Themenblock 3 Wärmeversorgung Heizung 3.2. Wärmeabgabe

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1 Themenblock 3 Wärmeversorgung Heizung 3.2. Wärmeabgabe 08.Dezember 2011 Seite: 1

2 Inhaltsverzeichnis Grundlagen Seite Heizkörper Seite Flächenheizung Seite Luftheizung Seite Links Seite 32 Fragen Seite 33 Anlagen Seite Hochschule München Architektur Fachgebiet Klimadesign Professor Clemens Richarz Architekt Seite: Dezember 2011

3 Grundlagen Heizlast Die Leistung die eine Heizfläche erbringen muss, orientiert sich an der Verlustleistung eines jeden einzelnen Raumes. Die Summe aller raumweise ermittelten Verlustleistungen ergibt dann die Leistung des Heizkessels. Zur überschlägigen Abschätzung der Kesselleistung kann auch das ganze beheizte Gebäude al ein Raum betrachtet werden. Je nach Heizsystem und Auslegung wird die berechnete Heizleistung mit Zuschlägen versehen, beispielsweise für ein besonderes schnelles Aufheizen der Räume oder für das schnelle Bereitstellen von Warmwasser. Die Heizleistung orientiert sich am Wärmeverlust durch Transmission und Lüftung am angenommen kältesten Tag. In Deutschland beträgt die tiefste Auslegungstemperatur 16 Grad. Ein weiterer Parameter ist die angestrebte Innentemperatur im Raum, die durchaus unterschiedlich sein kann (z.b. Bad 24 Grad, Wohnräume 20 Grad). Die auszugleichende Temperaturdifferenz ist dann 36 K oder 40 K. Solare oder innere Gewinne werden bei der Heizleistung nicht berücksichtigt. 1. Verlustleistung Transmission - U- Wert aller Bauteile (W / qm* K) multipliziert mit - Fläche aller Bauteile (qm) ergibt - Verlustleistung durch Transmission je Kelvin Temperaturdifferenz zwischen Außen- und Innentemperatur multipliziert mit der angenommenen Temperaturdifferenz (K) - Verlustleistung (W) 2. Verlustleistung Lüftung - Luftmenge (cbm / h) multipliziert mit spez. Wärmekapazität Luft (Wh / cbm K) - Verlustleistung der zugeführten Luftmenge bei einem Kelvin Temperaturunterschied von Luft außen zu Luft innen (W/K) multipliziert mit der angenommen Temperaturdifferenz (K) - Verlustleistung (W) 3. Leistung (je Raum oder Gebäude) - Verlustleistung Transmission + Verlustleistung Lüftung Die Heizlast bestimmt die Leistung die erbracht werden muss, damit unter Berücksichtigung der baulichen Standards am angenommen kältesten Tag eine definierte Innentemperatur erreicht wird. Der Wärmeerzeuger und die Wärme abgebenden Bauteile werden auf diese Bezugsgröße ausgelegt. Als minimale Außentemperatur wird 16 Grad Celsius angenommen, während die Innentemperatur je nach Raumnutzung und Komfortstandard unterschiedlich definiert wird. Es ist durchaus realistisch dass die angenommene Kesselleistung nie bzw. nur an wenigen Stunden im Jahr benötigt wird. Der Wärmebedarf bezieht sich auf die Heizzeit und geht davon aus, dass während der Heizzeit eine in der Heizzeit herrschende mittlere Temperatur ausgeglichen wird. Heizlast und Wärmebedarf sind deshalb zwei verschiedene Größen 08.Dezember 2011 Seite: 3

4 Abb. Zusammenhang Leistung (Heizlast) und Wärmebedarf bzw. Wärmeverbrauch Hochschule München Architektur Fachgebiet Klimadesign Professor Clemens Richarz Architekt Seite: Dezember 2011

5 Behaglichkeit Die Wärmeabgabe an einen Raum sollte sich vorrangig an dem Ziel orientieren, eine gleichmäßige Temperierung des Raumes zu erreichen. Temperaturschwankungen im Raum führen je nach Nutzung des Raumes zu Überheizungen, was wiederum einen erhöhten Energieverbrauch zur Folge hat. Die Temperaturdifferenz zwischen Fuß und Kopf sollte aus Gründen der Behaglichkeit nicht mehr als 3 K betragen. Als angenehm wird deshalb die Wärmeabgabe von unten und die Kälteabgabe von oben empfunden. Darstellung von Behaglichkeitskriterien im Zusammenhang mit Heizflächen. Der Zusammenhang zwischen Oberflächentemperatur des Fußbodens und der Raumlufttemperatur ist eine entscheidende Größe. Ebenso wichtig ist der Unterschied zwischen der Temperatur an den Füßen und am Kopf. Wärmeabgabe über Wärmestrahlung wird als behaglich empfunden. Wärmeabgabe mit hohem Konvektionsanteil (Luftbewegung) wird Vergleichsweise als unbehaglich empfunden. Heizkörper besitzen je nach Bauart einen Strahlungsanteil von ca. 40 %, Flächenheizungen geben die Wärme ausschließlich über Strahlung ab, Luftheizungen ausschließlich über Konvektion. Strahlungsanteil Temperaturbereich Heizkörper Plattenheizkörper % C Röhrenheizkörper % C Konvektor 0 % C Flächenheizung Fußbodenheizung 100 % C Wandheizung 100 % C Betonkernaktivierung 100 % C Flächenheizungen können auch zur Gebäudekühlung eingesetzt werden. Heizkörper dürfen in Neuanlagen nicht mehr auf 90 C ausgelegt werden. 08.Dezember 2011 Seite: 5

6 Abb. Temperaturverteilung im Raum bei unterschiedlichen Systemen der Wärmeabgabe Hochschule München Architektur Fachgebiet Klimadesign Professor Clemens Richarz Architekt Seite: Dezember 2011

7 Rechenmethode Die Berechnung der Heizlast erfolgt in acht aufeinander abgestimmten Schritten. Bei dichten also neueren Wohngebäuden kann in der Regel mit einem vereinfachten Verfahren gerechnet werden, das einen deutlich geringeren Eingabeaufwand erfordert. Folgende Werte aus einer Wärmebedarfsberechnung können übernommen werden: - U- Werte der Bauteile und dazu gehörende Flächen Neu festgelegt werden: - Mindestaußenlufttemperatur - Innentemperatur Bei dem Wärmeverlust durch Lüftung wird beim vereinfachten Verfahren vom Wert des Mindestluftwechsels ausgegangen. Die Lüftungswärmeverluste werden dann mit der Luftwechselrate von 0,5/h berechnet. Im differenzierten Verfahren muss die Luftmenge in Abhängigkeit der Dichtheit und der in den Raum gelangenden kalten Luftmenge ermittelt werden. 08.Dezember 2011 Seite: 7

8 Abb. Darstellung der Rechenschritte und der Parameter Hochschule München Architektur Fachgebiet Klimadesign Professor Clemens Richarz Architekt Seite: Dezember 2011

9 Flächenermittlung Die DIN berechnet die Heizleistung, die an einem angenommenen kältesten Tag erbracht werden muss, um die Wärmeverluste ausgleichen zu können. Es handelt sich hierbei um die Wärmeverluste aus Transmission und Lüftung. Die Heizlast wird für jeden Raum ermittelt und dann addiert. Aus der Addition resultiert dann die nötige Kesselleistung. Sämtliche Flächen werden mit Außenmaßbezug ermittelt. Bei Innenwänden wird der Achsbezug gewählt. Solare Gewinne und innere Wärmegewinne werden bei dieser Berechnung nicht angesetzt. Abb. Beispiel von Außenmaßen für das vereinfachte Berechnungsverfahren 08.Dezember 2011 Seite: 9

10 Temperaturannahmen Außentemperatur Die Normaußentemperatur und das Jahresmittel der Außentemperatur werden auf der Basis von eingeführten Werten regional unterschiedlich dokumentiert und dann als Rechengrundlage verwendet. In Deutschland sind diese Werte in der DIN aufgeführt. Innentemperatur Die Innentemperatur wird in der Projektbeschreibung festgelegt oder sie sind in einem nationalen Anhang zur Norm beschrieben. Wenn kein nationaler Anhang vorliegt können die Anhaltswerte nach Tabelle D 2 verwendet werden. Vorrangig sollten aber die Innentemperaturen in Absprache mit Nutzer oder Bauherr festgelegt werden. Anhaltswerte für die Norminnentemperatur bei unterschiedlichen Nutzungen. Die Norminnentemperatur ist eine empfundene Temperatur (operative Temperatur).. Sie wird ermittelt aus der mittleren Umfassungsflächentemperatur und der Lufttemperatur. Für den Standardfall wird die Lufttemperatur zugrunde gelegt. Abb. Tabelle D2 Norm Innentemperatur Hochschule München Architektur Fachgebiet Klimadesign Professor Clemens Richarz Architekt Seite: Dezember 2011

11 Die maximale Heizleistung wird benötigt um am angenommenen kältesten Tag eine definierte Innentemperatur erreichen zu können. Bei einer angenommenen Innentemperatur von 20 Grad und einer angenommenen tiefsten Außentemperatur von 12 Grad beträgt die maximal auszugleichende Temperaturdifferenz 32 K. Die maximale Außentemperatur ist abhängig vom Standort des Hauses. Der Heizwärmebedarf sagt nun Haus welche Temperaturdifferenz im Mittel in der Heizzeit ausgeglichen werden muss. Differenzierte Temperaturprofile sind von Bedeutung wenn beispielsweise eine Wärmeerzeugung mit zwei Wärmeerzeugern vorgenommen wird. So würde z.b. eine Wärmepumpe die Beheizung bis 5 Grad Außentemperatur übernehmen, während ab 5 Grad ein Spitzenlastkessel (Gasbrennwertgerät) die Erwärmung übernimmt. Aus dem Temperaturdiagramm kann dann ermittelt werden welchen prozentualen Anteil an der Wärmeerzeugung die beiden Wärmeerzeuger übernehmen. Abb. Häufigkeitsverteilung der Außentemperatur - Standort München - Riem nach Angaben des Deutschen Wetterdienstes. Stündliche Messungen im Zeitraum 1951 bis Erkennbar ist, dass die mittlere Außentemperatur in der Heizzeit etwa 5 Grad beträgt. 08.Dezember 2011 Seite: 11

12 Übung Berechnen Sie die Heizlast für einen Raum mit einer Mass von 4 x 6 m. Nur die Schmalseite grenzt an Außenluft, die Raumhöhe beträgt 3 m, die Fensterfläche 8 m2 und die Wandfläche 4 m2. U-Wert Wand beträgt 0,3 W/m2K, U-Wert Fenster 1,3 W/m2K. Hochschule München Architektur Fachgebiet Klimadesign Professor Clemens Richarz Architekt Seite: Dezember 2011

13 Heizkörper Sehr flexibel kann Wärme über Heizkörper abgegeben werden, da sie mit jeder Temperatur betrieben und sehr schnell an wechselnde Situationen angepasst werden können (Vorlauf bis 90 Grad). Sie sind als entflochtenes Teilsystem leicht veränderbar und an andere Raumaufteilungen anpassbar. Ziel ist aber auch hier eine Auslegung auf eine möglichst niedere Vorlauftemperatur, um so einerseits Solarenergie nutzen zu können und andererseits alternative Konzepte der Wärmeerzeugung (Wärmepumpen) realisieren zu können. Heizkörper werden wie folgt ausgelegt: - Raumbezogene Ermittlung der Wärmeleistung - Festlegung der Vor- und Rücklauftemperatur des Heizsystems - Tabellen der Heizkörperhersteller Dimensionierung Heizkörper: Heizleistung Raum: Vor-/Rücklauf: Fläche Raum: Spezifische Heizleistung 90/70: Korrekturfaktor: Heizleistung Vor-/ Rücklauf: Heizkörper Typ: Größe: Anzahl: 12, ,20 1,20 2,40 2,40 2,40 2,80 17, ,20 4,80 4,80 4,801, ,0 m² 56,6 m² 4,2 m² 9,8 m² Verteiler 4,2 m² 3,80 14,40 1, , ,20 1,20 9,60 1,20 1,20 Abb. Schema einer Heizkörperanbindung mit Vorlauf- und Rücklaufleitung 08.Dezember 2011 Seite: 13

14 Dimensionierung Heizkörper sind nicht nur technische Bauteile, sie treten auch optisch im Innenraum stark in Erscheinung. Der koordinierte und auf andere Bauteil abgestimmte Einsatz der Heizkörper muss vom planenden Architekten mit verantwortet werde. Mögliche Parameter sind: - Größe der Heizkörper / Einpassung an bauliche Gegebenheiten wie z.b. Fenster, Wandpfeiler etc. - Tiefe der Heizkörper / Einpassung in Nischen respektive Platzierung unter Fensterbänken o.ä. Generell sind tiefe Heizkörper wesentlich schwerer zu integrieren als flache. - Formale Qualität der Heizkörper (Proportion, Oberfläche, Material). Der Architekt sollte deshalb in der Lage sein, die Anliegen des Fachplaners bei der Heizkörperdimensionierung zu verstehen bzw. überschlägig auch eigene Vorschläge und Konzeptionen entwickeln können. Folgende Informationen können bestimmt werden: - Heizleistung bei unterschiedlichen Vor- und Rücklauftemperaturen - Länge des Heizkörpers - Tiefe des Heizkörpers - Höhe des Heizkörpers Beispiel: Sehr flexibel kann mir Röhrenheizkörper auf eine bestimmte räumliche und energetische Anforderung reagiet werden. Die Höhe ist im 5 cm Abstand wählbar, die Länge durch Addidtion der Röhren die im Achsmaß von 4,6 cm aufaddiert werden können. In der Tiefe kann über die Anordnung von 2 5 Röhren die Heizleistung bei gleicher Länge und Höhe vergrößert werden. Abb. Auszug Prospekt Zehnder ( Hochschule München Architektur Fachgebiet Klimadesign Professor Clemens Richarz Architekt Seite: Dezember 2011

15 Ein zweisäuliger Heizkörper mit 20 Elementen (92 cm Achsmaß / 96,6 Außenmaß) und einer Bauhöhe von 90 cm (89,2 cm) bring eine Heizleistung von 660 Watt bei einer Vorlauftemperatur von 55 Grad, einer Rücklauftemperatur von 45 Grad und einer Raumtemperatur von 20 Grad. 08.Dezember 2011 Seite: 15

16 Besonders aufwändig in der Planungs- und Bauphase ist die Festlegung der Heizkörperanschlüsse. Eine interessante Neuheit bietet hier die Firma Kermi mit dem mittigen Anschluss des Heizkörpers. Dies erleichtert die Montage schon deswegen weil das Anbringen der Heizkörper bei Rohrverlegung und das anschließende Abnehmen und Zwischenlagern nun wegfällt. Aufgrund der genauen maßlichen Definition ist eine Montage der Heizkörper bei der Rohrverlegung nicht mehr erforderlich. Abb. Auszug aus einer Heizkörpertabelle (Firma Kermi / Typ Therm X 2 Plan V Um eine vergleichbare Dimensionierung der verschiedenen Heizkörperarten vornehmen zu können, Heizkörperleistungen auf andere Vorlauf- / Rücklauftemperaturen umgerechnet werden. Dies ist u.a. wichtig bei Austausch von alten Heizkörpern bei gleichzeitiger Absenkung der Vorlauftemperatur weil das Haus gedämmt wurde. Es kann damit überprüft werden ob der Platzbedarf ausreicht, bzw. welche Vorlauftemperatur trotz verbessertem Dämmstandard nötig ist um die Heizleistung bei gleicher Heizkörpergröße zu erbringen. Hochschule München Architektur Fachgebiet Klimadesign Professor Clemens Richarz Architekt Seite: Dezember 2011

17 Einbaubedingungen 08.Dezember 2011 Seite: 17

18 Abb. Leistungsverluste von Heizkörpern In Abhängigkeit zur Einbausituation Oben: Abstand zur Wand Unten: Abstand zur Unterkante Nische bzw. Oberkante Fußboden. (Quelle: VDI 6030) Hochschule München Architektur Fachgebiet Klimadesign Professor Clemens Richarz Architekt Seite: Dezember 2011

19 Übung Dimensionieren Sie überschlägig die Radiatoren im Brüstungsbereich im Großraum des unten stehenden Beispielgebäudes. U-Werte opake Bauteile 0,3 W/m 2 K, Fenster 1,4 W/m 2 K, Standort München. 08.Dezember 2011 Seite: 19

20 Hochschule München Architektur Fachgebiet Klimadesign Professor Clemens Richarz Architekt Seite: Dezember 2011

21 Flächenheizung Durch die Verlegung im Fußboden ist eine flexible Reaktion auf sich ändernde räumliche Randbedingungen (Nutzung, Vermietung etc.) nur bedingt möglich. Durch die Lage im Fußboden ist dieser Bereich für andere Installationen (Elektro, doppelter Boden etc.) nicht mehr nutzbar. Je nach Dichte der im Fußboden oder auf der Wand verlegten Rohrschlangen können Heizleistungen bis 100 W/m² realisiert werden. Durch Differenzierung in den Abständen kann auf spezifische Raumanforderungen reagiert werden (z.b. erhöhter Wärmebedarf bei Glasfassaden). Um eine Regelbarkeit zu erreichen wird jede Raumfläche über einen Vor- und Rücklauf an einen zentral angeordneten Verteiler angebunden. Bei Großräumen dürfen einzelne Teilflächen nicht größer als 25 m² sein. Dimensionierung Fußbodenheizung Heizleistung Raum: Bodenbelag: Vor-/Rücklauf: Fläche Raum: Spezifische Heizleistung: Gewählter Rohrabstand: Anzahl Heizkreise: Max. Heizkreisgröße: 12, ,20 1,20 2,40 2,40 2,40 2,80 17, ,20 4,80 4,80 4,801, ,0 m² 56,6 m² 4,2 m² 9,8 m² Verteiler 4,2 m² 3,80 14,40 1, , ,20 1,20 9,60 1,20 1,20 Abb. Schema einer Flächenheizung mit unterschiedlichen Heizkreisen. Die Leistungsfähigkeit von Flächenheizungen hängt von der gewählten Vorlauftemperatur und dem Verlegeabstand der Wasser führenden Rohrleitungen ab. Durch Differenzierung in den Abständen kann auf spezifische Raumanforderungen reagiert werden (z.b. erhöhter Wärmebedarf bei Glasfassaden). Zu beachten ist, dass eine hohe Vorlauftemperatur immer auch zu hohen Oberflächentemperaturen führt. Eine Oberflächentemperatur, die deutlich höher liegt als die Lufttemperatur wird als unangenehm empfunden (ca. ab 5 K Temperaturunterschied). 08.Dezember 2011 Seite: 21

22 Bei Fußbodenheizungen sind folgende Einzelheiten zu beachten: - Maximale Oberflächentemperaturen laut DIN EN 1264 T 2 Aufenthaltszone: 29 Grad / Randzone: 35 Grad / Bäder: 33 Grad - Mindestanforderungen an den Wärmeschutz sind entsprechen DIN EN 1264 T 4 einzuhalten. - Estrichüberdeckungen sind gemäß DIN auszuführen - Der Wärmeschutz bei Bodenflächen gegen unbeheizte Bereiche gegen Erdreich oder gegen Außenluft ist besonders zu beachten. In der Wärmeschutzverordnung 1995 wurde hierzu in Anhang 1, 3 folgende Aussage gemacht: Bei Flächenheizungen darf der Wärmedurchgangskoeffizient der Bauteil schichten zwischen der Heizfläche und der Außenluft, dem Erdreich oder Gebäudeteilen mit wesentlich niedereren Innentemperaturen den Wert 0,35 W/m²K nicht überschreiten. Dies erfordert eine Wärmedämmung von 12 cm bei WLG 040 oder von 6cm mit WLG 020 (PU. - Estrichfugen sind bei Flächen über 40 m² oder bei kleineren Flächen ausführen, wenn eine Seite größer 8 m ist. Fugen sind auch einzuplanen, wenn das Seitenverhältnis größer 0,5 ist. Unregelmäßige Flächen (L-Form u.ä.) sind in Rechtecke aufzuteilen. Vom Planer ist ein Fugenplan zu erstellen und der ausführenden Firma zu übergeben. - Der Wärmedurchlasswiderstand der Oberbeläge darf 0,15 m²k/w nicht überschreiten (z.b. Eicheparkett 0,105 m²k/w) Bei Fußbodenheizungen sind folgende Begriffe aus der Anlagenplanung von Bedeutung: - Maximale Oberflächentemperaturen laut DIN EN 1264 T 2 Aufenthaltszone: 29 Grad / Randzone: 35 Grad / Bäder: 33 Grad - Heizmittelübertemperatur Die Heizmittelübertemperatur ist die logarithmisch bestimmte Differenz zwischen Heizmitteltemperaturen und der Norm-Innentemperatur. - Norm-Innentemperatur Mittelwert aus der trockenen Lufttemperatur und der mittleren Strahlungstemperatur. - Auslegungsvorlauftemperatur Die Temperatur wird für den Raum mit der höchsten Auslegungswärmestromdichte vorgenommen. Bei der Auslegung muss auch eine eventuelle Veränderung im Bodenbelag bedacht werden. - Randzonen Um den Wärmeverlust bei großflächigen Verglasungen zu kompensieren werden Randzonen mit geringerem Rohrabstand ausgebildet ( 10 cm). Die max. Oberflächentemperatur in der Randzone darf 35 Grad nicht überschreiten, die maximale Tiefe beträgt 1 m. Hochschule München Architektur Fachgebiet Klimadesign Professor Clemens Richarz Architekt Seite: Dezember 2011

23 Verlegung Abb. Verlegeformen bei Fußbodenheizungen - Durchlaufend - Vor- und Rücklauf verzahnt Abb. Verlegeformen bei Fußbodenheizungen - Schneckenform 08.Dezember 2011 Seite: 23

24 Auslegung Auslegungstabelle durch günstige Empfindungstemperaturen sichert die velta Fußbodenheizung hohe Behaglichkeit Anzuwenden, Tabelle für WC und Bäder siehe Seite velta Auslastung Wärmestromdichte Rohrmittenabstand Rohrbedarf Heizkreislänge t Hm = 47,5 C Die Angaben in dieser Auslegungstabelle basieren auf einem Oberbodenbelag mit einem Wärmeleitwiderstand von R, B =0,15 m 2 K/W (t u = 10 C). Die Tabellen sin nicht für WC und Bäder Fußbodenoberflächentemperatur ti = 20 C Norm Innentemperatur max. Heizkreisgröße Wrmeleistung je Heizkreis Heizmittelstrom je Hzk. Druckver-lust je Hzk. Aufenthaltszonen V z 30 V z 20 V z 15 V z 10 t F.m t F,max. q s a LHzk. A max. Q F m H delta p H mittl. Wert max. Wert C C W/m 2 cm m/m 2 m m 2 25,7 26,7 27,2 27,8 26,2 26,7 27,2 27, Abb. Auslegungstabelle Flächenheizung für mittlere Vorlauftemperatur 47,5 Grad ,3 5 6,7 10 Warmeleistung je Heizkreis kg/h mbar Vorlauftemperatur: 50,1 C Rücklauftemperatur: 45,1 C delta t = 5K , Für den Sanierungsbereich sind Fußbodenheizungen mit besonders dünnen Aufbauten entwickelt worden. Durch Nutzerverhalten können Rohrleitungen beschädigt werden, was einen beträchtlichen Reparaturaufwand zur Folge hat. Fußbodenheizungen können ab einer Gesamtdicke von 2 cm verlegt werden. Sollen Flächenheizungen in Trockenaufbauten verlegt werden wie z.b. auch bei Sporthallenböden so wird als Wärme verteilende Schicht dünne Blechplatten im Unterboden verlegt. Hochschule München Architektur Fachgebiet Klimadesign Professor Clemens Richarz Architekt Seite: Dezember 2011

25 Abb. System Minitec von uponor (oben) Fußbodenheizung bei trockenen Aufbauten mit Wärmeleitblechen (unten). Wandheizungen funktionieren im Prinzip wie Fußbodenheizungen. Der Vorteil von Wandheizungen besteht darin, dass sie in der Regel geringere Raumtemperaturen ermöglichen, da die Wände erwärmt werden. Dies führt tendenziell zu einer Reduktion des Energieverbrauches. Der Nachteil liegt in der Anfälligkeit der Konstruktion. Durch Nutzerverhalten können Rohrleitungen beschädigt werden, was einen beträchtlichen Reparaturaufwand zur Folge hat. Abb. Links: Prinzipaufbau einer Wandheizung. Die Rohre werden zunächst eingeputzt Danach wird eine Armierungsschicht aufgebracht, über die nochmals verputzt wird. Rechts: Wandheizung im Trockenbau 08.Dezember 2011 Seite: 25

26 Übung Dimensionieren Sie überschlägig die Fußbodenheizung im Großraum des unten stehenden Beispielgebäudes. Die Auslegung soll einmal kostenoptimiert und einmal energieoptimiert erfolgen. U-Werte opake Bauteile 0,3 W/m 2 K, Fenster 1,4 W/m 2 K, Standort München. Hochschule München Architektur Fachgebiet Klimadesign Professor Clemens Richarz Architekt Seite: Dezember 2011

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28 Luftheizung Luft kann mit maximal 50 Grad in einen Raum eingebracht werden. Luftheizungen kommen jedoch nur dann in Betracht, wenn aufgrund optimaler Wärmedämmung nur eine geringe Heizleistung realisiert werden muss (15-20 W/qm). Der Luftwechsel, der zur Einbringung der Wärme erforderlich ist, sollte nicht höher sein wie der nötige Luftwechsel, der für die Frischluftzufuhr benötigt wird. Ist dies der Fall, kann effizient mit einem Anlagensystem die Raumkonditionierung erreicht werden. Ist diese Kongruenz nicht gegeben, muss also der Luftwechsel erhöht werden, nur um die Wärme in den Raum zu bringen, so muss zusätzlich zur Energie für die Wärmeerzeugung noch Energie für die Stromerzeugung (Ventilatorenergie) aufgebracht werden. Luftheizungen bieten grundsätzlich gesehen folgende Vorteile: - kein separates Wasserverteilnetz nötig - Doppelnutzung von Anlagentechnik bei sowieso vorhandener Lüftungsanlage - Nutzung von Erdwärme durch Zuluftführung im Erdkanal - keine sichtbaren Leitungen durch Luftführung in der Decke 12, ,20 1,20 2,40 2,40 2,40 2,80 17, ,20 4,80 4,80 4,801, ,0 m² 56,6 m² 4,2 m² 9,8 m² 4,2 m² 3,80 14,40 1, , ,20 1,20 9,60 1,20 1,20 Abb. Schematische Darstellung einer Luftheizung. Die Zuluftleitungen können auch in der Decke einbetoniert werden. Dimensionierung Luftheizung: Heizleistung Raum: Volumen Raum: Übertemperatur Luft: Luftwechselzahl: Luftmenge: Anzahl Luftauslässe: (Tellerventil 100 cbm/h): Hochschule München Architektur Fachgebiet Klimadesign Professor Clemens Richarz Architekt Seite: Dezember 2011

29 Auslegung Eine Luftheizung kann überschlägig wie folgt dimensioniert werden: Der maximal erforderliche Luftwechsel wird für den kältesten Tag ermittelt. Bei 16 Grad Außentemperatur muss die Luft soweit über Raumtemperatur - hier 30 Grad - erwärmt werden, dass durch den Wärmeeintrag die Transmissionswärmeverluste ausgeglichen werden: Bei dem dargestellten Pavillongebäude würde bei gutem Dämmstandard die Verlustleistung durch Transmission ca Watt betragen. Bei einem Raumvolumen von 585 m³ könnte diese Leistung dann erbracht werden, wenn mit einfachem Luftwechsel Luft mit 45 Grad also mit 20 Grad Übertemperatur in den Raum eingeleitet wird. (0,34 Wh/m³K * 585 m³/h * 20 K = 4000 Watt) Der Energiebedarf über die Heizzeit gesehen müsste auf zwei Betrachtungsebenen ermittelt werden: Der Wärmebedarf selbst also die Wärmemenge die der Luft zugeführt werden muss - kann auf unterschiedliche Art bereitgestellt werden (Gas, Strom, Öl etc.). Zusätzlich zu dem Wärmebedarf muss der Ventilatorstrom berücksichtigt werden, der benötigt wird, um die Wärme in den Raum zu transportieren. Nimmt man für die Heizzeit einen mittleren Luftwechsel von 1 an, um die benötigte Wärme in den Raum zu transportieren, so würden bei 180 Heiztagen m³ Luft bewegt (180 Tage * 24 h/tag * 585 m³/h), was bei einem Stromverbrauch von 0,8 Wh/m³ (für Zuluft und Abluftventilator) zu einem Strombedarf von 2021,76 kwh führen würde. Die Übertemperatur der Luft wäre dann in der Regel bei ca Grad, so ein hohes Maß an Behaglichkeit gegeben ist. Berücksichtigt man dabei, dass ein Luftwechsel von 0,5 / h aus hygienischen Gründen sowieso also auch ohne Heizung erbracht werden müsste, so wäre dann der Mehraufwand an Ventilatorenergie für die Heizung 1010,88 kwh. 08.Dezember 2011 Seite: 29

30 Beispiel Dimensionieren Sie bei unten abgebildeten Beispielgebäude überschlägig die Auslegung für eine reine Luftheizung (Luftwechsel, Lufttemperatur). U-Werte opake Bauteile 0,3 W/m 2 K, Fenster 1,4 W/m 2 K, Standort München. Hochschule München Architektur Fachgebiet Klimadesign Professor Clemens Richarz Architekt Seite: Dezember 2011

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32 Links Fußbodenheizung Interaktive Seiten im Profibereich (Richarz/oeAyeA) Gute Informationen über Normen etc. Wandheizung Hochschule München Architektur Fachgebiet Klimadesign Professor Clemens Richarz Architekt Seite: Dezember 2011

33 Fragen Welche Maßnahmen können Sie treffen, um die Vorlauftemperatur bei Fußbodenheizungen zu reduzieren Um wie viel Prozent vermindert sich die Heizleistung bei einem Heizkörper, der in einer Nische eingebaut ist (Abstand zu Rand je 10 cm) im Vergleich zu einem frei hängenden Heizkörper? Unter welchen Bedingungen kann ein Gebäude mittels Luftheizung beheizt werden? Worin besteht das Problem bei einer Luftheizung? Ist die Wärmeabgabe über eine Fußbodenheizung im Altbau möglich? Welcher Zusammenhang besteht zwischen Wärmeabgabe und Wärmeerzeugung? Warum ist der Einsatz einer Flächenheizung sinnvoll, um regenerative Energie zu nutzen? Welchen energetischen Vorteil bringt es, wenn der Verlegeabstand bei der Fußbodenheizung reduziert wird? Welcher Zusammenhang besteht zwischen Verlegeabstand und Größe des Heizkreises bei einer Fußbodenheizung? Verändert sich der jährliche Energiebedarf, wenn Sie statt Fliesen einen Parkettbelag bei der Fußbodenheizung einsetzen? 08.Dezember 2011 Seite: 33

34 Anlagen Leistungsdaten 2 - Säuler Hochschule München Architektur Fachgebiet Klimadesign Professor Clemens Richarz Architekt Seite: Dezember 2011

35 Leistungsdaten 3 - Säuler 08.Dezember 2011 Seite: 35

36 Leistungsdaten 4 Säuler Hochschule München Architektur Fachgebiet Klimadesign Professor Clemens Richarz Architekt Seite: Dezember 2011

37 Leistungdaten 5 Säuler 08.Dezember 2011 Seite: 37