Flächenheizung und -kühlung: Flexible Systeme für alle Gebäudetypen
Die Flächenheizung und -kühlung arbeitet mit Temperaturen, die dem natürlichen Temperaturbereich des menschlichen Körpers ähneln, und sorgt so für ein angenehmes Raumklima. Ihre hohe Energieeffizienz ergibt sich nicht nur aus dem Betrieb mit niedrigen Temperaturen, sondern auch aus der direkten Aktivierung von Bauteilen wie Boden, Wand oder Decke – anstatt nur die Raumluft zu erwärmen oder zu kühlen.
Dafür werden Systemrohre in die baulichen Flächen integriert, die je nach Betriebsmodus den Raum im Jahresverlauf temperieren. Im Unterschied zu herkömmlichen Heizkörpern hängt die Wärmeübertragung nicht allein von der Installation der Rohre durch einen SHK-Anlagenmechaniker ab. Entscheidend ist die sogenannte Wärmeverteilschicht, die dem Raum entweder Wärme zuführt oder entzieht und das System erst vollständig macht. Für eine reibungslose Umsetzung sind daher eine sorgfältige Planung und eine enge Zusammenarbeit verschiedener Gewerke erforderlich. Dazu gehören unter anderem Estrichleger, Trockenbauer, Verputzer, Stuckateure, Lehmbauer, Elektriker, Lüftungsbauer sowie Fliesen-, Naturstein- und Bodenleger.
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In der Fußbodenheizung haben sich die Schnittstellen der Gewerke bereits über Jahrzehnte eingespielt. Die Systeme und ihre Verarbeitung haben sich längst vom Heizestrich über sehr variable Bodenaufbauten bis hin zu Dünnschichtsystemen und Trockenbauweisen in mannigfacher Auswahl entwickelt. Die Anforderung einer Lastabtragung besteht bei einer Wand- oder Deckenheizung und -kühlung ebenso wenig wie Anforderungen an den Trittschallschutz. Wand- und Deckenflächen bestehen in der Regel aus Trockenbauplatten oder Putzmörtel bis hin zu Edel- oder Feinputzen, Anstrichen, Belägen und finaler Oberflächengestaltung verschiedenster Ausprägungen.
Die Bauarten der Wärmeverteilschicht unterscheiden sich bei der Flächenheizung und -kühlung in Bauart A, wo sich die Systemrohrebene innerhalb der Wärmeverteilschicht (Nass- und Modulbauweise) befindet. Bei der Bauart B befindet sich die Systemrohrebene unterhalb der Wärmeverteilschicht, wie es bei der Registerbauweise der Fall ist. Die relevanten Normen der Flächenheizung und -kühlung sind die DIN EN 1264 sowie die DIN ISO 11855. Zwar liegt der Fokus dieser Normen noch sehr auf der Fußbodenheizung und -kühlung, aber auch die Flächen an Wand und Decke wurden mittlerweile aufgenommen.
Wirk- und Funktionsweise
Die Leistungsbezeichnung einer Flächenheizung zeigt ihre flächenbezogene Wirk- und Funktionsweise in der sogenannten Wärmestromdichte q in W/m². Diese ergibt sich aus der Über- bzw. Untertemperatur (Δθ) von mittlerer Oberflächentemperatur (θOber) der thermisch aktivierten Fläche zur Raumtemperatur (θRaum) und des entsprechenden Wärmeübergangskoeffizienten α (in W/m²K) der thermisch wirksamen Fläche.
q = α x Δθ bzw. q = α x (θOber - θRaum) in W/m²
Der Wärmeübergangskoeffizient α wird in der DIN EN 1264 für die drei Flächen Boden, Wand und Decke angegeben, ebenso wie seine Umkehrung im Flächenkühlbetrieb.
Die thermischen Kennwerte zeigen auch die Unterschiede entsprechend den maximalen Oberflächentemperaturen bei der Fußboden- und Deckenheizung. DIN EN 1264 und DIN ISO 11855 nennen an dieser Stelle unterschiedliche Werte bezüglich der Wandheizung. Während DIN EN 1264 eine maximale Oberflächentemperatur der Wandheizung mit 40 °C empfiehlt, lautet die Empfehlung der DIN ISO 11855 hingegen 50 °C. Die Wandheizung nimmt aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften eine bevorzugte Position gegenüber Boden- und Deckenheizungen ein, insbesondere, wenn es darum geht, in bestehenden Gebäuden höhere Einzelraum-Heizlasten zu kompensieren.
Mit Wärmestromdichten von 200 W/m² und mehr vermag eine Wandheizung auf deutlich geringerer Fläche Einzelraum-Heizlasten zu kompensieren, als es mit einer Fußboden- oder Deckenheizung der Fall wäre, da diese einer Oberflächentemperatur von maximal 33 °C unterliegen. In diesem Zusammenhang ist insbesondere auf die Materialgüte der Wärmeverteilschicht zu achten. Anwendungshinweise der Putz-Werkmörtel-Hersteller sind auch hinsichtlich der maximalen Vorlauftemperatur zu beachten. Lehmputze eignen sich auch für höhere Temperaturen, welche die Kombination von Wandheizungen mit Heizkörpern über einen gemeinsamen Wärmeverteilkreis ermöglichen.
Und wer immer noch glaubt, dass eine Deckenheizung nicht funktioniert, weil Wärme immer von unten nach oben steigt, der möge sich bei Eiseskälte in die strahlende Sonne stellen. Die Wärmeübergabe einer Flächenheizung und -kühlung erfolgt durch Wärmestrahlung und Wärmekonvektion, deren Anteil im Wärmeübergangskoeffizienten α abgebildet ist. Die Wärmeleitung ist vernachlässigbar. Der Strahlungsanteil überwiegt und liegt stets bei etwa 5,5 W/(m²K). Die Differenz zum Gesamtwert entspricht jeweils dem Konvektionsanteil.
