einfache Durchflussanzeiger vorhanden sein.
  • Handabsperrventile oder Stellglieder für die raumweise Regelung (siehe auch Regelung)

Die Verteiler befinden sich zumeist in einem -in die Wand eingelassenen- Kasten im Flur, möglichst an einer Innenwand. Der Kasten sollte immer zugänglich sein und wenn möglich nicht an Räume grenzen in denen Geräuschfreiheit (Fließgeräusche, Motorventilgeräusche ..) erwünscht ist. Thermische Stellantriebe z.B. arbeiten geräuschlos.

Geschossverteiler und Anbindung an Heizkreise

Geschossverteilung dezentral

Systemvorteile im Überblick

  • kein zentraler Wohnungsverteiler, kein Standortproblem
  • keine Geräusche der Stellantriebe
  • Flur wird eigenständiger Heizkreis, absperr- und regelbar
  • kein Durchbrechen der Trittschall-Dämmung durch Zuleitungen
  • höherer Regel Komfort durch Bypass
  • garantierter geforderter Mindest-Wasserdurchsatz für Wärmepumpen ohne Pufferspeicher
  • Kühlung des Bodens mittels Bypass möglich
  • Die direkt vergleichbaren Materialkosten zwischen zentralem Verteiler und dezentralen EBV-Boxen sind ungefähr gleich.

Die dezentrale Verteilung kann gerade in der Altbau Sanierung die einfacher zu realisierende Variante sein.

Die “Unibox” (Produktnahme Oventrop) enthält einen Raumtemperaturfühler, der direkt auf das Stellventil wirkt. Zusätzlich ist eine Voreinstellung des Ventils möglich (Hydraulischer Abgleich). Mit einem einstellbaren Bypass kann ein Teil des Volumenstroms am Regelventil vorbei geführt werden. Dies vermeidet ein zu tiefes Absinken der Estrichtemperatur bei längerem Fremdwärmeeinfluss. Als Nebeneffekt wird damit auch ein Mindestdurchfluss gewährleistet.
Fußbodenheizung: Dezentrale Geschossverteilung mit integrierter raumweisen Regelung und Bypass

Rohre für Fußbodenheizungen

Problematik: Sauerstoffdicht

Problematik Sauerstoff dicht:

Schon in den frühen 70er Jahren wurden Kunststoffrohre für Fußbodenheizungen eingesetzt. Die Sauerstoff Durchlässigkeit dieser Rohre konnte zu Korrosion eisenhaltiger Werkstoffe führen, wenn sie in Berührung mit dem Heizwasser kamen. Zudem bildet sich Rostschlamm, der sich in Kessel und Leitungen ablagert, und im schlimmsten Fall zur kompletten Verstopfung des Systems führt. Dies ist in der Regel vor dem Baujahr 1989 zu vermuten. Die alten Rohre wurden jedoch nicht vom Markt genommen. Sie wurden noch bis in die Anfänge der 90er Jahre verbaut.

Die DIN 4726 definierte 10.1988 die Eigenschaften eines sauerstoffdichten Kunststoffrohres. Sauerstoffdichte Rohre nach dieser Norm müssen bei einer Wassertemperatur von 40oC eine - auf das Rohrinnenvolumen bezogene- Sauerstoffdurchlässigkeit < 0,1 g/(m3·d) aufweisen. Viele der heute angebotenen sauerstoffdichten Kunststoffrohre erreichen einen Wert, der unter der Nachweisgrenze von 0,005 g/(m3·d) liegt

Bei älteren Fußbodenheizungen, die mit nicht sauerstoffdichten Kunststoffrohren erstellt worden sind, empfiehlt es sich, bei einem Kesseltausch die betroffenen Heizkreise durch einen Wärmetauscher vom Kessel zu entkoppeln (Systemtrennung).

Neben dem Sauerstoff Eintrag durch das Rohr, gibt es eine Reihe weiterer Schwachstellen über die Sauerstoff in das System gelangen kann (Jede Eindichtung, jeder Übergang mit Gewinde, "Dichtungen", automatische Be- und Entlüfter oder sonstige Armaturen tragen zum Sauerstoffeintrag bei). Auch wird die Technik immer filigraner in ihren Abmessungen (Brennwertkessel, Ventile, Wärmetauscher), sodass heute Verunreinigungen weit eher zu Problemen führen können als bei alten Anlagen.

Rohrwerkstoffe

Als Rohrmaterial wird Kunststoff oder Kupfer verwendet. Allgemein üblich sind heute Kunststoffrohre, zumeist aus Polyethylen (PE). Dieser Kunststoff ist Sauerstoff undurchlässig. Die wesentlichen heute verwendeten Materialien sind:

Kupfer oder Kunststoff

  • Kunststoffrohre sind sehr leicht, flexibel, korrosionsfrei und chemisch beständig. Sie werden in großen Endloslängen, in Sonderfällen weit über 1000 m, geliefert. Dies erleichtert den Verlege- und reduziert den Verbindungsaufwand. Kunststoffrohre haben einen wesentlich größeren Ausdehnungskoeffizienten als der Estrich, in dem sie eingebettet sind, doch können sie schadlos diese Ausdehnung bei Erwärmung im Rohrwandmaterial aufnehmen. Kunststoffrohre sind innen glatter (geringere Fließwiederstände). Sie sind auch billiger als Kupferrohre.
  • Kupferrohre sind immer noch wesentlich steifer als Kunststoffrohre. Die Lieferlängen liegen bei 25m bis 50m und müssen bei größeren Heizkreislängen durch Löt- oder mechanische Verbindungen auf Heizkreislänge gebracht werden. Auch Kupferrohre dehnen sich bei Erwärmung stärker aus als der Estrich. Sie müssen daher mit einem Stegmantel aus Kunststoff versehen werden, in dem das Rohr Längsbewegungen ausführen kann. Ab einer bestimmten Länge sind in den Wendebögen besondere Vorkehrungen zur Schubaufnahme erforderlich.

Kunststoffrohre beherrschen heute den Markt bei Fußbodenheizungen, ca. 95% der für Fußbodenheizungen verlegten Rohre sind Kunststoff- bzw. Kunststoffverbundrohrsysteme, Tendenz steigend

Polyethylen: PE

  • Hoch stabilisiertes PE-RT mit erhöhter Temperaturbeständigkeit (Raised Temperature) bis zu 90oC
  • vernetztes Polyethylen: PE-X
    • vernetztes Polyethylen mittlerer Dichte (PE-MDX)
    • vernetztes Polyethylen hoher Dichte (PE-HDX)

Dabei steht das X für Vernetztes PE. Durch die Vernetzung werden entscheidende Materialeigenschaften des PE noch verbessert, wie z.B. Schlagzähigkeit, Wärmeformbeständigkeit, Spannungsrissunempfindlichkeit. Entsprechend dem Vernetzungsverfahren unterscheidet man auch zwischen:

    • Peroxidvernetzung (PE-Xa),
    • Silanvernetzung (PE-Xb)
    • Elektronenstrahlvernetzung (PE-Xc)
    • Azovernetzung (PE-Xd) Der Name Azo leitet sich vom französischen Wort Azote für Stickstoff ab

PE ist derzeit eindeutig der Marktführer

Polypropylen allgemein PP

Um seine Eigenschaften zu verbessern, werden neben regulärem Polypropylen-Homopolymer (PP-H) weitere Copolymere angeboten. Je nach Herstellverfahren werden diese als PP-B (Block-Copolymer) oder PP-R (Random-Copolymer) bezeichnet.

  • Polypropylen (= Typ 1) Homopolymer: PP-H
  • Polypropylen (= Typ 2) Block Copolymer: PP-B
  • Polypropylen (= Typ 3) Random Copolymer: PP-R

Geringer Marktanteil

Polybuten: PB

  • Polybuten Homopolymer (PB-H)
  • Polybuten Copolymer (PB-R)

PB ist mittlerweile fast völlig vom Markt verschwunden

Mehrschichtverbundrohre

Mehrschichtverbundrohre (MVR) sind die neueste und äußerst erfolgreiche Rohrgeneration in der Haustechnik. Sie vereinen die Vorteile von Kunststoff und Metall. 2 Aufbautypen werden Unterschieden:

  • Mehrschicht-Verbundrohr M
  • Ein Rohr, bestehend aus verschiedenen druckbelasteten (oder drucklosen) Polymerschichten sowie einer oder mehreren druckbelasteten (oder drucklosen) Metallschichten (z.B. PE-Xb / Aluminium / PE-Xb)

  • Mehrschicht-Verbundrohr P
  • Ein Rohr, bestehend aus mehr als einer druckbelasteten (oder drucklosen) Polymerschicht (z.B. PVC / PE-Xb oder PE-X/EVOH / PE-Xb):

Verbundrohr-MSV-mit Aluminiumschicht

Beispiel Aufbau Variante M

1. Innenrohr (Mediumrohr) PE-HDX bzw. PE-MD

2. Haftvermitler

3. Aluminium

4. Haftvermittler

5. Außenrohr (Mantelrohr) PE-HDX bzw. PE-HD

Der innen und außen liegende Kunststoff ist korrosions- und inkrustationsfrei, und resistent gegen Chemikalien. Aluminium ist Sauerstoff diffusionsdicht und sorgt für eine hohe Formbeständigkeit und eine geringe Wärmeausdehnung. Die übliche Verbindungstechnik für Mehrschichtverbundrohre aus PE-X/Al/PE-X ist die Pressverbindung oder die Schiebehülsentechnik.

Beispiel Aufbau Variante P

Eine weitere Methode die Sauerstoffdurchlässigkeit zu verrindern ist

Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH).

Das Copolymer EVOH wird als Kunststoff in der Regel zur Aufbringung von Sperrschichten (Vermeidung von Sauerstoffeintrag und damit einhergehende mögliche korrosive Prozesse) bei sauerstoffdichten und korrosionsfreien Mehrschicht-Kunststoffrohren, wie z.B. bei Heizungsrohrsystemen, eingesetzt.

 

1.  Innenrohr PE-Xc

2. Haftvermittler

3. EVOH Sauerstoffsperrschicht

4. Haftvermittler

5. Außenrohr PE-Xc

 

Kunststoffrohre und Mehrschichtverbundrohre werden fast ausschließlich als Komplettsysteme unter verschiedenen Markennamen, in verschiedenen Dimensionen und Farben angeboten. Um Probleme zu vermeiden empfiehlt es sich abgestimmte Komponenten eines Herstellers zu verwenden.

Sauerstoffdichtes Verbundrohr mit Alu-Schicht

Quelle: MAINCOR Rohrsysteme GmbH

Verbundrohr mit EVOH-Schicht

Sauerstoffdichtes Verbundrohr mit EVOH Sperrschicht

Verlegeverfahren

Noppensystem

Noppenverlegung-Beispiel

Bei der Verlegung der Heizrohre im Noppensystem werden Heizungsrohre direkt zwischen den Noppen fixiert. Durch in den Noppenplatten integrierten Nasen wird ein Verrutschen der verlegten Rohre verhindert. Noppenfolie und darunterliegende Platte können je nach Anwendung getrennt sein oder im Verbund geliefert werden. Die Verwendung von Noppensystemen bietet folgende Vorteile:

  • einfache, schnelle Verlegung durch doppelreihigen Noppenüberstand
  • dicht gegen Fließestrich und Anmachwasser
  • einfache Verlegung verschiedener Rohrdimesionen
  • kein Hilfswerkzeug zur Befestigung der Heizungsrohre notwendig
  • Trittschall- und Wärmedämmung durch mehrschichtigen Polyesteraufbau der Noppenplatten
  • zwischen den Noppen verlaufende diagonale Stege ermöglichen es dem Fließestrich das Rohr komplett zu umschließen
  • Eine Einmann-Verlegung ist einfach möglich
  • die Verwendung von Noppenplatten beschränkt die Verlege Geometrie geringfügig
Fußbodenheizung: Schnitt durch Estrichaufbau mit Noppensystem

Tackersystem

Verlegungbeispiel der Heizkreise im Tackersystem

Bei Verlegung im Tackersystem werden die Rohre mittels speziellen, den Rohren angepassten Tackernadeln auf der Basisplatte befestigt. Zur Orientierung bei der Befestigung ist die Platte mit einem aufgedruckten Gitternetz versehen.

  • Schnelle Verlegung, kurze Montagezeiten
  • flexible Verlegung, die Gewebematten lassen sich problemlos jeder Raumform anpassen und durch das aufgedruckte Gitternetz kann auch bei komplizierten Raumformen der Abstand der Rohre zueinander einfach eingehalten werden.
  • geringe Aufbauhöhen, dadurch auch gut zur Sanierung von Altbauten geeignet.
  • Insgesamt leicht geringere Kosten.
  • die Präzision der Rohrabstände hängt sehr vom Verarbeiter ab.
  • die Nadeln durchstoßen die Deckschicht / Dämmung, dies kann zu Wärme- Schallbrücken (ingesamt wohl eher geringfügig) und zum Unterlauf von Estrich führen.
Fußbodenheizung: Schnitt durch Estrichaufbau im Tackersystem

Feldeinteilung / Fugenplanung

Fußbodenheizung: Verlegungsplan mit Heizkreisaufteilung und Fugenplanung

Neben den an allen aufgehenden Bauteile einzusetzenden elastischen Randfugen (Randdämmstreifen) sind Bewegungsfugen unabhängig von Beheizungart und Estrichart anzuordnen.

  • Über Gebäudetrennfugen
  • Als Feldbegrenzung in Türdurchgängen
  • Bei stark verspringenden Flächen
  • Randfuge (durch Randdämmstreifen gegeben)

Trennung eines Feldes / Feldteilungen werden erforderlich bei Feldern

  • > 8m Seitenlänge
  • > 40m2
  • mit Seitenverhältnis > ½
  • bei L, Z, T -förmige Feldern:  diese werden in rechteckige / quadratische Felder aufgeteilt

Bewegungsfugen und Randfugen sollen nur von Anbindeleitungen und nur in einer Ebene überquert werden. Die Anbindeleitungen sind mit einem Schutzrohr von ca. 30 cm Länge zu versehen. Bewegungsfugen sind in den Bodenbelägen deckungsgleich zu übernehmen. Bei Fliesenbelag ist soweit möglich die Verlegestruktur der Fliesen vorab zu berücksichtigen.

Die jeweiligen Anforderungen müssen in einem frühzeitig erstellten Fugenplan festgelegt werden.

Kühlen mit der Fußbodenzeitung

Bild-Kühlung-mit-Wärmepumpe.png

Bild zur Prinzip Erläuterung.  Reale Hydrauliken kommen mit 2 Umschaltventilen aus.

Kühlung mit der Flächenheizung

Die Fußbodenheizung kann auch zur sommerlichen Kühlung eingesetzt werden. Hierzu muss kühles Wasser durch die Rohre gepumpt werden.

Die Erzeugung von kühlem Wasser kann aktiv oder passiv erfolgen.

Aktive Kühlung: Dies kann z.B. mit einer reversiblen Wärmepumpe oder einer speziell als Kühlaggregat konzipierten Anlage erfolgen. Im letzteren Fall muss der Heizkreislauf auf das Kühlaggregat umgeschaltet werden. Aktive Kühlung verbraucht Energie

Passive Kühlung: hier wird entweder kühles Grundwasser (Wasser/Wasser Wärmepumpe) oder die Kühle des Erdbodens (Sole/Wasser Wärmepumpe) genutzt. Dabei wird im Kühl-Fall die Wärmepumpe umgangen (Umschaltventile) Es wird „nur“ Pumpenstrom verbraucht. Eine Trennung von Primär- und Sekundärkreise ist auch im Kühlfall notwendig (extra Wärmetauscher).

Soll mit der Fußbodenheizung auch gekühlt werden, ist einiges schon in der Planungsphase der Fußbodenheizung zu beachten.

  • Der Estrich darf nicht unterkühlt werden. (Überwachung derTaupunktunterschreitung)
  • Mit geringen Verlegeabständen und großen Rohrdurchmessern lässt sich die Kühlwirkung verbessern, wie umgekehrt beim Heizen auch.
  • Auch beim Kühlen gilt: Ein kleiner Wärmübergangswiderstand zwischen Fußboden und Raumlauft (z.B. Fliesenbelag) erhöht die Wirksamkeit.

Diese Art der Kühlung ist nicht mit einer Klimaanlage gleichsetzbar. Es wird weder die absolute Luftfeuchtigkeit im Raum durch die Fußbodenkühlung aktiv beeinflusst, noch kann eine bestimmte Temperatur angesteuert werden.

Da der kühlere Fußboden allein kaum eine Umwälzung der Raumlauft bewirkt ist die Kühlwirkung u.U. gering (Kaltluftsee am Fußboden). Ein Deckenventilator bringt Abhilfe

Berechnung der Fußbodenheizung

Basisdaten

Wesentliche Begriffe bei der Berechnung sind:

  • Oberflächentemperatur ϑob : Dies ist die Temperatur der beheizten Fußbodenoberfläche inklusive Belag
  • Wärmestromdichte q : Die Dichte des Wärmestromes in W/m2 . Sie wird von den Heizrohren erzeugt und ist abhängig von der Heizflächentemperatur und dem Wärmewiderstand des Estrichaufbaues inklusive Belag.
  • Normwärmebedarf QN : gibt an wieviel Watt die Heizung an den Raum abgeben muss, um die gewünscht Raumtemperatur am kältesten Tag im Jahr zu erreichen und aufrecht zu erhalten.
  • weiteres zu Begriffen siehe
Fußbodenheizung:Basiskennlinie-DIN-4725

Wärmestromdichte

Die Wärmestromdichte der Fußbodenheizung wird bei festgelegter Raumtemperatur von der mittleren Oberflächentemperatur des Fußbodens bestimmt. Abhängigkeit siehe Grafik links (Basiskennlinie). Berechnet wir die Basiskennlinie mit:

(1) q = 8,92 x (ϑob - ϑi)1,1

Setzt man in diese Formel die maximalen Oberflächentemperaturen ein (siehe Grenzwerte) erhält man die Grenzwärmestromdichten zu :

  • Wohn- und Geschäftsräume: qG = 100 W/m2
  • Badezimmer: qG = 100 W/m2
  • Randzonen: qG = 175 W/m2

Benötigte Wärmestromdichte:  q= QH / AF

Formel (1) gilt auch für alle Systeme und alle Verlegeabstände

QN

Norm Wärmebedarf Fußboden beheizter Räume [W] (DIN EN 12831)

QH

Auslegungsleistung [W]

AF

heizende Fußbodenfläche [m2]

q

Wärmestromdichte [W/m2]

qG

Grenz-Wärmestromdichte [W/m2]

qausl

Auslegungswärmestromdichte[W/m2]

qu

Der nach unten gerichtete Wärmestrom [W/m2]

qF

Der insgesamt in der Heizungsrohrebene zu erzeugende Wärmestrom [W/m2]

mHKR

Benötigter Massenstrom zur der Auslegungsleistung [kg/h]

ϑob

Mittlere Oberflächentemperatur [oC]

ϑi

Norm Innentemperatur [oC]

ϑV

Vorlauftemperatur [oC]

ϑL

Luft- Raumtemperatur

ϑV,Ausl

Auslegungsvorlauftemperatur [oC]

ϑR

Rücklauftemperatur [oC]

ϑHm

Mittlere Temperatur in der Heizebene [oC]

∆ϑH

Heizmittelübertemperatur [oC]

ΔϑRo

Temperaturdifferenz zwischen Fußbodenoberfläche und der Heizrohrebene

ΔϑN

Normübertemperatur

 

 

Rλ,Dä

Wärmedurchlasswiderstand der Dämmschicht [m2*K/W]

Rλ,De

Wärmedurchlasswiderstand der Decke (Rohdecke) [m2*K/W]

Rλ,Pu

Wärmedurchlasswiderstand des Deckenputzes [m2*K/W]

Rλ,B

 Wärmedurchlasswiderstand des Bodenbelages [m2*K/W]

Rλ,Estr

Wärmedurchlasswiderstand des Heizestrichs [m2*K/W]

Ro

Wärmedurchlasswiderstand nach oben

Ru

Wärmedurchlasswiderstand nach unten

Rsi

Wärmeübergangswiderstand innen

Rse

Wärmeübergangswiderstand außen

σ

Spreizung

cw

 spezifische Wärmekapazität des Wassers:  1,163 [Wh/(kg * K)]

Auslegungswärmestrom / gesamter Wärmestrom

Q ist die Wärmestromdichte zum Raum hin. Ein Teil der durch die FB erzeugten Leistung geht aber auch in den darunterliegenden Raum. D.h. Der von der Fußbodenheizung erzeugte Gesamtwärmestrom muss auch diesen Teil erzeugen.

Die folgende Betrachtung geht von einem einfachen Fall aus: Temperaturen von betrachtetem Raum und darunter liegendem Raum sind gleich. Keine Randzonen mit erhöhter Oberflächentemperatur. Die Einbeziehung dieser Variationen würde die Formeln zur Erklärung des Prinzips unnötig komplizieren

 

(2) qF = qausl + qu

qausl  verhält sich zu  qu  umgekehrt proportional wie die Wärmedurchgangswiderstände (RO und RU)

(3) qausl / qu = Ru / Ro

Aus (2) und (3) ergibt sich: 

Fußodenheizung: Formel-Berechnung-Wärmestromdichte

Massen- / Volumenstrom

Mit qF lässt sich der erforderliche Massen- Volumenstrom ermitteln 

Fußodenheizung: Formel-Berechnung-Massenstrom

oder mit qausl

Massenstrom-mit-q-ausl-i

 

Ermittlung der Vorlauftemperatur

Mit (1) lässt sich die mittlere Oberflächentemperatur aus der Wärmestromdichte errechnen:
Fußodenheizung: Formel-Berechnung-Oberflächentemperatur
Mit Hilfe des Wärmestromes lässt sich die notwendige Temperaturdifferenz zwischen der Heizrohrebene und der Oberfläche errechnen

(6) ΔϑRo  = qausl x (Ro-Rsi)

Die mittlere Temperatur der Heizebene ist dann:

(7)  ϑHm  = Δϑob + ΔϑRo

Und die Vorlauftemperatur

(8) ϑV,Ausl  = ϑHm + σ/2

Beispiel: Einfluss der Dämmung auf die Wärmeströme

Berechnung Ro und Ru

Schicht

d [mm]

λ [W/

m*K]

R [W/

m2*k]

 

R λ,Estr

45

1,4

0,032

Zement-
estrich

R λ,B

10

1,3

0,008

Fliesen

R si

 

 

0,1

 

R o

 

 

0,140

 

R λ,Estr

8,5

1,4

0,006

 

R λ,Dä

40

0,045

0,889

 

R λ,Decke

160

2,1

0,076

Beton

R λ,Putz

20

0,8

0,025

 

R se

 

 

0,17

 

R u

 

 

1,17

 

Berechnungsbeispiel-Fußboden- Estrichaufbau -Einfluss von Belag und Dämmung

Beispiel Vorgaben: Raum mit der höchsten Wärmestromdichte= 80 W/m2 , Fläche für Fußbodenheizung = 18m2 und Raumtemperatur = 20oC

Ermittlung Ro und Ru (Maße aus Bild oben)

 

Berechnung qF (Auslegungswärmestrom plus Wärmestrom nach unten): Formel (3)

qF = 80 x (1+0,14/1,166) = 89,6

Berechnung mHKR (Massenstrom für den betrachteten Raum): Formel (4)

mHKR = (89,6 x 18) / (5  x 1,163) = 277,33 kg/h

Berechnung der Vorlauftemperatur

(über die Berechnung der Oberflächentemperatur (5) und die Temperaturdifferenz  zur Heizrohrebene (ΔϑRo), letztere mittels des Wärmestromes über dem Wärmedurchlasswiderstand oberhalb (Ro)

ϑOb = (80 / 8,92) 1/1,1 + 20 = 8,971/1,1 + 20 = 27,35

ΔϑRo = 80 x 0,04 = 3,19

ϑV,Ausl = 27,35 + 3,19+ 5 / 2 = 33,03 oC

  • Nimmt man jetzt statt der Fliesenoberfläche ein 15mm Eichenparkett (λ = 0,18) muss die die Vorlauftemperatur zur Erreichung der gleichen Leistung auf  38,86 oC erhöht werden (ein Plus von 6 K).
  • Verbessert man die Dämmung nach unten z.B. statt λ = 0,045 -> λ = 0,024 verringert sich der benötigte  Massenstrom auf 265,45 kg/h (minus 4,3%)

Auslegung mit Herstellerdaten

Kurven für Rohrdurchmesser 14mm

Wärmestromkurven-Heizmittelübertemperatur und Wärmestromdichte,14-0
Wärmestromkurven-Heizmittelübertemperatur und Wärmestromdichte,14-0,05

Kurven für Rohrdurchmesser 17mm

Wärmestromkurven-Heizmittelübertemperatur und Wärmestromdichte,17-0,1
Wärmestrom-Kurven-17-45-0,15

 

Bei R-Werten für Bodenbeläge Standard R-Werte verwenden:

  • Bäder werden mit 0,0 angenommen
  • Aufenthaltsräume generell 0,1
  • von Werten > 0,15 ist abzuraten

 

Mit dem bisher verfolgten Berechnungsweg ausgehend von einer benötigten Wärmestromdichte kann man mit Kenntnis des Fußbodenaufbaus die Temperaturen und Massenströme berechnen.

Damit weiß man aber noch nicht wie die geplante Wärmestromdichte mit der Heizung erzeugt werden kann, insbesondere welcher Verlegeabstand zu wählen ist.

Dazu bieten die Hersteller für Ihre Fußbodenheizungen Tabellen der Art wie in den Bildern links gezeigt (hier Quelle Roth). Dabei wird von einem bestimmten Verlegesystem des Herstellers und einem festgelegten Estrichaufbau ausgegangen

Varianten existieren je angebotenem Rohrdurchmesser und je nach geplantem Bodenbelag (R-Wert). Die strahlenförmigen Kurven folgen der Gleichung:

Q = KH x ΔϑH

Dabei ist KH eine Konstante, die vom Systemaufbau, dem Fußbodenbelag und dem Verlegeabstand abhängt. Sie wird vom Hersteller nach einem in der DIN EN 1264 beschriebenen Verfahren berechnet.

Die Auslegung erfolgt zunächst für den Raum mit der höchsten Soll-Wärmestromdichte (ohne Bad und Toiletten). Für diesen Raum wird eine Spreizung von 5K angenommen. Die sich für diesen Raum ergebende Vorlauftemperatur ist dann für alle weiteren Räume die Gleiche. Da die übrigen Räume aber  geringere Wärmestromdichten haben, muss der Massenstrom für diese Räume geringer sein. Mit geringerem Massenstrom vergrößert sich die Spreizung und damit fällt die mittlere Temperatur in der Heizebene und damit die Wärmestromdichte.

Für die weitere praktische Rechnung gilt:

qausl = QH / AF   mit QH = QN

 (QN ergibt sich aus der raumweisen Heizlastberechnung)

Ermittlung Heizmittelübertemperatur / Vorlauftemperatur

Mit qausl (Wärmestromdichte) geht man in die zutreffende Hersteller Tabelle und liest die korrespondierende Heizmittelübertemperatur ΔϑH ab (Beispiel Bilder links)

Mit der Heizmittelübertemperatur liegt auch die Vorlauftemperatur fest:

(8a) ΔϑV,Ausl = ΔϑH,Aausl + 0,5 x σ  und ϑV,Ausl = ϑi + ΔϑH + 0,5 x (ϑV ϑR)

Diese Formel geht davon aus, dass die Heizmittelübertemperatur um die halbe Spreizung (algebraisches Mittel) kleiner ist als die Vorlauftemperatur

Nach DIN wird die Heizmittelübertemperatur als logarithmisches Mittel aus Vorlauftemperatur ϑV und Rücklauftemperatur ϑR Ermittlung:
Formen: Logaritmischer-Mittelwert-Spreizung

im Bereich: σ / ΔϑH ≤ 0,5 sind logarithmisches und algebraisches Mittel für die praktische Berechnung etwa gleich, sodass (8a) angewendet werden kann.

Für den Bereich σ / Δϑ> 0,5 muss mit der logarithmischen Übertemperatur gerechnet werden. Dann gilt:
Fußbodenheizung:Delta-Vorlauf-Auslegungstemperatur-logaritmisch
Die so ermittelte Vorlauftemperatur gilt jetzt auch für alle weiteren Räume

Die bei der Bestimmung der Auslegungsvorlauftemperatur eingesetzte Spreizung wird für die Heizkreise mit kleineren Soll-Wärmestromdichten nicht mehr unterschritten und wird damit als Mindestspreizung festgelegt. Damit ist auch die maximal mögliche Heizmittelübertemperatur festgelegt:

Fußbodenheizung: Heizmitteluebertemperatur-Delta-Max

Verlegeabstand

Damit sind alle Werte zur Bestimmung des Verlegeabstandes bekannt. Im Leistungsdiagramm sucht man meist den größtmöglichen Verlegeabstand, der links der maximalen Heizmittelübertemperatur die Soll-Wärmestromdichte im Bereich der zulässigen maximalen Oberflächentemperatur (Grenzkurven 9K/15K) schneidet. Da dieser Schnitt meist nicht bei der maximalen Heizmittelübertemperatur liegt, wird senkrecht unter dem Schnittpunkt die notwendige Heizmittelübertemperatur abgelesen. Der größtmögliche Verlegeabstand wird dann nicht gewählt, wenn ein kleinerer Verlegeabstand gleichmäßigere Oberflächentemperaturen ergeben soll, speziell bei Fliesenbelägen.

Bringt auch der engste Verlegeabstand nicht die Soll-Wärmestromdichte, wird ein sinnvoller Verlegeabstand ausgewählt, die Wärmestromdichte abgelesen, und die Differenz von Soll- minus Ist-Wärmestromdichte multipliziert mit der heizenden Fußbodenfläche ergibt die notwendige Zusatzleistung, z. B. für einen zusätzlichen Heizkörper. Nicht der kleinste Verlegeabstand, sondern ein sinnvoller wird für die Auswahl empfohlen, weil preislich ein größerer Verlegeabstand zusammen mit einem größeren Zusatzheizkörper oft günstiger ist.

Spreizung

Für die weiteren Räume wird aus den Herstellerdiagrammen wieder die mittlere Heizmittelübertemperatur für jeden Raum(i) ΔϑHi ermittelt. Damit lässt sich dann wieder die Spreizung im Raum(i) errechnen. Auch hier werden die Fälle a) σ / ΔϑH ≤ 0,5 und b) σ / Δϑ> 0,5 unterschieden. Für a) bezw. b) gilt:

(9a) σi = 2 x (ΔϑV,AuslΔϑH,i)
Fußbodenheizung: Näherungformel Spreizung-Raum

Massenstrom

 Der neue Massenstrom errechnet sich wieder nach (1). Hierzu benötigt man die neue Spreizung für jeden Raum. Diese ergibt sich aus (9)

Massenstrom-mit-q-ausl-i

(4a) geht davon aus, dass der Raum unterhalb des betrachteten Raumes die gleiche Temperatur hat. Besteht zwischen den Räumen eine Temperaturdifferenz gilt die erweiterte Gleichung (4b) :

Massenstrom-mit-Beruecksichtigung-einer Temperaturdifferenz zu unterliegendem Raum

Fußbodenheizung was ist zu beachten

  • Prüfung der Voraussetzungen für eine Fußbodenheizung (Eignung des Gebäudes, erforderliche Vorlauftemperatur)
  • Eine umfassende Planung ist die Grundvoraussetzung
    • Raumweise Heizlastberechnung
    • Grenzwerte beachten, evtl Zusatzheizung berücksichtigen
    • Systemauswahl (nass / trocken, Noppe / Tackern), Estrichtyp
    • Verlegeplan, Fugenplan
    • Berücksichtigung der geplanten Nutzung der Räume (für FB-Hzg. nicht nutzbare Flächen ausweisen z.B. unter Einbauküche)
    • Für spätere Änderungen, Bauarbeiten, Nachrechnungen Planung geben lassen und aufbewahren
  • Protokolle (Dichtheitsprüfung, Aufheizprotokoll + CM-Messung,) verlangen, prüfen, aufbewahren
  • Durchführung des hydraulischen Abgleichs, Aufbewahrung Berechnungsgrundlage Einstellwerte
  • Es gibt eine breite Spanne an Realisierungsmöglichkeiten für eine Fußbodenheizung (System , Material, Komponenten, Aufbau ..) die kaum mehr überschaubar sind. Um Inkompatibilitäten auszuschließen ist zu empfehlen sich im System nur eines Anbieters zu bewegen.
  • Fußbodenbelag
    • Je “dicker” der Fußboden-Belag (Wärmedurchlasswiderstand) ist, je höher muss die Vorlauftemperatur sein.
    • Beläge wie Teppich oder Parkett auf dem Untergrund verkleben (geringerer Wärmeübergangswiderstand)
    • Bei Fliesenbelag ist zu bedenken, ob nicht später doch noch großflächig Teppiche verlegt werden könnten oder ob evtl. der Belag gewechselt wird. Dann sollte zunächst überdimensioniert und als Ausgleich bei Fliesenbelag der Heizmittelstrom leicht gedrosselt werden
    • Bei späterer Änderung des Belages: Neuabgleich
  • Bei Möblierung immer beachten, dass direkt auf dem Boden stehende / liegende Möbel zur Erhöhung der Oberflächentemperatur führen, und damit möglicherweise zu Schädigungen an FB-Hzg. oder Möbel führen können. Auch reduziert sich damit die Wärmestromdichte (Heizleistung) des Raumes
  • Fußbodenheizungen reagieren auf Grund ihrer Speichermasse träge auf Veränderungen.
    • Bis sich ein Regeleingriff in einem beheizten Raum auswirkt, kann es bis zu 4 Stunden dauern (Nass verlegter Estrich). Dies bezieht sich weniger auf die Veränderung der Außentemperatur (erfolgt meist langsam und wird durch die Gebäudemasse gleichfalls verzögert) als auf Einwirkung von Fremdwärme.
    • Nachtabsenkung kann möglicherweise nicht den gewünschten Effekt haben -> ausprobieren (Nachtabsenkung bringt bei schwerem Aufbau meist wenig bis nichts).
    • Bei Veränderung der Regelparameter (Heizkurve, Massenstrom am Verteiler, Pumpendruck) zeigen sich die Auswirkungen deutlich erst nach einiger Zeit -> geduldig beobachten, Änderung in kleinen Schritten
  • Heizkreise im Verteiler beschriften lassen, damit Zuordnung zu Räumen einfach und auch später noch möglich ist
  • Eine Erdwärme- oder Wasser-Wärmepumpe ist auch für eine passive Kühlung einsetzbar, allerdings sind Regelbarkeit und Wirksamkeit eingeschränkt
  • Im Altbau kann ein Trockensystemaufbau  bei eingeschränkter Aufbauhöhe und/oder Gewichtsproblemen von Vorteil sein.

Rechtlicher Hinweis: Alle Angaben sind nach bestem Wissen und sorgfältiger Recherche erfolgt. Irrtümer oder Tippfehler sind aber nicht vollständig auszuschließen. Für unvollständige, fehlerhafte oder nicht aktuelle Angaben übernehmen wir daher keine Haftung. Bilder, Diagramme und Tabellen dienen der Erläuterung prinzipieller Sachverhalte, sie können nicht als Basis konkreter Bewertungen oder Planungen dienen.

Top-Pfeil-klein