Regelung der Fußbodenheizung - Der Selbstregeleffekt

Unter der Annahme, dass an jeder Stelle des Fußbodens die gleiche Oberflächentemperatur herrscht (isothermer Boden), beträgt die Wärmeabgabe

Q = A_F · α · (θ_FB - θ_i)

Darin ist

Q = Wärmeleistung (W)
A_F = Heizfläche (m²)
α = Wärmeübergangskoeffizient (W / m²K)
θ_FB = mittlere Oberflächentemperatur
θ_i = Innentemperatur

Der Wärmeübergangskoeffizient setzt sich aus einem Strahlungs- und einem Konvektionsanteil zusammen. Beide werden in bestimmten Grenzen von den baulichen Gegebenheiten beeinflusst. Die Norminnentemperatur eines Raumes ist nicht etwa die Lufttemperatur, sondern eine operative Temperatur, die allgemein 1 - 2K höher als die Raumlufttemperatur t_L ist. Der Wert für α liegt im oberen Leistungsbereich mit hinreichender Genauigkeit bei ca. 10 -11 W / (m²K).

Ändert sich die Raumtemperatur θ_i z. B. von 20 auf 21 °C, während die mittlere Fußbodenoberflächentemperatur θ_Fm = 25 °C beträgt, so verhalten sich die Leistungen Q₂₀ vorher, zu Q₂₁ nachher wie

Q₂₁ = A · α (25 – 21) = 4
Q₂₀ = A · α (25 – 20) = 5 
→ 0,80

Die Wärmeleistung sinkt also um 20 %.

Würde sich die Innentemperatur θ_i durch starke Einwirkung von Fremdwärme (z.B. Sonneneinstrahlung) auf 25 °C er höhen, so würde mangels Temperaturdifferenz die Wärmeabgabe an den Raum scheinbar eingestellt. Diesen Vorgang bezeichnet man als Selbstregelungseffekt. Dennoch ist die zuvor beschriebene Rechnung nicht ganz richtig. Durch die verminderte Wärmeabgabe des Fußbodens wird es aufgrund der noch höheren Temperatur im Bereich der Heizrohre zu einer Temperaturerhöhung an der Fußbodenoberfläche kommen, die mit fortschreitender Zeit mehr und mehr zunimmt, bis ein neuer Gleichgewichtszustand zwischen der Fußbodenoberflächentemperatur und der Raumtemperatur eingetreten ist. Darüber hinaus wird selbst bei Temperaturgleichheit zwischen Boden und Raumluft noch Wärme durch Strahlung an die kühleren Wände abgegeben. Bei einer Heizkörperanlage mit einer mittleren Heizflächentemperatur von 60 °C (65 / 55 °C) würde sich die Wärmeabgabe nur um:

Q₂₁ = A · α (60 – 21) = 39
Q₂₀ = A · α (60 – 20) = 40
→ 0,975

~ 2,5 % verringern.

Soll im vorliegenden Beispiel die gleiche Leistungsreduzierung wie bei der Fußbodenheizung eintreten, so müsste zunächst die Raumtemperatur auf 28 °C ansteigen. Je niedriger der Wärmeverlust eines Hauses ist, desto niedriger sind auch die erforderlichen Oberflächentemperaturen des Fußbodens und desto größer wird der Selbstregelungseffekt. Obwohl dieser Effekt der Fußbodenheizung eine willkommene Tatsache ist, kann er dennoch keine Regelung ersetzen. Viele Fußbodenheizungsbesitzer hätten bei entsprechender Berücksichtigung der vorgenannten Zusammenhänge eine noch bessere Regelfähigkeit und Behaglichkeit erzielen können. Auch bei Fußbodenheizungsanlagen kann eine Nachtabsenkung vorgenommen werden. Die Raumtemperatur darf nur nicht so weit abgesenkt werden, wie bei einer Heizkörperanlage. Außerdem müssen die Absenk- und Wiederaufheizzeiten dem Heizungssystem und seiner Trägheit angepasst sein.