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Teil 4 - Bestandteile der Flächenheizung/-kühlung (Systemkomponenten)

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Nach den theoretischen Grundlagen zur thermischen Aktivierung von Oberflächen im umbauten Raum entsprechend den physiologischen Anforderungen des Menschen, werden wir uns in diesem Bericht den verschiedenen Systemen der Flächenheizung/-kühlung zur thermischen Aktivierung von Oberflächen widmen.

Die Anwendungen von wassergeführten, raumflächenintegrierten Heiz- und Kühlsystemen an Wänden und Decken zeigen deutlich mehr Gemeinsamkeiten, als die Anwendungen am Fußboden. Das liegt nicht nur an den Bauarten und Bauformen, sondern am Materialaufbau der Wärmeverteilschicht. Bei beiden Systemen an Wand und Decke besteht die Wärmeverteilschicht in der Nassbauweise aus Putzen und in der Trockenbauweise aus Trockenbauplatten. Auf dem Boden handelt es sich um diverse Arten von Estrichen mit noch dazu unterschiedlichen Bodenbelägen, sowie einer Mindest-Druckfestigkeit bezüglich diverse Lastanforderungen.

Eine Trittschalldämmung, wie bei den Anwendungen auf dem Boden, ist weder bei der Wand, noch bei der Decke zu beachten. Allerdings ist bei Anwendungen an Außenwänden, oder gegen unbeheizt, immer der Mindest-Wärmeschutz der Bauteile zu beachten, in deren Flächen ein wassergeführtes Systemrohr integriert werden soll. Schließlich soll der Wärmestrom sich in den Wohnraum ausbreiten und nicht den Vorgarten temperieren. Bei systemintegrierten Dämmebenen ist immer zwischen Trittschalldämmung und Wärmedämmung zu unterscheiden.

Die Flächenheizung/-kühlung ist eine Wärmeübergabe ebenso wie ein Heizkörper, Konvektor, oder eine Sockelheizleiste und dergleichen. Sie wird im geschlossenen System einer Zentralheizungs- oder Etagenheizung, über einen geregelten Heiz- bzw. Kältekreis mit Wärme oder Kälte versorgt und besteht in der Regel aus:

1. Wärmeübertragungsfläche inkl. Befestigung/Systemplatten/-profile
2. Systemrohre der Wärmeübergabeflächen (Heiz-/Kühlkreise)
3. Anbindeleitungen inkl. Anschlüsse an den Verteiler der Wärmeübergabe
4. (Heizkreis-)Verteiler inkl. Stellmotoren und Armaturen (in AP- und UP-Ausführung)
5. Regeleinheit (230 V/50 Hz); sowohl drahtgebunden wie auch drahtlose Funkregelung - (Einzelraumregelung, Taupunktwächter, etc.)

Diese wesentlichen „Bausteine“ des Systems gilt es optimal aufeinander abzustimmen, um nicht nur eine nachhaltige Funktionssicherheit herzustellen, sondern eben auch, um einen maximal energieeffizienten Betrieb sicherstellen zu können. Bevor wir uns aber den konkreten Systemen der Wärmeübertragungsfläche widmen, schauen wir uns den Heizkreisverteiler an. Dieser stellt eine zentrale Schnittstelle der Wärmeübergabe dar und findet auch für Heizkörperanbindungen (in ähnlicher Form) Verwendung.

 

Die Verteilung der Wärmeübergabe (Heizkreisverteiler)

Der Heizkreisverteiler verbindet die Wärmeübergabe mit der Wärmeverteilung (ganz gleich in welche Richtung) des geregelten Heiz- bzw. Kältekreises, welcher von der Wärme-/ bzw. Kältebereitstellung entweder mit Wärme oder mit Kälte versorgt wird. An dieser Stelle befindet sich auch – im Gegensatz zu einem Heizkreisverteiler für Heizkörper - die Regeleinheit, an der die Stellantriebe der jeweiligen Wärmeübertragungskreise, sowie die Datenkabel (außer bei Funk) der Raumfühler zur Einzelraumregelung, elektrisch angeklemmt werden. Da sich bei einem Heizkörper die Regeleinheit (Thermostatkopf) ja in der Regel direkt am Heizkörper selbst befindet, ist die Aufgabe des Etagen-Verteilers für Heizkörper zumeist nur auf das Verteilen und Sammeln der Masseströme zur Wärmeübergabe. Aus diesem Grund finden die Feineinstellungen zum hydraulischen Abgleich nicht am Heizkörper statt, sondern am Heizkreisverteiler, wo sich die Ventileinsätze zur Feineinstellung im Vorlaufverteiler oder Rücklaufsammler befinden.
Jeder Heizkreisverteiler benötigt eine selektiv abgesicherte Spannungsversorgung (230 V/ 50 Hz) – in der Regel in Form einer Schutzkontakt-Steckdose (AP). – Durch die Neuordnung des Berufsbildes des/der Anlagenmechanikers/-in SHK, ist der /die Anlagenmechaniker/-in SHK im Stande, die elektrischen Arbeiten selbstständig auszuführen und ist für diese festgelegte Tätigkeit, nicht vom Elektriker abhängig.

Der Verteiler einer Flächenheizung/-kühlung wird oft als Etagen- (oder Stockwerks-) Verteiler bezeichnet, da er sämtliche Heiz-/Kühlkreise versorgt, die innerhalb einer Etage installiert werden. Bei großen Flächen können es dann auch mal zwei oder drei Verteiler pro Etage sein. Um ein ausgeglichenes Maß an Anbindeleitungen mit möglichst einheitlichen Längen zu erhalten, empfiehlt es sich freilich, den Heizkreisverteiler möglichst zentral zu positionieren. Grundsätzlich können weitere hydraulische Komponenten in den Etagen-Verteiler integriert werden, wie z.B. auch komplette Pumpengruppen, Mischer, Temperaturbegrenzer, usw.

Heizkreisverteiler können sowohl AP als auch UP installiert werden. In der Regel handelt es sich um einen Verteilerkasten aus Stahlblech in entsprechender Größe Dabei ist die Breite des Verteilers von der Anzahl der Wärmeübergabekreise abhängig, bzw. dementsprechend variabel. Der Verteiler ist mit einer Abdeckung ausgestattet, die revisionierbar ausgebildet sein muss, um die Zugänglichkeit des Verteilers sicherzustellen. Die Ausstattungsvarianten reichen von der einfachen Stahlblech-Oberfläche bis zur pulverbeschichteten Lackierung in verschiedenen Farben.

Hinweis: Ein Heizkreisverteiler, ganz gleich ob für Flächenheizung/-kühlung oder Heizkörper, sollte immer ausreichend bezeichnet sein. Wichtig ist die Zuordnung der Wärmeübergabekreise, am besten mit einer Nummer, die von der Raumliste übernommen wird und somit jeder Heiz-/Kühlkreis klar zugeordnet werden kann. Natürlich können in eine solche Verteilerliste auch die Ventileinstellungen des hydraulischen Abgleichs, usw. übertragen werden – Dokumentation ist das Wesen der Instandhaltung in der Anlagenmechanik SHK.

 

Bauweisen und Bauarten für den Wohnungsbau

Die Flächenheizung/-kühlung für den Wohnungsbau ist immer direkt mit den Bauteilen Boden, Wand oder Decke als Systemaufbau als Wärmeverteilschicht verbunden. Sie unterscheiden sich in zwei grundlegende Bauweisen:

  • Nassbauweise (Nasssystem)
  • Trockenbauweise (Trockensysteme)

Die Bauarten für die Deckenheizung/-kühlung existieren analog bei der Wandheizung/-kühlung und sind tatsächlich miteinander verwandt, wie auch das Material (thermische Kennwerte von Putzen und Trockenbauelementen) der Wärmeverteilschicht als Putz oder Trockenbauplatte für die Anforderungen Wand und Decke. Die Registerbauweise zeichnet sich in Trockenbauweise als Universalsystem für alle drei Anwendungsfälle an Boden, Wand und Decke aus.
Die DIN EN 1264-1 ist (neben der EN ISO 11855) das zentrale Regelwerk zur wassergeführten Flächenheizung/-kühlung und definiert verschiedene Bauarten für die Flächenheizung/-kühlung, wie sie auch für die Flächenheizung/-kühlung an Wänden und Decken gelten. Die wichtigste Unterscheidung der Bauarten ist die Positionierung/Lage der Systemrohre. Sie befinden sich entweder in oder über der Wärmeverteilschicht (Putze, Trockenbauplatten).

Für die Flächenheizung/-kühlung an Wänden und Decken sind folgende Bauarten relevant:
Bauart A    Die Systemrohre befinden sich innerhalb der Wärmeverteilschicht (im Putz)
Bauart B    Die Systemrohre befinden sich oberhalb der Wärmeverteilschicht (unterhalb der Trockenbauplatte/Putzebene)
Diese beiden Bauarten finden sich auch in den Bauweisen (Nass- und Trockenbauweise) wieder.
Während die Nassbauweise als Bauart A vorwiegend im Massivbau eingesetzt wird, findet die Trockenbauweise (in Bauart A und B) im Holz- bzw. Leichtbau die häufigste Anwendung. In der Modernisierung sind Trockensysteme besonders beliebt, da sie weniger Baufeuchte einbringen und keine Trocknungszeiten verlangen, wie es bei Nasssystemen der Fall ist und weniger Schmutz (Modernisierung) verursachen. Bei der Nassbauweise handelt es sich in der Regel um ein Schienensystem (Bauart A) in das die Systemrohre eingeklipst werden. Die Trockenbauweise bietet hingegen zwei Bauweisen: die Modul-Bauweise (Bauart A) und die Registerbauweise (Bauart B), die es zu unterscheiden gilt, wie auch die abschließende Übersicht der Systeme zeigen wird.

Die Bauarten werden wir in den folgenden Teilen explizit betrachten und diesen Beitrag mit den Anforderungen an die Bauweisen abschließen. Diese bestimmen, mit welchem Gewerk der Anlagenmechaniker SHK kooperieren muss, um in der Tat ein gemeinsames Werk zu schaffen. Die Gewerke-Koordination ist bei einer Flächenheizung/-kühlung sehr wichtig geworden. Hier ist in Fachkreisen bereits ein gewisses Grundlagenwissen über den Tellerrand hinaus bekannt und umgesetzt. worden. Die Gewerke, die zur bestimmungsgemäßen Funktion einer Flächenheizung/-kühlung – nämlich durch die Her- und Fertigstellung der Wärmeverteilschicht, beitragen müssen koordiniert arbeiten. Daher sind Verputzer/Stuckateur/Lehmbauer für die Nass-Bauweise, sowie der Trockenbauer/Lehmbauer für die Trocken-Bauweise mit im Boot.

 

Anforderungen an den Putzaufbau (Nass-Bauweise)

Bevor der Anlagenmechaniker SHK die Befestigungsschienen montiert, muss dieser prüfen, ob a) eine ausreichende Stabilität des Untergrunds zur eigenstabilen Befestigung der Montageschienen und b) eine ausreichende Putzhaftung am Untergrund überhaupt sichergestellt werden kann. Im Zweifelsfall sind die Fragestellungen was die Untergrundbeschaffenheit hinsichtlich des Putzes, mit dem zuständigen Ausführenden abzustimmen. Diese Abstimmung ist notwendig um zu vermeiden, dass bei einer „übereifrigen“ Montage, wo allein die Montagestabilität der Systemrohre im Fokus stand, das System wieder demontiert werden muss, um einen notwendigen Haftgrund für den Wand- oder Deckenputz aufzutragen.

Es können alle üblichen Wand- und Deckenputze wie Kalk, Lehm, Gips, oder Kalk-Zement verwendet werden. Hinsichtlich der maximalen Oberflächentemperatur und Eignung für besondere thermische Anforderungen, sind die Herstellerangaben zu befolgen. Bei den erforderlichen Putzarbeiten sind die Verarbeitungsvorschriften des Systemherstellers, die DIN 1961 und die VOB, Teil C DIN 18350 zu beachten. Der Decken- wie auch der Wandputz muss das Systemrohr vollflächig umfassen und am Untergrund haften. Zwischen Unterputz- und Oberputzebene, ist eine Armierung großflächig einzuarbeiten, um Spannungsrisse (auch wenn es nur Haarrisse sind) durch große Temperaturdifferenzen zu vermeiden. In der Regel ist das Anbringen von Rand-Dämmstreifen an anschließende Wandbereiche nicht notwendig. Bei offenem Raumverbund ist auf Dehnungsfugen, sowie auf Bauwerksfugen zu achten. Leitungsführungen im Winkel zu einer Dehnungsfuge sind zu vermeiden, bzw. mit einem Führungs-Schubrohr zu entkoppeln. Die exakte Fugenplanung obliegt dem Bauwerksplaner. Als Richtwert gilt für Deckenheiz-/kühlflächen eine maximale Kantenlänge des Wärmeübertragungskreises von 10 Metern.

 

Anforderungen an den Trockenbau (Unterkonstruktion)

Es gelten grundsätzlich die einschlägigen Regeln sowie der Stand der Technik für den Trockenbau, sowie dessen Befestigungskonstruktionen. Deckenbekleidungen in Trockenbauweise bestehen aus einer mit der Rohdecke verbundenen Unterkonstruktion aus Holzlatten, metallischen Trockenbauprofilen, so genannten Hutdeckenprofilen, oder werden direkt aufgebracht. Zur Verankerung (Befestigung) dieser Systeme müssen bauaufsichtlich zugelassene Schrauben und Dübel zur Befestigung an der Rohdecke verwendet werden. Für abgehängte Decken werden so genannte Schnellabhänger verwendet, die aus entsprechend verankerten Ösendrähten in verschiedenen Längen bestehen.
Ebenso wie im klassischen Trockenbau kann bei der Deckenheizung/-kühlung in Trockenbauweise neben den metallischen CD-Profilen auch eine Unterkonstruktion aus Holzlatten aus Konstruktionsvollholz (KVH) verwendet werden. Dabei darf ein max. Feuchtegehalt der KVH von 20 % nicht überschritten werden. Zu unterscheiden ist a) die Grundlattung und b) die Traglattung mit Abmessungen von jeweils 60/40 mm, 50/30 mm, oder 48/24 mm. Beplankungen sollten sowohl bei der Modul- als auch bei der Registerbauweise grundsätzlich quer zur Tragekonstruktion (im rechten Winkel) und mit einem Querfugenversatz von mindestens einem Traglattenabstand angebracht werden. Die zulässigen Spannweiten, bzw. die Profilabstände von Trockenbauplatten/Module/Register/Panels müssen eingehalten werden. Es sind die jeweiligen Montageanleitungen der Systemhersteller zu beachten!

 

Fazit

Aufeinander abgestimmte Systemkomponenten bilden die Grundlage einer energieeffizienten und funktionssicheren Wärmeübergabe mit den vielfältigen Möglichkeiten einer Flächenheizung/-kühlung, in Nass- und Trockenbauweise, für Alt- und Neubau. Darüber hinaus bieten die Systemhersteller umfangreiche Serviceleistungen zur Planung von Systemen der Flächenheizung/-kühlung für den Fachhandwerker und -planer.

Im nächsten Teil dieser Serie wird die Flächenheizung/-kühlung an Wänden, Decken- und Dachschrägen vorgestellt.

 

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