Auslegung von Fußbodenheizungen
Haben sie diese Aussagen auch schon öfters 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.
- Vorlauftemperatur sollte unter 30 Grad liegen
Im Folgenden möchten wir Ihnen darstellen, wie diese Aussagen zustande kommen und warum sie prinzipiell nicht zielführend sind.
Maximale Länge von Heizkreisen
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 = Differenzdruck zwischen Eingang und Ausgang welcher von der Umwälzpumpe überwunden werden muss. Maßgebend ist der maximal Druckverlust und nicht die Summe der Druckverluste der einzelnen Kreise
Spreizung = Die Differenz von Vorlauf und Rücklauftemperatur eines Heizkreises
Es ist zu erkennen das 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. 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. Der Kreis 3 ist 20 Meter länger, allerdings ist die belegte Fläche hier kleiner und dadurch wiederum auch Leistung und Druckverlust.
Zu erkennen ist weiterhin das der Druckverlust tendenziell geringer ist bei Bodenbelägen mit einem großen Wärmeübergangswiderstand (Parkett) sowie in Räumen mit erhöhter Raumtemperatur (Badezimmer) weil dann die Leistung sinkt.
Aus diesen Gründen greift die Vorgabe, Kreise sollten nur 80-100 Meter lang sein viel zu Kurz. Bei der effizienten Auslegung müsse alle Parameter betrachtet werden, um geeignete Längen festzulegen.
Möglichst gleichlange Kreise
Diese Aussage entspricht wieder dem Gedanken den Druckverlust so gering wie möglich zu halten. Maßgebend ist nicht etwa die Summe der Druckverluste, sondern der Druckverlust des schlechten Kreises. Im Falle des folgende Beispieles ist dies Kreis 3. Im Rahmen einer effizienten Auslegung sollte dieses 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 öfters 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 ausgelegt wurden. Bei einem korrekt berechneten „hydraulischen Abgleich“ bekommt der Kreis nur die Wassermenge, welche er auch an den Raum als Leistung abgeben kann. Deshalb kommt es nicht zu einem thermischen Kurzschluss, weil das Heizwasser am Ende des Kreises mit der berechneten Rücklauftemperatur zurück an den Wärmeerzeuger geführt wird.
In der Tat wird dieser Kreis mit einem kleinen Durchfluss eingeregelt, weil er auch nur eine geringe Heizleistung im Vergleich zu allen anderen Kreisen hat. Problematisch ist dies allerdings absolut nicht.
Viel problematischer wäre in diesem Fall den Kreis zu verlängern und z. B. WC und Büro mit einem Kreis anzubinden. In diesem Fall kann es in einem der Räume zu Unterkühlung oder Überheizung kommen, weil der Wärmebedarf nicht separat für beide Räume geregelt werden kann.
Der Druckverlust sollte so gering wie möglich sein
Im folgenden Beispiel wird der Stromverbrauch einer Umwälzpumpe in einem Einfamilienhaus mit einer 5kW Wärmepumpe dargestellt.
Heizwasserdurchfluss maximal: 15 L/min = 0,9 m³/h
Druckverlust maximal = 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 Stromverbrauch abgelesen aus dem Pumpendiagramm beträgt hier 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 Prozent auf 10.000 Pa ergeben sich Stromkosten von ca. 7,3 € pro Jahr. Eine Einsparung von 2,7 €. Bei 40 Jahren Laufzeit beträgt dies gerade einmal 100 Euro. Zum Vergleich : 1 Meter Rohr Fußbodenheizung 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
Zusammenfassend liegt der optimale Betriebsbereich einer Fußbodenheizung zwischen 6.000 und 9.000 Pa, um ein ausgewogenes Verhältnis von Investition und Betriebskosten zu erreichen. In jedem Fall ist der optimale Bereich bei jedem Haus unterschiedlich und wird bei unseren Auslegungen individuell berücksichtigt.
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 (z. B. Erdgeschoss und Obergeschoss)
Dadurch ergibt sich vielmehr folgende Aufteilung:
5 m DN25 Rohr (Innendurchmesser 18 mm) zum Verteiler EG 7,5l/min = 1000PA
5 m DN25 Rohr (Innendurchmesser 18 mm) zum Verteiler OG 7,5l/min = 1000PA
2,5 m DN 25 Rohr (Innendurchmesser 18 mm) von Heizung zur Abzweigung der beiden Verteiler 15l/min= 2000PA
Dies ergibt hier einen maximalen Druckverlust von 3000 PA (es zählt nur der Fließweg mit dem höchsten Druckverlust) für die Rohrleitung, der gemäß der wirtschaftlichen Berechnung im vorherigen Punkt Sinn ergibt. 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.
Vorlauftemperatur sollte unter 30 Grad liegen
Diese Aussage ist vollkommen korrekt! Aber dies ist nur bei sehr wenigen Gebäuden möglich und auch nur bei folgenden Randbedingungen:
- Hohe Normaußentemperaturen nach DIN 12831 (Die niedrigst 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
