Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau l 51 Die Systempalette der Flächenheizung für den Wohnbau erweitert sich. TABS erobern neue Wohngebäude, Wand- und Deckenheizungen vergrößern die Anwendungen der Niedertemperaturheizungen auch für den Gebäudebestand. Die Herausforderungen in Konzeptbildung, Planung und Aus- führung sind umfangreich. Wie sind Wohnkomfort, Energie- effizienz und Wirtschaftlichkeit vor dem Hintergrund der EnEV 2014/2016 zu erreichen? Die MATRIX ist im Allgemeinen eine Organisationsform. Was ist die MATRIX der Flächenheizung? Was ist die Vorzugslö- sung für ein Bauvorhaben, wenn mehr als 10 Systeme ange- wandt werden können? Wo liegen die „Fallstricke“ für TGA-Fachplaner und Heizungsbaumeister in der energe- tischen Gebäudesanierung, wenn Flächenheizungen einge- setzt werden? Die MATRIX der Regelungstechnik. Welche Entwicklungs- trends bedingen Neuentwicklungen in der Betriebsführung und Gebäudeautomation einschließlich Smart Home? Was ist das Besondere an der neuen Generation der Regelungs- technik, UPONOR SMATRIX? Der Fachbeitrag wird darauf Antworten geben. Die Flächen- heizung und -kühlung ist zukunftsfähig – gleichgültig, welche Anforderungen an nachhaltige Baukonstruktion und ener- gieeffiziente TGA gestellt werden. (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau MATRIX der Wärmeübergabesysteme für Neubauten und Bestandsgebäude /1/ 52 l Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau 1. Flächenheizung und -kühlung: Aktuelle Entwicklungen im Normungswesen Wenn man alle Gesetze studieren sollte, so hätte man gar keine Zeit, sie zu übertreten. Johann Wolfgang von Goethe Im November 2015 wurde DIN EN ISO 11855 „Umweltge- rechte Gebäudeplanung – Planung, Auslegung, Installation und Steuerung flächenintegrierter Strahlheizungs- und -kühl- systeme“ gültig. Das Strahlheizungs- und -kühlsystem besteht aus Systemen für die Abgabe bzw. Absorption, Bereitstellung und Verteilung von Wärme sowie aus Mess-, Steuer- und Regeleinrichtungen. Die Normenreihe ISO 11855 beschäftigt sich mit dem integrierten Flächenhei- zungs- und -kühlsystem, das den Wärmeübergang im Raum direkt reguliert. In diesem Zusammenhang werden trägheits- arme Systeme in Fußboden, Wand und Decke, aber auch speicherwirksame thermisch aktive Bauteilsysteme (TABS) besprochen (Bild 1). Die Norm behandelt jedoch nicht die vollständige Systemausstattung, wie die Wärmequelle, das Verteilungssystem und die Regelungseinrichtung. Diese Norm ersetzt DIN EN ISO 15377 und beinhaltet dazu im Ver- gleich folgende Änderungen bzw. Erweiterungen: • Präziseres Beschreiben der (thermischen) Behaglich- keitsbedingungen • Aufnahme akustischer (schallschutztechnischer) Aspekte der Heizsysteme • Angabe von Berechnungsmethoden für das Bestimmen der Heiz- und Kühlleistung • Redaktionelle Überarbeitung der Norm Im Detail soll, unter Verwendung normativer Zitate, auf Fol- gendes besonders hingewiesen werden: • Die Lufttemperatur allein ist kein geeigneter thermischer Indikator, da die Räume in einem Gebäude ein nichtein- heitliches Strahlungsfeld aufweisen. Die Lufttemperatur ist nicht für den Wärmeverlust verantwortlich, der durch den Strahlungsenergieübertrag mit den Wänden, Fenstern oder dem Strahlheizungssystem hervorgerufen wird. Wenn viel Wärmeübertrag durch Strahlungsenergie erfolgt, ist die operative Temperatur ein besserer Index für die allgemeine thermische Behaglichkeit. – Daraus muss abgeleitet werden, dass die exakte Einzel- raumtemperaturregelung diese operative Temperatur erfassen muss. Ein mobiler Funk-Raumtemperaturfühler ermöglicht dabei das Messen der operativen Raumtem- peratur im Aufenthaltsbereich des Menschen. Bild 1:DIN EN ISO 11855 – Klassische Bauarten der Flächenheizung und -kühlung sowie der Betonkernaktivierung (rechts) als thermisch aktives Bauteilsystem (TABS) Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau l 53 – Untersuchungen von FIALA /2/ und gegenwärtige For- schungsarbeiten zur dynamischen thermischen Behag- lichkeit (SEIFERT /3/) zeigen, dass die Empfindungen der thermischen Behaglichkeit des Menschen sehr zeit- und ortsabhängig sind. Es empfehlen sich demnach Sensoren in unmittelbarer Umgebung des Menschen und Regelstrecken mit sehr geringer Zeitkonstante. • Insbesondere bei Hybridsystemen, die Strahlheizung und -kühlung mit Lüftungsanlagen vereinen, können Feuchtigkeit und Luftgeschwindigkeiten zusammen mit der Lufttemperatur und der operativen Temperatur bedeutsame Faktoren sein, welche die thermische Be- haglichkeit bestimmen. – Die Sensorik ist auf das Erfassen aller raumklimatisch relevanten Parameter auszurichten, insbesondere dann, wenn mit relativ starken Abweichungen einzelner Parameter zu deren Sollwerten zu rechnen ist. • Bei Heizungen beträgt die maximale Temperatur 29°C und bei Kühlungen beträgt die mindeste Temperatur 19°C. Dieser Temperaturbereich von 19°C bis 29°C kann jedoch durch den Faktor Schuhe verändert werden, d. h. ob die Personen in der Aufenthaltszone Schuhe tragen oder nicht und ob sie normalerweise auf dem Boden sitzen oder stehen. Der Bereich der Oberflächentemperatur kann also den Lebensgewohnheiten entsprechend verschieden sein. Deshalb wird empfohlen, bei der Festlegung des optimalen Bereichs der Fußbodentemperatur die weithin akzeptierten Normen jedes Landes zu befolgen. – Es erfolgt ein deutlicherer Hinweis darauf, landesspezi- fische Einschätzungen zur thermischen Behaglichkeit, hier ist es der Fußkomfort, zu berücksichtigen. – Hinsichtlich der empfohlenen Oberflächentemperaturen ist zu ergänzen, dass baukonstruktive und nutzerseitige Randbedingungen, wie beispielsweise Parkett als Ober- bodenbelag, diese zulässigen Grenztemperaturen ver- ändern. Das hat Auswirkungen auf die erzielbaren Heiz- und Kühlleistungen. • Besonders in Räumen, in denen sich barfüßige Personen befinden, ist der Bereich der Behaglichkeitstemperaturen vom Material des Fußbodenbelags abhängig. ISO/TS 13732-2 können ausführlichere Angaben zur Fußboden- temperatur entnommen werden. In Anhang A.1 finden sich Angaben zum Bereich der behaglichen Temperatur, die vom Bodenbelag abhängt. – Deutlicher als bisher wird normativ auf den Einfluss der Wärmeleitung zwischen (unbekleidetem) Fuß und Oberbo- den hinsichtlich der thermischen Behaglichkeit hingewie- sen. • Bei Wandheizungssystemen beträgt die maximale emp- fohlene Oberflächentemperatur zwischen 35°C und 50°C. Die maximale Temperatur hängt von verschiedenen Fak- toren ab, beispielsweise davon, ob die Personen, welche die Räume nutzen, die Oberflächen leicht berühren können oder ob die Gebäude von sensibleren Personen wie Kindern oder älteren Menschen genutzt werden. Wenn die Hauttemperatur 42°C bis 45°C beträgt, besteht die Gefahr von Hautverbrennungen und Schmerzen. Die Wärmever- luste an die Hinterwände und ihr Einfluss auf die angren- zenden Räume sollten ebenfalls berücksichtigt werden. – Mit diesem Passus werden Unklarheiten beim Benennen maximal zulässiger Wandoberflächentemperaturen beseitigt. Die Temperaturangaben sind eine Analogie zur Trinkwasserinstallation, bei den der Verbrühschutz beim Kontakt des Menschen mit Warmwasser beachtet werden muss. – Neben diesem wärmephysiologischen Aspekt gilt auch hier, dass Bauprodukte, wie beispielsweise der Wand- putz, die maximal zulässige Vorlauftemperatur einer Wandheizung begrenzen können. • In allen geeigneten thermischen Umgebungen weisen Strahlungsfelder zu einem gewissen Grad Asymme- trien auf. Wenn die Asymmetrie stark genug ist, kann dies zu Unbehagen führen. Dieses Unbehagen kann beispielsweise von Personen empfunden werden, die der asymmetrischen Strahlung ausgesetzt sind, die u. a. durch eine offene Tür eines Kamins, direkte Sonneneinstrahlung, beheizte Decken oder abgekühlte Fenster oder Wände verursacht wird. 54 l Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau – Insbesondere die Renaissance der Deckenheizung in Gebäuden niedriger Heizlast bedingt das Berücksichti- gen dieses lokalen thermischen Behaglichkeitskriteri- ums. Aus der zulässigen Strahlungs(temperatur)asym- metrie leitet sich die maximal zulässige Oberflächen- temperatur einer Deckenheizung ab. • Die Größe der Rohre in einem geschlossenen Warm- wasserheizsystem wird im Allgemeinen unter bestimmten Obergrenzen beschränkt, darunter eine Geschwindigkeits- grenze von 1,2 m/s bei Rohren mit einem Durchmesser von 50 mm oder weniger und eine Druckabfallgrenze von 400 Pa/m bei Rohren mit einem Durchmesser von mehr als 50 mm. Der Durchmesser von Rohren, in denen die Geschwindigkeit von 1,2 m/s überschritten wird, sollte erheblich größer sein. Obwohl diese Begrenzungen auf relativ unbewiesenen Erfahrungen mit Geräuschentsteh- ung in Rohren beruhen, werden sie weitgehend akzeptiert. – Die Darlegungen zur Strömungsgeschwindigkeit des Heizungswassers in Rohren berücksichtigen in erster Linie Aspekte des akustischen Komforts resp. des Schall- schutzes, sind aber auch hinsichtlich des nutzbaren Diffe- renzdrucks und der systemspezifischen Druckverluste von Bedeutung. Es ist eben ein Unterschied, ob eine Kühldecke nach DIN EN 14240 oder eine bauteilinte- grierte Rohrleitung (TABS) geplant werden soll. • In Gebäuden, die über HLK-Anlagen verfügen, werden damit einhergehende Geräusche meist durch die Luft- bewegungen in den Ventilatoren oder den Pumpen oder durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten von Luft oder Wasser in den Rohren verursacht. Überhöhte Luftströme in allen Luftsystemen können in den Rohren, Enddiffu- soren usw. zu hohen Luftstromgeschwindigkei ten und einer Geräuschentstehung führen. Wenn ein System mit Wasserdurchströmung eine sensible Kühl- und/oder Heizleistung erbringt und das Ventilationssystem nur für die Frischluftzufuhr und die Raumluftqualität sorgt, können die Rohrdurchmesser geringer sein und die Geräusche, die durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit der Luft verursacht werden, können vermindert werden. – RLT-Anlagen für das Erreichen hoher Raumluftqualität, wasserführende Systeme zum Heizen und Kühlen. Eine nach wie vor gültige Prämisse. – Akustischer Komfort und Schallschutz, übrigens rele- vante Kriterien der Gebäudeklassifizierung nach DGNB, LEED, BREAM etc., gewinnen an Bedeutung. • Bei TABS werden abgehängte Paneele (integrierte Flächenheizungs- und -kühlsysteme) verwendet, welche als Akustikabsorptionsfläche dienen. Sie vermindern den Wärmeübertrag mit den Personen und anderen Ober- flächen des Raumes. Diese Verringerung des Wärmeüber- trags hängt von Faktoren wie der Art und Position der Akustikflächen, der Art und Position der internen Lasten, dem Ventilationskonzept usw. ab. Vertikale Akustikplatten beeinflussen den Wärmestrom weniger. Akustikputz verhält sich wie eine zusätzliche Dämmschicht. Bei der Berechnung der Kapazität der TABS muss dieser Effekt direkt berücksichtigt werden. Die fol- genden Faktoren sollten bei Akustikanalysen ebenfalls berücksichtigt werden: Bodenbelag Ausstattung und Möblierung (Position, Absorptionsvermö- gen der Oberflächen) Akustikplatten (absorptionsfähige Oberflächen) Position der wärmeübertragenden Oberflächen in einem Raum Installation des Beleuchtungssystems Grundlegende Zusammenhänge des Themas „TABS und Raumakustik“ werden vom Autor dieses Fachbeitrages im Internet unter folgender Adresse erläutert, wobei ausdrück- lich auf weitere hochinteressante Sessions der Bau- haus-Universität Weimar zu Bauphysik und TGA hingewie- sen werden soll: http://www.uni-weimar.de/de/bauingenieurwesen/ weiterbildende-studiengaenge/elbau/elbau-live/ • DIN EN ISO 11855-2: 2015-11 Dieser Teil der Normen- reihe ISO 11855 enthält ein allgemeines Verfahren, das auf der Finite-Differenzen-Methode und der Finite-Ele- Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau l 55 mente-Methode und vereinfachten Berechnungsmethoden beruht, die von der Position der Rohre und der Art der Gebäudestruktur abhängig sind. – Tabelle 2 des Normenteiles enthält Kriterien für die Aus- wahl der vereinfachten Berechnungsmethode. – Es werden neben typischen Nassbau- und Trockenbau- konstruktionen auch spezielle wärmetechnische Zusam- menhänge von bauteilintegrierten Kapillarrohrmatten, Flächenelementen und beheizten bzw. gekühlten Holz- konstruktionen mit integrierten Rohren abgebildet. Diese Systeme sind international von stark unterschiedlicher Bedeutung. – Es soll besonders auf die Verifizierungsmethode für FEM- und FDM-Berechnungsprogramme hingewiesen werden, da es zunehmend Eigenentwicklungen von Rechenprogrammen gibt, deren Ergebnisplausibilität und Normkonformität zu prüfen ist. • DIN EN ISO 11855-3: 2015-11 Diese Norm gilt für die Planung, den Bau und den Betrieb von Strahlheizungs- und -kühlsystemen. Die in Teil 2 beschriebenen Verfahren dienen der Bestimmung der Heiz- oder Kühlleistung für die Planung und Auswertung der Leistung des Systems. Zur Identifizierung von Produkteigenschaften durch Prüfung und Nachweis der thermischen Leistung flächenintegrierter Heiz- und Kühlflächen in Fußböden, Decken und Wänden kann die Reihe der Normen EN 1264 verwendet werden. – Die weitgehend bekannten Zusammenhänge des Pla- nens, Bauens und Betreibens der Strahlheizungs- und -kühlsysteme werden umfangreich beschrieben. – Deutlicher als bisher ist der Hinweis auf eine Aufheiz- reserve enthalten, die in Ergänzung zur DIN EN 12831 „Heizlast von Gebäuden“ ggf. mit dem Bauherrn separat zu vereinbaren ist und Auswirkungen auf die Systempla- nung hat. Dazu heißt es wie folgt: Wenn das Flächenheizsystem üblicherweise mit Unter- brechungen betrieben wird, müssen die Kennwerte der Erhöhung des Wärmestroms und der Oberflächentem- peratur sowie die Zeit, die zum Erreichen zulässiger Bedingungen nach dem Einschalten des Systems in einem Raum erforderlich ist, berücksichtigt werden. • Es wird empfohlen, Heiz- und Kühlsysteme mit dem glei- chen Heiz- bzw. Kühlmittelstrom zu planen, da so keine Anpassungen der Ausgleichsventile usw. erforderlich sind, wenn zwischen Heizung und Kühlung gewechselt wird. Eine Umwälzpumpe mit verschiedenen Einstellungen stellt eine Möglichkeit dar, zwischen Heiz- bzw. Kühlmittelstrom zu wechseln. – Flächenheizsysteme werden zunehmend auch zur Raumkühlung (und umgekehrt) eingesetzt. Dabei stellt sich die Frage nach der Hydraulik, die mit diesem Pas- sus beantwortet wird. – Der kritischere Fall, ob Heizung oder Kühlung, bestimmt die Wassermasseströme und den hydraulischen Abgleich. Das kann dazu führen, dass entweder beim Heizen oder beim Kühlen Minderleistungen auftreten, sodass die Last nicht kompensiert werden kann. – Neuartige regelungstechnische Möglichkeiten, wie z. B. das Uponor Dynamische Energiemanagement (DEM), bedingen nicht zwingend die oben genannte normative Empfehlung. • Für geometrische Bedingungen gewöhnlicher flacher Räume ist aufgrund der Asymmetrie der Oberflächentem- peratur zwischen der Deckenoberfläche und den anderen Oberflächen ein Höchstwert für die mittlere Temperatur der Oberfläche von Deckenheizungen festzulegen (siehe ISO 11855-1), und es gilt beispielsweise θF,m = 33°C, wenn die Differenz der Temperatur zwischen der Heizfläche und dem Raum 13 K beträgt. Beruhend auf ISO 11855-2 ist die Grenzkurve im Kennlinienfeld folglich eine horizontale Gerade und qG beträgt 85 (W/m2), wenn h = 6,5 (W/m2·K). • Wenn Werte θF,m > 33°C verwendet werden, muss die Übereinstimmung mit den physiologischen Begrenzungen nachgewiesen werden. – Diese wärmephysiologischen Besonderheiten der Asym- metrie der Halbraumtemperaturen bei Deckenheiz- und -kühlsystemen begrenzen deren Leistung. 56 l Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau – Es muss explizit nochmals auf die geforderte Nachweis- führung des Einhaltens thermischer Behaglichkeit hinge- wiesen werden, sofern die Deckenoberflächentempera- tur mehr als 33°C beträgt. • Für geometrische Bedingungen gewöhnlicher flacher Räume gilt ein Höchstwert für die mittlere Temperatur der Oberfläche von Wandheizungen von θF,m = 40°C; die Differenz der Temperaturen zwischen der Heizfläche und dem Raum beträgt 20 K. Beruhend auf ISO 11855-2 ist die Grenzkurve im Kennlinienfeld folglich eine horizontale Gerade und qG beträgt 160 (W/m2), wenn h = 8 (W/m2·K). Wenn Werte θF,m > 40°C verwendet werden, muss die Übereinstimmung mit den physiologischen Begrenzungen nachgewiesen werden. – Diese wärmephysiologischen Besonderheiten begren- zen auch bei Wandheiz- und -kühlsystemen deren Leistung. – Es muss explizit nochmals auf die geforderte Nachweis- führung des Einhaltens thermischer Behaglichkeit hinge- wiesen werden, sofern die Wandoberflächentemperatur mehr als 40°C beträgt. • Bei der Planung von Fußbodenkühlsystemen ist die Be- stimmung des Flächeninhaltes der Kühlfläche, des Typs, der Rohrgröße, des Rohrabstands, der Vorlauftemperatur des Kühlmittels und des Auslegungs-Kühlmittelstroms erforder- lich. Nachfolgend sind die Planungsschritte aufgeführt. – Besondere Überlegungen zur Hydraulik und Leistung der Flächenkühlung sind angezeigt, wenn das System auch zur Raumheizung herangezogen wird. – Hinsichtlich der Taupunktkontrolle bei Flächenkühlsyste- men sind sowohl regionale Klimabedingungen als auch wärmephysiologische Komfortanforderungen besonders zu berücksichtigen. • DIN EN ISO 11855-4: 2015-11 Dieser Teil der Nor- menreihe ISO 11855 ermöglicht die Berechnung der Spitzenkühlleistung thermoaktiver Bauteilsysteme (TABS) auf der Grundlage von Wärmeeinträgen, wie solaren Wär- meinträgen, internen Wärmeeinträgen und Lüftung, sowie im Hinblick auf Kühlergröße, Flüssigkeitsstrom usw. die Berechnung des wasserseitigen Bedarfs an Kühlleistung, die für das System vorgesehen ist. In diesem Teil der Normenreihe ISO 11855 wird ein detailliertes Verfahren für die Berechnung der Heiz- und Kühlleistung bei nichtsta- tionären Bedingungen festgelegt. – Dieser Normenteil hat im Vergleich zu DIN EN ISO 15377-3 die umfangreichste Überarbeitung erfahren. – Zunächst fällt eine eingrenzende Definition zur ther- moaktiven Oberfläche auf. Dazu heißt es normativ wie folgt: Eine thermoaktive Oberfläche ist ein integriertes Flächenheiz- und -kühlsystem mit Wasserdurchströ- mung, dessen Rohre in den zentralen Betonkern einer Baustruktur eingelassen sind. Neben dieser klassischen Betonkernaktivierung gibt es Bauteile mit oberflächennahen Rohrregistern, die stärker den Flächenheiz- und -kühlsystemen zuzuordnen sind. Über das Anwenden des jeweils zutreffenden Normen- teiles muss Bauvorhabenbezogen entschieden werden. • Bei der Planung von TABS muss der Planer wissen, ob die Leistung bei einer bestimmten Wassertemperatur ausreicht, um die Raumtemperatur in einem bestimmten Behaglichkeitsbereich zu halten. Darüber hinaus muss der Planer den wasserseitigen Wärmestrom kennen, um das Wärmeverteilungssystem und den Kühler bzw. Wärmeer- zeuger auslegen zu können. Dieser Teil der Normenreihe ISO 11855 beschreibt Verfahren für beide Zwecke. – Das Planen von TABS geht über stationäre Betrach- tungen der Heiz- und Kühlleistungen weit hinaus und schließt instationäre Phänomene wie das thermische Speichern und Entspeichern ein. Deshalb sind sehr häu- fig thermische Simulationen zum Nachweis des Einhal- tens des thermischen Komforts angezeigt. – Die wesentliche Berechnungsgrundlage für TABS ist die spezifische Arbeit (kWh/m² Zeit) und nicht die Leistungs- dichte (W/m²). – Betriebszeitvariable Untersuchungen in Verbindung mit der Hydraulik führen zu unterschiedlichen Auslegungen Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau l 57 sowohl der Wärme- und Kälteerzeuger sowie Speicher als auch der Wärmeverteilung (Rohrnetz). • TABS sind Systeme mit hoher Wärmeträgheit. Daher müssen dynamische Simulationen durchgeführt werden, wenn die mit ihnen verbundenen Kühler bemessen werden sollen. Grundsätzlich müssen bei Anwendungen, bei denen die Wärmeübertragung im Inneren einer Struktur, in welche Rohre integriert sind, stattfindet, 2-D-Berechnun- gen angewandt werden. Der Berechnungszeitaufwand, der zur Betrachtung des 2-D-Wärmefeldes und für den gesamten Abgleich des restlichen Raums erforderlich ist, ist gewöhnlich zu hoch. Mathematische Modelle beruhen in der Literatur daher normalerweise auf einer Verbindung zwischen Rohroberfläche und den oberen und unteren Oberflächen (d. h. Fußboden und Decke). – Normativ werden verschiedene Verfahren zum Berech- nen des Wärmetransports vorgestellt, die von einer ungefähren Größenbestimmungsmethode über verein- fachte Methoden (Diagrammverfahren) und Modellen (FDM) bis hin zu detaillierten Simulationsmodellen rei- chen. – Bestandteil der Untersuchungen ist ein thermisches Netzwerk mit thermischen Knoten, das den Raum dar- stellt. Daraus ergibt sich die Verknüpfung vom thermisch aktiven Bauteil mit dem Raum, um somit den Wärme- transport resp. Wärmeübergang beschreiben zu können. Das eingebundene Raummodell kann sehr komplexe Zusammenhänge abbilden. – Praxisrelevant ist der Quelltext eines Rechenpro- grammes, das im Anhang D (informativ) beschrieben wird (PROGRAM TABS_CALC_ISOTC205_WG8). • DIN EN ISO 11855-5: 2015-11 Dieser Teil der Normenrei- he ISO 11855 legt Richtlinien für die Installation flächen- integrierter Strahlheizungs- und -kühlsysteme fest. Es werden einheitliche Anforderungen an die Auslegung und Konstruktion der Fußboden-, Decken- und Wandheiz- und -kühlsysteme bestimmt, um die Tauglichkeit der Heiz- bzw. Kühlsysteme für ihre jeweilige Anwendung zu gewährleis- ten. Die in diesem Teil der Normenreihe ISO 11855 bes- chriebenen Anforderungen sind nur für die Komponenten der Heiz- bzw. Kühlsysteme sowie für die Elemente, die Teil der Heiz- bzw. Kühloberfläche sind und im Zusammen- hang mit dem Heiz- bzw. Kühlsystem installiert werden, anwendbar. – Dieser Normenteil führt die Kernaussagen der früheren DIN 4725 und der noch gültigen DIN EN 1264 fort und korrespondiert im Wesentlichen mit Aussagen in DIN 18560. • Bei Heizsystemen muss eine Sicherheitsvorrichtung, die unabhängig von der Bedieneinheit ist und die selbst bei Netzausfall funktioniert, die Wärmeversorgung im Fußbodenheizkreis unterbrechen, so dass die Temperatur um die Heizelemente herum die in 5.1.2.8.2 aufgeführten Werte nicht übersteigt. Kühlsysteme müssen über einen Taupunktsensor verfügen, der den Kühlwasserstrom unter- bricht, bevor es zu Kondensation oder Kondensatansam- mlungen kommt. – Sicherheitsaspekte werden expliziter formuliert. Das gilt besonders für elektrisch betriebene Flächenheizungen und Flächenkühlsysteme. • Die Position der zentralen Verteilerrohrleitung des Rohrsystems muss so gewählt werden, dass die Vorlauf- rohrleitungen so kurz wie möglich gehalten werden. An- derenfalls können die Vorlaufrohrleitungen die Regulierung der Raumtemperatur ungewollt beeinträchtigen. – Das leidige Thema der unkontrollierten Wärmeabgabe sog. Anbindeleitungen (wer oder was wird eigentlich „angebunden“?), die zum Anschluss eines Heizkreises durch angrenzende Heizkreise benachbarter Räume verlaufen, bleibt erhalten. Dar Passus „so kurz wie mög- lich“ lässt verschiedene Interpretationen zu. – Die frühere, in DIN EN 1264 enthaltene Formulierung der „gewissenhaften Planung oder des Wärmeschutzes der Rohrleitungen“ wird vermisst. Die gewissenhafte Planung sollte Überlegungen zur Standortwahl des Ver- teilers/Sammlers, Betrachtungen zur Heizkreis- resp. Rohrleitungsanzahl sowie zum Rohrdurchmesser und zu den Systemtemperaturen beinhalten, um ggf. über 58 l Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau wirtschaftliche Wärmedämm-Maßnahmen befinden zu können. – Der Begriff „Vorlaufrohrleitung“ ist irreführend, da insbe- sondere bei geringen Temperaturspreizungen auch die Rücklaufrohrleitungen unkontrolliert Wärme abgeben können. • Jeder Heiz- bzw. Kühlkreis muss über zwei Absperr- ventile und eine Ausgleichsvorrichtung verfügen. Die Absperr- und Ausgleichsfunktionen müssen unabhängig voneinander sein. Jeder beheizte bzw. gekühlte Raum muss mit mindestens einem Kreislauf ausgestattet sein, so dass die Regulierung der Temperatur entweder manuell oder automatisch erfolgen kann. (ANMERKUNG: Das Ziel der Installation einer Ausgleichsvorrichtung in jedem Kreis- lauf ist es, zu gewährleisten, dass jeder Kreislauf, wie im Planungsverfahren (siehe ISO 11855-3) vorgesehen, unter Auslegungsbedingungen mit seinem Auslegungs-Heiz- bzw. -Kühlmittelstrom versorgt wird.) Wenn andere Vorrichtungen im Heiz- und Kühlsystem zu dem gleichen Effekt führen, ist die Installation und Verwendung dieser Vorrichtungen anstelle der Ausgleichsvorrichtungen unter der Voraussetzung zulässig, dass der Effekt des Systems durch Prüfung oder Berechnung durch ein anerkanntes Institut bestätigt sein muss. – Dieser Abschnitt trägt dem international unterschied- lichen Ausstattungsgrad der Regelungstechnik bzw. Betriebsführung Rechnung. Hierbei ist zu kontrollieren, ob nicht Gesetze und Verordnungen andere Vorgaben enthalten, die beispielsweise ein ausschließlich manuel- les Regeln nicht zulassen. • Die Rohre und ihre Befestigungssysteme müssen so gesi- chert werden, dass ihre horizontale und vertikale Position wie geplant eingehalten wird. Die vertikale Abweichung der Rohre nach oben darf vor und nach dem Gießen des Estrichs an keiner Stelle 5 mm überschreiten. Die horizon- tale Abweichung des festgelegten Rohrabstandes im Heiz- bzw. Kühlkreis darf an den Befestigungspunkten nicht mehr als 10 mm betragen. Diese Anforderungen gelten nicht in den Bereichen der Bögen und Umlenkungen. – Dieser bereits in Normen beschriebenen Forderung wird in praxi häufig nicht entsprochen. Noppenplattensys- teme, wie beispielsweise Uponor Tecto oder Uponor Nubos, sind normkonform, fehlertolerant und erleichtern die Bauabnahme. Das trifft sehr häufig nicht auf Tacker-Systeme zu, bei denen die Rohrlage oftmals feh- lerhaft ist. • Bei Heizestrichen, auf denen Stein- oder Keramikbeläge verlegt werden sollen, dürfen Flächengrößen von 40 m2 bei einer maximalen Seitenlänge von 8 m nicht überschritten werden. Bei rechteckigen Räumen dürfen diese Flächen- maße überschritten werden, jedoch höchstens bis zu einem Längenverhältnis von 2:1. – Diese pauschale Angabe einer (maximal zulässigen) Flächengröße von 40 m² widerspricht anderen Normen bzw. Richtlinien. Die zulässigen Flächen und notwendi- gen Fugen sind in Kenntnis des Heizsystems, dessen Temperaturen, der Estrichart und des Oberbodenbe- lages Bauvorhabenbezogen zu bestimmen. Grundlage hierfür ist DIN 18560. In der DIN 18560 heißt es dazu: „Die Art des Bindemittels, der vorgesehene Bodenbelag, die Geometrie der Fläche und die Beanspruchung durch die Nutzlasten und Temperaturänderungen sind zu berücksichtigen.“ – Die Forderung, durch Fugen ausschließlich rechteckige Bereiche mit den genannten maximal zulässigen Abmessungen erreichen zu können, ist unter Berück- sichtigung aller möglichen Raumgrundrisse unsinnig. • Die Dichtheitsprüfung kann mit Wasser oder Druckluft durchgeführt werden. – Die Druckprüfung der Rohrleitungen einer Fußbodenhei- zung erfolgt mit Wasser. Über Prüfungen mit Druckluft kann bei Rohrleitungen befunden werden, die nicht auf- schwimmen können, bzw. wenn der Bauablauf zunächst keinen Wasseranschluss vorsieht. Das kann insbeson- dere nach der TABS-Rohrmontage der Fall sein. • Das Funktionsheizen beginnt mit einer Vorlauftemperatur zwischen 20°C und 25°C, die mindestens 3 Tage lang beizubehalten ist. Anschließend muss die maximale Aus- Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau l 59 legungstemperatur eingestellt und mindestens 4 Tage lang auf diesem Wert gehalten werden. – Der Hinweis auf das Belegreifheizen fehlt. Dieses Beleg- reifheizen ist mit dem AG gesondert zu vereinbaren, gilt als Sonderleistung und muss dann nach bauseitigen Vorgaben vorgenommen werden. • Die Dämmung für Decken- und Wandheiz- bzw. -kühlsys- teme hängt von der Beschaffenheit der angrenzenden Räume bzw. der äußeren Umgebung ab (siehe Tabelle 2) und darf in Abschnitte verschiedener Lagen unterteilt werden, z. B. im Falle von Außenwänden in eine direkt hinter dem System angeordnete Lage und eine an der Außenseite angeordnete Lage. In Innenwände integrierte Wandheiz- und -kühlsysteme können in Abhängigkeit von ihrer Verwendung mit oder ohne Dämmung installiert werden. – Die Wärmedämm-Maßnahmen sind mit den Forde- rungen nach EnEV 2014 abzugleichen. – Es gibt keinen Zwang zur Innendämmung im Sinne des Vermeidens eines „Wärmediebstahls“ durch die Nach- barn, jedoch sollte die Wärmedämmung in Analogie zur Fußbodenheizung geplant werden. Fußbodenheiz- und -kühlsysteme werden häufig als Nass- bausysteme im Estrich eingebaut. Die hierfür grundle- gende Norm DIN 18560-1 wurde im November 2015 in überarbeiteter Form neu aufgelegt. Folgende Verände- rungen sind künftig beim Planen und Bauen Estricheinge- betteter Systeme zu berücksichtigen: • Neu aufgenommen ist unter anderem die CM-Messung des Restfeuchtegehalts zur Beurteilung der Belegreife. Mit der Neuauflage wurden auch erstmals Grenzwerte norma- tiv festgeschrieben: Calciumsulfatestriche (CA) gelten jetzt ab einem Feuchtegehalt = 0,5 CM-% als belegreif, gleich- gültig, ob beheizt oder unbeheizt. Bisher lag der Wert für beheizte CA-Estriche bei 0,3CM-%. Hinweis: Beheizte Zementestriche (CT) sind belegreif, sofern der CM-Wert maximal 1,8-% beträgt. Jedoch kann aus den verschiedenen Grenzwerten für CT bzw. CA nicht auf prinzipielle zeitliche Vorteile nach dem Einbau von CA geschlossen werden, da die unterschiedlichen Bau- stoff-Zusammensetzungen, der Wassergehalt und weitere Parameter beim Einbau betrachtet werden müssen. • Der bislang empfohlene Wert von 0,3 CM-% bei beheizten CA hat im Baustellenalltag durch unnötig lange Trock- nungszeiten einerseits immer wieder zu Verzögerungen geführt. Andererseits nehmen die Kleber- und Oberboden- belagshersteller den angehobenen Grenzwert in DIN 18560 nicht vollkommen unwidersprochen zur Kenntnis. • Der Restfeuchtegehalt ist ein Kriterium zur Beurteilung der Belegreife von mineralisch gebundenen Estrichen und gilt unabhängig vom geplanten Oberbodenbelag. Gemessen wird mit der Calciumcarbit-Methode (CM-Prüfung), die als einzig normgerechte Methode festgelegt ist. Andere Verfahren sollten nur zur Vorprüfung oder zur Eingrenzung feuchter Flächen angewandt werden. Erstmals sind auch die Prüfeinrichtungen sowie die Durchführung in der Norm festgelegt. Die Beurteilung der Belegreife gehört zur Prüfpflicht des Oberbodenlegers direkt vor der Verlegung. Anhang A (informativ) enthält ein Protokoll zur Dokumenta- tion der CM-Messung. Im Zusammenhang mit der Flächenheizung, vor allem aber mit der Flächenkühlung, ist der neue Entwurf von VDI E 4640-2: 2015-05 „Thermische Nutzung des Unter- grunds – erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen“ von Bedeu- tung. Die Inhalte wie thermische Nutzung des Grundwassers mit Brunnenanlagen, Nutzung des oberflächennahen Unter- grunds mit Erdwärmekollektoren, Nutzung des Untergrunds mit Erdwärmesonden, Besonderheiten von Anlagen mit Direktverdampfung, Besonderheiten weiterer Wärmequel- len/-senkenanlagen, Systemeinbindung, Wärmenutzungsan- lagen, Materialien für Wärmequellenanlagen und Verhalten in Störfällen und Rückbau erdgekoppelter Wärmepumpenan- lagen wurden gegenüber der Ausgabe von 2001 deutlich erweitert. Hinsichtlich der Flächenheizung und -kühlung in Verbindung mit Wärmepumpen sind folgende Inhalte und Aussagen von Bedeutung: 60 l Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau • Für Erdwärmekollektoren wird sowohl auf tabellarische Verfahren zur Auslegung als auch auf Simulationsrechnun- gen hingewiesen. Die Planung der Erdwärmeanlage soll standortbezogen unter Berücksichtigung des regionalen Klimas erfolgen. Dazu wurde aus DIN 4710 (2003) die Einteilung (Zonenkarte) der Bundesrepublik Deutschland in 15 Klimazonen aus dem Bereich der Heizungs- und Raum- lufttechnik in die VDI E 4640-2 übernommen. • Für Erdwärmesonden wurden sehr detaillierte Auslegungs- richtlinien auf der Basis von Simulationsrechnungen für Kleinanlagen bis 30 kW in VDI E 4640-2 aufgenommen. • Eine sehr präzise Auslegung der Erdwärmesonden durch Berechnung/Simulation ist bei einer Heizleistung > 30 kW, einer größeren Anzahl von Einzelanlagen, mehr als 2400 h/a Jahresvolllaststunden und/oder Anlagen mit zusätzlichen Wärmequellen/-senken angezeigt. Es stehen Nomogramme und vereinfachte Berechnungsverfahren (z. B. GEO-Handlight), Simulationen mit Näherungsfunk- tionen und numerische Simulationen (FD-/FE-Verfahren) zur Verfügung. • In VDI E 4640-2 sind in diesem Zusammenhang Tabellen für spezifische Entzugsleistungen in Abhängigkeit von der minimalen Wärmepumpen-Austrittstemperatur für die Lastfälle ‚Dauerbetrieb‘, ‚Maximalleistung Heizen‘ und ‚Maximalleistung Kühlen‘ aufgenommen worden, die aber nicht dazu führen dürfen, aus vermeintlichen Sicher- heitsgründen Temperaturen am Wärmepumpen-Austritt unterhalb 0°C a priori auszuschließen. Das würde die Erd- wärmesondenanlage unnötig teuer und meist unwirtschaft- lich machen. Es gibt sowohl geeignete Bauprodukte zum Verfüllen und selbstverständlich die hohe Kompetenz erfahrener TGA-(Geothermie-)Fachplaner und Fachunt- ernehmer im Handwerk. • Für Erdwärmesonden werden umfangreiche Hinweise zur freien (passiven) Kühlung gegeben. • VDI E 4640-2 widmet sich umfangreicher als bisher dem Kühlbetrieb. In diesem Zusammenhang wird ausgesagt, dass die Eintrittstemperatur des Wärmeträgermediums in die Erdwärmesonde(n) im Dauerbetrieb die über die Son- dentiefe gemittelte ungestörte Untergrundtemperatur um maximal 15 K nicht überschreiten soll. Bei Spitzenlast soll diese Differenz nicht über 20 K liegen; dabei sind die Mate- rialeigenschaften nach Abschnitt 12 zu beachten. Generell gilt, dass bei Einleitung von Wärme in den Untergrund andere Nutzungen des Grundwassers in diesem Bereich nicht beeinträchtigt werden dürfen (siehe auch VDI 4640 Blatt 3). Sollen diese Werte überschritten werden, ist eine Einzelfallprüfung erforderlich. • Auf die Besonderheiten in Planung und Ausführung weite- rer Wärmequellen- und -senkenanlagen wie Gründungs- pfähle, Tunnelbauwerke, kompakte Erdwärmekollektoren, Erdwärmekörbe, Grabenkollektoren und Speichersonde wird eingegangen. Flächenheiz- und -kühlsysteme sind in EnEV 2014, EEWärmeG und den mitgeltenden Normen wie DIN V 18599 sowie EN 15316 fest verankert. Hinsichtlich künf- tiger Novellen der EnEV ist Folgendes notwendig bzw. in Vorbereitung, was sich auch auf die Planung dieser Heiz- und Kühlsysteme auswirken wird: • Umsetzung der EU-Gebäuderichtlinie EPBD 2010 Nied- rigstenergiebauten mit der Zielstellung, ab 2020 nur noch Passiv- und Nullenergie-Neubau in EU-Ländern bauen zu dürfen („Klimaneutrales Bauen“) • Umfangreicheres Betrachten von Wirtschaftlichkeitsaspek- ten • Erweiterung konventioneller 5-D-Planung (3-D zuzüglich Dimension Zeit und Dimension Geld) bis hin zu BIM (Building-Information-Modelling) Zitat: EU-Gebäuderichtlinie EPBD 2010, Artikel 2 Begriffs- bestimmungen Im Sinne dieser Richtlinie bezeichnet der Ausdruck 2. „Niedrigstenergiegebäude“ ein Gebäude, das eine sehr hohe nach Anhang I bestimmte Gesamtenergieeffizienz auf- weist. Der fast bei null liegende oder sehr geringe Energie- bedarf sollte zu einem ganz wesentlichen Teil durch Energie Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau l 61 aus erneuerbaren Quellen – einschließlich Energie aus erneuerbaren Quellen, die am Standort oder in der Nähe erzeugt wird – gedeckt werden; 4. „Gesamtenergieeffizienz eines Gebäudes“ die berechnete oder gemessene Energiemenge, die benötigt wird, um den Energiebedarf im Rahmen der üblichen Nutzung des Gebäu- des (u. a. Heizung, Kühlung, Lüftung, Warmwasser und Beleuchtung) zu decken. Zitat: Energiekonzept der Bundesregierung „Auf dieser Grundlage werden Anforderungen an Neubauten mit der EnEV 2012 schrittweise bis 2020 an den europawei- ten Standard herangeführt, soweit dies im Rahmen einer ausgewogenen Gesamtbetrachtung unter Berücksichtigung der Belastungen der Eigentümer und der Mieter wirtschaft- lich vertretbar ist. Die Anforderungen an Bestandsgebäude werden im Rahmen der wirtschaftlichen Vertretbarkeit wie bisher nachgeführt. Die wirtschaftliche Vertretbarkeit wird insbesondere unter Berücksichtigung von Energiepreis- und Zinserwartungen, von Annahmen zu Baupreisentwicklung sowie der wirtschaftlichen Lebensdauer der Gebäude/ Gebäudeteile bewertet.“ • EnEG, EnEV und EEWärmeG – Novelle(n); einzelne Modi- fizierungen oder Zusammenführung • Der Nationale Aktionsplan Energieeffizienz (NAPE) sieht vor, das EEWärmeG mit der EnEV abzugleichen. Dabei sind insbesondere die Überschneidungen an Schnittstellen zu prüfen sowie die Möglichkeiten zu nutzen, das Gesetz zu vereinfachen, damit die erneuerbaren Energien in der Wärmeversorgung von Gebäuden besser integriert werden. Auch ist zu prüfen, inwieweit das EEWärmeG und die EnEV zusammengelegt werden können. – Verschärfung der EnEV-Anforderungen und ggf. Wegfall des EEWärmeG, da erneuerbare Energien dann ohne- hin zwingend eingesetzt werden müssen – Technologieoffenheit mit dem Ziel der (wirtschaftlichen) Chancengleichheit konkurrierender Verfahren, Tech- niken und Technologien – Überprüfen, Entfernen oder Modifizieren von Ausnah- meregelungen hinsichtlich verschärfter energetischer Anforderungen bestimmter Gebäudetypen wie z. B. Industriehallen – Arbeit am Detail, wie z. B. eindeutige Definitionen und Begrifflichkeiten, Aussagen und Festlegungen zum wirt- schaftlichen Wärmeschutz von Rohrleitungen – Neuaufnahme und energetische Bewertung wie bei- spielsweise simultane Wärme-Kälte-Anwendung aus einer Wärmepumpenanlage, Bewerten dezentraler Woh- nungsstationen etc. • CEN-Normenpaket (Mandat 343) – EN 15316 – Normenreihe mit: Bedarf EN 15316-3.1 DHW needs, Wärmeübergabe EN 15316-2.1 Space hea- ting, Wärmeverteilung EN 15316-2.3 Space heating, EN 15316-3.2 DHW, Wärmeerzeugung EN 15316-4.1 Combustion (Boiler), EN 15316-4.2 Heat pump, EN 15316-4.3 Thermal solar, EN 15316-4.4 Micro CHP, EN 15316-4.5 District heating, EN 15316-4.6 Photovol- taic EN15316-4.7 Biomass boiler Einführung einer europäischen Norm, jedoch Fortbestand von DIN V 18599 in Deutschland wahrscheinlich Spezifikation für Strahlungsheizsysteme EN 15316-2.1: Space heating emission systems – emission and control – EN 15459 Economic evaluation procedure for energy systems (Wirtschaftlichkeitsbetrachtung) 2. Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau 2.1 Neubau „Ignorance is bliss!“ „Unwissenheit ist ein Segen!“ Aus: The Matrix (Kult-Film) Der deutsche Markt für Flächenheiz- und -kühlsysteme hat sich 2014 mit einem Plus von 9 % im Vergleich zu 2013 posi- 62 l Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau tiv entwickelt. Dies entspricht rund 158,8 Millionen verbauten „Rohrmetern“. In den vergangenen 10 Jahren hat sich das Marktvolumen in Deutschland so gut wie verdoppelt. Die Flä- chenheizsysteme haben einen Marktanteil von 60 bis 80 % erlangt, wobei diese unterschiedlichen statistischen Angaben der Wärmeübergabe auf Vollraumheizung im Gebäude oder Teilbeheizung zurückzuführen sind. Die Matrix der Flächenheizung im Wohnungsneubau beinhal- tet grundsätzlich sämtliche Bauarten, die in den vergange- nen Jahren entwickelt und normativ abgebildet worden sind. Was sind die Trends, welche Systeme sind bevorzugt zu pla- nen und anzuwenden? Was sollte man darüber wissen? Unwissenheit ist in diesem Fall kein Segen! Bild 2, eine Grafik des BDH /4/, verdeutlicht plakativ die Systemvarianten und die Eigenschaften der Flächenheiz- und -kühlsysteme, die im Wohnungsneubau in Fußboden, Wand und Decke integriert werden können. Die üblicherwei- se im Nassbau ausgeführten Systeme sind seit Jahren am Markt etabliert und unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Art der Rohrbefestigung. Entwicklungstendenzen und Anwendungen gehen bei Flä- chenheizsystemen im Wohnungsneubau in folgende Richtung: • Es dominieren Fußbodenheizsysteme. Wand- und Decken heizungen erfordern aus Gründen der begrenzten Flächennutzung bzw. Wärmephysiologie einen hohen baulichen Wärmeschutz sowie kleine bis mittlere Heizlast- dichten (Richtwert maximal 50 W/m², bezogen auf die Fußbodenfläche). • Deckenheizsysteme werden vorrangig im Komfort- wohnungsbau unter der Bedingung interessant, dass gleichzeitig die Raumkühlung in Betracht gezogen wird. • In Passivhäusern und Effizienzhäusern Plus ist auf eine ausreichend große Heizleistung und das Vermeiden von Diskomfortzonen zu achten. Diese Gebäude sind nicht ausschließlich unter ausschließlich stationärer Betrachtung der Heizlast (ohne Aufheizreserve) und Teiflächenbehei- zung zu planen. Raumaufteilung, Komfort- und potenzielle Diskomfortzonen, Nutzerverhalten und andere Randbedin- gungen erfordern Lösungen im Detail. • Der durchschnittliche Rohrabstand in Wohngebäuden beträgt seit Jahren relativ unverändert ca. 20 cm, sodass bei verringerter Heizlast oftmals niedrige mittlere Heiz- wassertemperaturen resp. niedrige Vorlauftemperaturen (Wärmepumpenbetrieb) von weniger als 35°C realisiert werden können. • Calciumsulfat(flies)estriche (CA) werden zunehmend eingebaut und erreichen gegenüber Zementestrichen (CT) in Deutschland einen Marktanteil von mindestens 30 %. Europaweit beträgt dagegen dieser CA-Marktanteil le- diglich 9,5 Prozent. • Zunehmend werden Wärmedämm- und Trittschalldämm- arbeiten im Rohbau ausgeführt, sodass die Flächenhei- zung hierzu ergänzend ausgeführt wird. Dazu sind dünne Verlegeplatten, Gittermatten oder formstabile Folien notwendig. Bild 2: Fußboden-, Wand- und Deckenheizung in Nass- und Trockenbauweise einschließlich elektronischer (Funk-)Einzelraumtemperaturregelung Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau l 63 • Es werden Komplettlösungen von beheizten Fußboden- konstruktionen entwickelt (Bild 3), woraus sich Vorteile sowohl in Montage als auch in Haftung und Gewährleis- tung ergeben können. Als problematisch erweisen sich jedoch Logistik, Zuschnitt und Festlegung des Oberboden- belages, dessen Wahl oftmals auf emotionaler Grundlage erfolgt. Die Deckenheizung, auch in Kombination mit der Wandhei- zung, hält Einzug in Niedrigstenergie-Wohnbauten (Bild 5), GÜNTHER /5/). Als Adaption der Fußboden- oder Wandhei- zung werden Rohre in Nassputz verarbeitet /6/. Eine relativ neue Variante besteht darin, Elementdecken als thermisch aktive Betonfertigteile im Wohnungsbau einzusetzen (Bild 6). Das energetische Bewerten der Deckenheizung nach DIN V 18599-5 zeigt zunächst (Tab. 1), dass aufgrund der Tempe- raturschichtung im Raum der Teilnutzungsgrad ηL im Ver- gleich zur Fußbodenheizung etwas niedriger ist. Dennoch Bild 3: Knauf „systofloor HUGO“ als Komplettfußboden (slim–silent–comfort) einschließlich integrierter Fußbodenheizung Uponor Calma (rechts) Bild 4: Uponor Noppenplattensysteme mit normgerechter Zwangsrohrführung und (leider nicht mehr seltene) „Teppich-Erwärmungsanlage“ als Pfusch am (besser: im) Bau entspricht die Energieeffizienz des Heizsystems weitgehend der einer Fußbodenheizung. Da Deckenheizungen meist kei- ne wärmedämmenden Abdeckungen, wie sie Oberbodenbe- läge bei Fußbodenheizungen darstellen, erhalten, entfällt dieser Wärmeleitwiderstand, sodass sich für identische Heiz- leistungen folglich gleich niedrige mittlere Heizwassertempe- raturen ergeben. HAUSLADEN/EHLERS /7/ berechneten außerdem für die Deckenheizung als Betonkernaktivierung energetische Vor- teile dieser Heizvariante gegenüber konventionellen Heizsys- temen. In diesem Zusammenhang wurde bisher meist der energieeffiziente Wärmepumpenbetrieb betrachtet, der bei erdgekoppelten Systemen mit TABS zu Jahresarbeitszahlen SCOP (JAZ) von ca. 5 führte. Relativ neu sind Überlegungen zum Strom- und Wärme- management. Die Betonkernaktivierung bietet dabei auch im Wohnungsbau große Speicher- und Lastmanagementpoten- Bild 5: Nassputzsystem Uponor MInitec als Deckenheizung in einem Wohnge- bäude Bild 6: Fertigung und Montage thermisch aktiver Elementdecken im Wohnungs- bau 64 l Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau ziale, wie Arbeiten von AUER/HAUSLADEN /8/ zeigen. Durch die Kombination aus hoher Speichermasse und flächigem Wärmeübergabesystem (TABS im Heizbetrieb) kann das Zu- und Abschaltpotenzial in Verbindung mit elek- trischen Wärmepumpen zu unterschiedlich betrachteten Zeit- punkten wesentlich erhöht werden, ohne dass Einbußen an der thermischen Behaglichkeit festgestellt werden. Strom- einkauf und Betrieb der Wärmepumpe bei niedrigen Preisen, Abschalten bei Hochpreisen – das kann für den Betreiber sehr wirtschaftlich sein. Ein weiterer Entwicklungstrend ist die Vorfertigung (PreFabri- cation (PreFab)) von klassischen Heizungsbaukomponenten. Wie beschrieben können das thermisch aktive Panels oder Kassetten sein. Aber auch dezentrale Wohnungsstationen (Bild 7) für die Heizung, die Komponenten der Trinkwasser- erwärmung, der Zwangsspülung und des Trinkwasser-Moni- torings enthalten können, sowie Schränke mit integrierten Verteilern/Sammlern und kompletter Regelungstechnik sind dafür Beispiele. Neben zeitlichen Montagevorteilen sind plangetreue Ausfüh- rung, hohe Passgenauigkeit sowie eindeutige und damit sichere Haftungs- und Gewährleistungsregularien herauszu- heben. Außerdem vereinfachen diese vorgefertigten Kompo- nenten den Bauablauf, was hinsichtlich des zu erwartenden Fachkräftemangels nur zu begrüßen ist. Einflussgrößen Teilnutzungsgrade ηL ηC ηB System Fußbodenheizung ηB1 ηB2 – Nasssystem 1 0,93 – Trockensystem 1 0,96 – System mit geringer Überdeckung 1 0,98 Wandheizung 0,96 0,93 Deckenheizung 0,93 0,93 Tab. 1: Nutzungsgrade für Flächenheizungen in DIN V 18599-5 Bild 6: Energetischer Vergleich verschiedener Wärmeübergabesysteme (HAUSLADEN/EHLERS /7/) Bild 7: PreFab – vorgefertigte Wohnungstationen mit hoher Passgenauigkeit, Normkonformität und garantierter Funktionalität Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau l 65 2.2 Bestandsbau Der Anteil der Flächenheizung im Ergebnis der (energe- tischen) Gebäudebestandssanierung wird gegenwärtig auf ca. 8 % geschätzt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die anvisierte, aus Gründen des Umweltschutzes notwendige Sanierungsrate von 2 bis 3 % pro Jahr immer noch deutlich unterschritten wird. Aber selbstverständlich waren nicht sel- ten auch die baulichen Aufwendungen ein Grund dafür, von Niedertemperatur-Flächenheizungen abzusehen. Mit dem Ziel, energieeffiziente Heizsysteme auch im Zusammenhang mit der energetischen Gebäudesanierung einzusetzen, leiten sich folgende Empfehlungen hinsichtlich vorteilhafter Flä- chenheizsysteme ab /9/: • Beheizte Fußbodenkonstruktionen als Trockenbaulösung oder Dünnschichtsysteme im Nassbau haben sich bewährt und dominieren im Bestandsbau. • Der Schallschutz ist bei der Gebäudesanierung ein we- sentliches Thema. Es gibt Lösungen, die die Fußboden- heizungen mit sehr wirksamen Trittschalldämmungen kombinieren. • Auch klassische Nassbau-Bauarten der Fußbodenheizun- gen werden eingesetzt, wenn die Deckenkonstruktion aus Gründen des Wärme-, Schall- und Brandschutzes vollkom- men erneuert wird. • Das Frässystem (Bild 9) kann eine interessante Alternative zu Heizkörpern sein, wenn die bestehende Fußboden- konstruktion resp. der Estrich auf eine ausreichende Restlebensdauer geprüft wurde. Druck- und Biegezug- beanspruchungen sind dabei besonders zu analysieren. Ebenso ist der Bestandsboden vor dem Fräsen auf Elek- trokabel und Rohrleitungen zu prüfen. • Wandheizungen gewinnen an Bedeutung. Es werden Register- von Endlos-Rohrsystemen unterschieden. Insbe- sondere vorgefertigte Gipsplatten mit integrierten Rohren bieten durch die Vorfertigung und passgenaue Montage auf typischen Metallständerwänden Vorteile (Bild 10). • Wandheizungen werden vorwiegend an Innenwänden einge- baut. Sie können jedoch auch an der Außenwand die thermi- sche Behaglichkeit erhöhen, indem niedrige Oberflächen- temperaturen der Fenster kompensiert werden. Auf eine aus- reichende Wärmedämmung ist zu achten (Bild 11 und 12 /9/). Bild 8: Dünnschichtsystem Uponor Minitec – auch auf hochwirksamer Trittschalldämmschicht 66 l Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau • Besondere Aufmerksamkeit ist bei Außenwandheizungen mit Innendämmung dem gekoppelten Wärme- und Stoff- transport zu widmen. Hierbei ist auch zu berücksichtigen, dass Wandheizungen nicht permanent betrieben werden, was beispielsweise für leer stehende Wohnungen zutreffen kann. Für bauphysikalische Betrachtungen sind komplexe Rechenprogramme wie WUFI (Fraunhofer IBP), COND und DELPHIN (TU Dresden) heranzuziehen. • Erfolgt das Aufstocken von Bestandsgebäuden, sind bauteilintegrierte Heizsysteme vorteilhaft, gerade auch dann, wenn Dachschrägen das Aufstellen von Heizkörpern verhindern. • Ungeachtet des sommerlichen Wärmeschutzes nach DIN 4108-2 und abgeleiteter Maßnahmen zum Begrenzen der Wärmeeinträge neigen Dachgeschosse zum Überhitzen. Auch die Funktion der Raumkühlung können thermisch aktive Wand- und Deckenpanels (wie Uponor Renovis) übernehmen. Bild 9: Rillen-Frästechnik für Fußbodenheizungen in Bestandsfußböden (Nozar Diamantwerkzeuge) Bild 10: Uponor Renovis – thermisch aktive Gipsplatten im Innenausbau von Bestandsgebäuden Bild 11: Wandheizung – Außen- oder Innenwand? Vollflächig oder Teilflächen- beheizung, mit Fugen? Bild 12: Verlustanteile und Verlustleistungen gegen außen (bei –8°C) für Wand- heizungen an Außenwänden /1/ Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau l 67 2.3 HandwerkSkunst – oder: Die Liebe zum Detail. Das Handwerk, auch in der TGA, leistet im Allgemeinen eine hervorragende Arbeit. Qualität im Handwerk – ein Verspre- chen, ein Ergebnis, ausgewiesen beispielsweise durch das qih-Qualitätssiegel der „Qualität-im-Handwerk-Fördergesell- schaft: Prädikat ,sehr gut .ʻ Ausgezeichnet vom Kunden. Neu- tral überwacht.“ Aber HandwerkSkunst hat mitunter auch SchönheitSfehler. Der Teufel steckt im Detail. Im Zusammenhang mit dem oberflächlichen Planen und Montieren von Fußbodenhei- zungen sind sog. „Anbindeleitungen“ von Heizkreisen (Bild 13) ärgerlich, die die thermische Behaglichkeit, die Ener- gieeffizienz und die Langlebigkeit der Fußbodenkonstruktion negativ beeinflussen können. Die Rohrabstände betragen nicht selten wenige Zentimeter, was häufig der Durchgangs- breite des Raumes und der Türen geschuldet ist. Die Wär- meabgabe erfolgt in diesen wenigen Fällen unkontrolliert, weil die Wärmeabgabe der „Anbindeleitungen“ von der Betriebsführung der Heizkreise in den einzelnen Räumen abhängt. Folglich können Schäden an Oberbodenbelägen (vorrangig Parkett), unangenehm hohe Raumtemperaturen und unnötig erhöhte Betriebskosten nicht ausgeschlossen werden. Der Bundesverband für Flächenheizungen (BVF) hat dazu ein Positionspapier /11/ veröffentlicht, um das Thema in das Bewusstsein der Bauherren, Architekten, TGA-Fachpla- ner und Handwerker zu rücken. Neben der besser gewähl- ten, jedoch noch nicht völlig überzeugenden Begrifflichkeit einer „durchlaufenden Zuleitung“ werden Aussagen zu ggf. erforderlichen Wärmedämmarbeiten und zur Regelbarkeit der betroffenen Räume getroffen. Verschiedene Arbeitsgrup- pen, die sich mit der Novelle der EnEV beschäftigen, haben das Thema ebenfalls auf der Agenda. Überarbeitete Vorga- ben und Empfehlungen zum wirtschaftlichen Wärmedämmen von Rohrleitungen, Baugruppen und Apparaten bleiben erforderlich. In DIN 1264-3:2009-11 wurde folgendes Vorgehen empfoh- len, was in DIN EN ISO 11855-3 leider nicht mehr enthalten ist: „Die Wärmeabgabe von Versorgungsleitungen, durch die keine Versorgung der Räume stattfindet, durch die sie ver- laufen, muss durch sorgfältige Auslegung des Systems oder durch Wärmedämmung begrenzt werden, sodass sich die Raumtemperatur nicht wesentlich erhöht. Die Wärmeabgabe von durch den betreffenden Raum in bebachbarte Räume laufenden Versorgungsleitungen wird berücksichtigt, wenn die gleiche Nutzungsart des Raumes angenommen werden kann.“ Zur sorgfältigen Auslegung des Systems resp. der Fußbo- denheizung zählt Folgendes: • Sinnvolles Platzieren, ggf. Separieren der Verteiler/ Sammler • Anstreben niedrigstmöglicher Heizysystemtemperaturen • Reduzieren der Heizkreisanzahl durch die Wahl geeigneter (großer) Rohrduchmesser (z. B. 1 Heizkreis mit PEXa 17x2 anstelle von 2 Heizkreisen mit PEXa 14x2 für einen Raum) Bild 13: Sehr hohe Heizrohrdichte in Fluren mit einer unkontrolliert hohen Wärmeabgabe 68 l Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau • Anschließen mehrerer Heizkreise eines Raumes nach dem Tichelmann-Prinzip oder einer Unterverteilung • Berechnen und Kontrollieren der unkontrollierten Wärmeabgabe und ggf. Vorschlag von Wärmedämm- Maßnahmen. Sind diese Maßnahmen mit dem Ziel des Begrenzens der Oberflächentemperatur resp. Heizleistung nicht ausreichend, sind Wärmedämmmaßnahmen zu ergreifen. Die Wirtschaft- lichkeit dieser Maßnahmen ist vom Wärmedämmstandard des Gebäudes abhängig und ist in Verbindung mit der Heiz- last, den Heizssystemtemperaturen und den baulichen Auf- wendungen nachzuweisen. Zum Thema werden folgende Empfehlungen gegeben: • Interpretationen der EnEV 2014 einschließlich Forderun- gen nach prinzipiell wärmegedämmten durchlaufenden Zuleitungen sollten nicht erhoben werden. Es sind differen- zierte Betrachtungen und ggf. Lösungen angezeigt. • Wird die Wärmedämmung der in Rede stehenden Rohrlei- tungen beispielsweise bei hohen Heizsystemtemperaturen und geringen Rohrabständen als erforderlich erachtet, können über das Rohr gezogene Wellrohre oder das Däm- men nur der Vorlaufrohrleitungen nicht per se ausreichend sein. • Werden durchlaufende Zuleitungen wärmegedämmt, muss die Estrichdicke erhöht werden, damit die erforderliche Rohrüberdeckung nach DIN 18560 eingehalten wird. Das erfordert eine frühzeitige baukonstruktive Fachplanung und erhöht die Baukosten. • Über die geeignete Wärmedämmdicke der Rohre kann anhand von Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen befunden werden, solange keine normativen (einheitlichen) Regelun- gen vorliegen. • Das Verlegen der durchlaufenden Zuleitungen in der Dä- mmebene, unterhalb des Estrichs, ist prinzipiell möglich, bereitet aber beim Überführen der Rohre in die eigentlich vorgesehene Heizebene aufgrund der Biegeradien und teilweise mangelnden Formstabilität erhebliche Probleme (Bild 14). Hier sollten die Hersteller eine praktikable Lösung, in Analogie zu einem Übersprungbogen, ent- wickeln. Auch das vorteilhafte Verwenden von biegbaren Mehrschichtverbundrohren ohne Rückstellkräfte (Uponor Unipipe PLUS in der SACP-Ausführung) ist zu prüfen. • Wärmedämmmaßnahmen können auch Überlegungen zur Rohrüberdeckung, Wahl der Estrichart („Wärmedämm-Es- trich“) oder/und Oberbodenbelagsart einschließen. • Für Trockenbau-Fußbodenheizung ist das Weglassen der wärmeleitenden Aluminium- oder Stahlblech-Lamellen ein probates Mittel, den Wärmetransport in der Fußbodenkon- struktion deutlich zu reduzieren. • Für Dünnschicht- und Frässysteme liegen momentan keine geeigneten Möglichkeiten des Wärmedämmens der Rohrleitungen vor. Hier müssen der Verteiler-/ Sammler-Standort und die Heizkreisanordnung sorgfältig geplant werden. Über wärmedämmende Lastverteilschich- ten oder Oberbodenbeläge ist zu befinden, wobei dann die gesamte Konstruktionsdicke des Fußbodens zunimmt. Unter welchen Bedingungen sind Maßnahmen angezeigt, um die unkontrollierte Wärmeabgabe zu begrenzen? • Nach DIN EN ISO 7730 lässt die höchste Komfortklasse A (6 % Unzufriedene) eine Raumtemperatur von 23°C im Winter zu. Für Flure kann hinsichtlich der Nutzung gewiss die ausreichende Komfortkategorie C (15 % Unzufriedene) Bild 14: Gut gemeint, schlecht ausgeführt. Ungeeignete Maßnahmen zum Begrenzen der Wärmeabgabe Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau l 69 festgelegt werden, sodass dann die obere Grenze der zulässigen Raumtemperatur auf 25°C festgelegt werden kann. • Für energetische Berechnungen beziffert DIN EN ISO 15251 die maximale Raumtemperatur in der Heizperiode in den Kategoirien I, II und III mit 25°C. • Die maximal zulässige Oberflächentemperatur beträgt nach DIN EN ISO 11855 für Aufenthaltsräume 29°C. • Verschiedene Parketthersteller reduzieren diese zulässige Temperatur auf 26°C bis 28°C oder benennen (in Analogie) eine maximal zulässige Heizwärmestromdichte von 70 W/m². Das vermindert die erreichbare Heizwärmestromdichte gegenüber alternativen Oberbodenbelägen und muss bei der TGA-Fachplanung berücksichtigt werden. Andernfalls sind zwingend Oberböden einschließlich Parkett auszu- schreiben, deren Hersteller 29°C zulassen. Aus den beschriebenen Sachverhalten sollte sich ergeben, dass die unkontrollierte Wärmeabgabe in Fluren bis zu einer Heizleistungsdichte von ca. 45 W/m² (für eine treibende Tem- peraturdifferenz von 5K) in jeder Hinsicht unproblematisch sein sollte und toleriert werden kann. Aber auch geringfügig höhere Werte sind zumindest hinsichtlich der maximalen Raumtemperaturen und der Betriebskosten unerheblich, da infolge meist geöffneter Türen zu den angrenzenden Räu- men ein bidirektionaler Luftaustausch resp. Wärmetransport erfolgt. Der eindringende Wärmestrom kommt diesen Räu- men als Wärmegewinn zugute, wobei die nach EnEV vorge- schriebene Einzelraumtemperatur-Regelung ein Überheizen verhindert. Dieser Effekt wird selbstverständlich gemindert, wenn die erwärmte Raumluft des Flures über eine mecha- nische Lüftungsanlage abgesaugt wird. Dann kann anderer- seits Wärmerückgewinnung betrieben werden, sofern das die Wohnungslüftungsanlage mit getrennter Zu- und Abluftfüh- rung zulässt. Diese für die Betrachtung mit ca. 45 W/m² bezifferte Grenz- wärmestromdichte, kann durchaus auch bei Heizkörperan- schluss-Rohrleitungen erreicht werden, ohne dass darüber Diskussionen über EnEV-Konformität geführt werden (Bild 15). Bild 16 zeigt, dass eine Heizwärmestromdichte von 33 W/m² (für tV/tR/ti = 55°C/45°C/20°C) erreicht wird, wenn nach Herstellerrichtlinien gearbeitet wird, die (Kompakt-) Dämmhülsen für diese Rohre vorsehen. Bild 15: Anordnung wärmegedämmter Heizkörper-Anschlussrohrleitungen (Her- stellerempfehlung) Bild 16: Wärmeabgabe von Heizkörperanschluss-Rohrleitung mit Kompakt- dämmhülsen (KDH) (qh = 33 W/m² für (tV/tR/ti = 55°C/45°C/20°C) 70 l Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau Tab. 2 zeigt ausgewählte Berechnungsergebnisse für die Heizwärmestromdichte von Fußbodenheizungen im Nassbau, deren Rohr(e) unterschiedlich gedämmt sind (Vorlauf; Vorlauf und Rücklauf; alternativ mit KDH unter dem Estrich in der Wärmedämm-Ebene). Es wurden potenziell kritische Rohrab- stände gewählt, die nicht selten vor dem Verteiler/Sammler, in Türdurchgängen oder engen Fluren realisiert werden (müs- sen). Außerdem wurden die Oberbodenbeläge variiert, auch, um deren wärmedämmenden Einfluss betrachten zu können. Es ist zu berücksichtigen, dass es sich um „Worst-Case-Situ- ationen“ handelt. Das BVF-Positionierpapier verweist mit Recht darauf, dass verschiedene Räume nicht zeitgleich die theoretisch berechnete Heizleistung benötigen. • Besonders hohe Heizsystemtemperaturen von mehr als 50°C, die im Bestandsbau aufgrund relativ hoher Heizlasten notwendig werden, bereiten hinsichtlich der eingangs genannten Kriterien prinzipiell Probleme. Hierzu sind Wärmedämm-Maßnahmen angezeigt, sofern nicht Rohrabstände von mindestens 20 cm realisiert werden können. • Demgegenüber verringert sich die unkontrollierte Wärme- abgabe in Neubauten aufgrund niedriger Systemtem- peraturen deutlich und ist, bis auf den Ausnahmefall kera- mischer Oberboden, bei Rohrabständen von mindestens 10 cm unkritisch. • Oberbodenbeläge mit einem großen Wärmeleitwiderstand von ca. Rλ,B > 0,08 m² K/W wirken wärmedämmend, wobei das Schadenspotenzial von Parkett hinsichtlich Verfor- mungsverhalten und Rissbildung besonders berücksichtigt werden muss. • Wärmedämm-Maßnahmen, begrenzt auf die Vorlauf-Zulei- tung, reichen bei hohen Heizsystemtemperaturen, auch bei Rohrabständen von 10 cm, nicht aus. • Der Wegfall von Wärmeleitlamellen bei Trockenbausyste- men verringert die unkontrollierte Wärmeabgabe um mehr als 50 % (Bild 17). • Dünnschicht- und Frässysteme mit einer Rohrüberdeckung von wenigen Millimetern Ausgleichsmasse müssen bei Rohrabständen von 10 cm auf Heizwassertemperaturen von tV/tR = 35°C/28°C begrenzt werden und erfordern außerdem als Oberbodenbelag schlecht wärmeleitende, strapazierfähige Materialien, sodass Teppiche bevorzugt werden sollten. • Wärmedämm-Estriche können wirksam den Wärmetrans- port von den Rohren zur Oberfläche verringern, bedürfen aber sehr niedriger Wärmeleitfähigkeiten, die bisher in der Praxis nicht erreicht werden. • Soll der Wärmestrom deutlich verringert werden, emp- fehlen sich Trockenbaukonstruktionen. Am Markt sind dazu beispielsweise mit Knauf Brio EPS Fertigteilestriche (Gipsfaserplatten) vorhanden, die eine ankaschierte Tab. 2: Heizwärmstromdichte qH von Fußbodenheizungen mit ungedämmten und gedämmten Rohrleitungen im Estrich sowie unterhalb des Estrichs in der Wärmedämmebene (KDH) Im Ergebnis der Berechnungen kann hinsichtlich kritischer Randbedingungen für die unkontrollierte Wärmeabgabe durchlaufender Zuleitungen in Fluren oder anderen innen lie- genden Räumen folgendes konstatiert werden: Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau l 71 Wärmedämmung (aus Polystyrol) aufweisen und damit stark wärmedämmend wirken. • Sofern keine Zuleitungen in der Lastverteilschicht angeord- net sind (die Zuleitungen müssen dann in der Dämmebene liegen), kann diese durchaus einen eigenen regelbaren Heizkreis aufnehmen. Hierzu sind auch Neuentwicklungen von Fertigteilestrichen mit integrierten Rohrleitungen in Analogie zu Uponor Renovis denkbar. • Regelbare Heizkreise sind nach EnEV 2014 erforderlich, sofern die Heizkreisfläche größer als 6 m² ist. Diese relativ neue Regelung (EnEV 2014 §14 Absatz 2) soll Montage und Betriebsführung in kleinflächigen Räumen (dazu zählen meist Flure) vereinfachen. • Die geforderte Regelfähigkeit von Heizkreisen für Räume mit einer Fläche von mehr als 6 m² ist sicher unsinnig, wenn die Heizlastdichte weniger als 20 W/m² beträgt, was bei innen liegenden Fluren keine Seltenheit ist. • Die Kombination von Nass- und Trockenbau-Fußboden- heizungen unter den geschilderten Randbedingungen ist bisher nicht die Praxis, sollte aber als Problemlösung anerkannt und realisiert werden. Außerdem sind seitens al- ler Hersteller praktikable Lösungen zu entwickeln, die dem Handwerk gerecht werden und somit helfen, das Thema der unkontrollierten Wärmeabgabe durchlaufender Zulei- tungen für alle Baubeteiligten ad acta legen zu können. • WOLFF /11/, /12/ beziffert das Verschwendungspoten- zial ungedämmter, im Estrich eines Flures verlegter Heizkörperanschlussrohrleitungen auf ca. 10 bis 20 kWh/ (m² a). Diese Angaben aus dem Jahr 2004 bezogen sich seinerzeit auf Wohngebäude mit relativ hohen Heizwas- sertemperaturen. Sie können jedoch, wenn auch nur begrenzt, in Analogie auf durchlaufende Zuleitungen von Fußbodenheizungen in Fluren übertragen werden. Die aus den Angaben resultierenden unnötigen Betriebsmehr- kosten belaufen sich für einen Flur mit 20 m² Fläche unter Berücksichtigung einer 30-jährigen Betriebszeit (gleich- bedeutend der Lebensdauer der Fußbodenkonstruktion resp. des Estrichs) für Gasbrennwertechnik auf ca. 360 bis 720 €. Diese Betriebsmehrkosten sind im gegen- wärtigen Wohnungsneubau nach EnEV 2014 bzw. nach KfW-Effizienzhaus-Kriterien und veränderter TGA (z.B. Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung, alternative Wärmeerzeuger) sicher niedriger. • Zusätzliche Wärmedämm-Maßnahmen oder besondere Aufwendungen für baukonstruktive Veränderungen, die unter Umständen die gesamte Wohnung betreffen, müssen sich an Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen messen lassen. Bild 17: Problem und Lösung. Mit oder ohne Wärmeleitlamelle. Und ggf. mit Knauf Brio EPS. 72 l Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau 3. SMATrIx der Flächenheizung im Wohnungsbau Nachdem bisher die MATRIX der Flächenheizung (und in gewisser Weise auch der Flächenkühlung) im Wohnbau beschrieben wurde, soll in einem Überblick auf Entwick- lungstrends der Regelungstechnik dieser Systeme eingegan- gen werden. Die MATRIX der Regelungstechnik für Flächen- heiz- und -kühlsysteme heißt in diesem Fall „UPONOR SMATRIX“ (Bild 18). Phonetisch besser als SMARTRIX, ist für SMATRIX die Frage zu beantworten, was daran smart, also was intelligent ist. lichen Gewohnheiten und technischen Möglichkeiten, um die geeignete Regelungstechnik definieren zu können. Waren es um 1980 Heizungsregler mit Raumtemperatur- wahl, Tag- und Nachtbetrieb und weitgehend manueller Ein- stellung, gehört heute im Wesentlichen Folgendes zur zeitge- mäßen Regelungstechnik in Wohnbauten: • Stringentes Regeln der Wärmeerzeugung, -speicherung, -verteilung und -übergabe • Komplexes Regeln des Heiz- und Kühlbetriebes und der Trinkwassererwärmung mit dem Ziel, thermische Be- haglichkeit und Energieeffizienz mit Gesundheitsschutz zu vereinen • Durchsetzen einer adaptiven Fahrweise resp. Heizkurven- korrektur mit dem Ziel, die niedrigste mögliche Vorlauftem- peratur im Heizbetrieb realisieren zu können • Integrierte Differenzdruckstabilisierung für den Fall einzel- ner geschlossener Heizkreisventile • Beschleunigen von Aufheizvorgängen (Prinzip des alten „velta Schnellaufheizens“) • Verwirklichen drahtloser Datenübermittlung einschl. Funk- betrieb variabel positionierbarer Sensoren • Realisieren von Sicherungsfunktionen zum Bauteilschutz wie beispielsweise Maximalbegrenzung der Systemtem- peratur im Heizbetrieb und Taupunktkontrolle im Kühlbe- trieb • Überwachen, Analysieren und Abbilden von Trends hin- sichtlich der Betriebszustände, des Nutzerverhaltens und des Heizenergieverbrauches (Monitoring) • (Fern-)Kommunikation mit der TGA über Internet unter Nutzung von Apps etc. • Smart Home oder zumindest Schnittstellen zu Smart- Home-Netzen Bild 19 zeigt zunächst die Stringenz und Hierarchie der Upo- nor-SMATRIX-Regelungstechnik, die vielen, jedoch noch nicht allen der genannten Anforderungen gerecht wird. Bild 18: Heizungsregler um 1980 (links) und die Heiz-und-Kühl-Reglergruppe Uponor SMATRIX (2016) Wie viel Regelungstechnik braucht der Mensch? Was ist technisch sinnvoll, was ohne Wirkung, weil die Bauphysik (z. B. massivre Gebäude einschließlich TABS) im Wider- spruch zu den Erwartungen (beispielsweise Raumtempera- turabsenkung zur Energieeinsparung) steht? Sollte die Rege- lungstechnik auch Baustoffe, Bauteile und Einbauten, wie z. B. Parkett, schützen? Sind die Betreiber und Nutzer in der Lage, diese Technik zu verstehen und bedienen zu können? Benötigen Technik-Nerds eine andere Technik als diejeni- gen, die es einfach nur warm haben wollen? Ist zu erwarten, dass das Beobachten von Trendanalysen zum Energiever- brauch am Display übliche Fernsehgewohnheiten ablöst? Wie hoch ist das Fehlerpotenzial, was passiert bei Stromaus- fall oder leeren Batterien? Ist die Technik dem unverändert raschen Fortschritt in der Digitalisierung gewachsen? Nicht einfach zu beantworten. Es bedarf einer Matrix von mensch- Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau l 73 Die verfügbare Regelungstechnik für Flächenheiz- und -kühlsysteme unterscheidet sich im Detail. Vorteilhaft ist bei- spielsweise, das Messen der Raumlufttemperatur mit dem Erfassen der Raumluftfeuchte zu kombinieren. Sind Konden- sationserscheinungen an kalten Oberflächen zu erwarten, wird nur der betroffene Kühlkreis abgeschaltet. Alternative Referenzfühler werden nicht selten auf die Gesamtanlage aufgeschaltet, sodass auch die Kühlleistung nicht betroffener Kreise verringert oder unterbrochen wird. Trenddarstellungen zu den Heizsystem- oder Raumtempera- turen können helfen, beispielsweise Ursachen für einen zu hohen Strombedarf von Wärmepumpen aufzuzeigen. Es ist relativ leicht nachzuweisen, dass das Nutzerverhalten häufig höhere Raumtemperaturen bedingt, die nicht dem Energie- ausweis oder einer Betriebskosten-Prognose entsprechen (Bild 20). Natürlich sind derartige Monitoring-Programme in modernen Wärmepumpen-Managern implementiert, können aber auch hilfreich sein, wenn diese unmittelbar zur Rege- lungstechnik in Nähe der Wärmeübergabe gehören. Hierzu abschließend soll darauf hingewiesen werden, dass Normen, Richtlinien und Empfehlungen in einigen Fällen dringend an die Möglichkeiten weiterentwickelter Technik anzupassen sind. Hierzu zählt beispielsweise, dass das Dynamische Energiemanagement (DEM) der Uponor- SMATRIX-PLUS-Regelung als Alternative zum geforderten hydraulischen Abgleich anerkannt und damit KfW-förderfähig wird. In VOB/C – (ATV) DIN 18380 Absatz 3.1.1 heißt es hinsicht- lich des hydraulischen Abgleichs wie folgt: „3.1.1 … Umwälzpumpen, Armaturen und Rohrleitungen sind durch Berechnungen so aufeinander abzustimmen, dass auch bei den zu erwartenden Betriebsbedingungen eine aus- reichende Wassermengenverteilung sichergestellt ist. „3.5.1 … Der Auftragnehmer hat die Anlagenteile so einzu- stellen, dass die geplanten Funktionen und Leistungen erbracht und die gesetzlichen Bestimmungen erfüllt werden. Der hydraulische Abgleich ist mit den rechnerisch ermittelten Einstellwerten so vorzunehmen, dass bei bestimmungsge- mäßem Betrieb, also z. B. auch nach Raumtemperaturabsen- kung oder Betriebspausen der Heizanlage, alle Wärmever- braucher entsprechend ihrem Wärmebedarf mit Heizwasser versorgt sind.“ Diese Formulierungen ziel(t)en auf die konventionelle Betriebsführung von Heizungsanlagen ab. Neue Verfahren, wie die Pulsweitenmodulation oder, umgangssprachlich, das Betreiben der Heizungsanlage mit sog. Energiepaketen, Bild 19: Uponor SMATRIX – stringente Regelungstechnik (links) und Option der freien Kühlung Bild 20: Uponor-SMATRIX-Raumfühler mit integrierter Raumluftfeuchte-Messung (links) und Trenddarstellung der Außen- und Raumtemperaturen auf Displays 74 l Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau ersetzen diesen statischen hydraulischen Abgleich durch dynamische Anpassungen. Es bedarf neben Herstellerbezo- genen Darstellungen des wissenschaftlichen Nachweises und der allgemeinen Anerkennung durch die Fachwelt, dass ein automatischer thermischer oder wärmetechnischer Abgleich nicht nur zu gleichwertigen, sondern zu besseren Ergebnissen der Betriebsweise und Regelbarkeit dieser Heiz- und Kühlsysteme im Vergleich zum konventionellen hydraulischen Abgleich führt. Dabei geht es darum, nicht nur die Hydraulik in einem System zu beherrschen, sondern Hydraulik und Temperatur. Erst dann ist die volle Funktions- fähigkeit eines wasserführenden Heiz- oder Kühlsystems erreicht. Zusammenfassung Wie – Sie wollten zuerst die Zusammenfassung lesen, um zu entscheiden, ob sich die Lektüre des Textes überhaupt lohnt? Jetzt werden Sie enttäuscht. Und für die anderen: Selten wird eine Zusammenfassung gelesen, wenn der geneigte Leser bis zu dieser vorgedrun- gen ist. Was zu sagen ist, wurde gesagt. Deshalb entfällt an dieser Stelle die Zusammenfassung auch für die Leser, die bisher durchgehalten haben. Danksagung Schließen sich Türen, öffnen sich Tore. (unbekannt) Der Autor widmet diesen Beitrag seinen jahrelangen Mitstrei- tern im Außenbüro und Technischen Beratungsbüro Dres- den. Der Dank richtet sich nach 20 Jahren gemeinsamer Arbeit an Dipl.-Ing. Sylvia Illgen, Ing. Wieland Tempel und Günther Mehlig hinsichtlich des fachlichen Austausches, der Kollegialität und, vor allem, der Freundschaft. Literaturhinweise /1/ - Niedertemperatur Wärmeverteilsysteme. System- evaluation für Instandsetzungen und Neubauten. Schlussbericht. Stadt Zürich. Amt für Hochbauten. Zürich. 2012. /2/ Fiala D. et al A computer model of human thermoregulation for a wide range of environmental conditions: The passive system. Journal of Applied Physiology 87. 1999. /3/ Seifert, J., et al. Instationäre, gekoppelte, energetische und wärmephy- siologische Bewertung von Regelungsstrategien für HLK-Systeme. TU Dresden/iTG Dresden. 5. Zwischen- bericht. 2015. /4/ - BDH. Informationsblatt Nr. 51. Flächenheiz- und -kühl- systeme. Teil 1: Neubau. 2013. /5/ Günther, M. Renaissance der Deckenheizung? HLH Bd. 61, (2010), Nr. 3, März, S. 92 sowie Nr. 4, April, S. 34. /6/ - ÖAP-Merkblatt. Verarbeitungsrichtlinien für das Verput- zen von wasserführenden Wandheizungssystemen. Innsbruck. 2. Auflage 2004. /7/ Hausladen, G./ Potenzial und Einsatzgrenzen der Bauteilaktivierung im Ehlers, M. Wohnungsbau. TU München. 2010. /8/ Auer, Th./ Lastverhalten von Gebäuden unter Berücksichtigung unterschiedlicher Bauweisen und technischer Systeme. Endbericht. TU München. 2014. /9/ - BDH. Informationsblatt Nr. 51. Flächenheiz- und -kühl- systeme. Teil 2: Modernisierung. 2013. /10/ - Anbindeleitungen/durchlaufende Zuleitungen bei Warmwasser-Fußbodenheizungen Begriffsbestim- mung; Dämmpflicht; Einfluss auf die Regelbarkeit eines Raumes und unerwünschte Wärmeabgabe. BVF-Posi- tionspapier. Hagen. 2014. /11/ Wolff, D. Berechnungsgang der EnEV, DIN 4108 und DIN V 4701-10 und die Konsequenzen. Darmstadt. 2004. /12/ Wolff, D. et al. Einfluss der Verteilungsverluste bei der energetischen Modernisierung von Mehrfamilienhäusern. Analyse und Ableitung von Optimierungsmaßnahmen Verteilnetze bei der Modernisierung. Analyse und Ableitung von Optimierungsmaßnahmen. Projekt im Auftrag des pro- Klima enercity-Fonds; Hannover/Braunschweig/Wol- fenbüttel. 2012. Michael Günther – (s)Matrix der Flächenheizung im Wohnungsbau l 75 Internet-Hinweise (a) el.BAU live Öffentliche Fachvorträge zur Bauphysik, Baukonstrukti- onslehre und TGA der Bauhaus-Universität Weimar https://www.uni-weimar.de/de/bauingenieurwesen/ weiterbildende-studiengaenge/elbau/elbau-live/ (b) BDH Bundesverband der deutschen Heizungsindustrie. Flä- chenheizung und -kühlung. Informationen http://www.flaechenheizung-bdh.de/ flaechenheizung-bdh-start/ (c) BVF Bundesverband Flächenheizungen und Flächenküh- lungen e. V. http://www.flaechenheizung.de/ (d) BWP Bundesverband Wärmepumpe e. V. https://www.waermepumpe.de/ (e) Bundesverband Geothermie, Heizen und Kühlen Geothermie http://www.geothermie.de/wissenswelt/ glossar-lexikon/k/kuehlen.html (f) Erdwärmeliga Geothermie, Heizen und Kühlen http://www.erdwaermeliga.de/ wissenswertes-erdwaerme/heizen-kuehlen.html (g) BEB Bundesverband Estrich und Belag e. V. http://www.beb-online.de/ (h) BINE BINE Informationsdienst (Objektberichte) http://www.bine.info/ (i) qih Qualität-im-Handwerk-Fördergesellschaft mbH www.qih.de (i) Uponor Uponor GmbH – Heizen und Kühlen https://www.uponor.de/loesungen/ flaechenheizung-und-kuehlung.aspx (j) Knauf Knauf AG – Fußbodenkonstruktionen http://www.knauf.de/