Freiflächenheizung

835
Autoren
OldBo
27.11.2012

Radtke 31.07.2009
Ein weiteres Anwendungsgebiet der Fußbodenheizung ist die Freiflächenheizung. Unter Freiflächen werden alle Flächen verstanden, die nicht von Wohn- oder Hallenraum umgeben sind, also den Witterungseinflüssen unterliegen. Durch eingebaute Fußbodenheizungsrohre werden diese Flächen eis- und schneefrei gehalten.
Grundlagen
Abb. 1. Rasenheizung. (Werkfoto: Polytherm)
 Abb. 1. Rasenheizung. (Werkfoto: Polytherm)

Ein weiteres Anwendungsgebiet der Fußbodenheizung ist die Freiflächenheizung. Unter Freiflächen werden alle Flächen verstanden, die nicht von Wohn- oder Hallenraum umgeben sind, also den Witterungseinflüssen unterliegen. Durch eingebaute Fußbodenheizungsrohre werden diese Flächen eis- und schneefrei gehalten.

Bei Verladerampen, Zufahrten von Gebäuden und Hofflächen soll auch zur Winterzeit ungestörte Bewegungsmöglichkeit ohne Glatteis oder Schnee bestehen. Unfallgefahren werden vermindert, eine Verschmutzung der Gebäudeeingänge durch eingeschleppte Schneereste findet nicht statt. Personal und Geräte für die Räumung von Schnee brauchen nicht vorgehalten zu werden und Streugut, wie Salz, das ohnehin die Umwelt belastet, ist nicht erforderlich.

Bei Rasenheizungen, zum Beispiel in Fußballstadien, soll die ganzjährige Bespielbarkeit sichergestellt sein. Freiflächenheizungen erfordern neben einer fachkundigen Beurteilung der jeweiligen Situation auch einiges Know-how in Bezug auf die Steuerung und Regelung.

Es geht um die ständige Erfassung der Außentemperatur, der Luftfeuchtigkeit und der Oberflächentemperatur, um genau dann mit der Wärmeversorgung einzusetzen, wenn es erforderlich ist. Eis darf nicht entstehen und Schnee sollte so schnell wie möglich beim Auftreten auf den Boden schmelzen. Natürlich wäre eine ständige Beheizung des Bodens auf eine sichere Temperatur denkbar, doch wäre das Energieverschwendung. Freiflächen lassen sich mit extrem niedrigen Vorlauftemperaturen betreiben, die selten 30 °C überschreiten. Wenn dann noch Abwärme mit solch niedriger Temperatur verfügbar ist, die anderweitig ohnehin nicht mehr genutzt werden kann, so fallen nicht einmal Betriebskosten für die Fußbodenheizung an.
Was vielfach nicht beachtet wird, ist die hohe spezifische Wärmeleistung, die zur Eis- und Schneefreihaltung einer Freifläche erforderlich ist. Hier muss man mit Werten von bis zu 250 W / m2 und mehr, je nach Betriebsweise, kalkulieren. Das hat Auswirkungen auf die maximale Größe der einzelnen Heizkreise und / oder auf die Durchmesser der verwendeten Heizrohre. Hinzu kommt, dass in den Heizrohren kein Wasser, sondern eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel strömt. Die wiederum erhöht die Viskosität (kinematische Zähigkeit) des Wassers und führt zu einer größeren Reibung auf den Rohrwänden, d. h. es treten größere Druckverluste in den Heizkreisen auf. Als Folge dieser Zusammenhänge muss eine Abstimmung zwischen den verfügbaren Umwälzpumpen, deren Antriebsleistung und entsprechenden Rohrquerschnitte erfolgen. 

Kleine Heizflächen lassen sich ohne weiteres mit Heizrohren der Dimension 20 x 2 mm ausführen. Bei größeren Flächen sind Rohre mit einem Durchmesser von 25 mm und mehr erforderlich. Nur so lassen sich bei vertretbarer Pumpenleistung ausreichend große Heizkreise unterbringen und die Anzahl der Heizkreise wächst nicht ins Uferlose. Bei kleinen Flächen wird man die üblichen Heizkreisverteiler einsetzen. Bei Großflächen kann es jedoch günstiger sein, seitlich entlang der Felder Verteilerrohre größerer Nennweiten zu verlegen, um daran die Heizkreise bevorzugt im Tichelmann-System zu verlegen. Dieses System stellt eine gleichmäßige Durchströmung aller Heizkreise sicher. Beim Betrieb der Anlage, besonders im Anfahrtsstadium, kann Heizwasser mit relativ niedriger Temperatur durch den Verteiler und die Umwälzpumpe fließen. Dann besteht die Gefahr, dass an der Oberfläche des Heizkreisverteilers, aber auch der Umwälzpumpe durch den Kontakt mit feuchtwarmer Umgebungsluft Kondenswasser entsteht, das auf den Boden tropft. Deshalb ist stets eine Umwälzpumpe zu verwenden, für die Schwitzwasserbildung nicht schädlich ist. Der Verteiler sollte dann so untergebracht sein, dass die Schwitzwasserbildung nicht stört bzw. das abtropfende Kondenswasser aufgefangen werden kann.

Wegen der Frostschutzfüllung werden die Heizkreise über einen Wärmetauscher mit der Heizungsanlage verbunden. Der Wärmetauscher ist in geeigneter Weise gegen Zerstörung durch Frosteinwirkung zu schützen. Diese Gefahr besteht dann, wenn der Sekundärkreis zirkuliert, jedoch auf der Primärseite keine Wärme, z. B. durch den Ausfall einer Pumpe, herangeführt wird. Im Sekundärkreislauf können wegen der Frostschutzfüllung Temperaturen von unter 0 °C auftreten. Durch den Kontakt mit dem primärseitigen, nicht mit Frostschutz versehenen Wasser, wird diesem dann soviel Wärme entzogen, dass es einzufrieren beginnt. Durch die Volumenzunahme würde dann der Wärmetauscher mechanisch zerstört.

Um dieses zu verhindern, muss an geeigneter Stelle des Wärmetauschergehäuses ein Thermostat angebracht sein, der bei Unterschreitung der 0 °C-Grenze die Pumpe im Sekundärkreislauf abschaltet. Eine ähnliche Überwachung wäre auch durch Abfrage und Auswertung der ein- und ausgehenden Temperaturen möglich.


Auslegung

Der Energieverbrauch der Freiflächenheizung ist stark abhängig von der Betriebsweise.

Man unterscheidet zwischen:

• die Oberfläche soll ständig schnee- und eisfrei gehalten werden,

• die Oberfläche soll zu bestimmten Zeiten schnee- und eisfrei sein.

Um Energie zu sparen, muss die Betriebsleistung der jeweiligen Wetterlage angepasst sein. Bei der Auslegung müssen auch extreme Wetterlagen Berücksichtigung finden. Dies sind zum Beispiel auftretende Temperaturstürze bei klarem Himmel und anfallender Schnee, der geschmolzen werden muss. Solange die Oberfläche ständig geheizt wird, was den größten Energieverbrauch verursacht, ist die Regelung noch relativ einfach.

Weitaus schwieriger wird es, wenn Oberflächen nur zu bestimmten Zeiten schnee- und eisfrei gehalten werden sollten. Dann nämlich muss der Zeitpunkt für die Aufnahme des Heizbetriebes festgelegt werden. Dieser ist aber von so vielen Faktoren abhängig, dass schon ein erheblicher Aufwand für die jeweilige Erfassung und Auswertung der Anlagendaten und Witterungsparameter erforderlich wird. Eigentlich müsste bereits der Grad der Temperatur- und Luftfeuchteänderung Berücksichtigung finden, weil es anders kaum möglich ist, die richtige Heizleistung zum richtigen Zeitpunkt zur Verfügung zu stellen. Je kürzer die Vorlaufzeiten, desto größer wird auch die jeweilige Heizleistung. Dieser Umstand muss dann natürlich auch bei der hydraulischen Auslegung beachtet werden.

Rasenheizung
Abb. 2. Präzisionsarbeit: das Einziehen der Rohre direkt unter den vorhandenen Rasen.<br />(Werkfoto: Polytherm)
 Abb. 2. Präzisionsarbeit: das Einziehen der Rohre direkt unter den vorhandenen Rasen.
(Werkfoto: Polytherm)

Hier stehen die Fußballstadien regelmäßig auf der Anwenderliste. Eis und Schnee in den Stadien führen zu Spielabsagen. Fans, Spieler, Manager und Schatzmeister der Vereine stehen vor großen Problemen. Mit dem Einbau einer Rasenheizung werden die Plätze ganzjährig bespielbar. Die Investitions- und Betriebskosten stehen in keinem Verhältnis zu den finanziellen Einnahmen der Vereine, wenn gespielt werden kann. Die Verlegung der Heizrohre erfolgt bei Stadion-Neubauten auf dem planeben vorbereiteten Untergrund. Die Rohre werden von Spielfeldrand zu Spielfeldrand im vorgesehenen Abstand ausgerollt und sofort mit Erde bedeckt. Die Verlegung und Bedeckung erfolgt stufenweise. So kann man die verlegten Streifen noch mit den Transportfahrzeugen frei erreichen, ohne über bereits verlegte Rohre fahren zu müssen.

Die Abdeckerde muss von oben auf die Rohre geschüttet werden. Ein Verschieben von Erde mit einem Radlader oder einem Kettenfahrzeug mit Räumschild ist nicht möglich, da sich die Rohre durch die Rollbewegung der Erde verschieben. Beim nachträglichen Einbau einer Fußbodenheizung wird der Rasen mit einer Spezialmaschine aufgeschlitzt und die Rohre eingezogen. Anschließend wird der Rasen sofort gewalzt, so dass kaum noch Spuren sichtbar bleiben. Je nach Wetter dauert die Installation etwa zwei Wochen. Die Rohre liegen ca. 20 -25 cm unter der Oberfläche.

Entlang der Spielfeldränder verlaufen dann in Gräben Sammelrohre mit großem Querschnitt, an welche die Rasenheizrohre angeschlossen werden. Nach Überprüfung der Dichtigkeit der Anschlüsse werden die Gräben verfüllt und die Oberseite ebenfalls mit Rasen abgedeckt. 

Hofflächen und Zufahrten

Verbundsteinpflaster abgedeckt. Zunächst wird eintragfähiger Untergrund, in den meisten Fällen wohl aus Schottertragschicht, hergestellt. Die Oberfläche wird mit einer dünnen Schicht Sand abgedeckt. Darauf werden preiswerte Betonstahlmatten, z. B. Q 131, zusammenhängend zur Befestigung der Heizrohre ausgelegt. Die verlegten Rohre werden ca. 3 cm mit Sand überdeckt. So liegen sie geschützt und eingebettet im Sand und können bei den weiteren Arbeiten nicht beschädigt werden.

Auf dieser verdichteten Schutzschicht wird dann die Asphaltschicht, bzw. das Verbundsteinpflaster aufgebracht. Während der Aufbringung einer Asphaltschicht empfiehlt sich aus Sicherheitsgründen eine ständige Spülung der Rohre mit kaltem Leitungswasser.

Regelung
Abb. 5. Regler zur Eisfreihaltung.<br />(Werkfoto: tekmar)
 Abb. 5. Regler zur Eisfreihaltung.
(Werkfoto: tekmar)

Rampen und Verkehrsflächen sollen aus Sicherheitsgründen eisfrei gehalten werden. Drei Faktoren spielen bei der Auswahl des Regelkonzepts eine wichtige Rolle:

Temperatur

Luftfeuchte

• Systemleistung und Trägheit

Würde man auch noch die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur und Feuchte mit einbeziehen, so hätte man das ideale Regelsystem. Ferner ist festzulegen, ob das System ständig oder nur zu bestimmten Zeiten die Schnee- oder Eisfreihaltung zu gewährleisten hat. Ist das System z.B. über das Wochenende außer Betrieb und es soll ab Montag früh 07:00 Uhr die Fläche eis- und schneefrei sein, dann ist eine Vorlaufzeit zu berechnen, die von der zur Verfügung stehenden Systemleistung und der Systemträgheit abhängt und ggfs. eine weitere Zeit für das Abschmelzen von Eis und Schnee, deren Menge stets  unterschiedlich sein kann.

Quellen
Das ABC der Flächenheizung und Flächenkühlung Winnenden: Heizungs-Journal Verlags-GmbH, ISBN 3-924788-16-2
Weitere Funktionen



Aktuelle Forenbeiträge
fdl1409 schrieb: Hi Zibbie, Variante 1 gefällt mir viel besser. Einmal ums Haus herum ist auch die Grundidee. Deine Heizlast ist viel zu hoch berechnet. Du hast den Wärmebrückenzuschlag mit 0,1 angenommen. Das ist...
maja5 schrieb: Hallo Jogi, Dass die Aussentemperaturführung alleine nicht ausreicht nehme ich bereits bei meiner teilgedämmten Hütte wahr. Die Sonne "stört" mit bis zu 4kw, dann wird ja der Haushaltsstrom auch überwiegend...
ANZEIGE
Hersteller-Anzeige
UP-fix
Messstationen
Verteilerstationen
Regelstationen
Damit's gut abläuft!
SHKwissen nutzen
Wissensbereiche
Website-Statistik