Elektrische Fußbodenheizung

Elektrische Fußbodenheizung gehört zu den lokalen Heizsystemen. Die Umwandlung elektrischer Energie in Wärme und deren Übertragung und Abgabe in den Raum erfolgt in einer kompakten Einheit direkt im beheizten Raum. Die Effizienz der Umwandlung beträgt fast 100 %, ohne unnötige Verluste bei der Energieübertragung an den Verbrauchsort. Die Beheizung ist umweltfreundlich, es kommt in der Lokalität zu keiner Umweltbelastung. Ein Schornstein, Brennstofflager oder Platz für einen Kessel oder Kesselraum ist nicht erforderlich. Der Stromanschluss ist im Vergleich zu anderen Wärmeträgern wesentlich einfacher und investiv günstiger, mit geringeren Eingriffen in die Bauteilkonstruktion oder räumlichen Anforderungen. Was die Ausbreitung des Wärmestroms von der beheizten Fußbodenfläche ins Interieur angeht, gelten dieselben Grundsätze wie bei der wassergeführten Heizung. Ein großer Vorteil der elektrischen Beheizung ist die Möglichkeit der genauen Messung der Energie bei jedem Verbraucher individuell, was ihn anregt, ihren Verbrauch im Rahmen der Möglichkeiten zu reduzieren.

Mögliche Anwendungsbereiche der Systeme elektrischer Fußbodenheizung sind sehr weitreichend. Das System kann die thermische Behaglichkeit entweder als Grundheizung oder als ergänzende Beheizung zur Temperierung der Fußböden auf eine angenehme Temperatur gewährleisten. Da die Beheizung mit verschiedenen Betriebsarten durchgeführt werden kann, was die Konstruktion des Fußbodens und die Leistung der Wärmequelle bestimmt, ist das System nicht nur für neu gebaute Objekte geeignet, sondern findet auch bei Renovierungsarbeiten Anwendung. Es kann entweder über die gesamte Bodenfläche installiert werden oder nur bestimmte Bereiche beheizt werden. Da das Risiko einer Vereisung des Systems nicht besteht, ist es auch für Räume oder Gebäude geeignet, die nur gelegentlich beheizt werden. Der Anwendungsbereich der Systeme elektrischer Heizelemente der Heizanlage kann in folgende Bereiche zusammengefasst werden:

• großflächige Beheizung und Temperierung,

• Schutzsysteme,

• spezielle Anwendungen.

Geschichtliche Entwicklung der elektrischen Heizung

Die elektrische Heizung hat in der Slowakei keine reiche Tradition. Ihre Anfänge reichen in die 30er Jahre des 20. Jahrhunderts zurück, als in nur einigen Dutzend Einfamilienhäusern elektrisch geheizt wurde. Nach dem Zweiten Weltkrieg war diese Art der Heizung aufgrund des akut fehlenden Stroms und der Verteilnetze praktisch verboten. Elektrizität wurde bevorzugt für die Sicherstellung der Bedürfnisse in Bereichen eingesetzt, in denen sie unersetzbar war (Beleuchtung, Antriebe), sowie für Kochen, Bügeln und Warmwasserbereitung.

Der Beginn der Entwicklung der elektrischen Heizung fällt in die 60er Jahre des letzten Jahrhunderts, als die Energieversorgung hauptsächlich den Akkumulationsverbrauch unterstützte, der dazu dienen sollte, die Belastung des Stromnetzes auszugleichen. Für diesen Verbrauchsart wurde eine begünstigte Tarifstruktur eingeführt. Es entstand auch die erste Vorschrift zur Genehmigung der elektrischen Heizung in Gebäuden, die strenge Anforderungen an die thermischen Eigenschaften des Gebäudehüllens stellte. Die Entwicklung der elektrischen Heizung verlief langsam, da der Sortiment an Heizgeräten, Regeltechnik und Erfahrungen im Projektbereich fehlte. Zudem war der Preis für Strom im Vergleich zu anderen Brennstoffen erheblich höher.

Ab dem Jahr 1969 wurde elektrische Energie zu einem der Medien, mit denen die Luftreinheit gelöst werden könnte. Sie wurde hauptsächlich bei Neubauten genehmigt und als Ersatz für feste Brennstoffe in der nichtindustriellen Sphäre. Es begannen sich günstige Bedingungen für die Entwicklung der Akkumulationsheizung zu schaffen, durch Renovierung der sekundären Netze, durch Festlegung einer geeigneten Tarifstruktur für Haushalte mit Akkumulationsverbrauch sowie durch Werbe- und Beratungsaktivitäten. In dieser Zeit wurden in der Slowakei etwa 10 000 Haushalte elektrisch beheizt, wobei es sich um ergänzende Heizung oder Heizung in der Übergangsphase handelte.

Der Druck auf die Entwicklung der elektrischen Heizung entstand nach der Ölkrise im Jahr 1973, deren Folge ein Anstieg der Preise für flüssige Brennstoffe war. Der Anteil der Stromerzeugung in Kernkraftwerken stieg, und es entwickelten sich schrittweise technische Mittel zur Steuerung des Stromverbrauchs seitens der Energieversorgung. Auf dem Markt begann ein breiteres Sortiment an Heizgeräten, modernere Automatisierungs- und Regeltechnik aufzutreten. In den 80er Jahren wurden in der Slowakei etwa 25 000 Haushalte mit Akkumulationsöfen beheizt, und das Sortiment wurde um elektrische Hybridöfen erweitert.

Ein schneller Aufschwung der elektrischen Heizung begann in den 90er Jahren. Das Angebot an Heizanlagen sowohl von inländischen als auch ausländischen Herstellern wurde um neue Typen bereichert. Die Ölkrise im Jahr 1991 führte zu einem Anstieg der Preise für gasförmige Brennstoffe, was eine unerwartet günstige Preisänderung für elektrische Energie verursachte. Es wurde eine neue Gebühr für die direkte elektrische Heizung eingeführt. In dieser Zeit wurden etwa 40 000 Wohnungen nur mit Strom beheizt, davon etwa 90 % mit Akkumulationsöfen. Änderungen im Stromverbrauch traten nicht nur in seiner Höhe, sondern auch in seiner Struktur auf. Ein größerer Anteil entfiel auf den Haushalts- und Dienstleistungssektor.

Ab dem Jahr 1993 begann ein schneller und fast ungezügelter Aufschwung der direkten elektrischen Heizung. Diese Situation entstand aufgrund der sehr vorteilhaften Gebühr für direkte Verbrauch, niedriger Investitionskosten für das Heizsystem und eines reichen Sortiments an direkten Heizgeräten. Diese Explosion brachte eine Reihe von Problemen mit sich. Die Kapazität der Stromnetze, insbesondere auf der Ebene der Niederspannung und Hochspannung, war unzureichend. Die Unterschiede im Tageslastprofil vertiefen sich; zur Stabilisierung sollte die Akkumulationsheizung dienen. Die Anforderungen der geltenden Vorschriften, die die Bedingungen für die Installation der elektrischen Heizung in Gebäuden festlegten, wurden nicht beachtet. Die Heizung wurde in Gebäuden mit hohen Wärmeverlusten realisiert, was zu einer Erhöhung der Betriebskosten um 100 bis 250 % führte.

Ab Ende der 90er Jahre war ein leichter Rückgang des Interesses an der elektrischen Heizung zu beobachten, verursacht durch den ständigen Anstieg der Strompreise. Derzeit macht die elektrische Heizung in der Slowakei etwa 4 % aus im Vergleich zu anderen Heizarten. Zum Vergleich: In der Tschechischen Republik sind es etwa 8 %, in Österreich 10 %, in Deutschland 10 %.

Berechnung elektrischer Fußbodenheizung

Die thermische Berechnung der elektrischen Fußbodenheizung umfasst:

• Entwurf der Konstruktion der Bodenstruktur und der Materialien der einzelnen Schichten;

• Ermittlung der Temperaturverhältnisse im Boden bei Betrieb des Systems;

• Bestimmung der Leistung der Wärmequelle.

Grundlegende Arten elektrischer Fußbodenheizung

Die Konstruktion der beheizten Bodenfläche hängt vom gewählten Betriebsmodus des Heizsystems ab, der entweder akkumulativ, halbakkumulativ oder direkt sein kann. Der Betriebsmodus bestimmt die Anforderungen an die Dicke der Akkumulationsschicht, die Tiefe der Verlegung der Heizelemente, die Qualität der Wärmedämmung und den Typ der Bodenbeläge, beziehungsweise den Typ des verwendeten Heizelements. Die Konstruktion des Bodens und die Tiefe der Verlegung der Heizkabel bestimmen auch die Größe und das Verhältnis der Wärmeströme von der Ebene der beheizten Kabel in beide vertikalen Richtungen.

Akkumulationsheizbetrieb

Der Heizsystem aufgrund der begrenzten Ladezeit und der Anforderung an eine langfristige Wärmespeicherung ist durch die massivste Bodenkonstruktion gekennzeichnet. Die Speicherschicht besteht aus Beton mit einer Dicke von 90 bis 150 mm, abhängig vom Speicherbedarf. Die Heizelemente werden in etwa in die untere Drittel der Schicht gelegt, wodurch der Beton in zwei Phasen gegossen wird. Um den Wärmeverlust nach unten minimieren zu können, ist eine qualitativ hochwertige Wärmedämmung unter dem Heizbereich erforderlich (50 bis 60 mm). Die installierte Leistung der Wärmequelle beträgt 160 bis 200 W/m², abhängig vom Zweck des beheizten Raums.

Halb-akkumulativer Heizbetrieb

Die verteilte Ladezeit mit der Möglichkeit, bei Bedarf nachzuladen, ermöglicht eine geringere Dicke der Speicherschicht. Für die erforderliche Wärmespeicherung reicht eine Dicke von 60 bis 90 mm aus, und die Lage der Heizkabel wird in etwa in die Mitte der Schicht gelegt. Die Dämmungsschicht hat eine ähnliche Konstruktion und Qualität wie im Akkumulationsbetrieb. Die installierte Leistung der Wärmequelle beträgt 120 bis 160 W/m².

Direkter Heizbetrieb

Da aufgrund des gesamten Arbeitszyklus der elektrische Strom direkt aus dem Netz bezogen wird, ist es nicht notwendig, Wärme in einem Speicher zu lagern. Die Betonschicht dient nur zur Aufnahme der Heizelemente, und ihre Dicke beträgt maximal 50 mm, oder die Heizelemente können direkt unter der Tragschicht gelegt werden, was zu einer höheren Systemdynamik führt. Die Lage der Heizkabel wird so nah wie möglich an der Bodenfläche platziert. Die installierte Leistung der Wärmequelle ist um ein Drittel bis die Hälfte niedriger als im Akkumulationsbetrieb und beträgt 80 bis 140 W/m². Die untere Wärmedämmung kann dünner sein.

Thermotechnischer Berechnung Elektrische Bodenheizung

Beim Entwurf müssen diese Randbedingungen berücksichtigt werden:

• die Gesamtwärmeverluste des Raums;

• die Art des beheizten Raums (Wohnzimmer, Küche, Flur usw.);

• der Betriebsmodus des Raums (ständiger, unregelmäßiger oder anderer Aufenthalt der Personen);

• der Betriebsmodus des Heizsystems (Akkumulations-, Halbakkumulations- oder Direktbetrieb);

• die Größe der Bodenfläche, die für die Aufnahme der Heizkabel zur Verfügung steht;

• die Anforderungen an die Bodenbeläge.

Entwurf der Bodenkonstruktion

Für die optimale Funktion des Systems Elektrische Bodenheizung ist ein korrekter Entwurf der Schichten über und unter der Lage der Heizkabel, ihre Dicke und Wärmeleitfähigkeit wichtig. Der Widerstand dieser Schichten beeinflusst die Oberflächentemperatur der Heizelemente, weshalb es notwendig ist, sicherzustellen, dass der maximale Wert, der vom Hersteller festgelegt wurde, nicht überschritten wird. Andernfalls kommt es zur Überhitzung der Isolationshüllen und deren nachfolgender Degradation, was die Lebensdauer des gesamten Elements verringert. Deshalb ist es notwendig, die Wärmeabgabe von der Ebene der Heizkabel sicherzustellen, was durch Materialien um den Heizelementen mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,1 W/m. K garantiert wird.

Widerstandskern

Hier kommt es zur direkten Umwandlung elektrischer Energie in Wärmeenergie. Mit der richtigen Wahl des Leitermaterials und seiner geometrischen Maße kann der resultierende Wärmeoutput des Kabels sowie die thermische Belastung der Kabelmaterialien erheblich beeinflusst werden. Nach der Konstruktion lassen sich diese in drei Gruppen einteilen:

• Widerstandsdrähte,

• Widerstandsketten,

• leitfähige Polymermischungen zwischen zwei Kupferlitzen.

Widerstandskerne können einen kreisförmigen Querschnitt haben oder in Form eines flachen Streifens gefertigt werden. Sie bestehen aus Kupferlegierungen mit Zusätzen von Nickel, Mangan oder Chrom. Ihre charakteristische Eigenschaft ist ein geringer Wärmeausdehnungskoeffizient und ein geringer Temperaturkoeffizient des Widerstands. Sie werden mit Durchmessern von 0,1 bis 4 mm hergestellt, mit einer Wärmeleistung von 5 bis 70 W/m, die stark vom Querschnitt des Kabels und von der Anzahl der Kerne abhängt. Eine besondere Gruppe von Heizkabeln bilden die selbstregulierenden Leiter. Sie bestehen aus zwei parallelen Kupferlitzen, zwischen denen ein Temperaturabhängiger Widerstandskern gebildet wird. Die Leistung des Kabels nimmt mit steigender Temperatur entlang seiner gesamten Länge ab (und umgekehrt), wodurch in keinem Fall zu einer thermischen Überhitzung kommen kann, selbst wenn mehrere Elemente sich kreuzen.

Isolationsmantel

Er kann je nach Verwendung des Kabels einfach oder doppelt sein und wird in der Regel aus polymerbasierten Materialien hergestellt. Die grundlegende Funktion besteht in der Isolation des Leiters und gleichzeitig im Abtransport der erzeugten Wärme. Deshalb sollte er gute elektrische Isolationswerte, eine hohe dauerhafte Wärmebeständigkeit, eine hohe Wärmeleitfähigkeit, gute mechanische Eigenschaften und eine gute Verarbeitbarkeit aufweisen. Das Material der Isolationsmantel und gegebenenfalls die Ummantelung der Heizkabel kann unterschiedlich sein, wodurch es zu gegenseitigen Einflüssen kommen kann, was vor allem bei höheren Temperaturen deutlich sein kann. Deshalb werden Kombinationen von polymeren Materialien empfohlen.

Schutzkomponenten

Sie bestehen aus Metallgeflecht, Ummantelung oder deren Kombination. Sie dienen dazu, die mechanische Festigkeit des Heizleiters zu erhöhen oder als zusätzliche elektrische Schutzmaßnahme in Bedingungen, in denen dies erforderlich ist (z. B. in explosionsgefährdeten Räumen).

Heizkabel haben breite Anwendungsmöglichkeiten in diesen Bereichen:

• Flächenheizung und Temperierung,

• Schutz vor Einfrieren und Frost,

• technologische Anwendungen in der Industrie,

• Anwendungen in der Landwirtschaft,

• spezielle Anwendungsfälle.

Kabel für Flächenheizung und Temperierung

Am häufigsten werden Kabel mit einem oder zwei Kernen und doppelter Isolierung, gegebenenfalls mit Schutzgeflecht verwendet. Sie dienen der Flächenheizung und Temperierung von Innenräumen oder äußeren Funktionsflächen, wie z. B. Schutz vor Frost auf Außentreppen, Einfahrten, Brücken, Straßen usw. Sie werden in Beton- oder Estrichschichten der Böden oder unter der Fliese verlegt und eignen sich auch für Räume mit erhöhter Feuchtigkeit. Für die Anwendung in Innenräumen werden Kabel mit einer Leistung von 10 bis 20 W/m verwendet, für die Heizung von Außenbereichen sind höhere Leistungsbelastungen erlaubt, die jedoch von den konkreten Kühlbedingungen abhängen. Die Kabel bilden Heizkreise, die an beiden Enden kalte Leiter haben; diese ermöglichen die Verbindung an 230 V, seltener an 400 V. Sie erwärmen sich auf eine maximale Temperatur des Kerns von 80 °C. Die Gesamtdicke der in Innenräumen verwendeten Kabel beträgt 4,5 bis 8,5 mm, abhängig vom konkreten Typ.

Elektrische Heizmatte

Sie besteht aus einem Trägergewebe, an das meandermäßig ein Heizkabel mit einem maximalen Durchmesser von 3 mm befestigt ist, das an beiden Enden kaltgeführte Kupferleiter hat. Die Gesamtdicke der Matte beträgt etwa 2,5 bis 3,5 mm. Matten werden in der Standardbreite von 0,5 m und in Längen von 1 bis 20 m hergestellt, mit einer Flächenleistung von 100 bis 160 W/m² (abhängig vom Hersteller). Der erforderliche Gesamtwärmebedarf wird durch eine geeignete Kombination der einzelnen Stücke erreicht.

Matten sind hauptsächlich für die Beheizung von Innenräumen als Haupt- oder Ergänzungsheizung vorgesehen, können aber auch für andere Anwendungen verwendet werden. Aufgrund ihrer geringen Dicke eignen sie sich besonders gut bei der Renovierung von Böden. Ihre Vorteile sind eine deutliche Reduzierung der Montagezeit, die Begrenzung der Möglichkeit von Fehlern bei der Montage und Beschädigung des Heizkabels. Die Eignung der Matten für verschiedene Zwecke hängt vom Typ des verwendeten Kabels ab.

Elektrische Heizfolie

Der Heizelement besteht aus zwei laminierten Polyesterfolien, zwischen denen eine Schicht homogenisierten Graphits liegt. An den Seiten der Folie verlaufen die Anschlussleiter. Die aktive Breite der Folie beträgt 0,5 m, an beiden Seiten befinden sich passive Streifen mit einer Breite von 0,05 m, die zur Befestigung der Folie an der Bodenkonstruktion dienen. Die Gesamtbreite der Folie beträgt 0,6 m. Sie wird mit Flächenleistungen von 150 und 200 W/m2 für elektrische Fußbodenheizung zur Installation in Beton hergestellt, mit 60 W/m2 für Holzböden und mit 80 W/m2 für Laminatböden. Die Gesamtdicke der Folie beträgt ca. 0,4 mm. Sie wird für elektrische Fußbodenheizung und zur Temperierung von Innenräumen in Neubauten verwendet, doch aufgrund der geringen Dicke ist sie besonders geeignet für den Einsatz bei Renovierungen, da sie direkt auf die ursprüngliche Bodenfläche unter eine neue Belagschicht gelegt werden kann.

Montage der Fußbodenheizung

Die Montage der elektrischen Fußbodenheizung erfolgt in folgenden Phasen:

• Erstellung der beheizten Bodenfläche,

• Montagearbeiten,

• Prüfung der beheizten Bodenfläche.

Erstellung der beheizten Fläche für elektrische Fußbodenheizung

Die resultierende Konstruktion der Bodenfläche im Vergleich zum wärmewasserbasierten Heizsystem kann aufgrund einiger Besonderheiten des elektrischen Heiztyps, wie beispielsweise ein anderer Heizmodus oder ein anderer Heizelement, abweichen.

Verschiedene Arten der Erstellung der beheizten Bodenfläche

Aus technologischer Sicht kann die beheizte Bodenfläche auf drei grundlegenden Arten realisiert werden:

• Montage in Beton,

• direkte Montage unter die Belagschicht der Bodenfläche,

• Montage in Holzbalkenböden.

Montage in Beton

Die Heizelemente werden in eine Betonschicht eingegossen, die aus zwei Teilen besteht:

• aus einer Ausgleichsschicht, in der die beheizte Fläche untergebracht ist und die 1/3 bis 1/2 der Gesamtdicke der Betondecke ausmacht, abhängig vom Modus;

• aus einer Deckenschicht, in der die Heizelemente eingegossen werden.

Beim direkten Heizmodus können die Heizelemente auch direkt auf die Wärmedämmung gelegt und anschließend mit Betonmörtel oder Zementestrich eingegossen werden. Bei Verwendung von Thermokabeln wird zwischen diesen und der Dämmung ein Drahtgitter gelegt; die Heizmatte oder -folie wird direkt auf die Dämmung befestigt. Es muss sichergestellt sein, dass die Wärme von der Oberfläche der Heizelemente problemlos abgeführt wird, andernfalls kommt es zu Überhitzung und damit zu einer Verringerung der Lebensdauer. Deshalb dürfen die Heizelemente nicht in das Dämmmaterial eingedrückt oder von diesem umgeben sein.

Montage unter die Belagschicht der Bodenfläche

Diese Methode wird beim direkten Modus angewandt, um die maximale Dynamik des Heizsystems zu erreichen, sowie bei der Renovierung alter Böden oder dort, wo die konstruktive Höhe des Raumes nicht ausreicht. Die Heizelemente werden gemäß den genannten Grundsätzen direkt auf die Wärmedämmungsschicht der neuen oder bereits bestehenden Bodenkonstruktion gelegt. Die beheizte Fläche wird mit einer Deckenschicht aus Nivelliermasse oder Fugenmörtel eingegossen und anschließend wird die Belagschicht, meist Fliesen oder Laminatboden, verlegt.

Montage in Holzbalkenböden

Beim Einbau des Heizsystems in Holzböden werden die Heizelemente auf die Wärmedämmung gelegt, wobei dasselbe Prinzip wie bei der nassen Methode gilt. Zwischen der beheizten Fläche und der Unterseite des Holzbodens muss eine Luftschicht von mindestens 25 mm erzeugt werden.

Arten der Anordnung der Heizelemente für elektrische Fußbodenheizung

Die Heizelemente für elektrische Fußbodenheizung sind Heizkabel, Heizmatten und Heizfolien.

Heizkabel

Die Heizelemente erwärmen sich bei Betrieb des Systems gleichmäßig über ihre gesamte Länge bzw. Fläche, wodurch auch eine gleichmäßige Oberflächentemperatur der beheizten Bodenfläche erreicht wird. Aus Sicht des horizontalen Temperaturgradienten kann ein Temperaturabfall vom äußeren zur inneren Wand beobachtet werden, ähnlich wie beim wärmewasserbasierten System. Dieser Effekt kann teilweise durch die Erstellung von Randzonen mit höherer Flächenleistung beseitigt werden. Der Heizkreis wird durch das Anordnen der Heizkabel in Form von Meandern gebildet, wobei der Abstand zwischen den einzelnen Leitern von der Leistungsaufnahme des Kabels und vom gewünschten Flächenleistung des Systems abhängt.

Technologie und Montage elektrischer Fußbodenheizung

In diesem Kapitel beschreiben wir die Methode der Erstellung der beheizten Bodenfläche mit elektrischen Heizelementen, die entweder in Beton eingegossen oder direkt unter die Belagschicht der Bodenfläche gelegt werden, wobei die Reihenfolge der Schritte dieselbe ist wie bei der wärmewasserbasierten Variante, die mit der nassen Methode realisiert wird. Wir konzentrieren uns auf die Unterschiede, die sich aus einigen Punkten der Technologie und Montage ergeben.

Vorbereitung des Objekts

Die beheizte Bodenfläche wird erst nach Abschluss aller Putzarbeiten und der Dämmung verlegt. Vor dem Innenputz müssen die elektrischen Leitungen und Anschlüsse des Heizsystems installiert werden, wobei die Leitungen gemäß dem geplanten Leistungsauftrag der entsprechenden Heizkreise dimensioniert werden und folgende Parameter erfüllen müssen:

• Anschluss für die Beheizung von Räumen < 1 O m2, Kupferleitung 3 x1,5 mm2;

• Anschluss für die Beheizung von Räumen > 1 O m2, Kupferleitung 3 x 2,5 mm2;

• Anschluss für die Beheizung von Randzonen und anderen zusätzlichen Wärmequellen < 2 kW, Kupferleitung 3 x 1,5 mm2;

• Bei Verwendung von zentralen Schaltuhren muss zu jedem Thermostat ein Steuerkabel aus Kupfer 1 x 1,5 mm2 installiert werden

In die Stellen, an denen die Regler montiert werden, werden Installationskästen eingebaut. Die Platzierung der Regler hängt von der Funktion des Raumes und den Anforderungen des Investors ab. Thermostate mit Raumtemperatursensoren sollten so angebracht werden, dass sie nicht durch unerwünschte Faktoren beeinflusst werden (Blendung, Wärmestrahlung von Heizkörpern, Zugluft usw.). Die Thermostate werden an den Stromanschluss angeschlossen. Die Heizelemente müssen fest über den Regler angeschlossen sein, ein beweglicher Anschluss ist nicht erlaubt. Die Verteilung der Anschlussstellen erfolgt gemäß der technischen Dokumentation. Von dem Thermostat zur Bodenfläche müssen zwei flexible Elektroinstallationsrohre verlegt werden, um die kalte Seite des Heizkabels und den Bodentemperatursensor anzuschließen. Die gesamte Elektroinstallation muss den geltenden Vorschriften entsprechen.

Die Grundsätze für die Vorbereitung der Bodenfläche, das Verlegen der Randdämmstreifen, der Wärme- und Schalldämmung, der hydroisolierten Folie, die Erstellung von Dehnungsfugen, das Verlegen von Betonmörtel und der Belagschicht sind dieselben wie bei der wärmewasserbasierten Variante.

Verlegung elektrischer Heizelemente

Elektrische Heizelemente werden nach vorbereiteten Plänen für jeden Raum verlegt, in dem die Anordnung der Heizmeander, ggf. von Teppichbändern oder Folien sowie die Positionen der kalten Enden in die Installationsboxen eingezeichnet werden. Es ist stets zu beachten, dass Heizelemente nur in freie, nicht bebaute Flächen verlegt werden. Deshalb ist es notwendig, zumindest eine ungefähre Anordnung der Einrichtungsgegenstände im Raum zu kennen. Sollten Möbel über der Verlegeebene der Heizkabel liegen, muss ein freier Luftstrom gewährleistet sein.

Montage in Beton

Bei dieser Methode werden am häufigsten Heizkabel und Heizmatten als Heizelemente verwendet. Beim akkumulierenden und halbakkumulierenden Verfahren wird zunächst eine ausgleichende Betonschicht (1/3 bis 1/2 der Dicke der endgültigen Betondecke, wie vom Planer berechnet) auf die wasserdichte Dampfsperre gelegt. Die Betonmischung muss vollständig verdichtet sein, ohne scharfe Kanten, die Oberfläche muss glatt, ohne Unebenheiten und Vorsprünge, und ausgebürstet sein. Vor dem Verlegen der Heizelemente wird ein Penetriergrund aufgetragen.

Um Schäden an den Elementen zu vermeiden und die vorgeschriebenen Abstände zwischen den Kabeln einzuhalten oder um ein Überlappen der Matten zu vermeiden, müssen die Kabel bei der Montage fest an der Unterlage befestigt werden. Dazu werden in der Regel Installationsbänder verwendet, die in die Betondecke eingeklemmt werden, senkrecht zur vorgesehenen Verlege Richtung der Heizkabel. Der Abstand zwischen den Bändern sollte maximal 1 m betragen, bei größeren Spannweiten könnte die gleichmäßige Abstandshaltung der Kabel beim Betonieren beeinträchtigt werden. Die Bänder haben Halterungen für die Kabel in typisierten Abständen, z. B. 25 mm.

Eine weitere Möglichkeit ist die Befestigung der Kabel an einer Stahlgitter. Dieser Verfahren wird gewählt, wenn die Dicke der Betondecke gering ist und der direkte Betriebsmodus verwendet wird, oder wenn die Bewehrung für die Bodenplatte aus statischen Gründen vorgeschrieben ist. Nachteilig ist hier die höhere Installationsarbeit und das erhöhte Risiko mechanischer Beschädigungen beim Verlegen. Auf geeigneten Untergründen kann der Heizmeander, frei auf der Unterlage ausgerollt, mit Klebeband befestigt werden. Die Kabel werden im Abstand gemäß Berechnung befestigt, wobei der minimale Biegeradius des Kabels vom Hersteller vorgeschrieben wird. Der Abstand der Kabel zu vertikalen Wänden und Einrichtungsgegenständen beträgt mindestens 50 bis 100 mm. Sollte das Heizelement verhärtet sein, wird es ausgerollt und vorübergehend an das Stromnetz angeschlossen, bis es ausreichend biegsam wird. Die Heizelemente werden erst nach ausreichender Aushärtung der Betondecke (2 bis 4 Tage) verlegt, meist von den Fenstern zur Tür hin. Beim Verlegen der elektrischen Kabel sind folgende Grundsätze einzuhalten:

• Es ist darauf zu achten, dass die Kabel nicht beschädigt werden, z. B. durch Werkzeuge. Sollte doch ein Kabel beschädigt werden, darf er nicht vorübergehend repariert werden, sondern die beschädigte Stelle muss durch ein anderes Kabel ersetzt werden.

• Aktive Kabelteile dürfen sich nicht kreuzen, berühren oder frei durch die Luft verlaufen, sie dürfen nicht in Kontakt mit Wasserleitungen, Wannen usw. kommen.

• Kabel dürfen nicht gekürzt werden, nur ihre kalten Enden dürfen gekürzt werden.

• Die Verbindung zwischen kaltem Ende und Heizkabel darf nicht in einer Biegung installiert werden.

• Kabel dürfen niemals durch Dehnfugen verlaufen.

• Sollten kalte Enden durch Dehnfugen verlaufen, müssen sie in zwei konzentrischen Schutzrohren frei verlegt werden.

Gleichzeitig mit den Heizelementen wird in die Verlegeebene der Heizkabel ein Bodentemperatursensor des Thermostats gemäß folgenden Grundsätzen eingebracht:

• Der Sensor zusammen mit dem Leiter wird in eine Schutzrohre der Elektroinstallation in der Mitte zwischen zwei benachbarten Kabeln eingebracht.

• Das Ende der Rohre wird abgedichtet, um das Eindringen der Betonmischung zu verhindern.

• Die Schutzrohre werden vor dem Verlegen der Kabel montiert.

Die Heizelemente werden bei Temperaturen über 5 °C installiert. Nach dem Befestigen der Elemente muss der Widerstand des Leiters sowie seiner Isolierung gemessen werden. Sollte alles in Ordnung sein, wird eine Schicht Betonmischung aufgebracht. Die Mischung muss das Heizelement vollständig umhüllen, um Blasen zu vermeiden, die die Wärmeabstrahlung von der Kabeloberfläche verringern würden. Beim Auftragen der Mischung ist erneut darauf zu achten, dass die Elemente nicht beschädigt werden. Schließlich wird der Widerstand der Heizkreise erneut gemessen. Aktive Elemente sowie kalte Leiter müssen in den Beton eingebettet sein, an keiner Stelle darf ein Kontakt mit der Luft entstehen. Die tragende Schicht der Bodenplatte wird erst nach ausreichender Trocknung der Betonmischung (28 bis 30 Tage) verlegt.

Nach Abschluss aller Baumaßnahmen werden die Thermostate, Bodentemperatursensoren eingesetzt und das gesamte System in Betrieb genommen.

Montage direkt unter der tragenden Schicht der Bodenplatte

Bei dieser Methode ist es wünschenswert, dass die endgültige Dicke der Bodenkonstruktion minimal ist, deshalb werden in der Regel dünne Heizmatten und Heizfolien als Heizelemente verwendet. Die Unterlage, auf die sie verlegt werden, muss sauber, glatt und frei von Staub und scharfen Gegenständen sein. Sie wird mit einem geeigneten Penetriergrund behandelt und die Heizelemente werden erst nach dem Trocknen des Grundes verlegt. Bei einer Renovierung kann die Bodenheizfläche auch auf die ursprüngliche tragende Schicht gelegt werden. Sollte diese aus Fliesen bestehen, müssen sie ausreichend eben sein, geringe Unebenheiten müssen behoben werden. Sollte die ursprüngliche Schicht aus Holzprodukten (Parkett, Holzfaser) bestehen, darf ihre Tragfähigkeit nicht beeinträchtigt werden. Die Unterlage muss mit Penetriergrund behandelt und mit einer ausgleichenden Schicht abgedeckt werden, um die Heizelemente abzutrennen. Ihre Dicke muss aus Brandschutzgründen mindestens 5 mm betragen.

In der Bodenplatte wird eine Nut für die Schutzrohre mit dem Bodentemperatursensor ausgehauen, die zur Installationsbox führt. Das Ende der Rohre wird abgedichtet und ihre Position fixiert. Anschließend werden in der Unterlage Vertiefungen für die aktiven Teile und kalten Enden angebracht.

Die Heizelemente werden gemäß dem Verlegeplan ausgerollt und auf das Verlegen vorbereitet. Um bei der Montage ein Verrutschen zu vermeiden, müssen sie fest an der Unterlage befestigt werden. Die Befestigung kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Die Heizelemente können selbstklebend ausgeführt sein, wobei ein spezielles Klebstoff auf dem Element erlaubt, es wiederholt anzukleben und ablösen zu können. Sie können mit Klebeband befestigt oder in eine Schicht elastischen Klebstoffs eingedrückt werden.

Beim Verlegen ist erneut darauf zu achten, dass das Heizelement an keiner Stelle beschädigt wird und seine Widerstandswerte gemessen werden. Die Streifen der Heizelemente werden einzeln verlegt, wobei parallel verlegte Streifen sich nicht überlappen dürfen. Sollte eine Richtungsänderung des Streifens erforderlich sein, wird bei der Matte das Trägergewebe bis dicht an den Heizleiter geschnitten. Der Streifen kann um bis zu 180° abgelenkt werden, wobei der Leiter nicht gespannt bleiben darf. Überlappende Gewebebereiche müssen entfernt werden. Sollte eine Heizfolie verwendet werden, wird nach der Befestigung eine Schutzdampfsperre überdeckend aufgebracht, die ausreichend hoch an die Wand gezogen und befestigt wird. Die kalten Enden der Elemente müssen außerhalb der verlegten Streifen in die Installationsbox geführt werden.

Auf die gesamte Heizfläche wird eine Nivelliermasse oder Klebemörtel aufgetragen, damit die Heizelemente gleichmäßig überdeckt werden und keine Luftblasen entstehen. Es ist notwendig, die Leistung der Heizelemente erneut zu messen. Sollte alles in Ordnung sein, kann die tragende Schicht verlegt werden.

Prüfung elektrischer Bodenheizung

Die Bodenheizung wird erst in Betrieb genommen, nachdem der Beton nach 4 bis 6 Wochen vollständig ausgehärtet ist. Die Bodentemperatur muss schrittweise erhöht werden, da bei vollem Leistungsbetrieb eine intensive Verdunstung von Wasser aus dem Beton in der Nähe der Heizelemente und das Entstehen von Luftblasen auftreten könnte. Der erste Einschaltvorgang erfolgt bei reduzierter Temperatur, maximal 20 °C. Folgender Ablauf ist einzuhalten:

• Der Betrieb erfolgt mit Zustimmung des Lieferanten des Heizsystems;

• am ersten Tag ist die Bodentemperatur um 5 °C höher als die Temperatur des beheizten Innenraums;

• am zweiten Tag und den folgenden Tagen steigt die Temperatur täglich um 5 °C, bis die Oberflächentemperatur des Bodens den Wert von 30 °C erreicht;

• die Bodentemperatur muss mindestens drei Tage lang auf dem Wert von 30 °C gehalten werden;

• anschließend wird die Oberflächentemperatur täglich um 10 °C gesenkt, bis sie den Wert erreicht, der am Beginn der Prüfung bestand;

• die Steuerungs- und Regelgeräte müssen vor dem Einschalten des Systems auf Standardwerte eingestellt werden.

Über die Prüfung wird ein Protokoll erstellt. Nach Abschluss aller Arbeiten übergibt das ausführende Unternehmen dem Kunden gültige technische und zeichnerische Dokumente, das Prüfprotokoll und eine Bedienungsanleitung für den Anwender.

Verwendete Literatur:

Dušan Petráš, Miroslav Kotrbatý: Heizung von großräumigen und Hallebauten