Die St. Elisabeth-Kirche im Hanauer Stadtteil Kesselstadt sollte von einigen deutlich sichtbaren Alterserscheinungen befreit werden. Dabei war ursprünglich lediglich geplant, die stark verschmutzten Wände im Inneren der Kirche aufzufrischen und die Altarrückwand neu zu gestalten. Bei den Vorbereitungen wurde allerdings deutlich, dass mit einem bloßen Anstrich keine dauerhafte Lösung des Problems erzielt werden konnte. Als Verursacher konnte der Kerzenrauch ausgemacht werden, der zu einer erheblichen Rußbelastung im Gebäude führte. Hinzu kam ein schädlicher bauphysikalischer Effekt: Die Rußpartikel setzten sich im Tauwasser ab, das sich regelmäßig an zahlreichen Kältebrücken wie dem Stahlbetonskelett der Kirche bildete. Begünstigt wurde dies durch die Bodenauslässe der alten Luftheizung. In Kombination mit dem Tauwasser war der Innenputz im Laufe der Jahre so weit geschädigt worden, dass er bis auf das Mauerwerk abgetragen werden musste. Vor diesem Hintergrund war eine Grundsanierung des Innenraums erforderlich, bei der die Kältebrücken in den Außenwänden und Schäden am Altarsockel beseitigt sowie Elektrik und Lautsprecheranlage erneuert wurden.
Erdwärme statt Fernwärme aus Kohle genutzt
Nachdem das ganze Ausmaß des Sanierungsbedarfs offensichtlich geworden war, strebte das für die St. Elisabeth Kirche zuständige Generalvikariat in Fulda eine umfassende, grundlegende Lösung des Problems an. Daher sollte auch die ölgefeuerte Luftheizungsanlage ersetzt werden, um zugleich das Ruß- und Staubproblem zu beseitigen. Favorit der Kirchenleitung war eine Erdwärmeheizung. Dies verhinderten jedoch einige ungünstig gelegene Tiefbrunnen in der Nähe. Daher entschied man sich für den Anschluss an die Fernwärmeleitung eines Kohlekraftwerks. Mit der Koordination der gesamten Sanierungsmaßnahme wurde Jürgen Krieg vom Architekturbüro Krieg + Warth Architekten beauftragt. Für die Wärmeverteilung innerhalb des Gotteshauses entschied er sich dafür, auf das Hypoplan-Wandheizungssystem von KME umzustellen. Hierbei erfolgt die Wärmeabgabe über mineralische Heizflächen an der Wand, in die Kupferrohrregister eingebettet sind. Ein wesentliches Kriterium war dabei, dass die Kirche ohne störende große Heizkörper oder Luftauslässe beheizt werden kann. Somit wird die Raumgestaltung nicht vom Heizsystem beeinträchtigt. Gleichzeitig reduziert sich die Unfallgefahr, da in dem meist dunklen Innenraum der Kirche keine Heizkörper als Hindernisse oder Stolperfallen wirken können. Zudem entfällt hierbei das bei einer Konvektorheizung notwendige regelmäßige Reinigen und Streichen der Heizkörper. Die Wandheizung zeichnet sich durch einen hohen Anteil von Strahlungswärme aus. Dadurch werden die ansonsten bei Konvektionswärme entstehenden und als unangenehm empfundenen Luft- und Staubverwirbelungen fast vollständig vermieden. Daneben resultieren aus der „Hypoplan“-Wandheizung auch energetische Vorteile. Denn die Raumluft kann – bei gleichem subjektiven Wärmeempfinden – ein bis zwei °C niedriger temperiert werden als bei Beheizung durch Radiatoren. Pro abgesenktem Grad Raumtemperatur wird durch den entsprechend niedrigeren Wärmebedarf etwa fünf Prozent weniger Heizenergie benötigt. Auch die Raumluftqualität wird gerade bei kalten Außentemperaturen als angenehmer empfunden, da die relative Feuchtigkeit höher ist. Zudem erhöht sich die Behaglichkeit in der Aufenthaltszone der Besucher durch die weitgehende Vermeidung kalter Fallluftströmungen. Zuglufterscheinungen gehören somit in Kirchen mit Wandheizung der Vergangenheit an. Dadurch eröffnen sich für Kirchen neue Nutzungsperspektiven. Neben den Gottesdiensten können auch Veranstaltungen wie beispielsweise klassische Konzerte stattfinden, statt dicker Mäntel reicht auch im Winter die Abendgarderobe.
Wände als Heizfläche
Die Planung der Wandheizung erfolgte durch die Eckert-Planungsgesellschaft für Heiztechnik aus Ostheim/Urspringen. Für die Heizungsanlage berechneten die Planer eine Heizlast von 78 kW. Um die Wärme gleichmäßig im Raum zu verteilen, wurden auf einer Wandfläche von 391 m² insgesamt 174 Hypoplan-Heizregister für Heizflächen von jeweils 2,30 m Höhe und 1,00 m Breite vorgesehen. Sie sind auf vier Verteiler mit insgesamt 30 Heizkreisen aufgeteilt. Die einzelnen Heizgruppenverteiler versorgen maximal acht Heizgruppen. Bei einer Vorlauftemperatur von 40 °C wird eine mittlere Rücklauftemperatur von nur 27 °C erreicht. Durch diese niedrige Vorlauftemperatur eignet sich die Hypoplan-Wandheizung nicht nur, wie im vorliegenden Fall, für den Anschluss an ein Fernwärmenetz. Sie ermöglicht vielmehr den universellen Einsatz verschiedener Wärmeerzeuger – von üblichen Niedertemperatur- und Brennwertkesseln bis hin zur Nutzung regenerativer Energien wie Solartechnik und Wärmepumpen. Bei der Heizungsanlage in der St. Elisabeth-Kirche beträgt der maximale Druckverlust 16156 Pa. Die Heizflächen wurden so ausgewählt, dass auch eine Nutzung im Kühlbetrieb möglich ist. Zusätzlich sahen die Planungen eine Befüllung der Anlage mit Frostschutzmittel vor, was bei der Druckverlustberechnung berücksichtigt wurde.
Schnellauslegetabellen erleichtern die Planung
Das Hypoplan-System von KME macht Auslegung, Planung und Ausführung einer Wandheizung einfach. Mit nur sechs Registertypen kann jede beliebige Einbausituation abgedeckt werden. Denn die vorgefertigten Wandheizmodule aus maschinell gebogenen 10-mm-Qualitätskupferrohren sind in vielfältiger Weise kombinierbar. Zudem steht eine umfassende Planungshilfe zur Verfügung, die auf Basis der Wärmebedarfsberechnung eine schnelle, exakte und sichere Planung ermöglicht. Übersichtliche Tabellen liefern hier für jeden Registertyp exakte technische Daten z.B. zur Leistung bei verschiedenen Heizmitteltemperaturen.
Außerdem erleichtern Schnellauslegetabellen für die einzelnen Registertypen die Planung.
Anschluss der Heizregister nach Tichelmann-System
Die Installation der Heizung wurde von der Ettenberger GmbH aus Fulda ausgeführt. Dabei erleichterte den Monteuren der hohe Vorfertigungsgrad der „Hypoplan“-Module die Arbeit. Denn sie werden anschlussfertig einschließlich des benötigten Befestigungsmaterials angeliefert. Durch die Befestigungslaschen an den stabilen Registern sind je nach Größe des Heizregisters lediglich vier bzw. sechs Befestigungen notwendig. Nach der Montage wurden die einzelnen Heizregister nach dem Tichelmann-System angeschlossen. Dabei ist bei gleich großen Heizregistern die Leitungsführung so angeordnet, dass die Länge der Vor- und Rücklaufleitung zu jedem Register gleich ist. So entsteht ein ausgeglichenes System, mit gleichen Druckverlusten und Heizleistungen. Auch eine Entlüftung mittels Durchspülen erfolgt bei der Tichelmann-Schaltung schnell und einfach. Deshalb sind keine Zwangsentlüftungen an den höchsten Punkten der Anlage erforderlich.
Längenausdehnung von Kupfer liegt im Bereich der Putze
Bereits in der Planungsphase wurde die Längenausdehnung der Kupferrohre berücksichtigt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Kupferrohr beträgt 0,017 mm (mK) und liegt damit im Bereich der verwendeten Putze. Zum Vergleich: Bei Kunststoffrohren aus Polyethylen (PE) beträgt der Wärmeausdehnungskoeffizient 0,18 mm (mK) – das ist im Vergleich zu Kupfer ein mehr als zehnmal höherer Wert. Darum musste lediglich bei den Zuleitungen aus Kupfer auf die Längenausdehnung geachtet werden. Bei gerader Rohrlänge von vier Metern und einer maximalen Vorlauftemperatur von 40 °C wurde eine Längenänderung von 2,04 mm ermittelt. Um diese Ausdehnung abzufangen, versahen die Installateure bei geraden Rohrstrecken über vier Metern Länge die in Wandschlitzen verlegten Zuleitungen mit U-Rohrbögen und polsterten diese im Bereich der Bögen aus. Obwohl das beauftragte SHK-Fachhandwerksunternehmen Kupfersysteme üblicherweise verpresst, entschied man sich in diesem Fall dafür, die Wandheizung und die Anschlussleitungen unter Putz hart zu löten. Denn Lötfittinge sind schlanker und tragen weniger auf als Pressfittinge, wodurch die Putzstärke besonders gering ausfallen konnte. Die Anschlussleitungen der Register konnten bodennah unter Putz in den Wandheizungsaufbau integriert werden. Mit den Zuleitungen unter den Registern wird zusätzlich das bei alten, nicht unterkellerten Gebäuden häufig auftretende Feuchtigkeitsproblem im Sockelbereich gelöst. Denn durch die Strahlungswärme des Wandheizungssystems wird vom Fundament aufsteigende Feuchtigkeit von den Wänden ferngehalten. Insgesamt leistet die Wandheizung also auch einen wichtigen Beitrag zum Erhalt des Bauwerks. Vor Beginn der Putzarbeiten wurde die Wandheizung inklusive der Zuleitungen auf Dichtheit überprüft und abgedrückt. Nach der Aushärtungsphase des Putzes tauschten die Installateure das für die Druckprobe verwendete Wasser gegen eine Füllung mit Frostschutz aus. Anschließend folgte das Entlüften der einzelnen Heizkreise durch erneutes Spülen. Der Heizbetrieb startete mit einer Vorlauftemperatur von ca. 30 °C. Da jeder Heizkreis mit einem Durchflussmesser ausgestattet ist, war der Druckabgleich in den einzelnen Heizgruppen leicht möglich. Nachdem durch die in der Heizzentrale eingebaute Entgasungsanlage letzte kleine Luftblasen beseitigt waren, musste die Anlage nur noch auf den normalen Betriebsdruck nachgefüllt werden.
10000 Meter Kupferrohr installiert
Da Kirchen idealerweise für viele Jahrzehnte bis Jahrhunderte genutzt werden, sollten hohe Anforderungen an die Beständigkeit der eingesetzten Materialien gestellt werden. In diesem Zusammenhang zeichnet sich Kupfer durch seine hohe Lebensdauer aus, denn seine Eigenschaften verändern sich nicht aufgrund von Alterung oder Verschleiß. Unter den geplanten Betriebsbedingungen bleiben die Materialeigenschaften von Kupfer über die gesamte Betriebszeit konstant. In der St. Elisabeth-Kirche besteht das komplette rund 10000 Meter lange Rohrnetz der Heizung inklusive aller Fittinge und Verbindungsteile aus metallenen Werkstoffen. Hierdurch ist es praktisch sauerstoffdicht, so dass Betriebsstörungen durch Verschlammung vermieden werden können.
Putzstärke von 15 bis 20 mm
Bei der Hypoplan-Wandheizung können alle mineralischen Putze aus Gips, Kalk, Zement und Lehm oder Kombinationen nach DIN 18550 eingesetzt werden. Seitens des Auftraggebers war aus Kostengründen eine besonders geringe Putzdicke gefordert. Bei Hypoplan reicht zur Putzüberdeckung der Heizregister ein 15 bis 20 mm starker Gipsputz mit geringem Wärmeleitwiderstand aus. Im Bereich der Heizungsrohre wurde zusätzlich ein Armierungsgewebe in die obere Putzschicht eingelegt. Aus der geringen Putzstärke resultiert ein optimaler Wärmeübergang bei gleichzeitig bester Regelbarkeit, so dass eine kurzzeitige Aufheizung der Kirche vor Veranstaltungen oder Gottesdiensten möglich ist.
Oberflächenfinish frei wählbar
Das Oberflächenfinish des Putzes ist frei wählbar, sämtliche im Innen- und Objektausbau üblichen Beschichtungen wie Feinspachtel, Tapeten und Farbbeschichtungen, wenn sie dann diffusionsoffen sind, sind zulässig. Deshalb entschied man sich, die bisher weiße Altarrückwand der St. Elisabeth-Kirche neu zu gestalten. Der auf sakrale Kunst spezialisierte Maler Eberhard Münch aus Wiesbaden hat hier einen besonderen Blickfang geschaffen. Er bemalte die Wand großflächig in freundlichen Farben. Zusätzlich platzierte er unterschiedlich gestaltete Tücher hinter dem freischwebenden Kruzifix, die je nach Anlass ausgewechselt werden können. Nach rund achtmonatiger Sanierungszeit öffnete die St. Elisabeth-Kirche im April 2009 mit einem feierlichen Gottesdienst wieder ihre Pforten für die Gläubigen. Damit war das umfassende Sanierungsprojekt abgeschlossen. Es war zwar deutlich aufwendiger als zunächst beabsichtigt, dafür hat man gleich zwei Fliegen mit einer Klappe geschlagen und eine dauerhafte Lösung realisiert, die der Kirche zugleich neue Nutzungsmöglichkeiten eröffnet.
Besonders in großen und hohen Kirchenräumen spielt die Wandheizung ihre Systemvorteile aus. Hervorzuheben ist der hohe Anteil von Strahlungswärme. Dadurch erhöht sich vor allem in hohen Räumen die Behaglichkeit für die Besucher der Gottesdienste und Veranstaltungen. Zudem entsteht bei der Wärmeverteilung kein Auftrieb, der die Verwirbelung und anschließende Ablagerung von Staub- und Rußpartikeln an den Wänden begünstigt. Somit dienen Wandheizungen dem Erhalt der Bausubstanz, da sie die Innenräume von Kirchen optimal vor Tauwasser und Schmutzablagerungen schützen – und das über Jahrzehnte, da sich Kupfer durch seine Langlebigkeit auszeichnet.
Die Ettenberger GmbH in Fulda
Die Ettenberger GmbH ist ein traditionsreiches SHK-Unternehmen mit Sitz in Fulda. Es wurde im Jahr 1932 von Gerhard Ettenberger gegründet. Nach seinem Tod im Jahr 1959 führt sein Sohn Berthold die Firma weiter. 1999 übernimmt Armin Sopp die Geschäftsleitung und baut das Unternehmen in den Folgejahren stetig aus. Heute beschäftigt die Ettenberger GmbH 36 Monteure, drei Auszubildende und neun Büromitarbeiter. Das Unternehmen ist für Geschäfts- und Privatkunden in den Bereichen Heizung, Sanitär, Lüftung und Kälte/Klima tätig. Weitere Infos gibt es unter https://ettenberger.de/
Weitere Informationen
Die Autoren Wolfgang Menzinger und Georg Dick sind technische Kundenberater der KME Germany AG. Sie stehen bei Fragen rund um die Produkte des Osnabrücker Kupferspezialisten zur Verfügung. Bei Bedarf begleiten sie die Projekte von der ersten Planung bis zur Endabnahme; Telefon (0541) 3 21-20 44, Telefax (0541) 321-2040, E-Mail info-rohre@kme.com, Internet http://www.kme-tube-systems.com
