Im Zuge einer energetischen Sanierung werden Heizkörper auf ihr Leistungsvermögen überprüft. Sind diese zu alt oder zu gering dimensioniert und müssen diese mit hohen Vorlauftemperaturen betrieben werden, ist der Austausch von Heizkörpern für effizente Heizsysteme oft notwendig.
Auf die Systemtempertur kommt es an. Für den effizienten Betrieb von modernen Heizungssystemen wie Wärmepumpen ist es wichtig eine möglichst niedrige Vorlauftempertur im Heizsystem einzustellen. Das geht aber nur, wenn bei dieser Tempertur die Heizflächen auch genug Leistung haben um den Raum zu beheizen.
Oft wurden alte Heizungsanlagen mit höhern Temperaturen von bis zu 75 °C geplant. Bei einer Wärmepumpe sollte aus wirtschaftlichen Gründen diese Vorlauftemperatur niemals über 55 °C liegen.
Die Auslegung von Heizflächen basiert auf Basis der Heizlastberechnung, eine Voraussetzung für den hydraulischen Abgleich. Dieser ist über die KfW und BAFA förderfähig. Das Verfahren der Heizflächenauslegung dient zur richtigen Dimensionierung von Heizkörpergrößen sowie deren Anzahl innerhalb eines Gebäudes oder einer Wohnung. Sind ausreichende Mengen vorhanden, können auch bei niedrigen Außentemperaturen die Räume ausreichend erwärmt werden. Aus der sogenannten Gebäudeheizlast geht die Raumheizlast jedes vorhandenen Raumes hervor. Entscheidende Faktoren für die Berechnung sind Normtemperaturen, die Anzahl der Außenräume sowie die Art der Raumnutzung.
Heizkörper übertragen Wärme an die Raumluft und zwar durch Strahlung oder Konvektion. In Herstellerunterlagen sind die Normwärmeleistungen von Heizkörpern angegeben, während früher Heizkörperleistungen auf bestimmte Bedingungen normiert wurden. Heute erfolgen Berechnungen von normgerechten Heizflächen oder Fußbodenheizungen mit den Auslegungstemperaturen von 55/45 Grad Celsius. Zur Optimierung einer gesamten Heizungsanlage ist die Anpassung an die Wärmepumpe oder Brennwerttechnik an die Betriebsbedingungen der Anlage empfehlenswert. Spezielle Heizkörper für Tieftemperaturen mit einer Auslegung von 35/28 Grad Celsius oder Gliederheizkörper, DIN-Radiatoren, Plattenheizkörper, Gebläsekonvektoren als auch Röhrenradiatoren sind für eine optimale Heizflächenauslegung denkbar.
Ein angenehmes Raumklima ist kein Zufall, sondern das Ergebnis sorgfältiger Berechnungen. Die Auslegung von Heizungsanlagen wird nach DIN 4701 durchgeführt und folgt genormten Kalkulationen des Wärmebedarfs. Dabei spielen verschiedene Kriterien wie Lüftungswärmeverluste, die Anordnung der Heizflächen und der Anteil von Konvektions- und Strahlungswärme sowie Fremdlasten nur eine untergeordnete Rolle. Wesentlich ist die errechnete Energiebilanz eines Raumes und der ermittelte Wärmebedarf. Für das persönliche Empfinden sind Komfort und Qualität der Beheizung maßgeblich, deshalb ist neben einer ausreichenden Wärmebedarfsdeckung auch auf die thermische Behaglichkeit zu achten.
Sowohl die Übertemperatur, Heizkörperfläche als auch der Heizmittelmassenstrom sind wesentliche Parameter für die Raumtemperatur. Kommt es zu einer Massenstromsteigerung, macht sich dies an den Heizkörperflächen bemerkbar: Der Wärmeübertragerkennwert steigt. Dieses Maß steht für Regelbarkeit von Heizflächen innerhalb des Systems. Bei geringen Wärmeübertragerkennwerten wirkt sich eine Abweichung des Massenstroms kaum auf die Leistung aus. Daher sind diese Heizflächen nur mäßig per Thermostatventilen regelbar.
Je niedriger die Übertemperatur ausfällt, desto geringer ist die Leistungsabgabe. Die gemessene Übertemperatur hängt von der Raumtemperatur als auch der Vor- und Rücklauftemperatur ab. Steigt die Temperatur im Raum, reduziert sich die Wärmeübertragung an den Heizflächen, der sogenannte Selbstregeleffekt. Schon bei kleinen Steigerungen der Raumtemperatur sinkt die Leistungsabgabe stark ab. Ist die Situation umgekehrt und es folgt eine erhöhte Wärmeabgabe ohne Begrenzung bei verminderter Raumtemperatur, besteht die Möglichkeit, Energie zu verschwenden.
Funktioniert die Heizungsanlage mit einer geringen Auslegungsvorlauftemperatur und Auslegungsspreizung, kommt es durch eine Anhebung der Vorlauftemperatur zur gewünschten Leistungssteigerung. Eine Schnellaufheizung von Räumen ist damit möglich. Im Regelbetrieb ist allerdings eine permanent zu hohe Vorlauftemperatur zu vermeiden. Einerseits wegen der überhöhten Leistungsabgabe und unnötigen Energieverschwendung, andererseits beansprucht das ständige Drosseln die Thermostatventile.
Oft werden Heizkörperflächen direkt unter Fensterflächen installiert. Früher wollte man mit dieser Positionierung die zu kalte Luftströmung vom Fenster kompensieren. Die Wärmeleistung von Heizflächen unter Fenstern fällt geringer aus. In besser gedämmten Gebäuden verliert der Standort an Relevanz. Vielmehr müssen Heizelemente für Behaglichkeit sorgen und einen wohligen Wärmeeffekt transportieren. Dynamische Leistungsanpassungen sind vor allem bei Heizflächen mit wenig Wasserinhalt möglich. Durch eine gezielte Anordnung sollen bautechnisch schlechte Wandkonstruktionen mit unterschiedlich temperierten Oberflächen in ihrer Strahlungsasymmetrie ausgeglichen werden. Nach energetischen Sanierungen sind diese Differenzen jedoch gering, nur an hohen Fensterflächen können Fallluftströme eine kritische Dimension erreichen. Auch bei gut gedämmten Gebäuden sollte auf eine Anordnung an Außenwänden geachtet werden.
Sind die Heizflächen in bestehenden Anlagen vorgegeben, orientiert sich der maximale Massenstrom durch die Heizelemente sowie die Vorlauftemperatur an den Objektdaten. Beide Größen lassen sich im Laufe der Zeit anpassen, jedoch bleiben Heizkörperflächen oft aus wirtschaftlichen Gründen bestehen. Daher sollte auch in Bestandsobjekten die Heizkörperleistung an die Raumheizlast angepasst werden. Dies heißt, dass von einer uneinheitlichen Rücklauftemperatur an den unterschiedlichen Heizelementen auszugehen ist. Ein wesentlicher Grund für die nachträgliche Sanierung. Um die Transmissionswärmeverluste zu vermindern, hilft der Einbau einer Lüftungsanlage sowie eine Umstellung auf ein Zweirohrheizsystem.
Zur Vorbereitung auf eine adäquate Anpassung muss die Raumheizlast sowie die installierte Normheizkörperleistung nach DIN EN 442 bei 75/65/20 Grad Celsius bekannt sein. Anschließend wird das Verhältnis zwischen Heizkörpernormheizlast und Raumheizlast definiert. Jener Raum mit dem größten Verhältnis bestimmt die knappste Überdimensionierung und minimal notwendige Vorlauftemperatur. Letztere richtet sich nach den verschiedenen Randbedingungen. Daraus resultierende Massenströme sind die Basis für einen hydraulischen Abgleich. Es folgt eine nachträgliche Anpassung der Systemtemperaturen, bestehender Heizelemente und Volumenströme im Bestandsgebäude. Für Fußbodenheizungen erfolgt die Wärmeabgabe über eine sehr große Oberfläche. Hier reichen deutlich geringere Systemtemperaturen aus.
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