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06.08.2009 21:15
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.
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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.
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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.
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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.
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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)
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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.
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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
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Gebäude-/
Raumtyp |
Aktivität
met* |
Kategorie |
Operative
Temperatur °C |
| |
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Sommer
(Kühlungsperiode) |
Winter
(Heizperiode) |
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Einzelbüro
Bürolandschaft
Konferenzraum
Auditorium
Restaurant
Klassenraum |
1,2 |
A |
24,5 ± 1,0 |
22,0 ± 1,0 |
|
B |
24,5 ± 1,1,5 |
22,0 ± 2,0 |
|
C |
24,5 ± 2,5 |
22,0 ± 3,0 |
*) met =
Metabolismus/"Wärmeproduktion", 1 met = 58 W/m²
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? |
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Richtwerte von Flächenheizungen |
Richtwerte von Flächenkühlungen |
|
Leistungsdichten
(W/m²)
|
Flächenheizung |
Behaglichkeits-
kriterium
(Heizleistungsgrenze) |
Grenz-temperatur
Heizfläche °C |
max. Heiz-
leistungsdichte (W/m²)
bei
Raumtemperatur von 22°C
|
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Fußboden |
Fußentwärmung |
29..33..35 |
80..120..145 |
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Wand |
Strahlungsasymmetrie,
Berührung |
35..45 |
105..185 |
|
Decke |
Kopfentwärmung,
Strahlungsasymmetrie |
28..30
Raumhöhe
ca. 2,5 m |
40..55 |
|
Leistungsdichten
(W/m²)
|
Flächenkühlung |
Behaglichkeits-
kriterium
(Heizleistungsgrenze) |
max. Heizleistungsdichte
(W/m²)
bei
Raumtemperatur von 22°C
|
|
Fußboden |
Fußentwärmung |
25 (Teppich)..40 (Fliesen) |
|
Wand |
Strahlungsasymmetrie,
Fallströmung |
50 (Höhe < 3 m) |
|
Decke |
Kopfentwärmung,
Strahlungsasymmetrie |
80 |
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