Bei der Prüfung eines Heizkörpers nach
DIN 4704 wird das Prüfergebnis einer Bezugslufttemperatur bzw. einer hiermit gebildeten Heizmittelübertemperatur zugeordnet. In der praktischen Anwendung muss ein so geprüfter Heizkörper jedoch den Raum nur auf die festgelegte, empfundene Norminnentemperatur t
i bringen. In der Vergangenheit hat sich dieser Unterschied bisher nicht negativ ausgewirkt. Der Unterschied zwischen der Norminnentemperatur t
i und der Innenlufttemperatur t
L war, bezogen auf eine Heizmittelübertemperatur von 60 K, zu gering. Bei der
Wärmeleistung der
Fußbodenheizung sind die Abweichungen der
Lufttemperatur von der Norminnentemperatur in Bezug auf die Heizmittelübertemperatur so groß, dass sie sowohl bei der Prüfung als auch in der praktischen Anwendung Berücksichtigung finden müssen. (t
i-t
L = 1-2 K bzw. t
F,m - t
i = 9 K). Eine Veränderung der Übertemperatur von 9 K um nur 1 K führt bereits zu einer Leistungsänderung von 11 %. Der große Einfluss der
Temperaturänderung ist dafür verantwortlich, dass in der Vergangenheit stets ausreichende
Heizleistung von der
Fußbodenheizung erbracht wurde. Man hob einfach die Oberflächentemperatur des Fußbodens um 1 – 2 K an, ließ die Innentemperatur des Raumes um 1 K sinken und hatte eine zusätzliche Leistungsreserve von rund 30 %. Im Zuge der Normen, Warmwasser-
Fußbodenheizungen,
DIN EN 1264, legt man nunmehr die Norminnentemperatur zugrunde. Damit ist es möglich, die besonderen Kühlverhältnisse eines Raumes zu eliminieren. Gleichzeitig wurde die maximal zulässige Oberflächentemperatur der Aufenthalts-und Randzonen auf 29 °C bzw. 35 °C begrenzt. Unter Zugrundelegung einer isothermen Bodentemperatur wurde die Basiskennlinie festgelegt (Abb. 23.5).
Darin entspricht einer isothermen Bodenübertemperatur von 9 K eine Basis-Normwärmeleistung von 100 W / m
2. Alle auf der Basiskennlinie liegenden
Wärmeleistungen sind die Maximalleistungen, die sich überhaupt bei der zugehörigen isothermen Oberflächentemperatur erreichen lassen. Kein
Fußbodenheizungssystem weist in der Praxis eine Gleichmäßige isotherme Oberflächentemperatur auf. Deshalb liegt bei allen
Fußbodenheizungssystemen die entsprechende Kennlinie, sie heißt Normkennlinie, grundsätzlich unterhalb der Basiskennlinie. Liegt eine Normkennlinie nicht vor, so muss die Berechnung rein physikalisch vorgenommen werden. Die Schwierigkeit besteht darin, dass nicht mit der Norminnentemperatur t
i gerechnet werden kann. Die vielen unterschiedlichen Einflüsse müssen erkannt und besonders berücksichtigt werden.
In Abb. 23.6 ist z. B. dargestellt, wie sich bei konstantem Gesamtwärmestrom und konstanter Fußboden übertemperatur die Anteile der
Wärmeströme, Strahlung und
Konvektion, in Abhängigkeit von kühlenden Wänden und Decken, verschieben. Sind z. B. die Decke und eine Außenwand gekühlt, so treffen die abfallenden Kaltluftströmungen am Boden aufeinander und werden gebremst. Der konvektive Anteil geht zurück, der Strahlungsanteil steigt.
Ferner besteht eine Abhängigkeit von αges = α
K + α
S zur
Temperaturdifferenz t
F,m - t
i. Sie ist in Abb. 23.7 dargestellt.
Die Berechnung einer Fußbodenheizung kann also grundsätzlich nach 2 Methoden durchgeführt werden:
- Normkennlinie in Verbindung mit der Norminnentemperatur ti
- Physikalische Berechnung mit echten Temperaturen unter Berücksichtigung der jeweiligen Verhältnisse.
Die letztere erfordert einen großen Rechenaufwand und führt bei vereinfachten Annahmen zu entsprechenden Ungenauigkeiten.
Die vorgenannten Zusammenhänge sind u. a. auch dafür verantwortlich, dass die bis ca. 1993 veröffentlichten Leistungsangaben der Systemanbieter zum Teil stark voneinander abwichen. Echte Leistungsangaben nach DIN 4725 wurden erst ab 1993 zur Verfügung gestellt. Die teilweise Unkenntnis der Zusammenhänge führte zu falschen Annahmen und somit zu falschen
Wärmeleistungsangaben. Angaben mit dem Hinweis „theoretische“ bzw. „praktische“ Werte waren ebenfalls zu finden.
Weitere Abweichungen der Leistungsangaben waren bislang in der Grundlage zur Ermittlung des
Wärmebedarfs nach
DIN 4701, Ausgabe 1959 (25Jahre alt !) begründet. Das Berechnungsverfahren erbrachte auf der Basis der damaligen Verhältnisse stets einen größeren
Wärmebedarf als es den heutigen Verhältnissen entspricht. Aus diesem Grund wurden die Leistungsangaben der
Fußbodenheizung quasi zur Kompensation erhöht. Andernfalls wäre es häufig nicht möglich gewesen, den rechnerisch ermittelten zu hohen
Wärmebedarf mit einer
Fußbodenheizung abzudecken. Ab 1984 wurde nach einer neuen
DIN 4701 gerechnet, nunmehr nach
DIN EN 12831. Die sich aus den neuen überarbeiteten Berechnungsgrundlagen ergebenden
Wärmeverluste sind praxisgerecht und begünstigen dadurch den Einsatz der
Fußbodenheizung. Anhand eines nachfolgenden Modellraumes sollen die
Wärmeströme aus
Konvektion und Strahlung berechnet werden.
Beispiel: - Raumabmessungen: 4,00 · 5,00 · 2,50 m
- Außenwand: 5,00 m
- Wärmeverluste nach Außenwand + Fenster = 700 W
- DIN EN 12831 Fußboden = 150 W
- berechnet: Decke = 0 W
- Innenwände = 100 W
- Lüftung = 300 W
- Wärmegewinn durch oberhalb liegende Fußbodenheizung: 10% von 80W/m2 = 8W/m2
- Temperaturen: ti = 20 °C
- ta = –15 °C