Fußbodenheizung

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Du hast neue Nachrichten (Unterschied zur vorletzten Version).

Die Fußbodenheizung gehört zur Gruppe der Flächenheizungen. Erste Fußbodenheizungen wurden bereits von den Römern verwendet (Hypokaustum). Später, etwa 700 n. Chr., auch von den Koreanern, die Fußbodenheizung "Ondol". Der große Durchbruch der Fußbodenheizung hat sich seit den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts rasant vollzogen. Ein wichtiger Grund dafür ist die Behaglichkeit. So ermöglicht es etwa eine Fußbodenheizung, selbst im Winter im Haus barfuß zu gehen. Ein weiterer Vorteil ist die architektonische Freiheit der Raumgestaltung.

Dazu kommen noch die hygienischen Aspekte einer Fußbodenheizung. Staubaufwirbelung findet nicht statt. Durch die gleichmäßige Flächenwärme wird das Wachstum der Hausstaubmilbe und die Schimmelpilzbildung verhindert.

Inhaltsverzeichnis

1 Warmwasser-Heizungen
2 Elektro-Heizungen
3 Gewerbliche u. Kommunale Anwendungen
4 Raumklimatisierung mit Warmwassersystemen
5 Randbedingungen
6 Berechnung
7 Siehe auch
8 Weblinks

[Bearbeiten] Warmwasser-Heizungen

Im oder unter dem Heizestrich werden Rohre aus überwiegend Kunststoff oder seltener Kupfer verlegt. Als Kunststoff kommen verschiedene Materialien zum Einsatz. Der am meisten verwendete Kunststoff ist das vernetzte, sauerstoffdichte (ansonsten Korrosionsgefahr im Heizungskessel!) Polyethylen (PE-X). Die Verlegung erfolgt entweder modular, mäanderförmig oder bifilar (Schneckenform). Der bifilaren Verlegung wird nach Möglichkeit der Vorrang gegeben, da mit dieser Verlegeart eine gleichmäßige Wärmeverteilung im beheizten Raum erreicht wird. Die modulare Verlegung erfolgt auch bei der Betonkernaktivierung. Die Fußbodenheizung wird nochmals in Nasssysteme (Zementestrich oder Anhydritestrich) und Trockensysteme (Trockenestrichplatten) unterschieden. Beim Nasssystem werden die Rohre im Estrich installiert.

[Bearbeiten] Nasssysteme

Rohre für eine Fußbodenheizung (Nasssystem)

Beim Nasssystem gibt es dabei verschiedene Möglichkeiten, um das Rohr im Estrich zu fixieren:

die Rohre werden auf Trägermatten aus Stahl mit Clipsen befestigt
die Rohre werden auf Clipsschienen aus Stahl oder Kunststoff befestigt
die Rohre werden mit Clipsen auf einer Trägerdämmung befestigt (wegen der Beschädigung der Schutzschicht zur Dämmung und der Dämmung eigentlich nicht zulässig)
die Rohre werden in einer Noppenplatte befestigt.

[Bearbeiten] Trockensysteme

Beim Trockensystem befinden sich die Rohre unterhalb des Heizestrichs. Die Befestigung erfolgt dort in Noppenplatten oder der Trägerdämmung, die mit Nuten und Wärmeleitlamellen ausgestattet ist. Die Wärmeleitlamellen sollen der besseren Wärmeverteilung dienen. Das Trockensystem eignet sich für niedrige Fußbodenaufbauten und hat ein geringes Gewicht. Es wird vorwiegend in der Gebäudemodernisierung eingesetzt. Trockensysteme können auch mit direkt aufgelegten Oberböden (Estrichziegeln, Fliesen, schwimmendes Parkett und Laminat) ausgeführt werden und führen dadurch zu einer weiteren Reduzierung der Vorlauftemperatur und zu einer schnelleren Auf- und Abheizphase.

[Bearbeiten] Warmwasserverteilung

Bei beiden Systemen wird zur Wärmeverteilung ein Heizkreisverteiler benötigt. Alle Heizkreise (Rohrleitungsschleifen) werden jeweils mit einem Vorlauf und Rücklauf an den Heizkreisverteiler mittels Klemmverschraubungen angeschlossen. Mit dem Heizkreisverteiler kann jeder einzelne Heizkreis mittels eines Ventils hydraulisch abgeglichen werden. Der hydraulische Abgleich ist erforderlich, da die einzelnen Bauteile der Fußbodenheizung (z. B. Heizkreisverteiler, Rohrkreise etc.) verschieden hohe Strömungswiderstände erzeugen. Eine gleichmäßige Wärmeverteilung ist nur mit gleich hohen Strömungen in allen Heizkreisen möglich. Durch in den Heizkreisverteiler integrierte Durchflussmengenmesser kann der Volumenstrom (in Liter pro Minute) optisch sichtbar gemacht werden. Die Energiezufuhr wird mit Thermostaten (Raumregler), deren Temperaturfühler im Heizbereich (z. B. Wohnraum) montiert werden, geregelt. Der Thermostat gibt ein elektrisches Signal an den Stellmotor, der dann das entsprechende Ventil am Heizkreisverteiler öffnet bzw. schließt. Die Heizleistung beträgt bei gut gedämmten Wohngebäuden etwa 50 bis 100 Watt/m².

Neuere Fußbodenheizungssysteme werden verstärkt für die Gebäuderenovierung konzipiert, ohne dabei in die bestehenden Fußbodenaufbauten einzugreifen. Dabei entstehen sehr niedrige Fußbodenaufbauten ab ca. 8 mm auf bestehende Fußböden (alter Estrich mit Wärme- und Trittschalldämmung). Eine spezielle Ausgleichsmasse ist die Grundlage für den Bodenbelag.

Zudem kann, bis zu einer bestimmten Quadratmeterzahl (abhängig vom Durchflusswiderstand), die Fußbodenheizung direkt an den bestehenden Heizkreislauf angeschlossen werden.

Unterschied zw. Einrohr- und Zweirohrheizsystemen

Die Regelung erfolgt dann über ein RTL-Ventil (Return-Temperature-Limiter zu deutsch: Rücklauf-Temperatur-Begrenzer), welches im Rücklauf der Fußbodenheizung montiert wird. Bei Montage eines Raumthermostaten läuft man sonst Gefahr, dass sich immer nur der Anfang des Rohres erwärmt. Man hätte dann ein störendes Temperaturgefälle im Fußboden. Eine gleichmäßige Temperaturverteilung versprechen auch die neuen gegenläufigen Heizsysteme. Dabei werden zwei Rohre dicht nebeneinander verlegt. Die Flussrichtung des Wassers ist dabei entgegen gerichtet. Die Temperaturausbreitung erfolgt somit von zwei Seiten.

[Bearbeiten] Elektro-Heizungen

Neben warmwassergebundenen Heizsystemen kommen auch elektrisch betriebene Heizungen zum Einsatz. Hierbei werden Widerstandskabel oder Folien mit eingearbeiteten Heizleitern unter, im oder auf dem Estrich verlegt. Sie eignen sich für alle Verlegungsarten, die auch bei Warmwassersystemen üblich sind. Wegen der geringen Bauhöhe empfehlen sie sich besonders für die direkte Verlegung unter Fußbodenbelägen. Heizkabel mit einem Durchmesser ab 3 mm können im Kleberbett von Fliesen und Folien sogar unter Laminat verlegt werden. Für die Fußbodentemperierung (nicht Vollheizung) gibt es Matten ab ca. 2 mm Höhe. Für Bade-, Dusch- und andere Feuchträume werden Leitungen mit geerdetem Schirm verwendet, um Sicherheit gegen Elektrounfälle zu garantieren.

[Bearbeiten] Gewerbliche u. Kommunale Anwendungen

Zusätzlich zu den Fußbodenheizungen im Wohnungsbau kommen noch die

Freiflächenheizung (Rampen, Autoparkplätze)
Industrieflächenheizungen
Schwingbodenheizungen (Sporthallen)
Rasenheizung (Fußballstadien)

[Bearbeiten] Raumklimatisierung mit Warmwassersystemen

Fußbodenheizungssysteme werden auch zur Fußbodenkühlung genutzt. In Verbindung z.B. mit Wärmepumpen und der Erdwärme bietet sich diese Variante an. Die Oberflächentemperatur des Fertigfußbodens sollte 20 °C nicht unterschreiten. Weiterhin sollte der Taupunkt mit einem entsprechenden Feuchtigkeitsfühler überwacht werden und die Vorlauftemperatur entsprechend regeln. Die Vorlauftemperatur des Kaltwassers beträgt in der Regel 16 °C bei einer Spreizung von 2 - 3 K.

[Bearbeiten] Randbedingungen

Für Fußbodenheizungen gilt folgende Norm:

DIN EN 1264 (alt DIN 4725).

Weitere Normen, die eine Schnittstelle zur Fußbodenheizung haben:

EnEV - Energieeinsparverordnung
DIN 18560 - Estrichnorm
DIN 1055 - Verkehrslasten
DIN 18202 - Toleranzen im Hochbau
DIN 4109 - Schallschutz im Hochbau
Schnittstellenkoordination bei beheizten Fußbodenkonstruktionen des Bundesverband Flächenheizungen.

Die Vorlauftemperatur des Heizwassers ist auf 55 °C festgelegt. Die Oberflächentemperaturen des Fertigfußbodens dürfen 29 °C im Aufenthaltsbereich, 33 °C im Bad und 35 °C in den Randzonen nicht überschreiten. (Die Temperaturen sind in langjährigen Untersuchungen ermittelt worden. Dabei wurde die Physiologie des Menschen berücksichtigt und es wurde festgestellt, dass diese Temperaturen von den überwiegenden Teil der Menschen als unbedenklich eingestuft wurde. Somit haben sie Eingang in den entsprechenden DIN-Normen gefunden und jetzt auch in der europäischen Norm für die Fußbodenheizung. Damit wurde auch ein einheitlicher Standard für die Fußbodenheizung gefunden. Vielleicht sind noch die "schlechten" Eigenschaften der Fußbodenheizung bekannt, dicke Füße, Krampfadern etc. Damals wurde teilweise mit Oberflächentemperaturen oberhalb dieser Grenzwerte operiert.)

Der Wärmedurchlasswiderstand $R λ, B$ in $\mathrm{\frac{m^2\,K}{W}}$ des Fußbodenbelages soll 0,15 m²K/W nicht überschreiten. Die meisten textilen Beläge sind mit dem Fußbodenheizungssymbol gekennzeichnet und damit zugelassen.

An den Rändern des Estrichs sind Randdämmstreifen anzuordnen. Sie sollen die Ausdehnung des Estrichs ermöglichen und auch den Schallschutz gewährleisten. Bei größeren Flächen sind zusätzlich Dehnungsfugen vorzusehen. Es gilt hierbei die Estrichnorm DIN 18560.

Die Führung der Rohre wird durch den Verlegeabstand, der aus einer Berechnung ermittelt wird, bestimmt. Die Abweichung vom ermittelten Rohrabstand darf in einer bestimmten Toleranz nicht überschritten werden, weil dadurch die Gefahr einer zu großen Welligkeit im Estrich entsteht. Die Welligkeit ist der Temperaturunterschied zwischen den Rohren.

[Bearbeiten] Berechnung

Die Berechnung der Fußbodenheizung erfolgt auf Grundlage der DIN EN 1264 Teil 2 und 3.

Eine wichtige Kenngröße ist die Basiskennlinie. Dort wird der Zusammenhang zwischen der mittleren Fußbodenübertemperatur und der Wärmestromdichte beschrieben.

$\dot q = 8,92(\Theta_{F,m} - \Theta_{i})^{1,1}$

$\dot q$ Wärmestromdichte in W/m²

Θ F, m

mittlere Fußbodenoberflächentemperatur in °C

Θ i

Norm-Innentemperatur in °C

Beispiel:

$\dot q$ = 8,92 (29 °C - 20 °C) = 100 W/m²

Hier sieht man deutlich, das jede Erhöhung der Innentemperatur (die max. mittlere Fußbodenoberflächentemperatur ist in Aufenthaltszonen gesetzlich festgelegt) eine geringere Wärmestromdichte bewirkt.

Aus der Wärmestromdichte können wir auch den Wärmeübergangskoeffizienten berechnen.

$\alpha = \dot q$ :

ΔΘ F, m

= 100 W/m² : 9 K = 11,11 W/m²*K

Um die Wärmestromdichte im Auslegungsfall zu berechnen wird noch die so genannte logarithmische Heizmittelübertemperatur benötigt.

$\Delta \Theta_{H} = \frac {\Theta_{V} - \Theta_{R}} {ln \frac {\Theta_{V} - \Theta_{i}} {\Theta_{R} - \Theta_{i}}}$

Θ V

Vorlauftemperatur in °C

Θ R

Rücklauftemperatur in °C

Θ i

Norm-Innentemperatur in °C

Jetzt kann die Wärmestromdichte berechnet werden

$\dot q = \Beta \cdot \Pi_{i} \cdot \Delta\Theta_{H}$

Β

Systemabhängiger Koeffizient, der sich aus den Rohreigenschaften ableitet

Π

hier werden die spezifischen Eigenschaften des Fußbodenaufbaus in Abhängigkeit zur Rohrteilung verarbeitet

Die Fußbodenheizunghersteller liefern zu ihren Systemen Leistungsdiagramme für verschiedene Bodenbeläge und Rohrabstände, aus denen die Wärmestromdichte q' in Watt/m2 an Hand der oben genannten Heizmittelübertemperatur grafisch ermitteln werden kann.