Letzte Bearbeitung: 13.12.2011 19:33 IBS / HEIZUNG/ GRUNDLAGEN
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Grundlagen der Wärme- und Heizungstechnik: Wärmeabgabesysteme.
Heizkörper, Strahlungsheizsysteme: Heizleisten, Fußbodenheizung, Wandheizung, Deckenheizung; Komfortklassen und operative Temperaturen; Richtwerte von Flächenheizungen und Flächenkühlungen.
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Wärmeabgabesysteme (Raumheizsysteme) |
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Heizkörper |
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Heizkörper wie Radiatoren und Plattenheizkörper sind noch immer die gängigsten Wärmekörper bei der Beheizung eines Gebäudes.
Heizkörper sind schnell regelbar, in allen Leistungsgrößen und auch in ansprechendem Design lieferbar. Heizkörper sollten allerdings nicht direkt vor Fensterflächen angeordnet werden, weil sie die Sicht der Bewohner einschränken. Zudem steigen die Wärmeverluste stark an.
Ist keine andere Anordnung möglich, so sollten zumindest hochwertige Fenster (U<= 1,3 W/(m²K)) verwendet werden, und die Heizkörper sollten zum Fenster hin einen Strahlungsschutz haben.
Eine Platzierung der Heizkörper an den Innenwänden ist erst bei 3-Scheiben-Wärmeschutzverglasung (U <= 0,7 W/ (m²K)) zu empfehlen.
Bei Verglasungen mit einem schlechteren U-Wert sollten die Heizkörper immer noch in der Nähe der Brüstung unter den Fenstern aufgestellt werden, da die Gefahr von Zugluft durch Kaltluftabfall besteht. |
Verkleidungen vor Heizkörpern sollten vermieden werden - sie reduzieren die Wärmeabgabe und erhöhen die Wärmeverluste.
Die Anbindung der Heizkörper, Heizleisten etc. erfolgt für jedes Zimmer in d. R. mit einem Zweirohrsystem. Die einzelnen Heizkörper sind mit Vor- und Rücklauf parallel geschaltet.
Für die abgegebene Leistung ist es wichtig, dass der Wasservolumenstrom über eine Heizkurve eingestellt werden kann. So können alle Heizkörper auch bei kalten Außentemperaturen die erforderliche Heizleistung abgeben.
Die Auswahl der Heizkörper erfolgt nach Tabellen, in denen der Typ, die Bauhöhe und die mittlere Auslegungstemperatur festgelegt sind. Die Bauhöhe der Heizkörper wird durch die Brüstungshöhe des Fensters bestimmt.
Damit Heizkörper die volle Heizleistung abgeben können, muss unter- und oberhalb genügend freier Raum sein. |
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| Neue Heizkörpergeneration - Mehrlagige Heizkörper mit serieller statt paralleler Durchströmung | |||||||||||||||||||||||||||||
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Problem Normheizlast und benötigte Heizleistung klaffen bei mehrlagigen Heizkörpern mit paralleler Durchströmung im Regelbetrieb weit auseinander. Auf Grund der inneren Wärmequellen sind im Regelbetrieb 54% des maximalen Wärmebedarfs und damit nur 36% der möglichen Normheizlast erforderlich.
Folgen Die bei der Auslegung einzurechnende Zusatzheizlast nach DIN EN 12831 und die inneren Wärmequellen führen dazu, dass der maximale Heizkörper-Leistungsbedarf nur an ca. 10 Tagen im Jahr abgerufen wird. D. h. in 90-95% der Heizperiode findet der Regelbetrieb zwischen 10 und 30% Massenstrom statt.
Der Heizkörper muss den Durchfluss auf 15% reduzieren. Die mittlere Oberflächentemperatur sinkt deutlich unter 40 Grad. Beim Nutzer wird das Gefühl erzeugt, die Heizung wäre defekt oder außer Betrieb. Ein entsprechendes Behaglichkeitsdefizit und unnötige Reklamationen sind die Folge. |
Problemlösung Die Frontplatte des Heizkörpers wird mit den dahinter liegenden Platten in Reihe geschaltet und damit zuerst vom Vorlauf durchströmt.
Im Regelbetrieb reicht die Leistung der vorderen Platte völlig aus und die nachgeschaltete Platte wird kaum erwärmt. Erst mit steigenden Leistungsbedarf trägt auch sie mit hoher Konvektionsleistung zur raschen Raumerwärmung bei.
Vorteile - Verbesserte Dynamik, rasche Reaktionsfähigkeit und bis zu 25% kürzere Aufheizzeit - Bis zu 100% höherer Strahlungsanteil in Teillast und immer noch bis zu 10% höher im Volllastbetrieb - Effiziente Energieeinsparung bis zu 11% in Verbindung mit den werkseitig eingestellten k v-Werten.> mehr...
Quelle: KERMI/ Forschungsberichte von Prof. Dr.-Ing. R. Hirschberg und TU Dresden |
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Strahlungsheizsyteme |
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Das älteste und energetisch beste
Prinzip
der Wärmeübertragung ist die Strahlungsheizung, z. B. Sonne, Kachelofen oder
Deckenstrahlungsheizung
für Sporthallen etc.
Wärme wird in langwelliger Strahlung ausgesandt. Die Strahlungsenergie, die auf die Oberfläche auftrifft, wird von dieser absorbiert und in Wärme umgewandelt.
Die Raumluft wird durch die Strahlung direkt nicht aufgeheizt. Je nach der Temperatur des Strahlers unterscheidet man verschiedene Varianten. |
Varianten - Kachelofen - Fußboden- und Wandheizung - Heizleisten - Deckenstrahlungsheizung - Infrarotheizung
Einige Varianten sind im Sommer auch für die Raumkühlung geeignet. In der Praxis gibt es kaum Anwendungsfälle, in denen Strahlungsheizungen den Konvektionsheizungen nicht überlegen sind. > mehr... |
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Flächenheizsysteme |
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Fußbodenheizung Die Fußbodenheizung hat den Vorteil, dass sie mit sehr niedrigen Heizmitteltemperaturen (max. 40 bis 30° C) auskommt. Die Fußbodenheizung hat einen hohen Strahlungsanteil bei der Wärmeübertragung und sorgt so für ein behagliches Raumklima.
Bei Flächenheizsystemen werden zur Wärmeübertragung Kunststoff- oder Kupferrohre eingesetzt. Die Befestigung der Rohre erfolgt bei Fußbodenheizung (FBH) z. B. über Rohrhalter (Clipse) direkt auf der Fußbodenwärmedämmung.
In Verbindung mit massiven Fußböden mit großer Speicherfähigkeit ist die FBH regelungstechnisch ein träges System. Demzufolge vermeidet man lange Absenkzeiten.
Selbstregeleffekt Die FBH gibt nur so lange Wärme an den Raum ab, wie die Oberflächentemperatur des Fußbodens wärmer ist als die Raumtemperatur (Energieeinsparung).
Sorgfältige Planung Umbauarbeiten etc. sind später kaum möglich. Die Oberflächentemperatur des Fußbodens muss < 25°C sein. Die Abstände der Leitungen (ca. 5 bis 30 cm) sind in Verbindung mit der Wärmeabgabe genau zu berechnen. |
Wandheizung Bei Wandheizungen können die Oberflächentemperaturen höher ausgelegt werden (< 60°C), dafür ist die benötigte Fläche kleiner. Für einen 20 m² großen Raum sind zwischen 5 und 10 m² Wandfläche nötig. Bei der Einrichtung eines Raumes sollte beachtet werden, dass die Wandheizung nicht durch Möbel verstellt werden darf.
Deckenheizung
Die Deckenheizung erwärmt den Raum gleichmäßig über die gesamte
Deckenfläche. Der großflächige Einsatz beispielsweise von
Aluminium-Wärmeverteilern erlaubt die Dosierung der Heizleistung und
eine genaue Regelung des Wärmebedarf der Räume. Die Deckenheizung wird
überwiegend als Alternative zu Fußbodenheizungen, Wandheizungen,
Heizkörpern oder als Kombination zu diesen Wärmekörpern eingesetzt.
Deckenheizungen werden in Wohnbauten als Zusatzheizfläche eingesetzt,
sie heizen Geschäfts- und Bürogebäude, Verwaltungsbauten und Banken,
Schalterhallen, Ladenlokale und Schwimmhallen. Deckenheizungen können in d.
R. bei Heizwassertemperaturen von 50/40° C bis 90/70° C bei gemeinsamer
Regelung zusammen mit Fußbodenheizungen, Wandheizungen oder Radiatoren
betrieben werden. |
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Heizleisten (Sockelleistenheizung) > Bild |
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Unverständlicherweise wird diese geniale Form von Energieeinsparung und Behaglichkeit in Deutschland wenig beachtet und noch weniger publiziert. Dafür um so mehr über Wärmedämmung, nicht zu Ende gedachte Energieeinsparverordnung, Plastikhäuser mit künstlicher Belüftung etc.
Funktion - Der Coanda-Effekt Heizleisten sind Heizkörper und Rohrleitung in einem. In einer formschönen Verkleidung (meistens aus Holz) verbirgt sich ein Heizregister. Durch dessen Kupferkernrohr fließt das Heizungswasser und erwärmt die aufgepressten Aluminium-Lamellen.
Der hauchdünne Warmluftschleier steigt bei richtig bemessenen Vorlauftemperaturen an der Wand über der Heizleiste hoch, solange er wärmer ist, als die Raumluft (Coanda-Effekt).
Der Wärmeinhalt des Luftschleiers wird an die oberste Wandschicht abgegeben. Der abgekühlte Luftschleier schiebt sich horizontal in den Raum und sinkt dann langsam unter Mitnahme von Staubpartikel zu Boden. Die Wände geben die empfangene Energie als langwellige Strahlung in den Raum ab. |
Bei 45°C Vorlauf erzeugen diese Systeme schon ein akzeptable Wärmeleistung von ca. 140 W/ m.
Vorteile: - Bis zu 30% Energieeinsparung - Durch geringe Wassermengen im Heizsystem sehr reaktionsschnell, kurze Aufheizphasen - Gesundes Raumklima mit staubfreier Luft - Gleichmäßige Erwärmung des gesamten Raumes - Für große Glasflächen geeignet - Anwendung auch in Gebäuden mit geringer Speicherkapazität (Holzhäuser, Fertighäuser) - Montage auch hinter Möbeln möglich
Bauformen Heizleisten für spezielle Problemlösungen gibt es auch als: - Zargen aus Stahl für Türleibungen - Heizrahmen für Fenster und Türen - Beiheizte Pfosten für lange Fensterfronten
Heizleisten haben eine Bauhöhe von ca. 10 bis 12 cm. Quelle: Sancal |
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Komfortklassen und operative Temperaturen |
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Zuordnung von Komfortklassen und operativen Temperaturen bzw. deren Abweichungen nach prEN ISO 7730
*) met = Metabolismus/"Wärmeproduktion", 1 met = 58 W/m² |
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Richtwerte von Flächenheizungen |
Richtwerte von Flächenkühlungen | ||||||||||||||||||||||||||||
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Leistungsdichten (W/m²)
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Leistungsdichten (W/m²)
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