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Foren
Aufheizleistung für Fußbodenheizung mit Zementestrich
Verfasser:
Hellawer
Zeit: 26.11.2020 14:45:34
0
3052342
Hallo Mitglieder des Haustechnik-Dialogs, ich hätte folgende Frage:
Gibt es einen Berechnungsansatz, um die erforderliche Aufheizleistung für ein Estrich-Fußbodenheizungssystem zu berechnen. Es handelt sich um einen Neubau mit Fußbodenheizung und Zementestrich mit einer Stärke von 8 cm. Die zu beheizende Fläche beträgt 1.000 m² und soll auf einmal aufgeheizt werden. Die berechnete Gebäudeheizlast beträgt 32 kW. Meine Erfahrungswerte waren bisher 150 W/m² Aufheizleistung. Mein Bauherr möchte dies jedoch nicht glauben, dass die erforderliche Leistung so hoch ist und fordert einen rechnerischen Nachweis. Kann mir da jemand weiter helfen? Vielen Dank schon mal.

Verfasser:
lowenergy
Zeit: 26.11.2020 14:50:29
0
3052345
Auf welche Temperatur soll diese Estrichmasse nach dem Aushärten erwärmt werden?
Zitat von Bernd_K Beitrag anzeigen
... zuerst kommt das Aushärten, also die chemische Reaktion, die sollte man ohne Erwärmung ablaufen lassen, danach kommt die Trocknung, die kann man unter Wärmezufuhr machen. Nur: unter welchen Temperaturen am besten? Und da komme ich, wenn ich mir die Chemie und Physik der Sache ansehe, zu anderen Ergebnissen als die Trocknungsprogramme vorgeben.

Zuerst die Chemie von Zementestrich, ohne Berücksichtigung eventueller Additive.
Die läuft ab wie bei "normalem" Zement, also eine mehrphasige Hydratation. Die letzte, langsame Phase dieser "Aushärtung" ist nach 28 Tagen "zu 90% abgeschlossen", genauer: der Zementestrich hat nach dieser Zeit 90% seiner maximal möglichen Druckfestigkeit.
Frühzeitige Wärmezufuhr während der Hydratation stoppt lokal (durch Wasserentzug) den Hydratationsprozess und vermindert die Festigkeit des Estrich, führt zu Spannungen, ergibt Risse...

Allerdings arbeitet man bei Estrich mit sehr hohem Wasseranteil, weil er dann einfacher in eine ebene Fläche zu verarbeiten ist. Wasser/Zement von etwa 0.4 wäre optimal, alles Wasser würde bei der Reaktion aufgebraucht, nichts bliebe übrig. Bei Estrich nimmt man (so weit ich weiss) Wasser/Zement um 0.75.
Es bleibt also nach der Reaktion eine ganze Menge Wasser im Estrich, das aus dem Estrich herausdiffundieren muss. Vor allem aus dem unteren Bereich dauert das sehr lange, senn von da aus geht nach der Hydratation fast nichts mehr über Kapillare, sondern nur noch über Diffusion.

Nach "Abschluss" der Chemie kommt die Physik: das übriggebliebene Wasser soll aus dem Estrich raus, damit Schrumpfungs- und Verformungsprozesse vorm Belegen weitgehend abgeschlossen sind.
Diese Trocknung dauert unter Wärmezufuhr natürlich wesentlich weniger lange, als wenn man den Estrich einfach so vor sich hintrocknen lässt.
Aber ich bin der Meinung, dass dieser Trocknungsprozess unter wohlüberlegten Temperaturen stattfinden sollte, und nicht "heftiger" als unbedingt nötig.

Die Temperaturen während der Trocknungsphase sollten nach meiner Meinung keinesfalls höher sein als als die zu erwartende maximale Temperatur im späteren Heizbetrieb, also bei "modernen" Bauten unter 35°C bleiben. Höhere Temperaturen während der Trocknung
- erzeugen (neben - vor allem vertikal - inhomogener thermischer Ausdehnung) lokal und kurzzeitig sehr geringen Wassergehalt in der Zone um das Rohr, das baut Spannungen auf, die später (langfristig) wieder abgebaut werden müssen.
- führen daher unnötigerweise zu kleinen Rissen im Estrich um das FBH-Rohr herum, das verschlechtert u.a. dauerhaft die Wärmeübertragung vom Rohr auf den Estrich.

Ein weiterer Aspekt: die Spreizung ergibt u.U. lokal hohe laterale Temperaturgradienten im Estrich (vor allem wenn der Rücklauf einer FBH-Schleife nicht weit vom Vorlauf entfernt durch den Estrich läuft), und das hat gerade bei hohem Temperaturniveau ziemliche Spannungen in der Platte zur Folge. Diese Spannungen führen unweigerlich zu Rissbildungen, und die Risse schließen sich nach Abkühlen der Platte nicht mehr vollständig, es bleiben also permanent "inverse" Spannungen.
Also: Estrichtrocknung am besten mit niedriger Spreizung fahren: hoher Volumenstrom (Heizkreispumpe auf maximale Leistung), niedrige Heizleistung (Heizstab aus).
Und die Spreizung sollte in _allen_ Kreisen so niedrig wie möglich sein, also frühzeitig bei noch sehr niedrigen Vorlauftemperaturen an den Verteilern prüfen, ob alle Heizkreise gleiche Spreizung (also gleiche Rücklauftemperatur) haben.

Alles sicher im "Normalfall" nicht katastrophal, aber in jedem Fall kontraproduktiv für Wärmeleitung und Festigkeit.
Meine Meinung also: macht die Trocknung nicht mit höheren als den zu erwartenden maximalen Heiztemperaturen, lieber etwas niedriger, und mit möglichst geringer Spreizung.

Gruß
Bernd..

Verfasser:
winni 2
Zeit: 26.11.2020 15:51:04
1
3052392
Ich verstehe die Frage nicht?
Geht es hier um eine Leistung oder einen Verbrauch?
Wenn es um die Leistung geht, würden im ungünstigsten Fall 33 kW Leistung reichen,
dauert halt nur sehr, sehr lange.

Mehr Leistung = schnellere Aufheizung.

Grüsse

winni

Verfasser:
Hellawer
Zeit: 26.11.2020 17:37:36
0
3052455
Es geht darum welche Leistungsgröße eine mobile Heizzentrale zum Aufheizen der Estrichkonstruktion haben muss. Wie gesagt es gibt Erfahrungswerte von FBH-Herstellern und Lieferanten von mobilen Heizzentralen von 150 W/m² erforderlicher Leistung, sprich bei 1.000 m² Fläche wären 150 kW Leistung erforderlich, um den Aufheizvorgang durchführen zu können. Jedoch wäre es halt interessant, ob man dies auch rechnerisch nachweisen kann.

Verfasser:
KleinTheta
Zeit: 26.11.2020 18:47:23
1
3052486
Ich verstehe auch nicht, was das Problem ist.

Wenn Du die Die Wärmekapazität von Beton(=Estrich) mit 0,720 kWh/(m³·K) hernimmst und diese Aufbauhöhe von 8 cm auf 1000 m² Grundfläche von sagen wir 10°C auf 30°C aufheizen möchtest, dann braucht es dafür 1152 kWh.

Ob eine WP dafür 3 oder 4 Tage braucht ist doch uninteressant, weil:

Du brauchst keine Aufheizleistung, sondern Aufheizenergie!

Verfasser:
lowenergy
Zeit: 26.11.2020 19:25:45
0
3052512
Zitat von Hellawer Beitrag anzeigen
... halt interessant, ob man dies auch rechnerisch nachweisen kann.
Klar kannst das ausrechnen ... in welcher Zeit soll diese rund 80 Kubikmeter Estrichmasse um wieviel Kelvin erwärmt werden?

Verfasser:
Hellawer
Zeit: 26.11.2020 22:02:17
0
3052605
Vielen Dank für Ihre Antworten und Ratschläge, es geht hier jedoch nicht darum einen getrockneten Estrich aufzuheizen, sondern um das Funktionsheizen, sprich der Estrich ist noch nass, bedeutet das Wasser muss heraus geheizt werden....also nicht so trivial wie dargestellt.

Verfasser:
KleinTheta
Zeit: 26.11.2020 22:08:51
1
3052607
Doch, es ist genau so trivial. Nur, dass wegen des Wasseranteils eine höhere Wärmekapazität angenommen werden könnte. Im Gegenzug sorgen allerdings die chemischen Prozesse beim Abbinden für Wärme.

Verfasser:
OttoB
Zeit: 27.11.2020 10:21:33
1
3052800
Es ist nur interessant wenn man unter Zeitdruck steht und das ungebundene Wasser in sag 2 Wochen rausheizen muss, dann muss man rechnen wie viel Energie es braucht das Wasser zu verdunsten. Dafür muss man aber erst genau wissen wie viel Wasser noch drin ist...

Verfasser:
northwell
Zeit: 27.11.2020 11:26:44
1
3052844
Zitat von Hellawer Beitrag anzeigen
Vielen Dank für Ihre Antworten und Ratschläge, es geht hier jedoch nicht darum einen getrockneten Estrich aufzuheizen, sondern um das Funktionsheizen, sprich der Estrich ist noch nass, bedeutet das Wasser muss heraus geheizt werden....also nicht so trivial wie dargestellt.

Funktionsheizen ist nicht trockenheizen.

Verfasser:
Peter 888
Zeit: 28.11.2020 08:24:36
1
3053455
Hallo

Energiebilanz.

Du hast die Estrich-Masse, die aufgeheizt werden muss. Mit der spez. Wärmekapazität kannst Du die Wärmemenge bestimmen, die Du für jeden Schritt brauchst um die Masse aufzuheizen. Dazu kommt ggf. noch eine Teilwärmemenge zum nachtrocknen.

Dann darfst Du die Wärmeabgabe des Estrichs bei jeder Temperatur an den Raum ausrechnen. Steigt natürlich mit der Estrichtemperatur. Allerdings steigt auch irgendwann die Raumtemperatur. und somit die Wärmemenge berechnen, die Du beim Aufheizen an den Raum verlierst.

Das gleiche dann bei der großen Fläche nach unten, durch die Dämmung.

Dann berechnest Du die Verluste durch die Randdämmstreifen.
Danach die Lüftungswärmeverlust um ggf. Wasser aus dem Raum abzutransportieren.

Alle diese Randparameter kannst Du mit einem mehr oder minder großem Aufwand berechnen. Wobei die "normalen" Berechnungsmethoden alle von stitschen Vorgängen ausgehen und nicht die exponentielle Aufheiz- bzw. Abkühlfunktion berücksichtigen.

Alle Wärmemengen addieren und dann durch die Zeit teilen, dann hast Du die benötigte Leistung.

Kannst Deinem Bauherrn ja sagen er soll Decken auf den Estrich legen, verringert die Wärmeabgabe enorm.... :-)

Ich vermute er will die höheren Kosten der "größeren" Mietheizzentrale nicht zahlen.
Welche Berechnungen er fordern kann, sollte in Deinem Vertrag nachzulesen sein. Wenn er mehr will, dann gegen Bares. Und dann relativiert sich der Mehrpreis der größeren Mietzentrale deutlich.


ciao Peter

Verfasser:
hanssanitaer
Zeit: 28.11.2020 10:21:41
1
3053500
Funktionsheizen und Trockenheizen wäre zu unterscheiden. Hier fällt wahrscheinlich beides zusammen.

Bautrockner helfen, die nötige Heizlast beim Trockenheizen zu reduzieren.

Rechnungsansatz:
Aufwärmen von Estrichmasse
Verdampfen des Restwassers
Anteiliges Erwärmen des Gebäudes
Verluste des Gebäudes bei hohen Raumtemperaturen.

Die Berechnung sollte jedes TGA Büro mit üblichen Stundensätzen eines Ingenieurs erstellen können.

Die Energiekosten reduzieren sich im übrigen nicht!

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PeWe34 schrieb: Hallo Du hast schon recht, aber es kommt auch auf's Haus an. Im RH meiner Tochter ist der Fühler auf Südost, und das ist optimal. Scheint um 10:00 die Sonne, geht die Heizung aus, durch die Fenster...
PeWe34 schrieb: Ich weiß zwar, dass Du nicht auf mich hören wirst, aber ich schreibs trotzdem. Der 500 Liter Speicher ist für 10 m² schon etwas klein, wenn er aber hauptsächlich die Heizung in der Übergangszeit unterstützen...
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