Fußbodenheizung

Warmwasser Heizungen

Im oder unter dem Heizestrich werden Rohre aus überwiegend Kunststoff oder seltener Kupfer verlegt. Der am meisten verwendete Kunststoff ist das vernetzte, sauerstoffdichte (ansonsten Korrosionsgefahr an Eisenteilen) Polyethylen (PE-X), oft mit zusätzlicher Aluminium-Zwischenschicht. Die Verlegung erfolgt entweder mäanderförmig (gleiche Rohrabstände), modulierend (verschiedene Rohrabstände je nach Lage im Raum, Vorlauf an der Außenwand) oder bifilar (Schneckenform, Vor- und Rücklauf liegen beieinander). Welcher Verlegung der Vorrang gegeben werden soll ist strittig, da verschiedene Zielsetzungen (gleichmäßige Raumtemperatur, gleichmäßige Fußbodenoberflächentemperatur) und technische Möglichkeiten abhängig von Rohrmaterial, Befestigungs- und Verlegetechnik zu berücksichtigen sind.

Bekannt sind auch Kunststoffkapillarrohrmatten, wobei die parallel angeordneten PP-Röhrchen (Durchmesser z. B. 4,3 mm Wandstärke 0,8 mm) im Gleichsinn durchflossen werden.

Rohrabstände von 5 bis 30 cm bewirken eine geringe Temperaturwelligkeit auf der Estrichoberfläche – die Abstände können dem Wärmebedarf angepasst werden. Temperaturdifferenzen >5 K innerhalb nicht unterteilter Estrichfelder sind jedoch zu vermeiden.

Die Anwendung von Kapillarrohrmatten bei der Betonkernaktivierung führt zu einer sehr homogenen Bauteiltemperaturverteilung, wodurch die bei alternativen Energien gewünschte Wärmespeicherkapazität gegenüber größeren Rohrabständen steigt.

Bei Fußbodenheizungen werden Nasssysteme (Zementestrich oder Anhydritestrich, sehr häufig aufgrund der besseren Wärmeübertragung in Fließestrich, auch Gussasphalt und Walzasphalt), und Trockensysteme (Trockenestrichplatten oder Stahlfliesen) unterschieden. Beim Nasssystem werden die Rohre im Estrich installiert.

Trockensysteme (Typ B)

Beim Trockensystem befinden sich die Rohre unterhalb des Bodenbelages in der Dämmschicht. Die Befestigung erfolgt dort auf der Trägerdämmung, die mit Nuten und Wärmeleitlamellen ausgestattet sein kann. Die Lamellen sollen der besseren Wärmeverteilung dienen. Das Trockensystem eignet sich für niedrige Fußbodenaufbauten und wird im Altbau oder in der Gebäudemodernisierung eingesetzt. Trockensysteme können auch mit direkt aufgelegten Oberböden (Estrichziegeln, Fliesen, schwimmendes Parkett und Laminat) ausgeführt werden und führen dadurch zu einer weiteren Reduzierung der Vorlauftemperatur und zu einer schnelleren Auf- und Abheizphase.

Eine weitere Variante der Trockensysteme besteht aus Trockenestrichplatten mit einer vorgefertigten Fräsung, die die Heizungsrohre fixiert. So fasst dieses System die vormals getrennten Komponenten – Trockenestrichplatten und Fußbodenheizung – früherer Systeme zusammen. Die geringe Montagezeit kommt besonders Architekten zugute, die in öffentlichen Einrichtungen, wie Schulen und Kindergärten, nur die Ferienzeiten zum Einbau zur Verfügung haben. Außerdem kann dieses vereinfachte System auch vom Privatmann verlegt werden, so dass der Bauherr nur noch für die Rohranschlüsse einen Heizungsbauer benötigt.

Neuere Fußbodenheizungssysteme werden verstärkt für die Gebäuderenovierung konzipiert, ohne dabei in die bestehenden Fußbodenaufbauten einzugreifen. Dabei entstehen sehr niedrige Aufbauhöhen ab ca. 8 mm. Eine spezielle Ausgleichsmasse ist die Grundlage für den Bodenbelag.

Elektro Heizungen

Neben warmwassergebundenen Heizsystemen kommen auch elektrisch betriebene Heizungen zum Einsatz. Hierbei werden Widerstandskabel oder Heizfolien mit eingearbeiteten Heizleitern unter, im oder auf dem Estrich verlegt. Sie eignen sich für alle Verlegungsarten, die auch bei Warmwassersystemen üblich sind. Wegen der geringen Bauhöhe empfehlen sie sich besonders für die direkte Verlegung unter Fußbodenbelägen. Heizkabel mit einem Durchmesser ab 3 mm können im Kleberbett von Fliesen und Folien sogar unter Laminat verlegt werden. Für die Fußbodentemperierung (nicht Vollheizung) gibt es Matten ab ca. 2 mm Höhe. Für Bade-, Dusch- und andere Feuchträume werden Leitungen mit geerdetem Schirm verwendet, um Sicherheit gegen Elektrounfälle zu garantieren. Die zutreffenden Normen für elektrische Flächenheizelemente sind DIN EN 60335-1 und DIN EN 60335-2-96.

Raumklimatisierung mit Warmwassersystemen

Fußbodenheizungssysteme werden auch zur Fußbodenkühlung genutzt. In Verbindung z. B. mit Wärmepumpen und der Erdwärme bietet sich diese Variante an. Die Oberflächentemperatur des Fertigfußbodens sollte 20 °C nicht unterschreiten und 29 bis 35 °C – je nach Standort – nicht überschreiten (siehe Abschnitt Randbedingungen). Weiterhin sollte der Taupunkt mit einem entsprechenden Feuchtigkeitsfühler überwacht werden und die Vorlauftemperatur entsprechend regeln. Die Vorlauftemperatur des Kaltwassers beträgt in der Regel 16 °C bei einer Spreizung von 2 bis 3 K (Kelvin).

Warmwasserverteilung

Bei beiden Systemen wird zur Wärmeverteilung ein Heizkreisverteiler benötigt. Alle Heizkreise werden mit dem Vorlauf und Rücklauf an jeweils einen Heizkreisverteiler angeschlossen. An dem Heizkreisverteiler kann jeder einzelne Heizkreis mittels eines Ventils hydraulisch abgeglichen werden. Durch in den Heizkreisverteiler eingebaute Durchflussmesser kann dazu der Volumenstrom beobachtet werden. Der hydraulische Abgleich ist erforderlich, da die einzelnen Bauteile der Fußbodenheizung (z. B. Heizkreisverteiler, Rohrkreise etc.) verschieden hohe Strömungswiderstände haben. Eine gleichmäßige Wärmeverteilung ist nur mit gleich hohen Durchsätzen in allen Heizkreisen möglich. Möglicherweise wird aber auch eine ungleichmäßige Wärmeverteilung angestrebt, um die stärkere Abkühlung in Räumen mit großen Außenwandflächen im Vergleich zu Binnenräumen zu kompensieren. Da eine Fußbodenheizung im Gegensatz zu Heizkörpern sehr viel träger reagiert (siehe Totzeit) wird die Vorlauftemperatur oft aus einem Außentemperatur-Fühler abgeleitet. Die Steuereinheit gibt ein elektrisches Signal an den Stellmotor, der dann das Vierwegeventil weiter öffnet oder schließt. Bei hochwertigeren Anlagen kann die Energiezufuhr mit Thermostaten (Raumreglern), deren Temperaturfühler im Heizbereich (z. B. Wohnzimmer) montiert werden, geregelt werden. Die Heizleistung in Wohngebäuden beträgt etwa 50 bis 100 W/m². Zudem kann bis zu einer bestimmten Fläche (abhängig vom Durchflusswiderstand der eingesetzten Fußbodenheizung) die Fußbodenheizung direkt an den bestehenden Heizkreislauf angeschlossen werden. Die Regelung erfolgt dann über ein RTL-Ventil (return temperature limiter, deutsch: Rücklauftemperaturbegrenzer), das im Rücklauf der Fußbodenheizung montiert wird und den Durchfluss sperrt, wenn die eingestellte Bodentemperatur erreicht ist.

Es sind zahlreiche Verlegearten der Rohre möglich. Um eine weitestgehend gleichmäßige Wärmeverteilung im Raum zu erreichen, sollten Rohre mit gegenläufiger Warmwasser-Fließrichtung verlegt werden. Dies wird erreicht, indem die Vor- und Rückläufe jeweils nebeneinander angeordnet werden.

Anwendungen in Gewerbe und Kommunalbauten

Neben den auch im Wohnungsbau verwendeten Fußbodenheizungen kommen hier Industrieflächenheizungen oder Schwingbodenheizungen (Sporthallen) zum Einsatz. Lufterhitzer erhitzen die Luft im Raum, die beim Öffnen der Hallentore aber sofort entweicht. Es dauert lange und ist mit hohem Energieaufwand verbunden, die Hallentemperatur wieder zu erhöhen. Bei einer Bodentemperatur von z. B. 10 °C und einer Lufttemperatur von 20 °C ergibt sich arithmetisch eine empfundene Temperatur von nur 15 °C. Daher ist für eine akzeptable thermische Umgebungstemperatur eine Bodentemperierung zu empfehlen. Bei einer Fußbodenheizung besteht die Beheizung einer Halle aus Strahlungswärme. Diese steht ihren Nutzern auch noch während der geöffneten Hallentore zur Verfügung. Nach Schließung der Hallentore spürt der Nutzer diese behagliche Strahlungswärme in kürzester Zeit wieder.

Vor- und Nachteile

Ein Grund für eine Fußbodenheizung ist die Behaglichkeit. So ermöglicht es etwa eine Fußbodenheizung, selbst im Winter im Haus barfuß zu gehen. Ein weiterer Vorteil ist die architektonische Freiheit der Raumgestaltung, weil keine Heizkörper oder Rohre zu sehen sind. Dazu kommen noch die hygienischen Aspekte einer Fußbodenheizung. Die Staubaufwirbelung durch Radiatoren findet nicht statt. Durch die trockene Wärme am Boden werden das Wachstum der Hausstaubmilben und die Schimmelpilzbildung verhindert – auch wenn Teppichboden verlegt ist[5].

Ein weiterer Vorteil ist die geringe Vorlauftemperatur, was für Solarwärmenutzung und Wärmepumpen ein großer Vorteil ist. Insbesondere eine in Estrich verlegte Bodenheizung kann als Wärmespeicher dienen und so die Effektivität des Heizkessels steigern.

Nachteile sind hohe Einbaukosten und eine nur langsame Anpassung der Raumtemperatur. Teppichböden und Beläge müssen einen geringen Wärmewiderstand aufweisen (siehe unten). Für Fußbodenheizung geeignete Beläge sind gekennzeichnet.

Schwierig ist die Sanierung von Fußbodenheizungen: bestimmte Arten der verwendeten Kunststoffrohre können mit der Zeit verstopfen. Mittlerweile gibt es aber auch ein Verfahren, das die Sanierung von innen ohne den aufwendigen Aus- und Wiedereinbau der Heizungsrohre ermöglicht.

Fußbodenheizungsrohre müssen nach DIN 4725 diffusionsdicht sein, somit kann kein Sauerstoff über das Rohr in das Heizungssystem gelangen. Dies wiederum verhindert Korrosion an Stahlteilen im Heizsystem und dementsprechend gering ist das sogenannte Abschlammen im Fußbodenheizungssystem. Ein anderer Schutz vor Abschlammung kann eine Systemtrennung vom alten Heizsystem mittels Plattenwärmetauscher sein.