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Projektierungsleitfaden zur Modernisierung der Wärmeübergabe

Die Erneuerung der Wärmeübergabe ist für ältere Bestandsgebäude nicht nur im Sinne der thermischen Behaglichkeit, sondern ebenso zur Steigerung der Energieeffizienz und bestmöglichen Integration erneuerbarer Energie, ein mehr als relevantes Thema. Dementsprechend hat der Fachbereich Flächenheizung/-kühlung im BDH einen Projektierungsleitfaden zur Erneuerung der Wärmeübergabe an Wänden und Decken in drei Schritten entwickelt, der im Folgenden dargestellt wird.

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Wärmewende in drei Schritten

Die konsequente und zielorientierte Nutzung erneuerbarer Energien zur Wärmebereitstellung und -erzeugung wird wesentlich von der nachgeschalteten Wärmeübergabe im Raum beeinflusst. Für Solar- und Umweltwärme ist es ein entscheidender Unterschied, ob 55°C und mehr für die Wärmeübergabe benötigt werden, oder nur maximal 35°C, wie es bei der Flächenheizung/-kühlung die Regel ist. Nicht nur die Jahresarbeitszahl (JAZ) einer Heizungs-Wärmepumpe, sondern auch die Deckungsrate einer solarthermischen Heizungsunterstützung profitiert nachhaltig vom wassergeführten Niedrigtemperatursystem Flächenheizung/-kühlung. Insbesondere der Wohnungsbau ist hinsichtlich der Wärmewende im Bestand von großer Bedeutung.

Der Anteil von etwa 80% Wohnhäusern mit 1-2 Wohnungen am gesamten Wohnungsbestand in Deutschland zeigt die mannigfachen Potenziale und die daraus resultierenden Aufgabenstellungen und Herausforderungen einer umfassenden Modernisierung von bestehenden Gebäuden, weit über die Grenzen des Heizkellers hinaus. Die Wärmewende im Bestand wird sich nicht realisieren lassen, wenn unter der Heizungsmodernisierung weiterhin lediglich ein Austausch des Wärmeerzeugers verstanden wird.

 

Praxisbeispiel: Erneuerung der Wärmeübergabe

Den Ausgangspunkt für diesen Projektierungsleitfaden bildet ein repräsentatives Einfamilienhaus aus den 1980er Jahren mit knapp über 200 m² Wohnfläche und typischen Kennwerten der thermischen Hülle. Die Bestandssituation wurde nach den gängigen U-Wert-Katalogen alter Gebäude sowie der Berücksichtigung regionaler Unterschiede in der Bauausführung ermittelt, um ein realistisches Beispiel zu generieren. In der Praxis sind diese Werte aus der jeweils gegebenen Bestandssituation zu bestimmen.

Als Modernisierungsziel wurde der Rückbau bestehender Heizkörper und die Erneuerung der Wärmeübergabe festgelegt. Die Hausbesitzer interessieren sich für die Möglichkeiten der Flächenheizung/-kühlung. Allerdings soll der Fußboden in allen Räumen bestehen, d.h. unberührt bleiben. Die daraus resultierende Aufgabenstellung für das SHK-Fachunternehmen lautet: Welche Möglichkeiten bestehen an Wand- und/oder Deckenflächen, um die Heizlast (IST-Zustand) zu kompensieren? Es ist bei dieser Betrachtung vorerst keine Optimierung des Wärmeschutzes durch bauliche Maßnahmen an der thermischen Hülle vorgesehen.

 

Grundlagenermittlung: Erstellen von Raumlisten

Die Raumliste ist die Grundlage der Planung, sowie die Basis für das folgende Annäherungsverfahren dieses Projektierungsverfahrens zur Entwicklung eines Modernisierungskonzeptes. Ebenso ist die Raumliste für alle angrenzenden Partnergewerke zur Schnittstellenkoordination relevant und mit der Bauleitung abgestimmt, sowie für jeden am Bauvorhaben beteiligten verbindlich. Die Raumliste beinhaltet grundlegend:

  1. Nummerierung der Räume (damit auch jeder vom selben Raum spricht)

  2. Raumbezeichnung (die sich auch so in etwaigen Plänen, usw. wiederfindet, bzw. anzupassen ist)

  3. Raumfläche (gesamte Netto-Nutzfläche AF in m²)

  4. Raumtemperatur entsprechend EN 12 831

  5. Heizlast (des jeweiligen Raumes) aus den Ergebnissen der Heizlastberechnung Q in W

  6. Spezifische Heizlast (des jeweiligen Raumes) q in W/m² - bezogen auf die Nutzfläche AF in m²

sowie eine ergänzende Spalte für raumspezifische Bemerkungen.

 

1. Schritt – die spezifische Heizlast

Im ersten Schritt wird für jeden Raum aus der Einzelraum-Heizlast (in W) die spezifische Heizlast (in W/m²) ermittelt und die Ergebnisse in der entsprechenden Spalte der Raumliste eingetragen. An dieser Stelle werden schon die Spitzenwerte sichtbar, die im Altbau wie so oft, so auch hier, mit einer spezifischen Heizlast von mehr als 100 W/m² die Sanitärräume betreffen. Diese werden aufgrund ihrer besonderen Anforderungen zuerst zurückgestellt und im Anschluss an allen anderen Räumen abschließend behandelt werden.

Es folgt nach dieser ersten Orientierung über die spezifische Heizlast in jedem Raum eine weiterführende Prüfung der grundsätzlichen Möglichkeiten an Wand und Decke in Abstimmung mit dem Bewohner, sowie den baulichen Voraussetzungen. Neben der lichten Raumhöhe, die bei einer Deckenheizung/-kühlung nach DIN EN 1264 mindestens 2,6 Meter betragen soll, sind dabei folgende Gegebenheiten besonders zu beachten:

  • Deckeneinbauten allgemein, Gestaltungselemente an den Deckenflächen (Dabei können auch etwaige akustische Anforderungen berücksichtigt werden)

  • Einbauten, Möbel und dergleichen an den Wänden; Türen und Brüstungshöhen von Fenstern an den Außenwänden

  • Elektro-Installation, insbesondere Steckdosen im unteren Wandbereich, wie auch Schalter oder Lichtauslässe an Wandflächen

  • Etwaige Sockelleisten, sowie Bodenbelag-Wand-Anschlüsse

Darüber hinaus führen die Diskussionen mit dem Bauherren/Architekten auch in die angrenzenden Gewerke und somit in etwaige weiteren Modernisierungsmaßnahmen. Der Abstand von Gerätedosen der Elektro-Installation sollte 10 cm betragen, um eine unzulässige Temperaturerhöhung zu vermeiden. Gleiches gilt für Wandauslässe für Beleuchtungskörper, wo auch die Befestigung zu berücksichtigen ist.

 

2. Schritt – die flächenbezogene Annäherung

Im zweiten Schritt erfolgt auf Basis der baulichen Situation, eine weitergehende Betrachtung der sich einstellenden Möglichkeiten bezüglich der konkreten Umsetzungsoptionen an Wand- und/oder Deckenflächen in Abstimmung mit dem Bauherren/Kunden. Bemerkungen oder besondere Festlegungen sind in der Raumliste zu dokumentieren. Dabei können die für die Auslegung relevanten Leistungsbezüge entsprechend der Basiskennlinie (DIN EN 12 64), oder den produktspezifischen Kennlinien der System-Hersteller entnommen werden, um zu prüfen, ob die zu Verfügung stehenden Flächen absehbar ausreichend sind.

Von allen Räumen wird der Raum mit dem höchsten Wert als qmax Auslegungsgrundlage (Raum EG 4 - Wohnen) festgelegt. Über die Dimensionierung und Rohrteilung erfolgt die Auslegung bis zum Grenzwert der maximalen Oberflächentemperatur von 29°C an Deckenflächen. Für Wandflächen sind in DIN EN 1264 keine maximalen Oberflächentemperaturen festgelegt. Aus diesem Grund sind Wandheizungen besonders im Altbau sehr flexibel einsetzbar, da sie mit höheren Temperaturen (bis 45°C) betrieben werden können.Die Ergebnisse aus der flächenbezogenen Annäherung und die daraus resultierenden Fragestellungen werden diskutiert und zeigen erste Tendenzen, Abstimmungen, Festlegungen usw. die zu dokumentieren sind.

 

3. Schritt – die Flächenfestlegung im Objekt

Im dritten Schritt erfolgt auf Basis der jeweiligen Einzelraum-Heizlast die genaue Ermittlung der benötigten thermisch zu aktivierenden Flächen und deren Zuordnung in Abstimmung der Nutzer, wie in der Tabelle zu erkennen ist. Grundlage dieser Festlegungen ist die Heizlast des jeweiligen Raumes einerseits, sowie die spezifischen Wärmestromdichte des jeweiligen Systems der Flächenheizung/-kühlung andererseits.

Die Überschüsse und Defizite zeigen die unterschiedlichen Leistungsbereiche für Wand- und Deckenflächen, die im Einzelnen zu bewerten sind. Auch wenn im Rahmen der Detailplanung nach den spezifischen Kenndaten der gewählten Systemhersteller eine genauere Dimensionierung erfolgen wird, sind diese Ergebnisse bereits ausschlaggebend, um festzustellen, ob die Heizlast kompensiert werden kann, oder nicht. Abgesehen vom Badezimmer ist die Wandheizung in jedem Raum möglich, auch wenn es in der Gästetoilette kritisch ist. Hier ist ein elektrischer Heizkörper entsprechend den Eco-Design Richtlinien, nicht zuletzt durch die sehr temporäre Nutzung, sicherlich zielführender.

Im Dachgeschoss können an Decken- und Dachschrägen, sowie die Flächen an den Giebelwänden genutzt werden, um die Heizlast zu kompensieren. Im Erdgeschoss und Obergeschoss sind die Heizlasten über die Wandflächen zu kompensieren.

 

Sanitärräume

In Sanitärräumen besteht ein besonderer Wärmekomfort, der während der Nutzung eine temporäre Raumtemperatur von min. 24°C verlangt. Entsprechend dem spezifischen Nutzungsprofil von Sanitärräumen kann die Wärmeübergabe entsprechend differenziert betrachtet werden. Eine Fußbodenheizung ist in diesen Räumen bei Nutzern sehr beliebt und der Markt bietet eine Vielzahl von Dünnschichtsystemen, speziell für die Modernisierung. Auf diese Weise kann sehr gut eine Grundlast abgedeckt werden, ebenso mit einer Flächenheizung/-kühlung an Wänden und Decken. Insbesondere der Duschbereich bietet in der Regel gute Voraussetzungen für eine Wandheizung. Ebenso beliebt ist in Sanitärräumen der so genannte Handtuchheizkörper, der als sekundäre Heizquelle den Wärmekomfort temporär bei Bedarf sicher stellen kann.

 

Fazit

Der Fachbereich Flächenheizung/-kühlung im BDH möchte das Augenmerk auf die Modernisierung der Wärmeübergabe in Bestandsgebäuden lenken, um hiermit ideale Voraussetzungen für eine effiziente und nachhaltige Erneuerung der Wärmebereitstellung und -erzeugung zu schaffen. Eine systematische Vorgehensweise wie sie in dieser Projektierungsleitfaden vorgestellt wird, ermöglicht in jedem Bestandsgebäude zielorientierte Lösungsansätze für die Erneuerung der Wärmeübergabe. Über diesen beispielhaft dargestellten Altbau hinaus gilt dies für sämtliche Bestandsgebäude.

Auf diese Weise können die Grundlagen geschaffen werden, um in einem weiteren Schritt, die Erneuerung der Wärmeerzeugung/-bereitstellung in Sachen Energieeffizienz und Nachhaltigkeit auf den Punkt zu bringen. Die konsequente Umsetzung eines Niedrigtemperatursystems bietet dabei die Möglichkeit, ein Maximum an erneuerbaren Energien zu integrieren. Darüber hinaus können mit einer Wandflächenheizung auch höhere Vorlauftemperaturen realisiert werden, ohne dabei den Bereich des Niedrigtemperatursystems zu verlassen.