Fußbodenheizung besitzt Entwicklungspotential: ein Appell

Die Fußbodenheizung hat sich in den letzten 40 Jahren so schleppend entwickelt wie kaum eine Technik im Wohnungsbau. Aber es gibt Lichtblicke! Um die Entwicklungspotentiale bei Fußbodenheizungen zu zeigen, gibt unser Artikel zuerst einen Rückblick auf die Entwicklung und beschreibt dann den Status Quo. All dies dient als Basis einen Appell an die Marktteilnehmer in Fachplanung, -handwerk, -handel und der Heizungsindustrie.

Die ersten Fußbodenheizungen

Die ersten Schritte bzw. Versuche, Flächen zu temperieren, wurden im Bereich der Einfamilienhäuser durch nahtlose Stahlrohre ausgeführt, welche in Schlangen im Sandbett unterhalb des Estrichs verlegt wurden. Diese Installationen sollten den kalten Steinboden erwärmen. In Mehrfamilienhäusern wurden dagegen Stahlrohre in die Betondecke eingegossen. Hier gab es keine Trittschalldämmung und keinen Estrich. Diese Art der Fußbodenheizung war demnach gleichzeitig auch Deckenheizung - eine energiefressende Alternative ohne Komfortanspruch, da die Anlage eigentlich nicht regelbar war.

Erste "moderne" Fußbodenheizungen Anfang der 70er

Verteiler für die Fußbodenheizung von 1975
Quelle: Autor
Verteiler für die Fußbodenheizung von 1975

Erst Anfang der 1970er-Jahre wurden die ersten "modernen" Fußbodenheizungen gebaut: Neue Kunststoffrohre wurden in den Estrich eingebettet. Nach Multibeton brachte TA - Tour & Andersson Anfang 1973 nach Vorarbeit von CTC das "Goflästra"-System auf den Markt. Es war ein System mit Kunststoffrohr, damals noch Polypropylen-Rohr (PP), das auf der ISH 1973 in Frankfurt/M. vorgestellt wurde.

Danach kamen viele neue Systeme auf einen unübersichtlichen Markt. Denn Polypropylen-Rohre extrudieren konnte jeder Fensterprofil-Hersteller. Daraus ein System für eine Fußbodenheizung zu generieren, war denkbar einfach: Zwei Verteiler-Stangen, davor Detentoren oder Muffenschieber in einem verzinkten Mauerkasten, auf dem Verteiler Regulierventile und absperrbare Rücklaufverschraubungen mit Klemmringverschraubungen sowie Entlüftungs- und Entleerungs-Ventile - fertig ist die Fußbodenheizung (Abb. 2). Wärmemengenzähler wurden nicht eingebaut. Die Heizkreise, vorzugsweise aus PP-Rohren, wurden auf Baustahlmatten oder Flachstahl befestigt. Darunter Trittschall- und Wärmedämmung entsprechend den damaligen Normen. Sauerstoffdiffusion und UV-Beständigkeit des Rohrmaterials waren damals noch kein Thema.

In den 90ern: Fußbodenheizung wird beliebter

In den 1990er-Jahren beginnt die Fußbodenheizung, sich gegen Heizkörpersysteme im Wohnungsbau durchzusetzen. Auslöser sind hierbei die gleichwertigen Herstellungskosten sowie günstige bauphysikalische Voraussetzungen der Gebäude, die eine energiesparende Niedertemperaturheizung ermöglichen. Gesundheit, Komfort und freie Raumgestaltung lagen ferner im Trend. Die Einzelraumregelung, wie Raumfühler mit elektrischen Stellantrieben, wurde erst mit der Heizungsanlagen-Verordnung (HeizAnlV) vom 1. Juni 1994 bei der Fußbodenheizung zur Pflicht.

Jetzt: Geringer technischer Fortschritt bei der Fußbodenheizung

Verteiler einer Fußbodenheizung auf dem Stand der Technik.
Quelle: Oventrop
Fußbodenheizungsverteiler, Stand der Technik.

Jetzt hat die Zukunft die Vergangenheit eingeholt. Wenn man Umfragen glauben darf, hat der geringe technische Fortschritt der vergangenen Jahrzehnte im Segment Fußbodenheizung unter anderem auch folgende Gründe:

Der investierende Endverbraucher - der eigentlich regulierende Markt - kennt die Mängel bei der Fußbodenheizung, die es abzustellen gilt, schlicht und ergreifend nicht. Er glaubt, eine fehlerfreie, dem aktuellen Stand der Technik entsprechende Heizung zu erwerben. Oder drastischer ausgedrückt: Ihm wird in Hochglanzprospekten "vorgegaukelt", wie "perfekt" das von ihm gewählte Heizungssystem sei. Selten bringen Bauträger alle an der Planung beteiligten Fachingenieure an einen Tisch, um sich über Vor- und Nachteile eines neuen Produktes oder Systems informieren zu lassen. Problematisch, da erst ein solches Gespräch mit Fachingenieuren und Herstellern Klarheit bringen kann.

Der Heizungsbauer, primär der Gesprächspartner des investierenden Einfamilienhaus-Bauherren, verlässt sich in der Regel auf die Informationen der Hersteller. Bei Ausschreibungen scheitern alternativ ausgeschriebene, "neue" Systeme häufig am Motto: "Das haben wir schon immer so gemacht!"

Die Branchenverbände kennen die Probleme. Es ist unverständlich, warum technische Neuerungen für die Fußbodenheizung nicht stärker gefördert werden.

Die Industrie ist zwar aktiv, es fehlt aber der Druck, Produkte im Kern technisch zu verbessern. Das heißt, der Fokus der Verbesserungen konzentriert sich auf die Hilfe für den Heizungsbauer: Schnelleres und leichteres Verlegen der Fußbodenheizung - ohne lästiges Bücken - ist angesagt. Das ist logisch, bedenkt man, dass letztlich der Heizungsbauer der direkte Kunde der Industrie ist. Er muss vom neuen Produkt überzeugt werden.

Summa summarum ist das Trägheitsmoment der Marktteilnehmer verständlich:

Wer soll entwickeln bzw. die Fortentwicklung bezahlen? Der Rohrhersteller, der Styropor-Lieferant oder der Tackernadel-Hersteller? Diese Unternehmen können und wollen sich das nicht leisten.

Die Armaturenhersteller arbeiten an wichtigen Verbesserungen und Neuerungen. Jedoch müssen die neuen Produkte erst in den Markt gebracht und verstanden werden. An der Stelle kommt der Preis als wesentlicher, limitierender Faktor für eine erfolgreiche Einführung ins Spiel.

Die Hersteller von elektronischen Regelungs-Elementen bis hin zu sogenannten "Smart Home"-Produkten sind ebenfalls fleißig und der Zeit teilweise sogar voraus: Leider können ein träger Estrich, ein fehlender hydraulischer Abgleich der Fußbodenheizung und die Drosselregelung die Vorteile dieser neuen Produkte nicht vollumfänglich umsetzen.

Herausforderungen der heutigen Fußbodenheizung

Demnach lauten die wesentlichen technischen Probleme, die es bei der Installation sowie im Betrieb von Fußbodenheizungen zu beheben gilt, folgendermaßen:

1.) Trägheit der Heizflächen.

2.) Überdimensionierte Heizflächen.

3.) Unkontrollierte Wärmeabgabe der Fußbodenheizung.

4.) Fehlender oder ungenauer hydraulischer Abgleich.

Die genannten Punkte bzw. Merkmale einer Fußbodenheizung beeinflussen sich dabei gegenseitig und hängen voneinander ab. Deshalb sollen im Folgenden der Status quo der heutigen Praxis bei Fußbodenheizungen beschrieben und gangbare Lösungsansätze - für morgen - aufgezeigt werden.

Problem 1: Trägheit der Fußbodenheizung

Heute werden die meisten Fußbodenheizungen nach wie vor als Nasssystem mit 6,5 cm starkem Estrich gebaut. Diese schwere, träge Masse ist dabei natürlich das Gegenteil einer idealen Heizfläche: Nach einer Absenkphase, bei der das Kreisregulierventil wegen Fremdwärme-Eintrag geschlossen war, ist der Estrich ausgekühlt. Bevor der Boden wieder Wärme an den Raum abgibt, muss erst der Estrich wieder aufgeheizt werden. Die Aufheizdauer ist dabei von vielen Faktoren abhängig. Sie kann je nach Absenkdauer, geforderter Heizlast, Raumtemperatur, Bodenbelag etc. mehrere Stunden betragen. Außerdem wird die Trägheit weiter erhöht, weil bei herkömmlichen Fußbodenheizungssystemen das Rohr häufig direkt auf der Dämmung aufliegt. Weil die Fußbodenheizung dadurch vom Estrich nicht voll umschlossen wird, ist der Wärmeübergang vom Rohr auf den Estrich und die Wärmeverteilung im Estrich schlecht.

Ein Demonstrationsmodell zeigt die Aufheizzeitunterschiede bei Fußbodenheizungen.
Quelle: Compact Floor
Ein Demonstrationsmodell zeigt die Aufheizzeitunterschiede zwischen 25-mm-Trockenestrich und 10-mm-Wärmeleitschicht.

Reaktionszeiten verschiedener 
Lastverteilschichten.
Quelle: mfh systems
Reaktionszeiten verschiedener Lastverteilschichten.

Lösungen: a) Selbstregeleffekt der Fußbodenheizung

Der Selbstregeleffekt, der sich zwischen Bodenoberflächen- und Raumtemperatur ergibt, wirkt der Trägheit positiv entgegen. Mit entsprechend geringeren Estrichstärken bei Nasssystemen oder geringerer Speichermasse bei Trockensystemen wird versucht, die Trägheit zu reduzieren.

Systemschnitt eines Trockenbau-Systems.
Quelle: mfh systems
Systemschnitt eines Trockenbau-Systems von mfh systems mit Wärmeleitschichten aus dem Hause Compact Floor.

b) Exakte Auslegung und perfekter hydraulischer Abgleich

Weiter kann die Trägheit durch exakte Auslegung der Räume ohne Überversorgung und einen fachgerechten hydraulischen Abgleich der Fußbodenheizung minimiert werden.

c) Hydraulik

Neue Entwicklungen im Bereich der Hydraulik können das Trägheitsproblem also weiter entschärfen: Eine wirksame technische Möglichkeit bietet zum Beispiel Oventrop mit der Einzelraumregelung "Unibox EBV" an - ein mechanischer Stetigregler mit Bypass. Nach einer Untersuchung von Prof. Dr. Roland Kraus, München, konnte im simulierten Beispiel die Aufheizzeit hier nach einer Absenkphase von neun auf drei Stunden verkürzt werden.

d) Optimaler Bodenaufbau

Um das Phänomen der Trägheit von Fußbodenheizungen zu eliminieren, ist ein Bodenaufbau mit extrem geringer Speicherfähigkeit sowie optimalem Wärmeübergang und optimaler Wärmeverteilung vom Rohr an die Bodenoberfläche ideal. Gleichzeitig muss diese Konstruktion auch für die industrielle Vorfertigung geeignet sein, um das System im Vergleich zu normalem Estrich wettbewerbsfähig zu machen.

Beispiel: Fußbodenheizung im Trockenbau-System

Am Beispiel der Fußbodenheizung im Trockenbau-System von mfh systems mit Wärmeleitschichten aus dem Hause Compact Floor werden die gewünschten Vorteile heute schon sichtbar: In der mit Rillen versehenen Wärme- und Trittschalldämmung liegen die Rohre in Alu-Wärmeverteilblechen (Abb. 4). Das Material und die Form der Rillen der Bleche sind so gewählt, dass der Wärmeübergang zwischen Rohr und Blech sowie zwischen Blech und der darüber liegenden Heizfläche in Form der Wärmeleitschicht optimal ist. Die Wärmeleitschichten, zwischen 5 und 20 mm stark, besitzen eine minimale Speicherfähigkeit. Die Wärme gelangt innerhalb weniger Minuten an die Oberfläche und dient damit schnell der Raumbeheizung. Die Tabelle gibt Reaktionszeiten unterschiedlicher Fußbodenheizsysteme wieder: Beim System "SpeedUP mit Strongboard FL" sind es zwölf Minuten, beim System "Basic mit Zementestrich" 120 Minuten (Abb. 5). Diese Zeiten zeigen, wie schnell die Wärme vom Rohr durch die Wärmeleitschicht transportiert wird. Wegen der geringen Speicherfähigkeit der Fußbodenheizung kühlt der Boden auch ähnlich schnell wieder aus.

Eine Rohbau-Ausgleichsschicht in Form von Fließestrich liegt hier unter der Systemdämmung auf dem Rohfußboden. Zu beachten ist, dass die zwei möglichen Verlegeabstände, die bei einer Fußbodenheizung im Trockensystem realisierbar sind, bei der heutigen Drosselregelung zu einer unerwünschten Überversorgung führen können. In Zukunft wird dieses Manko aber keine Rolle mehr spielen (s. Punkt "Überdimensionierung") - im Gegenteil: Es ist für eine industrielle Vorfertigung sogar förderlich.

Problem 2: Überdimensionierung der Fußbodenheizung

Bis heute ist die Drosselregelung im Einsatz:

Schema der Drosselregelung.
Quelle: Oventrop
Schema der Drosselregelung.

Hier gilt für alle Kreiswassermengen: konstante Temperatur, variable Wassermengen.

Diese klassische Form der Regelung funktioniert bei der Heizkörperheizung tadellos, weil die Heizfläche exakt der geforderten Heizlast angepasst werden kann. Sprich: Für jede Heizlast gibt es Hunderte von Heizkörper-Größen.

Bei der Fußbodenheizung ist das anders: Die Größe der Raumheizfläche "Boden" ist geometrisch festgelegt und die Vorlauftemperatur ist fixiert. Um eine ausreichende, variable Wärmeabgabe zu gewährleisten, stehen jedoch praktisch zu wenige Rohrabstände (von 5 bis 20 cm) zur Verfügung. Eine genaue Anpassung der Heizfläche "Boden" an die Heizlast ist nicht möglich (spez. Heizlasten von Wohnräumen: i.d.R. 35 bis 75 W/m²): Der ungünstigste Raum bestimmt dementsprechend die Vorlauftemperatur für das ganze Haus, wodurch eine Überversorgung nicht vermieden werden kann. In diesem Fall muss die Raumregelung diesen selbst produzierten Wärmeüberhang periodisch wegdrosseln. Es kommt zu einem energieverschwendenden Überschwingen der Raumtemperatur mit allen Konsequenzen, welche sich aus der Trägheit des Estrichs ergeben.

Lösung: Beimischregelung

Um dieses Problem zu lösen, bietet sich die Beimischregelung an:

Schema der Beimischregelung.
Quelle: Oventrop
Schema der Beimischregelung-

Hier gilt für alle Kreiswassermengen: konstante Wassermenge, variable Temperatur.

Sprich: Jeder einzelne Heizkreis (Raum) der Fußbodenheizung bekommt eine der geforderten Heizlast entsprechende individuelle Vorlauftemperatur - spezifische Heizlast, Rohrabstand und Bodenbelag spielen keine Rolle. Es kann in allen Räumen des Hauses der gleiche Rohrabstand von 20 bis 25 cm verlegt werden, ohne dass Räume unter- oder überversorgt sind. Das ist Voraussetzung für eine industrielle Vorfertigung. Am Verteiler steht mindestens die vom ungünstigsten Raum geforderte Vorlauftemperatur an. Die vom Raumfühler gesteuerten Stellantriebe (Mischventile) mischen bei Bedarf warmes Vorlaufwasser aus dem Verteiler dem Heizkreis bei. Durch kurzfristiges Anheben der Vorlauftemperatur im Heizkreis kann überdies ein schnelleres Aufheizen eines Raumes erreicht werden.

Problem 3: Unkontrollierte Wärmeabgabe der Fußbodenheizung

Die Anbindeleitungen der Heizkreise vom Verteiler zum Raum werden heute hauptsächlich in den Wohnungsfluren verlegt. Das führt häufig zu einer unzulässigen und unkontrollierten Wärmeabgabe der Fußbodenheizung - der Wohnungsflur braucht keine Beheizung, sondern nur einen temperierten Boden. Werden die Leitungen isoliert, um dieses Problem vermeintlich in den Griff zu bekommen, wird vermutlich die vorgeschriebene Estrichüberdeckung über dem Rohrscheitel nicht eingehalten.

Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass die Anbindeleitungen auf kürzestem Weg vom Verteiler zum Raum verlegt werden müssen, um eben diese unkontrollierte Wärmeabgabe so gering wie möglich zu halten. Dadurch kommt es im Estrich aufgrund unterschiedlicher Temperaturen zu Spannungen. Ein zusätzlicher Heiz- bzw. Temperierkreis könnte Abhilfe schaffen. Für diesen ist im Flur aber meistens kein Platz mehr.

Lösung: Unterflur-Zuleitungen und dezentrale Verteilung

Um der unkontrollierten Wärmeabgabe der Fußbodenheizung Herr zu werden, bieten sich Unterflur-Zuleitungen sowie die dezentrale Verteilung an: Die Anbindeleitungen vom zentralen Verteiler zu den Räumen werden hier auf dem Rohfußboden verlegt. Dies muss im Kontext mit den gültigen Schallschutzbestimmungen geschehen. Die Wärme- und Trittschalldämmung der Fußbodenheizung darf aus statischen Gründen nur in bestimmten Abständen von einer bestimmten Zahl gedämmter Rohre durchfahren werden - eine weitere Einschränkung. Ferner ist beim Übergang der Rohre vom Rohfußboden in den Estrich durch die Trittschalldämmung äußerste Vorsicht geboten: Am einfachsten kann der Höhenunterschied Rohfußboden/Estrichebene vom Flur durch die Wand in den Raum überwunden werden. Die gesamte Estrichfläche des Flures steht nun für einen Bodentemperierkreis zur Verfügung.

Bei Fußbodenheizungen im Trockenestrich-System ist eine zentrale Verteilung kaum noch möglich: Die Zuleitungen vom Verteiler zum Raum können systembedingt im Flurbereich nicht mehr isoliert werden, da die Rillen zur Rohraufnahme im Wärmeleitblech der Basisplatte exakt dem Rohrdurchmesser ohne Isolierung entsprechen.

Bei der dezentralen Verteilung werden statt eines zentralen Verteilers Raumregler in jedem Raum eingebaut (z. B. Oventrop-"Unidis"). Diese werden über Stichleitungen von den auf dem Rohfußboden liegenden Verteilleitungen versorgt. Eine unproblematische Lösung, wenn man bereit ist, umzudenken!

Problem 4: Fehlender oder ungenauer hydraulischer Abgleich der Fußbodenheizung

Man vermutet, dass etwa 80 Prozent der Heizungsanlagen über keinen hydraulischen Abgleich verfügen - trotz entsprechender Verpflichtungen. Ursächlich hierfür sind zum einen fehlende Rohrnetzberechnungen mit ausgewiesenen Voreinstellwerten und zum anderen fehlende Einstellventile. Des Weiteren sieht man im mehrgeschossigen Wohnungsbau häufig Kugelhähne, die als Wohnungs-Absperrungen dienen. Da ein Kugelhahn aber über keine Regelcharakteristik verfügt, ist er als Regulierorgan unbrauchbar. Außerdem ist es nicht möglich, die Fußbodenheizkreise eines ganzen Gebäudes gegeneinander abzugleichen - Einstellungen über Schauglasanzeigen sind lediglich von überschlägiger Natur.

a) Neue Kreisregulierventile

Ein Kreisregulierventil
Quelle: Oventrop
Automatischer hydraulischer Abgleich mit 'Q-Tech'

Ein echter Lichtblick sind an dieser Stelle die neuen Kreisregulierventile mit "Volumenstromregler-Funktion" verschiedener Hersteller. Komplexe Berechnungen sind nicht nötig, sondern nur das Einstellen der Kreiswassermenge in l/h (Abb. 8). Auch bei Änderungen, Umbauten oder neuer Pumpe - die eingestellten Werte bleiben erhalten.

b) Beimischregelung

Nicht einregulieren muss man zukünftige Systeme mit Beimischregelung (s. Punkt "Überdimensionierung"): Eine zentrale Pumpe fördert das Wasser bis zum Wohnungsverteiler. Die Widerstände jedes einzelnen Heizkreises überwinden die jeweiligen kleinen Heizkreispumpen. Abweichungen von der Auslegungssituation, wie dichtere Bodenbeläge, kleinere Heizlast durch Gebäude-Außendämmung oder neue Fenster, verändern - der Anforderung des Raumfühlers automatisch folgend - nur die Vorlauftemperatur des Heizkreises. Die Wassermenge der kleinen Heizkreispumpe bleibt konstant.

Montag, 15.08.2016