Wandheizung an Außenwänden: Wann braucht es eine Innendämmung?

Die Eignung von Außenwänden zur innenseitigen Belegung mit einer Wandflächenheizung/-kühlung ist aus vielerlei Gründen unstrittig. Das Wärmegefälle im Raum entsteht zu großen Teilen über die raumumschließenden Außenwände (bzw. auch über Flächen, die an minder- oder unbeheizte Räume grenzen). Je nach energetischer Qualität der Außenwand und den daraus resultierenden Oberflächentemperaturen wirken sich diese unmittelbar auf die thermische Behaglichkeit der Bewohner aus.

Aus der Wechselbeziehung dieser bauphysikalischen und physiologischen Grundlagen resultiert ein wesentliches Argument für die Flächenheizung/-kühlung als wasserführendes Niedrigtemperatursystem. Denn es sind keine höheren Temperaturen als das Temperaturspektrum des Menschen (der gleichfalls als Niedrigtemperatursystem zu verstehen ist) notwendig, um die Oberflächen eines Raumes thermisch so zu aktivieren, dass nicht nur die anstehende Heizlast energieeffizient kompensiert, sondern auch der thermischen Behaglichkeit des Menschen maximal entsprochen werden kann.

Darüber hinaus wird ein effizienteres Zusammenspiel von Wandheizung und passiver Solarnutzung über die Anordnung von Wandheizungsflächen an Außenwänden ermöglicht. Die durch transparente Flächen der Außenwände (z.B. Fenster) eindringende, gleichgerichtete Wärmestrahlung der im Winter niedrig stehenden Sonne ermöglicht ein effizientes Wechselspiel mit der wirksamen Wärmestromdichte der Wandheizungsflächen durch passiven und aktiven Wärmeeintrag in den umbauten Raum.

Energetische Qualität einer Außenwand

Allerdings stellt sich im Kontext der energetischen Qualität eines Bauteils der thermischen Hülle immer die Frage nach dessen Wärmeschutz¹. Dieser ist für die bestimmungsgemäße Funktionsweise einer Flächenheizung/-kühlung absolut systemrelevant. Schließlich soll ja nicht der Vorgarten, sondern der Innenraum durch die Wandheizung wohltemperiert werden.

Diese Frage steht also im direkten Zusammenhang mit der Planungssicherheit der Wärmeübergabe an den Raum, um die (entsprechend der Auslegung festgelegte) wirksame Wärmestromdichte q (in W/m²) auch tatsächlich in den Raum „zu bringen“ und nicht Gefahr zu laufen, dass die eingebrachte Wärme durch das Bauteil Außenwand über die Maßen nach außen abwandert.

Aus diesem Grund ist die energetische Qualität der betreffenden Außenwand zuerst hinsichtlich der Transmissions-Wärmeverluste im Rahmen einer Bestandsaufnahme zu prüfen und der bauseitige Wärmedurchgangskoeffizient U (in W/m²K) als Planungsgrundlage konkret zu ermitteln.

Der Mindestwärmeschutz einer Außenwand umfasst im Kontext einer Wandflächenheizung/-kühlung² folgende Anforderungen:

• den systembedingten Mindestwärmeschutz (DIN EN 1264-4/DIN EN ISO 11 855)
• den baukonstruktiven Mindestwärmeschutz (DIN 4108-2)

Der baukonstruktive Mindestwärmeschutz ist entsprechend der jeweils gültigen Energieeinsparverordnung bzw. ab dem 1. November 2020 durch das Gebäudeenergiegesetz vorgegeben. Die Frage, ob eine Innendämmung notwendig ist oder nicht, kann grundsätzlich erst nach Feststellung des Wärmedurchgangskoeffizienten U (in W/m²K) des Bauteils Außenwand beantwortet werden.

Der systembedingte Mindestwärmeschutz

Der systembedingte Mindestwärmeschutz gewährleistet, dass die nach Auslegung installierte Wärmeleistung der Flächenheizung über die Bauteiloberfläche als Wärmestromdichte q (in W/m²) vollständig in den Raum gelangt und nicht durch die Außenwand (Transmission) abwandert. Hierfür sind in der DIN EN 1264 – Teil 4 maximale Grenzwerte in Form von Mindestwärmedurchlasswiderständen R (m²K)/W festgelegt. Diese dürfen nicht überschritten werden, um den gewünschten Wärmekomfort energieeffizient sicherzustellen (Bild 2).

Obgleich die Angaben dieser Norm zur Wärmedämmung des Systems im Wesentlichen (noch) auf die Fußbodenheizung/-kühlung abgestellt sind, gelten diese auch für die Wand- und Deckenflächen. Bild 2 zeigt nicht nur die Mindestwärmedurchlasswiderstände R in (m²K)/W für drei Auslegungsaußentemperaturen, sondern auch für Bauteile gegen unbeheizte oder nur temporär beheizte Räume.

Exkurs: Baukonstruktion Außenwand

Um die baukonstruktiven Zusammenhänge und bauphysikalischen Auswirkungen nachvollziehen zu können, ist es unerlässlich, sich mit dem Bauteil konstruktiv auseinanderzusetzen, an dem die systemrelevante Wärmeverteilschicht der Flächenheizung/-kühlung aufgebracht werden soll. Eine Außenwand als Bauteil besteht aus unterschiedlichen Baustoffschichten mit jeweils unterschiedlichen Wärmedurchlasswiderständen (R₁, R₂, R₃, R_n), deren Summe R_Ges ergibt. Addiert man noch die Wärmeübergangswiderstände der Oberflächen innen (R_si) und außen (Rse) an Luft, erhält man den Wärmedurchgangswiderstand (R_T in (m²K)/W). Je höher dieser Wert eines Bauteils ist, desto höher ist der Wärmeschutz dieses Bauteils.

Der als zentraler Kennwert etablierte Wärmedurchgangskoeffizient U (in W/m²K) resultiert aus dem Kehrwert des Wärmedurchgangswiderstandes eines Bauteils (U = 1/R).

Bei einer Flächenheizung an einer Außenwand darf der aus dem Kehrwert des Mindestwärmedurchlasswiderstandes R_Ges resultierende Wärmedurchgangskoeffizient U von 0,50 W/m²K nicht überschritten werden. Daraus folgt die allgemeingültige Feststellung:

„Der systembedingte Mindestwärmeschutz einer Wandheizung an einer Außenwand verlangt bei einer Auslegungsaußentemperatur von –15 °C einen Wärmedurchgangskoeffizienten U von maximal 0,50 W/m²K.“

Ist dieser systembedingte Mindestwärmeschutz gegeben, ist keine zusätzliche Innendämmung notwendig. Es kann also die Wandheizung/-kühlung direkt auf die raumseitige Oberfläche aufgebracht werden, wobei lediglich die Anforderungen an den Untergrund hinsichtlich Befestigung und Putzhaftung zu prüfen sind³.

Bestimmung der erforderlichen Innendämmung

In den unten stehenden Berechnungsbeispielen sind R_se und R_si nicht berücksichtigt. Vielmehr soll eine Veränderung der energetischen Qualität des Bauteils auf Basis des Ist-Zustandes dargestellt werden.

Im Berechnungsbeispiel 1 (Bild 4) wird zuerst die Bestandssituation als Grundlage der Bewertung dargestellt. Dort beträgt der Wärmedurchlasswiderstand R 0,86 (m²K)/W und entspricht somit nicht den Anforderungen an den Mindestwärmedurchlasswiderstand gemäß DIN EN 1264. Der daraus resultierende U-Wert beträgt 1,16 W/m²K. Es muss also eine zusätzliche Wärmedämmmaßnahme erfolgen, die den fehlenden R_zu von 1,14 (m²K)/W erbringt.

Im Berechnungsbeispiel 2 (Bild 5) kann mit einer Innendämmung von 20 mm zwar der Wärmedurchlasswiderstand R auf 1,39 erhöht werden, dennoch erreicht er nicht die geforderten 2,0 (m²K)/W. Dementsprechend liegt auch der U-Wert mit 0,72 W/m²K deutlich über dem Grenzwert von 0,5 W/m²K. Diese Wärmedämmmaßnahme ist also nicht ausreichend. Es fehlt noch immer ein Rzu von 0,61 (m²K/W).

Im Berechnungsbeispiel 3 (Bild 6) erhöht man daher die Dämmdicke der Holzfaser-Innendämmung auf 50 mm. Damit wird sowohl der geforderte Mindestwärmedurchlasswiderstand als auch der daraus resultierende U-Wert erreicht. Diese Wärmedämmmaßnahme ist also ausreichend, um den systembedingten Mindestwärmeschutz für ein Wandheizungssystem sicherzustellen.

Eine Wandheizung eignet sich nicht zuletzt aufgrund der Montageabläufe besonders für die Kombination mit einer Innendämmung. Die Innenputzschicht (Oberputz) ist mit 20mm angegeben, kann aber als Wärmeverteilschicht einer Wandflächenheizung durchaus 25mm betragen. Unter Ausnutzung des maximal zur Verfügung stehenden Wandaufbaus können mittels diverser Vergleichsrechnungen Materialien mit unterschiedlichen Wärmeleitzahlen ermittelt und gegenübergestellt werden, um eine weitere Verbesserung des Wärmeschutzes zu ermöglichen.

Fazit

Bei der Planung einer Wandheizung an Außenwandflächen muss die energetische Qualität des Bauteils ermittelt werden. Nach Feststellung des Mindestwärmedurchlasswiderstandes der bestehenden Außenwand ist zu prüfen, ob eine zusätzliche Dämmung im Sinne des systembedingten Mindestwärmeschutzes notwendig ist oder nicht.

Allerdings ist bei der Planung einer Innendämmung grundsätzlich zu berücksichtigen, wie diese nicht nur den Wärmeverlauf, sondern auch den Feuchteverlauf im Bauteil beeinflusst. Dementsprechend handelt der zweite Teil dieser Serie von der thermisch-hygrischen Betrachtung der Außenwand und zeigt, welche Auswirkungen eine zusätzliche Innendämmung auf den Feuchtetransport durch die Außenwand hat.  Im dritten Teil geht es um den feuchtetechnischen Nachweis.

Dieser Artikel von Frank Hartmann ist zuerst erschienen in SBZ 13 / 2020. Frank Hartmann ist Gründer des Forums Wohnenergie für energieeffizientes Bauen und Modernisieren und ist in der Beratung, Produktentwicklung und technischen Kommunikation tätig.