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Die Flächenheizung/-kühlung im Bestand – Teil 1

In Bestandsgebäuden befinden sich Flächenheizungssysteme seit den 1970er Jahren hauptsächlich als Fußbodenheizungen installiert. Allerdings werden nur selten die Optimierungs- und etwaige Erweiterungspotenziale von installierten Fußbodenheizungen im Sinne einer energiesparenden Betriebsweise ausgeschöpft. Der erste Teil dieser Artikelserie befasst sich mit der Bestandsaufnahme vor Ort. Diese dient als wesentliche Grundlage für die weiteren Optimierungsschritte.

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Den Status Quo erfassen - Bestandsaufnahme

Zunächst einmal wurden in den 1970er Jahren häufig nicht die gesamten Wohnungen mit Fußbodenheizungen ausgestattet, sondern lediglich die unmittelbaren Wohnbereiche (Wohn-/Esszimmer). In Schlafräumen und untergeordneten Räumen wurden weiterhin Heizkörper eingebaut. Dementsprechend ist in seit damals errichteten Bestandsgebäuden zwischen diesen „Mischsystemen“ und einer vollständigen Fußbodenheizung zu unterscheiden. Letztere setzte sich ab den 1990er Jahren als Vorreiter der Flächenheizung immer mehr durch. Wohngebäude ab den 2000er Jahren verfügen größtenteils über großflächige Fußbodenheizungen mit einem entsprechenden Wärmeverteilsystem. Demnach gibt es nicht wenige Bestandsgebäude, wo eine installierte Fußbodenheizung nunmehr 20 Jahre in Betrieb ist.

 

Den Ist-Zustand ermitteln

 

Voraussetzung für einen bestimmungsgemäßen Betrieb jeglichen Systems ist das Zusammenspiel aller Komponenten, so auch bei der Fußbodenheizung. Da eine Fußbodenheizung im Gegensatz zu Heizkörpern weitgehend wartungsfrei ist, wird der SHK-Fachhandwerker in der Regel erst zur Anlage gebeten, wenn Handlungsbedarf besteht. Gründe hierfür sind neben Funktionsstörungen häufig die energetische Optimierung (Pumpentausch, hydraulischer Abgleich usw.) oder die Erweiterung bzw. Veränderung der Anlage im Zuge von geplanten Sanierungs- oder Modernisierungsmaßnahmen. Eine energetische Sanierung ist beileibe nicht der einzige Grund, sich mit dem Thema Flächenheizung/-kühlung in Bestandsgebäuden auseinanderzusetzen.

 

In diesen Fällen sollte zunächst eine umfassende Bestandsaufnahme des Fußbodenheizungssystems als wesentliche Basis für das weitere Vorgehen durchgeführt werden. Im Zuge dessen werden nicht nur Optimierungs- oder Nach- bzw. Umrüstungspotenziale erschlossen, sondern auch wichtige Planungsgrundlagen ermittelt, etwa für den hydraulischen Abgleich oder auch für weitere Detailplanungen.

 

 

Umfangreiche Bestandsaufnahme - (Checkliste Teil 1 – 3 als Excel-Mappe - Begleithilfe)

 

Die ganzheitliche Abstimmung der Komponenten untereinander sowie das Zusammenspiel mit dem Gebäude und der Nutzung beeinflussen in erheblichem Maße die Energieeffizienz und thermische Behaglichkeit. Dementsprechend ist es wichtig, dass schon bei der Bestandsaufnahme der Systemgedanke den roten Faden bildet. Deshalb sollte die gesamte Heizungsanlage in drei Teilen aufgenommen werden:

  1. Wärmeübergabe - das Fußbodenheizungssystem, inkl. Etagenverteiler, Einzelraumregelung und Zubehör (Systemkomponenten)

  2. Wärmeverteilung - die Heizkreisverrohrung von der Wärmebereitstellung, bis zur Wärmeübergabe, inkl. hydraulischen Regelungskomponenten, und

  3. Wärmeerzeugung - die Wärmebereitstellung, inkl. Wärmeleistungen (Systemtemperaturen) sowie die übergeordnete Zentralheizungsregelung.

 

Neben dem allgemeinen Zustand der Anlage (Funktionalität von Absperreinrichtungen, Dichtigkeit, Korrosion usw.) stehen für eine Bewertung folgende Fragen an erster Stelle:

 

  • Verfügt die Anlage über die notwendigen Regelungen/Regeleinheiten der Wärme-übergabe und -verteilung? (Nachrüstpflichten gemäß EnEV – siehe Artikelserie Teil 2 Link am Ende dieses Artikels)

  • Ist die Anlage hydraulisch abgeglichen und liegen Einstellwerte und Zuordnungen der Wärmeübertragungskreise vor?

 

Daraus lassen sich die ersten Optimierungsmaßnahmen ableiten. Die Funktionalität und Regelbarkeit der Systemkomponenten ist Grundvoraussetzung für eine bestimmungsgemäße und energieeffiziente Betriebsweise der Fußbodenheizung. Dementsprechend ergeben sich hier möglicherweise bereits die ersten Nachrüstungen. Dies können etwa Durchflussmengenmesser, Ventile usw. sein, die für einen hydraulischen Abgleich benötigt werden.

 

 

Teil 1 Wärmeübergabe

 

Die Bestandsaufnahme beginnt mit den Fußbodenheizungssystemen in den entsprechenden Wohn- bzw. Nutzungseinheiten. Die hierfür zentralen Schritte sind in der (Checkliste zur Bestandsaufnahme Teil 1)aufgeführt und werden im Folgenden näher erläutert.

 

Eine notwendige Nachrüstung der Einzelraumregelung lässt in den seltensten Fällen den Heizkreisverteiler unangetastet. Egal ob drahtgebunden oder als Funk-Lösung, die notwendigen Ventilsitze, sowie die dementsprechenden Stellglieder sind die Voraussetzung für den Betrieb von Einzelraumreglern. Sollte kein Heizkreisverteiler vorhanden sein, kann dies auch an anderer Stelle mit entsprechenden Einbauteilen (z.B. UP-Thermostatventile, Kombi-Bypässen, und dgl.) erfolgen.

Für einen optionalen Austausch der bestehenden Verteiler- bzw. Sammlerbalken, sind die Abmessungen, Anschlüsse und Nennweiten (inkl. Wandstärken) relevant. Wichtig ist ferner die Zuordnung der Heizkreise, sowie die Ermittlung des Heizwasserinhaltes der jeweiligen Heizkreise (Masse-Volumen), welche in einer Raumliste zu dokumentieren sind.

 

Die Fachliteratur beschreibt verschiedene Möglichkeiten zur überschlägigen Ermittlung der Heizwassermenge in einzelnen Wärmeübertragungskreisen. Diese Möglichkeiten bieten jedoch lediglich eine unterstellende Annäherung, die weiter zu prüfen, bzw. zu untermauern ist Näheres hierzu findet sich in derVdZ-Fachregel „Modernisierung von Heizungsanlagen/Nachweisführung zum hydraulischen Abgleich). Ungleich genauer lässt sich der Wasserinhalt in den Rohrleitungen messtechnisch ermitteln. Dies kann beispielsweise im Rahmen einer Spülung der einzelnen Wärmeübertragungskreise geschehen. Der Wassermengeninhalt resultiert aus der Menge des eingefüllten Wassers abzüglich der Menge des ausgespülten Wassers.

 

Es macht durchaus Sinn, bei einer älteren Fußbodenheizung, auch wenn keine ersichtlichen Probleme der Verschlammung bestehen (wie z.B. Minderung des Wärmeeintrages, Funktionalität von Stellgliedern, etc.), diese vollständig zu spülen und bei dieser Gelegenheit den Wasserinhalt der einzelnen Wärmeübertragungskreise via Durchflussmesser zu ermitteln und zu dokumentieren. Die Neubefüllung und Einstellung des Anlagendrucks, erfolgt mit gem. VDI 2035 zur „Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen“ aufbereitetem Heizungswasser. Um entsprechend dieser Richtlinie das gesamte Heizungswasser zu erneuern, ist es einmal mehr hilfreich, den genauen Wasserinhalt der vollständigen Heizungssystems zu ermitteln.

 

 

Teil 2 Wärmeverteilung

 

In der Regel sieht es in Bestandsgebäuden oft mau aus, was die Anlagendokumentation angeht. (Checkliste zur Bestandsaufnahme Teil 2)Selbst wenn irgendwann einmal ein hydraulischer Abgleich erfolgt ist, können die Einstellwerte oft nicht mehr nachvollzogen werden. In diesem Zusammenhang ist natürlich über den Etagenverteiler hinaus der gesamte Heizkreis zu betrachten, bis hin zur Wärmeerzeugung, etwaige Strangaufteilung, Versorgungslängen, Nennweiten und Art des Rohrleitungssystems, Zustand der Wärmedämmung und nicht zuletzt die Heizkreispumpe, sowie etwaige Mischventile, Überströmeinrichtungen und natürlich die entscheidenden Fragen zu den Systemtemperaturen und Anlagenvolumen.

 

Neben den Orientierungshilfen der Checkliste zur Bestandsaufnahme (Teil 2) ist die Erstellung einer Z-Maß-Skizze hilfreich (noch immer Bestandteil der Berufsausbildung zum Anlagenmechaniker) um ein realistisches Abbild des gesamten Rohrleitungsnetzes darzustellen, wie es der jeweiligen Bestandssituation entspricht. Diese Z-Maß-Skizze ist als Ergänzung zur Checkliste und den Raumlisten, Bestandteil des Leistungspaketes: Bestandsaufnahme und bildet die Grundlage für eine Rohrnetzberechnung. Auch wenn es eine Vielzahl von Software-Programmen gibt, ist die analoge Erstellung vor Ort, oft die ungleich praktikablere. Details können dann im Büro mit einer entsprechenden Software als Planungsleistung ausgearbeitet werden.

 

Es ist zu differenzieren, ob die Wärmeversorgung nur die Fußbodenheizung betrifft, oder möglicherweise auch Heizkörper an der Wärmeversorgung (Heizkreis) angeschlossen sind. In diesem Fall sind weitere Einstellungen und Komponenten zu prüfen, nicht zuletzt die Anlagenhydraulik und die unterschiedlichen Systemtemperaturen und wie diese bereitgestellt werden. Für diesen Fall ist auch die Raumliste auf die Heizkörper inkl. deren Zuordnung zu erweitern. Es sollte sichergestellt sein, dass eine Differenzierung der Vorlauftemperaturen sowie der Teil-Masseströme erfolgt, um einen bestimmungsgemäßen Betrieb mit einer entsprechend niedrigen Vorlauftemperatur im Auslegungsfall zu ermöglichen.

 

Sollte die Fußbodenheizung von einer gesplitteten Versorgungsleitung bedient werden, ist die fachgerechte Aufteilung der Volumenströme sicherzustellen und die Integration von Strangregulierventilen zu prüfen, um eine gleichmäßige und bestimmungsgemäße Aufteilung der Massenvolumenströme sicherzustellen, wie es den Anforderungen eines hydraulischen Abgleichs entspricht. Gleichfalls sind auch etwaige Heizkörper in der Z-Maß-Skizze abzubilden.

 

Die Länge und Dimensionierung der Versorgungsleitungen ist die Voraussetzung zur Ermittlung des Heizungswasserinhalts (Gesamt-Volumenstrom) analog zur Feststellung des Heizungswasserinhaltes in den Wärmeübertragungskreisen der Fußbodenheizung, sowie der Rohrleitungswiderstände. Diese Bewertung umfasst auch etwaige Regelungskomponenten, wie z.B. Differenzdruckregler, Durchflussregler/Strangregulierventile, bis hin zur Sicherstellung der definierten Vorlauftemperatur, sowie der Heizkreis-Umwälzpumpe. Des Weiteren ist eine vollständige Wärmedämmung der Versorgungsleitungen inkl. deren Komponenten (Armaturen, Apparate, Pumpen, etc.) durch entsprechende Wärmedämm-Packungen / Wärmedämmschalen sicherzustellen, um die Wärmeverteilverluste auf ein Minimum zu reduzieren.

 

 

 

Teil 3 Wärmeerzeugung

 

Abschließender Gegenstand der Bestandsaufnahme ist die Wärmeerzeugung. Gemäß (Checkliste zur Bestandsaufnahme Teil 2)sollte hier zunächst festgestellt werden, mit welchen Vorlauftemperaturen die Fußbodenheizung betrieben und wie die maximale Vorlauftemperatur sichergestellt wird. Dementsprechend sind die Einstellungen der Heizkurve (witterungs- bzw. Referenzraumgeführt) und andere relevante Steuerungsparameter der Anlage zu prüfen, festzustellen und zu dokumentieren. Dabei gilt, analog zur Forderungen der Einzelraumregelung eine eventuelle Nachrüstpflicht zum witterungsgeführten Betrieb der Anlage, bzw. alternativ einer Referenz-Raumtemperatur, was einen geregelten Heizkreis verlangt. Diese Anforderung betrifft nicht nur die Flächenheizung, sondern gleichermaßen Heizkörperanlagen. Keinesfalls zu vergessen ist die Prüfung des Membran-Druckausdehnungsgefäßes (Wasservorlage, Vordruck, Zustand der Membran, etc. und zu dokumentieren.

 

Dabei gilt eine eventuelle Nachrüstpflicht zum witterungsgeführten Betrieb der Anlage bzw. alternativ einer Referenz-Raumtemperatur, was einen geregelten Heizkreis verlangt. Diese Anforderung betrifft nicht nur die Flächenheizung, sondern auch Heizkörperanlagen. Keinesfalls zu vergessen ist die Prüfung und Dokumentation des Membran-Druckausdehnungsgefäßes (Wasservorlage, Vordruck, Zustand der Membran etc.) sowie die allgemeinen sicherheitstechnischen Einrichtungen (Membran-SV usw.) für einen bestimmungsgemäßen Betrieb der Heizungsanlage. Weiterhin ist sicherzustellen, dass die installierte Nennwärmeleistung für den bestimmungsgemäßen Betrieb der Fußbodenheizung und zur Abdeckung der Norm-Heizlast ausreichend ist. Hinsichtlich der Systemtemperaturen ist grundsätzlich festzuhalten, dass es sich bei Fußbodenheizungssystemen um Niedrigtemperatursysteme handelt, bei denen lediglich eine Vorlauftemperatur von üblicherweise 35 °C (zulässig sind nach DIN EN 1264/DIN EN ISO 11855 auch höhere Temperaturen) mit dem bestimmungsgemäßen Volumenstrom bereitzustellen ist. Dementsprechend sollten veraltete Hochtemperatur-Wärmeerzeuger durch moderne Niedrigtemperatur-Wärmeerzeuger (Brennwerttechnik, Wärmepumpe) ersetzt werden. Besonders geeignet sind Flächenheizungen auch für eine solarthermische Heizungsunterstützung, um eine maximale solare Deckungsrate zu erreichen.

 

 

Fazit

 

Nicht nur um energetische Optimierungspotenziale zu ergründen, sondern auch um die bestimmungsgemäße Funktion und etwaige Erweiterungsoptionen überhaupt festzustellen und kompetent umsetzen zu können, ist eine Bestandsaufnahme des gesamten Fußbodenheizungssystems unabdingbar. Sie bildet die Grundlage zur Erarbeitung eines Modernisierungskonzepts als Planungsleistung. Diese gilt es, anschließend zu definieren. Dazu gehören etwa die Bestimmung der Heizlast und deren Anpassung an bessere thermische Gebäudeeigenschaften sowie das Nachweisverfahren zum hydraulischen Abgleich. In diesem Zusammenhang sind auch die Fördermaßnahmen des Bafa und der KfW zu berücksichtigen. Teil 2 dieser Serie wird sich in der SBZ 3-19 mit den Nachrüstpflichten gemäß EnEV, dem hydraulischen Abgleich sowie den Optimierungs- und Erweiterungspotenzialen im Rahmen von verschiedenen Modernisierungsmaßnahmen widmen.

 

Nicht nur um Optimierungspotentiale zu ergründen, sondern gleichermaßen um die bestimmungsgemäße Funktion und etwaiges Erweiterungsoptionen überhaupt festzustellen und kompetent umsetzen zu können, ist ein Bestandsaufnahme unabdingbar. Diese bildet die Grundlage zur Erarbeitung eines Modernisierungskonzepts als Planungsleistung, zumindest in der Entwurfsfassung. Die daraus resultierenden Planungsleistungen gilt es zu definieren, wie z.B. für das Nachweisverfahren zum hydraulischen Abgleich, wo in beiden Verfahrensweise deutlich unterschiedliche Planungsanforderungen gestellt werden. Teil 2 dieser Serie wird sich mit den Nachrüstpflichten gem. EnEV, dem hydraulischen Abgleich, sowie den Optimierungs- und Erweiterungspotenzialen im Rahmen von verschiedenen Modernisierungsmaßnahmen widmen.

Hinweis:

Die erwähnten Checklisten sind Bestandteil des PDF-Artikels und können hier aufgerufen werden.