Auslegung von Fußbodenheizungen
Haben Sie diese Aussagen auch schon öfter gelesen oder von vermeintlichen Experten gehört?
- “Heizkreise sollten maximal 80-100 Meter lang sein.”
- “Es sollen möglichst gleichlange Kreise verwendet werden.”
- “Der Druckverlust sollte so gering wie möglich sein.”
- “Der Durchmesser der Rohre zum Verteiler der Fußbodenheizung sollte 30 mm betragen.”
- “Die Vorlauftemperatur sollte unter 30 Grad liegen.”
Im Folgenden möchten wir Ihnen darstellen, wie diese Aussagen zustande gekommen sind und warum sie nicht zielführend sind.
Wir erstellen grundsätzlich keine Auslegungen nach Flow30. Auch nicht gegen Aufpreis!
Wünschen Sie zwingend eine entsprechende Planung, dann suchen Sie sich bitte ein anderes Planungsbüro.
Aussage 1: "Heizkreise sollten maximal 80-100 Meter lang sein."
Sinn und Zweck der Limitierung der Rohrlänge von Heizkreisen ist die Reduzierung des Druckverlustes. Je höher der Druckverlust ist, je mehr Energie muss die Umwälzpumpe aufbringen, um das Heizwasser durch die Leitungen zu fördern. Ergo bedeutet mehr Energie auch mehr Stromkosten. In der folgenden Tabelle stellen wir einige Heizkreise vor und vergleichen die Ergebnisse:
Wichtige Kenngrößen einer Fußbodenheizung
Heizleistung = die Wärmeleistung, welche die Fußbodenheizung dem Raum zuführt.
Druckverlust = der Differenzdruck zwischen Eingang und Ausgang, welcher von der Umwälzpumpe überwunden werden muss. Maßgebend ist der maximale Druckverlust und nicht die Summe der Druckverluste der einzelnen Kreise.
Spreizung = die Differenz von Vorlauf- und Rücklauftemperatur eines Heizkreises.
Es ist zu erkennen, dass Kreis 4 mit 160 Metern in diesem Beispiel den niedrigsten Druckverlust mit 4167 Pascal hat. Der kleinste Kreis 1 mit nur 80 Metern allerdings 34.875 Pascal und damit über 8-mal mehr als der Längste. Der Unterschied resultiert in der Heizleistung, welche bei Kreis 4 nur 308 Watt und bei Kreis 1 1260 Watt beträgt.
Die Heizleistung wiederum ist von folgenden Parametern abhängig: Verlegeabstand, Fläche, Raumtemperatur, Bodenbelag, Vorlauftemperatur sowie der Spreizung zwischen Vorlauf und Rücklauf.
Bei Kreis 2 ist der Druckverlust nur halb so groß wie bei Kreis 1, obwohl die Länge gleich ist. Der Unterschied liegt in der 5 °C unterschiedlichen Vorlauftemperatur und damit auch der unterschiedlichen Leistung.
Kreis 3 ist 20 Meter länger, allerdings ist die belegte Fläche hier kleiner und dadurch wiederum auch Leistung und Druckverlust.
Zu erkennen ist weiterhin, dass der Druckverlust bei Bodenbelägen mit einem großen Wärmeübergangswiderstand (Parkett) sowie in Räumen mit erhöhter Raumtemperatur (Badezimmer) tendenziell geringer ist, weil dann die Leistung sinkt.
Aus diesen Gründen greift die Vorgabe, Kreise sollten nur 80-100 Meter lang sein viel zu kurz. Bei einer effizienten Auslegung müssen alle Parameter betrachtet werden, um geeignete Längen festzulegen.
Aussage 2: "Es sollten möglichst gleichlange Kreise verwendet werden."
Diese Aussage entspricht dem Gedanken, den Druckverlust so gering wie möglich zu halten. Maßgebend ist nicht etwa die Summe der Druckverluste, sondern der Druckverlust des schlechtesten Kreises. Im Falle des folgende Beispieles ist dies Kreis 3. Im Rahmen einer effizienten Auslegung sollte dieser Kreis entweder geteilt werden, oder der Verlegeabstand reduziert werden, um den Druckverlust zu reduzieren.
Der Kreis 1 ist hier mit 25 Metern absolut unproblematisch, auch wenn er nicht gleichlang wie alle anderen Kreise ist. In der Regel sind solche Kreise in kleinen WCs oder Abstellräumen zu finden. Auch hier hört man öfter folgende Aussagen:
- Kleine Kreise führen zu thermischen Kurzschlüssen.
- Kleine Kreise lassen sich nicht sauber einregeln.
- Kleine Kreise müssen komplett zu geregelt werden.
Diese Aussagen stammen wie die vorherigen noch aus Zeiten in denen Fußbodenheizungen nicht berechnet und entsprechend ausgelegt wurden. Bei einem korrekt berechneten “hydraulischen Abgleich” bekommt der Kreis nur die Wassermenge, welche er auch an den Raum als Leistung abgeben kann.
Weil das Heizwasser am Ende des Kreises mit der berechneten Rücklauftemperatur zurück an den Wärmeerzeuger geführt wird, kommt es nicht zu einem thermischen Kurzschluss.
In der Tat wird Kreis 1 mit einem kleinen Durchfluss geregelt, weil er auch nur eine geringe Heizleistung im Vergleich zu allen anderen Kreisen hat. Problematisch ist dies allerdings nicht.
Viel problematischer wäre in diesem Fall Kreis 1 zu verlängern und z. B. WC und Büro innerhalb eines Kreises anzubinden. In diesem Fall könnte es in einem der Räume zu Unterkühlung oder Überheizung kommen, weil der Wärmebedarf nicht separat für beide Räume geregelt werden kann.
Aussage 3: "Der Druckverlust sollte so gering wie möglich sein."
Im folgenden Beispiel wird der Stromverbrauch einer Umwälzpumpe in einem Einfamilienhaus mit einer 5 kW Wärmepumpe dargestellt.
Heizwasserdurchfluss max. 15 l/min = 0,9 m³/h
Druckverlust max. = 15.000 Pa = 1,53 m (Förderhöhe)
(8000 Pa FBH + 3000 Pa Zuleitungen zum Verteiler + 4000 Pa durch Regelventile und sonstiges)
Laufzeit pro Jahr = 5000 h
Der aus dem Pumpendiagramm abgelesene Stromverbrauch beträgt im Beispiel 7 Watt.
Dadurch ergibt sich ein Stromverbrauch von 35 kWh pro Jahr und damit Stromkosten von ca. 10 € pro Jahr (0,29 € pro kWh).
Senken wir jetzt den Druckverlust um 30 % auf 10.000 Pa ergeben sich Stromkosten von ca. 7,30 € pro Jahr. Eine Einsparung von 2,70 €. Bei 40 Jahren Laufzeit beträgt dies gerade einmal 100 €.
Zum Vergleich: 1 Meter Fußbodenheizungs-Rohr kostet ca. 1 €.
Bei nicht korrekt ausgelegten Fußbodenheizungen kann der Druckverlust auch bei 50.000 Pa liegen. Dadurch ergeben sich Stromkosten von 45 € pro Jahr. Im Vergleich fast 1.400 € Mehrkosten bei 40 Jahren Laufzeit
Um ein ausgewogenes Verhältnis von Investition und Betriebskosten zu erreichen, liegt der optimale Betriebsbereich einer Fußbodenheizung zwischen 6.000 und 9.000 Pa.
In jedem Fall ist der optimale Bereich bei jedem Gebäude unterschiedlich und wird bei unseren Auslegungen individuell berücksichtigt.
Aussage 4: "Der Durchmesser der Rohre zum Verteiler der Fußbodenheizung sollte 30 mm betragen."
Beispiel:
Bei 15 l/ min und DN32 Kunststoffrohr (Innendurchmesser 24 mm) ergibt sich bei 10 Metern Rohrleitung ein Druckverlust von 2000 PA. Allerdings wird man bei 15l/min zwei Verteiler verwenden müssen (z. B. Erdgeschoss und Obergeschoss).
Dadurch ergibt sich folgende Aufteilung:
5 m DN25 Rohr (Innendurchmesser 18 mm) zum Verteiler EG 7,5 l/ min = 1000 PA
5 m DN25 Rohr (Innendurchmesser 18 mm) zum Verteiler OG 7,5l / min = 1000 PA
2,5 m DN 25 Rohr (Innendurchmesser 18 mm) von der Heizung zur Abzweigung der beiden Verteiler 15 l/ min= 2000 PA.
Dies ergibt in diesem Beispiel einen maximalen Druckverlust von 3000 PA für die Rohrleitung, der gemäß der wirtschaftlichen Berechnung Sinn ergibt. (Es zählt nur der Fließweg mit dem höchsten Druckverlust.) Ein Mehrpreis für die Installation in größerer Nennweite macht hier keinen Sinn. Die Einsparung im Pumpenstrom beträgt unter 1 € pro Jahr.
Wir dimensionieren deshalb nach 50-100 PA pro Meter Rohrleitung.
Aussage 5: "Die Vorlauftemperatur sollte unter 30 Grad liegen."
Diese Aussage ist korrekt! Aber dies ist nur bei sehr wenigen Gebäuden möglich und auch nur bei folgenden Randbedingungen:
- Hohe Normaußentemperaturen nach DIN 12831 (Die niedrigste vorkommende Außentemperatur an Ihrem Standort)
- Kein Parkett oder Teppich als Bodenbelag, insbesondere in den Räumen im Dachgeschoss. (Erdgeschosse/ Zwischengeschosse haben in der Regel niedrigere Heizlasten pro m², wenn sich ein beheiztes Geschoss darüber befindet.)
- Rechteckige/ kompakte Gebäudeform, z. B. 2 Vollgeschosse mit Satteldach, mit Dämmung der OG-Decke sowie dem Steildach.
- Günstiges Verhältnis von Fußbodenfläche zu Außenflächen
- Hoher Dämmstandard
Erfahrungsgemäß ist ein Vorlauf unter 30 Grad nur bei 10-20 % der Gebäude überhaupt möglich.
