Hier eine exemplarische Aufstellung von Fehlern bzw. "undefinierten Dämpfungsgliedern" im Sinne des Regel- und Wirkkreises "Fußbodenheizung", welche zu einer Überversorgung führen (Leistungs-Angaben beziehen sich auf die rechnerische Wärmeabgabe entsprechend normativer Auslegungsformel, der prozentuale Abstand bezieht sich auf die Annahmen des folgenden Rechenbeispiels: Raumtemperatur 20 °C, Wärmedurchlasswiderstand 0,10 m²K/W, Vorlauftemperatur 42 °C, Spreizung 10 K):
- Wärmeabgabe verschiedener, abweichender Bodenbeläge: +22 Prozent bei Fliesen (0,05 m²K/W) und -16 Prozent bei dickem Teppich (0,15 m²K/W).
- Fehlender hydraulischer Abgleich: +18 Prozent bei zu viel Heizwasser (Spreizung: 5 K) und -21 Prozent bei zu wenig Heizwasser (Spreizung: 15 K).
- Fehlende Einstellung der Auslegungstemperatur in der außentemperaturgeführten Regelung: max. +98 Prozent (!) bei 58 °C Vorlauftemperatur (ungeregelte Wohnungsstation).
- Auslegungsfehler im mehrgeschossigen Wohnungsbau bei Räumen mit Wohnungstrennwänden, trotz richtiger normativer Berechnung der Heizlast nach DIN EN 12831: bis zu 72 Prozent Überversorgung (vgl. Fallbeispiel).
Ein Rechenbeispiel soll den letztgenannten Punkt verdeutlichen:
Die nach DIN EN 12831 korrekt errechnete Heizlast des Raumes 115 des Bauvorhabens (Appartementhaus in München, 2018 realisiert, Abb. 1) ist im folgenden Praxis-Beispiel weit vom tatsächlichen Raum-Heizbedarf entfernt.
Die rechnerisch ermittelte Raum-Heizlast ist gar um stolze 72 Prozent überzogen. Die daraus resultierende Überversorgung verhindert später den energieeffizienten Betrieb der Anlage. Der "Sicherheitszuschlag" (= innere Wärmeverluste durch Wohnungstrennwände zu Nachbarwohnungen, s. Abb. 1 orange) ist normativ sicherlich richtig angesetzt – aber praxisfern. Die Heizlast nach DIN, ohne den Anteil der beiden Wohnungstrennwände, würde lediglich 926 W betragen. Da nun dieser Raum 115 der "ungünstigste Raum" ("Masterraum") des Gebäudes ist und mit 62 W/m² die größte spezifische Heizlast aufweist, ergibt sich daraus eine Auslegungstemperatur von 42 °C für alle weiteren Räume des Bauvorhabens.
Als Folge des rechnerisch überversorgten Raumes 115 ist die Fußbodenheizung in allen Räumen des Gebäudes weit überdimensioniert:
- Es ergeben sich im Rechenbeispiel drei Heizkreise mit zu engem Rohrabstand (RA: 10 cm, Abb. 3), das heißt, überzogener Materialeinsatz.
- Alle errechneten Kreis-Wassermengen, Druckverluste und Einstellwerte für den hydraulischen Abgleich beziehen sich auf diesen "rechnerischen Bedarf", der von der tatsächlichen späteren Betriebsweise abweicht.
Die alternative Auslegung der Fußbodenheizung des Raumes 115 A entspricht dagegen im Wesentlichen dem praktischen Betrieb der Anlage (Abb. 4), sie ist aber nicht DIN-konform.
Die Folge dieses (praxisgerechteren) Ansatzes:
- Weniger Heizkreise, weniger Materialeinsatz (RA: 20 cm).
- Wassermengen und Druckverluste der Heizkreise sowie der daraus resultierende hydraulische Abgleich entsprechen der praxisnäheren Betriebsweise.
Die Abbildung 4 zeigt noch weitere interessante Details dieser Auslegungsvariante: Die verwendete Auslegungssoftware hat nämlich die Spreizung zwischen Vor- und Rücklauf auf 16 K vergrößert (Rücklauf: 26 °C), um die eingebaute Wärmeleistung (QFB: 965 W) der Vorgabe der rechnerischen Heizlast (926 W) anzupassen. Die daraus resultierenden Wassermengen und Druckverluste der Heizkreise sind dann die notwendige Basis für den hydraulischen Abgleich. Sollte nun aber zu einem späteren Zeitpunkt ein hydraulischer Abgleich durchgeführt werden (sprich: ohne Berücksichtigung dieser Berechnungsunterlagen), indem alle Rücklauftemperaturen auf dasselbe Level gebracht werden, so wird das Problem größer. Denn ein konstantes ∆T aller Heizkreise ist kein hydraulisch abgeglichenes System.
Fazit
Nur ein Regelsystem wie die raumweise Beimisch-Regelung kann die genannten Probleme der Überversorgung in Fußbodenheizungssystemen lösen und die Fehlerquelle "Mensch" effektiv ausschließen. Jeder Heizkreis bekommt hier die Vorlauftemperatur, die der bedarfsorientierten Wärmeabgabe an den Raum entspricht. Ein hydraulischer Abgleich entfällt aufgrund der konstanten Kreiswassermenge der Heizkreispumpe.
Im Laufe des Lebenszyklus des Gebäudes können zudem bauphysikalische Veränderungen oder Nutzungsänderungen vorgenommen werden, auf die sich die raumweise, bedarfsorientierte Regelung automatisch einstellt ("künstliche Intelligenz"). Diese Eigenschaften ermöglichen auch einen einheitlichen Rohrabstand in allen Räumen – eine wichtige Voraussetzung für künftige industrielle Vorfertigung. Bei der Sanierung im Gebäudebestand muss mit der Bei-misch-Regelung zudem nichts berechnet oder einreguliert werden – alle bauphysikalischen Gebäudeeigenschaften und Nutzereinflüsse werden automatisch erfasst und angepasst.
Auch "Smart Home"-Technologien und digitale Steuerungen, die durch periodische Absenkung der Raumtemperatur Energie einsparen sollen, arbeiten erst mit der raumweisen Beimisch-Regelung effizient als Bedarfs-Fußbodenheizung.
Vorschau: Im dritten Teil des Fachbeitrags soll eine dynamische Simulation, welche in Zusammenarbeit mit einer Technischen Hochschule aktuell realisiert wird, die Strahlungsintensität des "warmen Körpers" Fußbodenheizung aufzeigen. Dadurch sind auch quantitative Aussagen zur "Energievernichtung" durch Überversorgung von Fußbodenheizungen möglich.
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