Fußbodenheizung 01.01.2017, 00:00 Uhr

Unkontrollierte Wärmeabgabe bauteilintegrierter Rohrleitungen

Im Zusammenhang mit Fußbodenheizungen gibt es wiederkehrende Diskussionen und Rechtsstreitigkeiten um notwendige Heizkreise und die unkontrollierte Wärmeabgabe bauteilintegrierter Rohrleitungen.

 

 

Foto: PantherMedia / Suljo

Regelbare Heizkreise sind nach EnEV 2014 erforderlich, sofern die Raumfläche resp. Heizkreisfläche mehr als 6 m² beträgt (EnEV 2014, §14, Absatz 2). Diese willkürlich gewählte Fläche als prinzipiellen Grenzwert vorzugeben, ist nicht plausibel. Hinzu kommt, dass demnach auch ein innenliegender Flur mit mehr als 6 m² Fläche zu beheizen ist, selbst wenn er keine oder nur eine geringe Heizlast aufweist. Hier sollten Verordnungen präzisiert werden, wobei neben Berechnungen auch der GMV (der gesunde Menschenverstand) in neue Festlegungen einfließen sollte.

Im Zusammenhang mit dem nachlässigen Planen, Montieren und Betreiben von Fußbodenheizungen sind sog. „Anbindeleitungen“ von Heizkreisen und deren zu hohe und unkontrollierte Wärmeabgabe ärgerlich, die die thermische Behaglichkeit, die Energieeffizienz und die Langlebigkeit der Fußbodenkonstruktion negativ beeinflussen können.

Sehr hohe Heizrohrdichte in Fluren mit einer unkontrolliert hohen Wärmeabgabe. Bild: Uponor

Sehr hohe Heizrohrdichte in Fluren mit einer unkontrolliert hohen Wärmeabgabe. Bild: Uponor

Die Rohrabstände betragen hierbei nicht selten nur wenige Zentimeter, was häufig der Durchgangsbreite des Raumes und der Türen geschuldet ist. Die Wärmeabgabe erfolgt in diesen Fällen unkontrolliert, weil die Wärmeabgabe der „Anbindeleitungen“ von der Betriebsführung der Heizkreise in den einzelnen Räumen abhängt. Folglich können Schäden an Oberbodenbelägen (vorrangig Parkett), unangenehm hohe Raumtemperaturen und unnötig hohe Betriebskosten nicht ausgeschlossen werden.

Der Bundesverband für Flächenheizungen (BVF) hat dazu ein Positionspapier [1] veröffentlicht, um das Thema in das Bewusstsein der Bauherren, Architekten, TGA-Fachplaner und Handwerker zu rücken. Neben der besser gewählten, jedoch noch nicht völlig überzeugenden Begrifflichkeit einer „durchlaufenden Zuleitung“ werden Aussagen zu ggfs. erforderlichen Wärmedämmarbeiten und zur Regelbarkeit der betroffenen Räume getroffen. Verschiedene Arbeitsgruppen, die sich mit der Novelle der EnEV beschäftigen, haben das Thema ebenfalls auf der Agenda. Überarbeitete Vorgaben und Empfehlungen zum wirtschaftlichen Wärmedämmen von Rohrleitungen, Baugruppen und Apparaten bleiben erforderlich.

In DIN 1264–3:2009–11 wurde folgendes Vorgehen empfohlen, was in DIN EN ISO 11855–3 leider nicht mehr enthalten ist: „ Die Wärmeabgabe von Versorgungsleitungen, durch die keine Versorgung der Räume stattfindet, durch die sie verlaufen, muss durch sorgfältige Auslegung des Systems oder durch Wärmedämmung begrenzt werden, so dass sich die Raumtemperatur nicht wesentlich erhöht. Die Wärmeabgabe von durch den betreffenden Raum in benachbarte Räume laufenden Versorgungsleitungen wird berücksichtigt, wenn die gleiche Nutzungsart des Raumes angenommen werden kann.“

Zur sorgfältigen Auslegung des Systems resp. der Fußbodenheizung zählt Folgendes:

  • Sinnvolles Platzieren, ggfs. Separieren der Verteiler/Sammler
  • Anstreben möglichst niedriger Heizsystemtemperaturen
  • Reduzieren der Heizkreisanzahl durch die Wahl geeigneter (großer) Rohrduchmesser (z. B. ein Heizkreis mit PEXa 17×2 anstelle von zwei Heizkreisen mit PEXa 14×2 für einen Raum)
  • Anschließen mehrerer Heizkreise eines Raumes nach dem Tichelmann-Prinzip oder einer Unterverteilung
  • Berechnen und Kontrollieren der unkontrollierten Wärmeabgabe und ggfs. Vorschlag von Wärmedämm-Maßnahmen.

Sind die genannten Maßnahmen mit dem Ziel des Begrenzens der Oberflächentemperatur resp. der Heizleistung nicht ausreichend, sind Wärmedämm-Maßnahmen zu ergreifen. Die Wirtschaftlichkeit dieser Maßnahmen ist vom Wärmedämmstandard des Gebäudes abhängig und in Verbindung mit der Heizlast, den Heizsystemtemperaturen und den baulichen Aufwendungen auch nachzuweisen.

Zum Thema werden folgende Empfehlungen gegeben:

  • Interpretationen der EnEV 2014 im Sinne von Forderungen nach prinzipiell wärmegedämmten, durchlaufenden Zuleitungen sollten nicht erhoben werden. Es sind differenzierte Betrachtungen und ggfs. Lösungen angezeigt.
  • Wird die Wärmedämmung der in Rede stehenden Rohrleitungen bspw. bei hohen Heizsystemtemperaturen und geringen Rohrabständen als erforderlich erachtet, können über das Rohr gezogene Wellrohre oder nur das Dämmen der Vorlaufrohrleitungen nicht per se ausreichend sein.
  • Werden durchlaufende Zuleitungen wärmegedämmt, muss die Estrichdicke erhöht werden, damit die erforderliche Rohrüberdeckung nach DIN 18560 eingehalten wird. Das erfordert eine frühzeitige baukonstruktive Fachplanung und erhöht die Baukosten.
  • Über die geeignete Wärmedämmdicke der Rohre kann anhand von Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen befunden werden, solange keine normativen (einheitlichen) Regelungen vorliegen.
  • Das Verlegen der durchlaufenden Zuleitungen in der Dämmebene, unterhalb des Estrichs, ist prinzipiell möglich, bereitet aber beim Überführen der Rohre in die eigentlich vorgesehene Heizebene aufgrund der Biegeradien und teilweise mangelnden Formstabilität erhebliche Probleme.
Gut gemeint, schlecht ausgeführt: ungeeignete Maßnahmen zum Begrenzen der Wärmeabgabe bauteilintegrierter Rohrleitungen. Bild: Uponor

Gut gemeint, schlecht ausgeführt: ungeeignete Maßnahmen zum Begrenzen der Wärmeabgabe bauteilintegrierter Rohrleitungen. Bild: Uponor

Hier sollten die Systemhersteller eine praktikable Lösung, in Analogie zu einem Übersprungbogen, entwickeln. Auch das vorteilhafte Verwenden von biegbaren Mehrschichtverbundrohren ohne Rückstellkräfte (wie etwa Uponor Uni Pipe PLUS aus der SACP-Ausführung) ist zu prüfen.

  • Wärmedämm-Maßnahmen können auch Überlegungen zur Rohrüberdeckung, Wahl der Estrichart („Wärmedämm-Estrich“) oder/und Oberbodenbelagsart einschließen.
  • Für Trockenbau-Fußbodenheizung ist das Weglassen der wärmeleitenden Aluminium- oder Stahlblech-Lamellen ein probates Mittel, um den Wärmetransport in der Fußbodenkonstruktion deutlich zu reduzieren.
  • Für Nassbau-Fußbodenheizungen kann die Bauart C nach DIN 18560 eine Lösung sein, sofern der die Heizrohre umschließende Schutzestrich eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat.
  • Für Dünnschicht- und Frässysteme liegen momentan keine geeigneten Möglichkeiten des Wärmedämmens der Rohrleitungen vor. Hier müssen der Verteiler/Sammler-Standort und die Heizkreisanordnung sorgfältig geplant werden. Über wärmedämmende Lastverteilschichten oder Oberbodenbeläge ist zu befinden, wobei dann die gesamte Konstruktionsdicke des Fußbodens zunimmt.

Nachfolgend soll die Frage beantwortet werden, unter welchen Bedingungen Maßnahmen angezeigt sind, um die unkontrollierte Wärmeabgabe zu begrenzen:

  • Nach DIN EN ISO 7730 lässt die höchste Komfortklasse A (6 % Unzufriedene) eine Raumtemperatur von 23 °C im Winter zu. Für Flure kann hinsichtlich der Nutzung gewiss die ausreichende Komfortkategorie C (15 % Unzufriedene) festgelegt werden, so dass dann die obere Grenze der zulässigen Raumtemperatur mit 25 °C angegeben werden kann.
  • Für energetische Berechnungen beziffert DIN EN ISO 15251 die maximale Raumtemperatur in der Heizperiode in den Kategoirien I, II und III mit 25 °C.
  • Die maximal zulässige Oberflächentemperatur beträgt nach DIN EN ISO 11855 für Aufenthaltsräume 29 °C.
  • Verschiedene Parketthersteller reduzieren diese zulässige Temperatur auf 26 °C bis 28 °C oder benennen (in Analogie) eine maximal zulässige Heizwärmestromdichte von 70 W/m². Das vermindert die erreichbare Heizwärmestromdichte gegenüber alternativen Oberbodenbelägen und muss bei der TGA-Fachplanung berücksichtigt werden. Andernfalls sind zwingend Oberböden einschließlich Parkett auszuschreiben, deren Hersteller 29 °C zulassen.

Aus den beschriebenen Sachverhalten sollte sich ergeben, dass die unkontrollierte Wärmeabgabe in Fluren bis zu einer Heizleistungsdichte von ca. 45 W/m² (für eine treibende Temperaturdifferenz von 5 K) in jeder Hinsicht unproblematisch sein sollte und toleriert werden kann. Aber auch geringfügig höhere Werte sind zumindest hinsichtlich der maximalen Raumtemperaturen und der Betriebskosten unerheblich, da infolge meist geöffneter Türen zu den angrenzenden Räumen ein bidirektionaler Luftaustausch resp. Wärmetransport erfolgt. Der eindringende Wärmestrom kommt diesen Räumen als Wärmegewinn zugute, wobei die nach EnEV vorgeschriebene Einzelraumtemperatur-Regelung ein Überheizen verhindert. Dieser Effekt wird selbstverständlich gemindert, wenn die erwärmte Raumluft des Flures über eine mechanische Lüftungsanlage abgesaugt wird. Dann kann andererseits Wärmerückgewinnung betrieben werden, sofern das die Wohnungslüftungsanlage mit getrennter Zu- und Abluftführung zulässt.

Diese, für die Betrachtung mit ca. 45 W/m² bezifferte, Grenzwärmestromdichte kann durchaus auch bei gedämmten Heizkörperanschluss-Rohrleitungen erreicht werden, ohne dass darüber Diskussionen über EnEV-Konformität geführt werden.

Anordnung wärmegedämmter Heizkörperanschluss-Rohrleitungen. Bild: Missel

Anordnung wärmegedämmter Heizkörperanschluss-Rohrleitungen. Bild: Missel

Das nächste Bild zeigt, dass eine (ungewünschte) Heizwärmestromdichte von 33 W/m² (für tV/tR/ti = 55 °C/45 °C/20 °C) erreicht wird, wenn nach Herstellerrichtlinien gearbeitet wird, die (Kompakt-) Dämmhülsen für diese Rohre vorsehen.

Wärmeabgabe von Heizkörperanschluss-Rohrleitung mit Kompaktdämmhülsen (qh = 33 W/m² für (tV/tR/ti = 55 °C/45 °C/20 °C)). Bild: Missel

Wärmeabgabe von Heizkörperanschluss-Rohrleitung mit Kompaktdämmhülsen (qh = 33 W/m² für (tV/tR/ti = 55 °C/45 °C/20 °C)). Bild: Missel

Die Tabelle zeigt ausgewählte Berechnungsergebnisse für die Heizwärmestromdichte von Fußbodenheizungen im Nassbau, deren Rohr(e) unterschiedlich gedämmt sind (Vorlauf; Vorlauf und Rücklauf; alternativ mit KDH unter dem Estrich in der Wärmedämm-Ebene).

Heizwärmstromdichte qH von Fußbodenheizungen mit ungedämmten und gedämmten Rohrleitungen im Estrich sowie unterhalb des Estrichs in der Wärmedämmebene. Tabelle: KDH

Heizwärmstromdichte qH von Fußbodenheizungen mit ungedämmten und gedämmten Rohrleitungen im Estrich sowie unterhalb des Estrichs in der Wärmedämmebene. Tabelle: KDH

Es wurden potenziell kritische Rohrabstände gewählt, die nicht selten vor dem Verteiler/Sammler, in Türdurchgängen oder engen Fluren realisiert werden (müssen). Außerdem wurden die Oberbodenbeläge variiert, auch, um deren wärmedämmenden Einfluss betrachten zu können.

Es ist zu berücksichtigen, dass es sich um „worst-case-Situationen“ handelt. Das BVF-Positionierpapier verweist mit Recht darauf, dass verschiedene Räume nicht zeitgleich die theoretisch berechnete Heizleistung benötigen.

Im Ergebnis umfangreicher Berechnungen kann hinsichtlich kritischer Randbedingungen für die unkontrollierte Wärmeabgabe durchlaufender Zuleitungen in Fluren oder anderen innen liegenden Räumen Folgendes konstatiert werden:

  • Besonders hohe Heizsystemtemperaturen von mehr als 50 °C, die im Bestandsbau aufgrund relativ hoher Heizlasten notwendig werden, bereiten hinsichtlich der eingangs genannten Kriterien prinzipiell Probleme. Hierzu sind Wärmedämm-Maßnahmen angezeigt, sofern nicht Rohrabstände von mindestens 20 cm realisiert werden können.
  • Demgegenüber verringert sich die unkontrollierte Wärmeabgabe in Neubauten aufgrund niedriger Systemtemperaturen deutlich und ist, bis auf den Ausnahmefall keramischer Oberboden, bei Rohrabständen von mindestens 10 cm unkritisch.
  • Oberbodenbeläge mit einem großen Wärmeleitwiderstand von ca. Rl,B > 0,08 m²ùK/W wirken wärmedämmend, wobei das Schadenspotenzial von Parkett hinsichtlich Verformungsverhalten und Rissbildung besonders berücksichtigt werden muss.
  • Wärmedämm-Maßnahmen, auf die Vorlauf-Zuleitung begrenzt, reichen bei hohen Heizsystemtemperaturen, auch bei Rohrabständen von 10 cm, nicht aus.
  • Der Wegfall von Wärmeleitlamellen bei Trockenbausystemen verringert die unkontrollierte Wärmeabgabe um mehr als 50  %.
DIN 18560 – Bauarten der Fußbodenheizung mit Potenzial verminderter Wärmeabgabe. Bild: InformationszentrumBeton

DIN 18560 – Bauarten der Fußbodenheizung mit Potenzial verminderter Wärmeabgabe. Bild: InformationszentrumBeton

 

  • Dünnschicht- und Frässysteme mit einer Rohrüberdeckung von wenigen Millimetern Ausgleichsmasse sollten bei Rohrabständen von 10 cm auf Heizwassertemperaturen von tV/tR = 35 °C/ 28 °C begrenzt werden. Außerdem erfordern sie als Oberbodenbelag schlecht wärmeleitende, strapazierfähige Materialien, so dass Teppiche bevorzugt werden sollten.
  • Wärmedämm-Estriche können den Wärmetransport von den Rohren zur Oberfläche wirksam verringern, bedürfen aber sehr niedriger Wärmeleitfähigkeiten, die bisher in der Praxis nicht erreicht werden.
  • Soll der Wärmestrom deutlich verringert werden, empfehlen sich Trockenbaukonstruktionen. Am Markt sind dazu beispielsweise mit Knauf Brio EPS und WF Fertigteilestriche (Gipsfaserplatten) vorhanden, die eine ankaschierte Wärmedämmung (aus Polystyrol oder Mineralfasern) aufweisen und damit stark wärmedämmend wirken.
Trockenbau-Fußbodenheizung ohne Wärmeleitlamelle mit wärmedämmender Trockenestrich-Lastverteilplatte Knauf Brio 23 WF oder EPS. Bild: Knauf

Trockenbau-Fußbodenheizung ohne Wärmeleitlamelle mit wärmedämmender Trockenestrich-Lastverteilplatte Knauf Brio 23 WF oder EPS. Bild: Knauf

 

    • Sofern keine Zuleitungen in der Lastverteilschicht angeordnet sind (die Zuleitungen müssen dann in der Dämmebene liegen), kann diese durchaus einen eigenen regelbaren Heizkreis aufnehmen. Hierzu sind auch Neuentwicklungen von Fertigteilestrichen mit integrierten Rohrleitungen bereits vorhanden.
    • Die Kombination von Nass- und Trockenbau-Fußbodenheizungen unter den geschilderten Randbedingungen ist bisher nicht die Praxis, sollte aber als Problemlösung anerkannt und realisiert werden. Außerdem sind seitens aller Hersteller praktikable Lösungen zu entwickeln, die dem Handwerk gerecht werden und somit helfen, das Thema der unkontrollierten Wärmeabgabe durchlaufender Zuleitungen für alle Baubeteiligten ad acta legen zu können.
    • Regelbare Heizkreise sind nach EnEV 2014 erforderlich, sofern die Heizkreisfläche größer als 6 m² ist. Diese relativ neue Regelung (EnEV 2014, §14, Absatz 2) soll Montage und Betriebsführung in kleinflächigen Räumen (dazu zählen meist Flure) vereinfachen.
    • Die geforderte Regelfähigkeit von Heizkreisen für Räume mit einer Fläche von mehr als 6 m² ist sicher unsinnig, wenn die Heizlastdichte weniger als 20 W/m² beträgt, was bei innen liegenden Fluren keine Seltenheit ist.
    • Wolff [2, 3] beziffert das Verschwendungspotenzial ungedämmter, im Estrich eines Flures verlegter Heizkörperanschlussrohrleitungen auf ca. 10 bis 20 kWh/(m²ùa). Diese Angaben aus dem Jahr 2004 bezogen sich seinerzeit auf Wohngebäude mit relativ hohen Heizwassertemperaturen. Sie können jedoch, wenn auch nur begrenzt, in Analogie auf durchlaufende Zuleitungen von Fußbodenheizungen in Fluren übertragen werden.
    • Die aus den Angaben resultierenden, unnötigen Betriebsmehrkosten belaufen sich für einen Flur mit 20 m² Fläche unter Berücksichtigung einer 30jährigen Betriebszeit (gleichbedeutend der Lebensdauer der Fußbodenkonstruktion resp. des Estrichs) für Gasbrennwertechnik auf ca. 360 bis 720 Euro. Diese Betriebsmehrkosten sind im gegenwärtigen Wohnungsneubau nach EnEV 2014 bzw. nach KfW-Effizienzhaus-Kriterien und veränderter TGA (z. B. Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung, alternative Wärmeerzeuger) sicher niedriger.
    • Zusätzliche Wärmedämm-Maßnahmen oder besondere Aufwendungen für baukonstruktive Veränderungen, die unter Umständen die gesamte Wohnung betreffen, müssen sich an Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen messen lassen.

Zusammenfassung

Einheitliche Regelungen in Verordnungen, Richtlinien und Normen erhöhen zwar die Rechtssicherheit der Planung und Ausführung, sind jedoch Bauvorhaben bezogen nicht immer plausibel und kostensparend.

Am Beispiel der sog. durchlaufenden Zuleitungen für Heizkreise von Fußbodenheizungen sollte verdeutlicht werden, dass einerseits differenzierte Berechnungen notwendig sind, um sinnvolle baukonstruktive Maßnahmen ergreifen zu können oder darauf zu verzichten.

Andererseits sollte gezeigt werden, dass es eine Vielzahl baukonstruktiver Maßnahmen gibt, die unkontrollierte Wärmeabgabe bauteilintegrierter Rohrleitungen zu verringern.

Inwiefern hohe bauliche Aufwendungen vor dem Hintergrund sehr niedriger Heizlasten, Systemtemperaturen und des Nutzens kostenloser Umweltenergie im Neubau noch angezeigt sind, sollte stärker diskutiert werden.

Von Prof. Dr.-Ing. Michael Günther, Referent Academy Uponor GmbH, Dresden.

Prof. Dr.-Ing. Michael GüntherLiteratur[1] Anbindeleitungen/durchlaufende Zuleitungen bei Warmwasser – Fuß-Bodenheizungen Begriffsbestimmung; Dämmpflicht; Einfluss auf die Regelbarkeit eines Raumes und unerwünschte Wärmeabgabe. BVF-Positionspapier. Hagen. 2014.[2] Wolff, D.: Berechnungsgang der EnEV, DIN 4108 und DIN V 4701–10 und die Konsequenzen. Darmstadt 2004.[3] Wolff, D. et al: . Einfluss der Verteilungsverluste bei der energetischen Modernisierung von Mehrfamilienhäusern. Analyse und Ableitung von Optimierungsmaßnahmen Verteilnetze bei der Modernisierung. Analyse und Ableitung von Optimierungsmaßnahmen. Projekt im Auftrag des proKlima enercity-Fonds; Hannover/Braunschweig/Wolfenbüttel 2012.

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