Wasserverflächentemperaturbodenheizung

Die Flächenheizung gehört zu den Strahlungsheizsystemen, wobei der Anteil der Strahlungskomponente am Gesamtwärmetransport von der Heizfläche nur geringfügig höher ist als der Wärmetransport durch Konvektion (55%:45%). Gleichzeitig hat dies eine positive Auswirkung auf beide Arten der Wärmeübertragung in den Innenraum.

Die Flächenheizung ist gleichzeitig eine großflächige Heizung, d.h. die Heizrohre sind Bestandteil der Bodenkonstruktion. Aufgrund der hygienischen Anforderungen, die mit der begrenzten Bodenflächentemperatur zusammenhängen, und somit auch mit relativ niedrigen spezifischen Wärmevermögen der Heizfläche, sind die Heizrohre fast immer unter der gesamten Bodenfläche verlegt. Dies hat eine außergewöhnlich positive Auswirkung auf die Gleichmäßigkeit des Wärmetransports im Innenraum und fördert die Erzeugung eines thermisch homogenen, gleichmäßigen Raumes, sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung.

Die Temperatur des Heizwassers ist meist niedriger als 50 °C, weshalb man gleichzeitig von einer Flächenheizung mit niedriger Wassertemperatur sprechen kann, was mehrere Vorteile mit sich bringt. Einerseits ermöglicht dies erhebliche Einsparungen an Wärmeenergie bei der Betriebskosten, andererseits die Anwendung unkonventioneller, niederpotenzieller Energiequellen, wie z.B. Sonnenstrahlung, Energie aus geothermischen Quellen oder Wärmepumpen, die die Umweltwärme nutzen.

Gerade diese Fakten ordnen die Flächenheizung zu den fortschrittlichen Heizsystemen, die alle drei E-Gesichtspunkte garantieren, d.h. Energie, Umwelt und Wirtschaftlichkeit im Bezug auf das Heizen von Gebäuden. Obwohl dieser Heizungsart bereits vor über 2000 Jahren bekannt war, erlebt sie gerade heute ihre größte Ausbreitung und Renaissance.

Historische Entwicklung der Heizung

Die älteste Form der Heizung bei allen Völkern war die lokale Heizung, d.h. das Verbrennen von Holz im offenen Feuer. Der größte Nachteil des Feuers war die übermäßige Rauchentwicklung. Um dies zu vermeiden, erfanden die alten Römer das Holzkohle, das rauchlos auf flachen Metallplatten verbrannt wurde. Im Altertum war dies die verbreitetste Heizform.

Seit ungefähr dem 10. Jahrhundert n. Chr. wurde das offene Feuer durch ein teilweise geschlossenes Feuer ersetzt, bei dem der Rauch durch einen Schacht in den Kaminbereich abgeführt wurde, später durch ein vollständig geschlossenes Feuer mit Schornstein, der über das Dach des Gebäudes führte. Diese Feuerstellen – Kachelöfen – waren zunächst aus Stein, Ton, später aus Kacheln. Sie blieben bis heute erhalten, wobei im 17. Jahrhundert für die Heizung Eisenöfen verwendet wurden.

Das erste zentrale Heizsystem war das antike römische Hypokaustum (entworfen von Sergius Oratus im Jahr 80 v. Chr.). Es war im Grunde ein Feuer ohne Rost, in dem Holz oder Holzkohle verbrannt wurde, und außerhalb der beheizten Räume, unter dem Haus. Die warmen Abgase flossen durch Hohlräume unter dem gesamten Haus und erwärmten so den Boden (griechisch: hypo = von unten, kaiein = brennen). Von dort aus wurde die Luft in den Räumen des Hauses erwärmt. Die Abgase selbst wurden über eine oder mehrere Schächte in den Mauern abgeführt, die in das äußere Umfeld mündeten. Im ersten Jahrhundert n. Chr. wurden in Rom und im Römischen Reich viele Häuser und Gebäude mit dem Hypokaustum-Verfahren beheizt, z.B. die antiken Caracalla-Bäder (211–217 n. Chr.), die Diokletian-Bäder sowie weitere Bäder in heutigem Trier. Reste wurden sogar in Pompeji gefunden.

Eine Verbesserung dieses Systems war die Kanalheizung, bei der unter dem Boden des Hauses kein Hohlraum, sondern die Abgase durch ein verzweigtes Kanalsystem unter dem Boden flossen. Man kann sagen, dass es sich hierbei um die erste Form der Bodenheizung handelte, wobei das Wärmeträgermedium jedoch noch Luft war.

Die Wärmewasserheizung wurde erstmals im 18. Jahrhundert in Frankreich entwickelt, fand jedoch vor allem in Deutschland Anwendung. Anfang des 20. Jahrhunderts verbreitete sich die Wärmewasserheizung mit gezwungenem Kreislauf sehr stark und wurde zur üblichen Heizform für Wohnungen und bürgerliche Gebäude. Die Endgeräte dieser Heizsysteme waren Heizkörper – Radiatoren – frei in den Räumen untergebracht. Der Erfinder der Strahlungsheizsysteme mit Heizkörpern, die in Betonplatten eingebettet und an die Mauerfläche befestigt wurden, war im Jahr 1907 ein Engländer namens Barker. Im Jahr 1926 legte die englische Firma Crittal die Heizrohre direkt in die Konstruktion des Gebäudes (häufig in die Decke oder den Boden) ein. Im Jahr 1935 erhielt der Holländer van Dooren ein Patent für die Verwendung von Strahlungsheizrohren in der Decke als Verstärkungsteil der Bauteilkonstruktion. Man kann also bereits von Strahlungsheizung sprechen, genauer von einer großflächigen Wärmewasserheizung.

BETRIEB DER FLÄCHENHEIZUNG MIT WÄRMEWASSER

Beim Betrieb der Flächenheizung mit Wärmewasser beachten wir:

- Arten der Vorbereitung des Heizwassers,

- Einflüsse auf den Betrieb des Heizsystems,

- Möglichkeiten zur Energieeinsparung.

ARTEN DER VORBEREITUNG DES HEIZWASSERS

Die Vorbereitung des Heizwassers für die Flächenheizung mit Wärmewasser kann entweder direkt aus der Wärmequelle oder indirekt über einen Wärmetauscher erfolgen.

DIREKTE ERWÄRMUNG DES HEIZWASSERS

Die direkte Erwärmung des Heizwassers wird durch traditionelle oder alternative Wärmequellen gewährleistet, die je nach Betriebsart arbeiten können:

- monovalent,

- bivalent,

- kombiniert.

MONOVALENTER BETRIEB

Der monovalente Betrieb ist ein Betrieb mit einer einzigen Wärmequelle, die alle Wärmeverluste des beheizten Raumes abdeckt. Als Wärmequelle können herkömmliche Kessel für verschiedene Arten von Brennstoffen verwendet werden.

Die Anschaltung der Flächenheizung an einen Kessel für feste Brennstoffe ist am wenigsten geeignet, da der Kesselleistung schwer zu regulieren ist. In diesem Fall muss die Wärmequelle unbedingt durch einen Pufferspeicher ergänzt werden, in dem der Überschuss an Wärme außerhalb der Heizsystementnahme gespeichert wird.

BIVALENTER BETRIEB

Diese Art der Vorbereitung des Heizwassers basiert auf der Nutzung zweier verschiedener Wärmequellen – einer primären und einer alternativen. Die primäre Quelle deckt den Wärmebedarf bis zu einer eingestellten Außentemperatur allein ab, bei niedrigeren Temperaturen wird sie dann abgeschaltet. Die alternative Quelle übernimmt dann den gesamten restlichen Verbrauch für die Heizung.

KOMBINIERTER BETRIEB

In diesem Fall arbeiten gleichzeitig zwei verschiedene Wärmequellen. Eine Quelle arbeitet bis zu einer eingestellten Außentemperatur allein. Bei niedrigeren Außentemperaturen übernimmt die zweite Quelle die Spitzenlast in Zusammenarbeit mit der ersten.

Die niedrige Temperatur des Heizwassers der Flächenheizung ermöglicht eine effizientere Nutzung von niederpotenziellen Energiequellen, wobei sich Wärmepumpen besonders gut dafür eignen. Die Ausgangstemperatur des Wassers aus dem Kondensator der Wärmepumpe beträgt maximal 55 °C und mindestens 35 °C. Aufgrund dieser Werte der Ausgangstemperaturen des Arbeitsmediums erscheinen Wärmepumpen als optimale Wärmequellen für die niederwertige Flächenheizung.

Fundamental, unabhängig von der konkreten Anwendung, können Wärmepumpen in den Kreislauf als monovalente Quelle eingebunden werden, häufiger jedoch in bivalenter oder kombinierter Betriebsart.

INDIREKTE ERWÄRMUNG DES HEIZWASSERS

Die indirekte Erwärmung – über einen Wärmetauscher – ist besonders vorteilhaft, wenn die Flächenheizung mit konvektiven Heizkörpern kombiniert wird. Die Heizkörper werden direkt mit Wasser aus dem Kessel versorgt, die Heizfläche wird indirekt über den Wärmetauscher erwärmt. Diese Art der Erwärmung der Heizfläche ist besonders geeignet, um bei richtiger Wahl der Materialien des Wärmetauschers die Diffusion von Sauerstoff durch die Wände der Kunststoffrohre einzuschränken.

EINFLÜSSE AUF DEN BETRIEB DER HEIZANLAGE

Der Betrieb eines Fußbodenheizsystems wird beeinflusst durch:

- die Einstellung der Heizkurve,

- den Selbstregulierungs-Effekt,

- den Betriebsmodus,

- die thermischen Eigenschaften des Bodens,

- die Regelstrategie.

EINFLUSS DER EINSTELLUNG DER HEIZKURVE

Die Heizkurve sollte immer optimal eingestellt sein, d.h. für den Raum mit den geringsten Wärmegewinnen, z.B. das Schlafzimmer. Ein Fußbodenheizsystem reagiert jedoch auf eine falsch eingestellte Heizkurve sehr empfindlich.

Es ist offensichtlich, dass die Ungenauigkeit der Einstellung der Heizkurve den Energieverbrauch beim Betrieb erheblich beeinflusst. Als Referenzfall wurde eine optimal eingestellte Heizkurve angenommen. Zunächst wurde die Heizkurve um 1 K nach oben verschoben, anschließend wurde sie noch stärker ansteigend eingestellt, also um 2 K. Es zeigte sich, dass die Verschiebung der Heizkurve nach oben den Energieverbrauch nicht nur aufgrund der höheren geforderten Innenraumtemperatur erhöht, sondern auch aufgrund des Selbstregulierungs-Effekts.

EINFLUSS DES SELBSTREGULIERUNGS-EFFEKTES

Der Selbstregulierungs-Effekt, aufgrund der hohen Wärmespeicherkapazität der Heizfläche des Bodens und der daraus resultierenden mehrstündigen thermischen Trägheit, ist ein bedeutender Faktor, der den Wärmekreislauf der Räume mit dieser Heizform beeinflusst. Gleichzeitig hängt er jedoch nicht von der Erhöhung oder Verringerung der Heizwasser-Temperatur ab, was aus der Analyse des stationären Zustands abgeleitet werden kann.

Beim Entwurf der Regelung muss man sich bewusst machen, dass beim Fußbodenheizen eine bedeutende Rolle der Wärmespeicherung in der Bodenkonstruktion zukommt. Die Heizfläche ist sehr massiv, weshalb auch die thermische Trägheit der Heizfläche sehr groß ist. Je nach Zusammensetzung des Bodens kann man von einem Wert von 3 bis 8 Stunden ausgehen. Dies ist der Grund dafür, dass bei großflächigem Fußbodenheizen keine schnelleren Änderungen der Heizleistung möglich sind, weshalb Regelmaßnahmen (z.B. Temperaturänderung des Heizwassers) sich im beheizten Raum nur langsam bemerkbar machen und zudem die Aufheiz- und Abkühlzeit lang ist. Aus diesem Grund empfehlen wir, Fußbodenheizung nur bei dauerhafter, ununterbrochener Betriebsweise zu nutzen.

Die große thermische Trägheit der Fußbodenheizung ist besonders ungeeignet bei modernen leichten Bauten mit großen Glasflächen, wo sie zu unpraktischem und unökonomischem Heizbetrieb führt.

EINFLUSS DES BETRIEBSSMODUS

Der beschriebene Selbstregulierungs-Effekt erklärt auch folgende Tatsachen, die sich aus dem Betriebsmodus der Heizanlage ergeben. Verglichen wurde das Heizen mit nächtlicher Abschaltung (22.00 bis 5.00 Uhr).

Es zeigte sich, dass bei Gebäuden mit guter äußerer Wärmedämmung, ohne schnelle morgendliche Aufheizung, die nächtliche Abschaltung verlustbringend ist. Die Heizkurve muss sich während der Aufheizzeit erhöhen, wodurch der Selbstregulierungs-Effekt gedämpft wird. Eine schnelle Aufheizung unterdrückt diesen Effekt erheblich. Bei schlecht isolierten Gebäuden (mit geringer Ausdehnung der Fußbodenheizung) kann die nächtliche Heizung hingegen vorteilhaft sein.

Es muss jedoch auf folgende Grundsätze eines wirtschaftlichen Betriebs geachtet werden:

- Vermeidung von unreguliertem Lüften

- Kontrolle der Wärmeverluste im Heizsystem

- Prüfung des Stromverbrauchs für die Umlaufpumpen

- Sicherstellung einer schnellen Aufheizung.

Diese Einflüsse verringern den Unterschied zwischen beiden Heizmethoden etwas, oder begünstigen sogar die nächtliche Abschaltung des Heizsystems.

Da ein Gebäude mit Fußbodenheizung gute thermische und speichernde Eigenschaften der äußeren Konstruktionen haben muss, kann man annehmen, dass die Phasenverschiebung der Temperaturschwankungen in der Gebäudehülle ungefähr den gleichen Wert hat wie die thermische Trägheit der Heizfläche.

Die relativ große thermische Trägheit der Heizfläche wirkt sich bei niedrigen Außentemperaturen positiv auf die Möglichkeit der Ekviterm-Regelung der Fußbodenheizung aus. Auch in diesem Fall kann sich jedoch die große thermische Trägheit der Heizfläche negativ bemerkbar machen, in der Übergangszeit, im Frühjahr und Herbst, wenn bei relativ schnellen Temperaturänderungen und bei Einwirkung der Sonneneinstrahlung zu einer Überheizung des Innenraums kommen kann.

Dies kann jedoch durch geeignet gewähltes Schattieren der durchsichtigen Konstruktionen oder durch das Anlegen mehrerer parallel nebeneinander verlegter Heizkreise eingeschränkt werden. Bei dieser Verlegeart kann man im Bedarfsfall einen oder mehrere Heizkreise abschalten, ohne dass die Bodenkonstruktion vollständig abkühlt. Diese wird sich ja durch die verbleibenden Heizregister temperieren und auf Veränderungen des erforderlichen Heizwärmebedarfs flexibler reagieren.

EINFLUSS DES WÄRMEDÄMMWIDERSTANDS DES BODENS

Der Wärmewiderstand, sei es der Widerstand der Bodenbeläge an der Oberfläche oder der Widerstand der gesamten Konstruktion der beheizten Bodenfläche, hat einen großen Einfluss auf die Betriebstemperatur des Heizmediums innerhalb der Heizrohre. Ein Raum mit einem höheren Wärmewiderstand der Bodenkonstruktion benötigt auch eine höhere Betriebstemperatur des Mediums in den Rohren. Dies wirkt sich negativ auf den Selbstregulierungs-Effekt und damit auf den Energieverbrauch aus. Eine Erhöhung des Wärmewiderstands der Bodenbeläge von 0,02 auf 0,2 m.K.W-1 (z.B. durch eine dicke Teppichdecke) verursacht einen Anstieg des Wärmebedarfs um 10 bis 15 %.

EINFLUSS DER REGELSTRATEGIE

Bis jetzt wurde der Einfluss der einzelnen thermischen Eigenschaften der Bauteile und des Gebäudes insgesamt analysiert. Wie groß ist jedoch der Einfluss der Regelstrategie auf den Energieverbrauch?

In nahezu allen Fällen ist die Kombination aus Ekviterm, Raumthermostat und Sonnenstrahlungssensor die beste Regelstrategie hinsichtlich des Wärmebedarfs.

Wenn man davon ausgeht, dass heutige Bauteile ausreichend massiv sind, kann man mit einer Ersparnis von 5 bis 12 % an Wärmeenergie rechnen. Diese Energieeinsparung entsteht bei optimal eingestellter Heizkurve. Je schlechter diese Einstellung ist, desto größer ist der Korrektur-Eingriff des Raumthermostats. Dieser kann jedoch den durch die zu hoch eingestellte Heizkurve verursachten erhöhten Energiebedarf nur bis zu einem gewissen Maß (maximal zwei Drittel) reduzieren.

In Ausnahmefällen kann der Raumthermostat sogar den Energiebedarf erhöhen. Dann kommt es durch die Verringerung des Heizwasserflusses an der Eingangsstelle der Anlage bei höherer Temperatur im Raum und gleichzeitig niedrigerer Wassertemperatur zu einer „Abkühlung“ des Raumes und somit zu einer Verringerung der Aufteilung der inneren und äußeren Wärmegewinne auf das gesamte Gebäude.

Die Temperaturregelung des Heizwassers in Abhängigkeit von der Innenraumtemperatur wird nur angewandt, wenn die Fußbodenheizung lediglich zur Temperierung des beheizten Raumes vorgesehen ist. Durch die Kombination der Regelung nach der Außentemperatur und der Innenraumtemperatur kann man die Ungleichheit der Wärmebelastung der einzelnen beheizten Räume berücksichtigen oder unterschiedliche Temperaturen in den einzelnen beheizten Räumen erreichen. In der Regel genügt es, einen Thermostatventil mit separatem Innenraumtemperatursensor in dem beheizten Raum zu installieren. Der Thermostatventil ist an der Zufuhr- oder Rücklaufleitung jedes Heizkreises eingebaut.

ANFORDERUNGEN AN DEN BETRIEB DER WASSERBETRIEBENEN FUSSBODENHEIZUNG

Der Betrieb der niederbetriebenen, großflächigen Wasserbodenheizung muss folgende Anforderungen erfüllen:

a) ermöglichen die Temperaturregelung des Zulaufwassers zu den Heizkreisen im Temperaturbereich von 20 bis 60 °C,

b) verhindern das ungewollte Ansteigen der Temperatur des Zulaufwassers über 60 °C,

c) Korrosion durch niedrige Temperaturen an der Wärmequelle verhindern,

d) eine dauerhafte Entlüftung der Heizkreise gewährleisten

e) thermischen Komfort in den beheizten Räumen sicherstellen.

Allgemeine Anforderungen für die Anwendung der Fußbodenheizung

In der Anfangsphase der Planung des Heizsystems muss die Art der Beheizung gewählt werden. Hierbei sind folgende Kriterien zu berücksichtigen:

a) Die Fußbodenheizung ist insbesondere bei der Kombination mit Niedertemperatur-Wärmequellen (Solarthermie, Wärmepumpen usw.) geeignet, da hier der Selbstregulatoren-Effekt sehr vorteilhaft ist.

b) Für gewöhnliche Wohngebäude ist die Fußbodenheizung aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich des Raumkomforts geeignet. Bei Objekten mit starken Sonneneintrag müssen folgende Maßnahmen ergriffen werden:

- Abschattung oder aktive Sonnenschutzrollos,

- Anwendung eines Sonnenstrahlungssensors und dessen Einbindung in den Regelkreis, - niedrige Vorlauftemperatur des Heizmediums (geringer Wärmewiderstand des Fußbodens).

c) Für die Konstruktion und Montage der wassergeführten Fußbodenheizung wird empfohlen, sich an der CEN TC 130 zu orientieren. Diese Norm enthält detaillierte Vorgaben für die Installation dieser Heizform, erwähnt jedoch nichts über ihre Regelung.

d) Bei Objekten mit sehr variabler Nutzung (variable interne Last oder schnelle Temperaturänderungen im Raum) wird die alleinige Anwendung der Fußbodenheizung nicht empfohlen. Hier kann die Fußbodenheizung als Hauptheizung in Kombination mit schneller reagierenden konventionellen Heizkörpern verwendet werden.

Anforderungen an die Konstruktion und Montage

a) Der Wärmewiderstand der oberen Schicht des Fußbodens sollte immer, wenn möglich, niedrig sein. Bei höherem Wärmewiderstand muss die Vorlauftemperatur des Heizmediums entsprechend erhöht werden, was jedoch wiederum zu einer Dämpfung des Selbstregulatoren-Effekts führt.

b) Wo aufgrund der getrennten Abrechnung der Heizkosten möglich, sollten Räume mit sehr unterschiedlicher Nutzung und Ausrichtung, wenn möglich, in separate Kreise mit eigener Vorlauftemperatur des Wärmeträgers aufgeteilt werden. Wo dies nicht möglich ist, sollten zusätzliche thermostatische Ventile eingebaut werden.

Anforderungen im Zusammenhang mit der Regelung

a) In Siedlungen sollte für Häuser mit unterschiedlicher Ausrichtung und mit unterschiedlichem Nutzungsgrad die Heizkurve für die einzelnen Heizkreise jeweils separat einstellbar sein.

b) Die ekvitermische Regelung nach Außentemperatur sollte immer als Grundregelung verwendet werden.

c) Thermostatische Ventile sind für Räume mit nördlicher Ausrichtung, geringer Sonneneinstrahlung oder mit geringer variabler interner Wärmequelle geeignet, wo eine individuelle Einstellung der gewünschten Raumtemperatur erforderlich ist. Ihre Einstellung muss bereits in der Planungsphase entschieden werden, da eine spätere Installation an der Fußbodenheizung enorme Kosten verursacht.

Die ekvitermische Regelung nach Außentemperatur sollte immer angewandt werden. Für ein Einfamilienhaus mit bekannter und weitgehend konstanter Nutzung der einzelnen Räume sollte ein zusätzlicher Sonnenstrahlungssensor verwendet werden. Wenn eine individuelle Regelung der einzelnen Räume vorgesehen ist, sollten thermostatische Ventile installiert werden. Bei Reihenhäusern mit mehreren Familien, bei denen die Nutzung, die inneren Wärmequellen und die Ausrichtung auf die Himmelsrichtungen variieren, wird eine Kombination aus Sonnenstrahlungssensor und thermostatischem Ventil empfohlen. Bei Objekten mit geringen äußeren Wärmegewinnen ist die Anwendung von thermostatischen Ventilen gerechtfertigt.

Anforderungen für den Inbetriebnahme

Weil der Einfluss der Heizkurve auf den Raumkomfort und den Wärmebedarf groß ist, sollte deren Einstellung sorgfältig erfolgen, wobei folgende Bedingungen gleichzeitig beachtet werden sollten:

a) Bei der Wahl des Referenzraums wird in der Regel der Raum mit den geringsten Wärmegewinnen gewählt. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass der Raumkomfort in diesem Raum an der unteren Grenze des zulässigen Toleranzbereichs liegt, damit alle anderen Räume eine mindestens gleich hohe oder höhere Temperatur haben.

b) Während der tatsächlichen Einstellung sollten, wenn möglich, typische Verhältnisse im Raum (innere Wärmequellen, Lüftung usw.) vorliegen.

Anforderungen an den Betrieb

Bei Heizsystemen ohne Morgen-Heizspitze muss die Heizkurve bei Nachtabschaltung entsprechend erhöht werden. Dies unterdrückt jedoch den Selbstregulatoren-Effekt. In gut isolierten Gebäuden (mit geringer Luftaustausch durch Leckagen) kann durch die Nachtabschaltung eine nachfolgende Energieüberverbrauch von bis zu 23 % entstehen. Bei schlechter isolierten Gebäuden (oder mit größeren Wärmeverlusten durch Lüftung durch Leckagen) verschlechtert sich dieser Nachteil zusammen mit einem weiteren Abfall der Raumtemperatur noch weiter.

Der Betrieb der Fußbodenheizung in gut thermisch isolierten Gebäuden ist in der Regel problemlos. Ein gewisses Verschlechterung der vorteilhaften Ergebnisse tritt ein, wenn der Stromverbrauch an den Pumpen und weiterhin der bestimmte Wärmeverlust an der Verteilung des Heizmediums berücksichtigt wird. Der Stromverbrauch an der Pumpe und 120 weiteren Wärmeverluste bei der Verteilung hängen vom Typ des verwendeten Kessels und vom Gebäudetyp ab. Während in neuen Gebäuden die Verteilungsverluste ca. 3 bis 4 % betragen, kann dieser Anteil in älteren Gebäuden erheblich ansteigen und sollte daher immer vorab geschätzt werden.

Nachtabschaltung der Heizung in gut isolierten Gebäuden führt in den meisten Fällen nicht zu Einsparungen, sondern im Gegenteil. Die Beheizung des Raums nach der Nachtabschaltung verbessert sich nur bei schneller Vorheizung. Danach verschiebt sich die Heizkurve nach unten und verstärkt so den Selbstregulatoren-Effekt. Ebenso wirken eingebaute thermostatische Ventile in gleicher Weise.

In älteren, schlechter thermisch isolierten Häusern mit stärkerer Eintritt von kühler Luft kann durch die Nachtabschaltung der Heizung eine Temperaturabnahme im Raum und somit Energieeinsparung entstehen. Auch hier sollte jedoch eine Kombination aus schneller Vorheizung, wenn möglich, mit einer geringen Verschiebung der Heizkurve (nach oben) genutzt werden.

Wenn nach der Einstellung der Heizkurve der Heizbetrieb geändert wird (z. B. von Nachttemperierung auf normale Tagesbetriebsart), muss die Heizkurve erneut eingestellt werden.

Möglichkeiten der Energieeinsparung

Ausgehend vom Vergleich des Energieverbrauchs werden einige Formen der Energieeinsparung genannt.

Vergleich des Energieverbrauchs

Die Tatsache, dass durch die Anwendung der Fußbodenheizung Energie eingespart wird, kann durch Forschung des Instituts für Bauphysik in Stuttgart belegt werden. Das Institut maß in drei Hochhäusern gleichen Typs mit verschiedenen Heizsystemen über 10 Jahre durchschnittlich 28 % höheren Energieverbrauch für Wohnungen mit konvektiven Heizkörpern im Vergleich zu Wohnungen mit Fußbodenheizung.

Formen der Energieeinsparung

Bei der Fußbodenheizung werden folgende Formen der Energieeinsparung berücksichtigt:

a) Verringerung der Lufttemperatur im Raum

Die Lufttemperatur in einem durch Fußbodenheizung beheizten Raum kann im Gegensatz zu konvektiven Heizmethoden um 2 bis 3 °C verringert werden, ohne dass der thermische Komfort im Innenraum sinkt. Jeder 1 °C, um den die Lufttemperatur sinkt, entspricht einer Energieeinsparung von 6 %. Bei der Fußbodenheizung bedeutet das eine Einsparung von 12 bis 18 % Energie. Dieser Wert steigt in hohen Räumen (Sporthallen, Garagen) auf bis zu 25 % an.

Aus Sicht der Regelung kann man bei der Fußbodenheizung solche Temperatureinstellungen der Heizwasserleitung einbeziehen, die die erforderliche Temperatur der beheizten Räume ohne Überheizung und nur während ihrer Nutzung gewährleisten. Dies setzt eine automatische Steuerung des Betriebs der Fußbodenheizfläche voraus.

b) Verbesserung der thermischen Eigenschaften der Bauteilkonstruktion

Diese Form der Einsparung der für die Beheizung benötigten Energie kann zwar auch bei Gebäuden mit anderen Heizsystemen angewandt werden, bei der Fußbodenheizung muss jedoch die Bauteilkonstruktion ausreichend isoliert werden. Der Grund dafür ist der begrenzte Wärmeleistung des Fußbodens aufgrund der maximal zulässigen Oberflächentemperatur des Fußbodens. Die einmaligen Investitionskosten für die Bauteilkonstruktion amortisieren sich mehrfach durch die Verringerung der Heizkosten.

c) Nutzung von Niedrigtemperatur-Wärmequellen

An Quellen, die Niedrigtemperatur-Energie nutzen, können im Grunde beliebige Heizsysteme angeschlossen werden. Bei uns werden bisher hauptsächlich Wasserheizsysteme mit einer Vorlauftemperatur von 90 °C angeschlossen. Um jedoch die Effizienz von Niedrigtemperatur-Wärmequellen bei niedrigeren Temperaturen des Arbeitsmediums zu erhöhen, müssen Niedrigtemperatur-Heizsystemen Vorrang eingeräumt werden, bei denen Wärmepumpen in ein Bodenheizsystem eingebunden bis zu 80 % des jährlichen Heizwärmebedarfs abdecken, also bis zu einer Außentemperatur von ±0 °C. Nur 20 % der Energie müssen durch traditionelle Quellen und Brennstoffe gedeckt werden. Aufgrund dessen verringert sich der Bedarf an traditionellen Brennstoffen durch die Verwendung von Niedrigtemperatur-Bodenheizsystemen. Damit lässt sich nicht nur eine bessere Nutzung der Brennstoffe erreichen, sondern auch das thermische Gleichgewicht in der Biosphäre verbessern.

Verwendete Literatur:

Dušan Petráš: Bodenheizung mit Wasser