Energie sparen mit System

Der Ölpreis hat in den vergangenen Monaten immer neue Rekordhöhen erklommen – und Deutschlands Mieter sparen beim Heizen wie nie zuvor. Mit einem Heizöl-Durchschnittsverbrauch von nur noch 13,50 l/m² (Quelle: Techem) in der Heizperiode 2006/2007 wurde bereits ein historischer Tiefststand erreicht, wobei die Tendenz weiter nach unten weist. Zumindest bei herkömmlichen Wärmeerzeugungs- und -verteilsystemen sind diesem Spartrend allerdings physikalisch bedingt Grenzen gesetzt: Ein wesentlicher Grund dafür sind die rund zwei Millionen veralteten Wärmeerzeuger, die in Deutschlands Heizungskellern nach wie vor ihren Dienst tun – aber mit einem Wirkungsgrad, der deutlich unter den heute üblichen Werten liegt. Ein zweiter, nicht minder wichtiger Punkt ist die Wärmeverteilung. Heizkörper, die systembedingt mit Vorlauftemperaturen von 70 °C und mehr arbeiten, treiben den Primärenergieeinsatz ebenfalls massiv in die Höhe. Dies gilt umso mehr, wenn die Anlage außerdem nicht korrekt einreguliert ist, also der hydraulische Abgleich fehlt.

Niedrige Temperaturen ohne Komforteinbußen

Der wichtigste Schritt, den ­Energieeinsatz drastisch zu reduzieren, ist daher als erstes der Austausch veralteter Wärme­erzeuger. 11% der Investi­tionskosten einer energetischen Gebäudesanierung bringen hier bis zu 40 % Energieeinsparung (Quelle: BVF e.V.). Schließlich erzielen moderne Wärmeerzeuger mit Brennwerttechnik Wirkungsgrade, die um die Hälfte und mehr höher sind als bei einer Kesseltechnik aus den 70-er Jahren. Optimal lassen sich diese Wirkungsgrade allerdings nur ausschöpfen, wenn in der nächsten Sanierungsstufe auch die Wärmeverteilung modernisiert wird. Schließlich bringen bei reduzierter Vorlauftemperatur die für ganz andere Verhältnisse ausgelegten Heizkörper bei weitem nicht die notwendige Leistung. Hinzu kommt: Um den Brennwerteffekt zeitgemäßer Heiztechnik zu nutzen, ist bekanntlich eine möglichst niedrige Rücklauftemperatur gefordert. Die ist aber mit solchen schlecht abgestimmten Altanlagen ohne Komforteinbußen bzw. spürbare Defizite in der Wärmeversorgung nicht zu erreichen. Berücksichtigt man dann noch den wachsenden Anteil an regenerativen Wärmeerzeugern – vor allem heizungsunterstützende thermische Solar­anlagen sowie Wärmepumpen – spricht bei der Erneuerung der Wärmeverteilung alles für die Installation einer so genannten Niedrigtemperaturheizung. Niedrigtemperatur beschreibt in diesem Zusammenhang eine Temperatur, die möglichst dicht an der gewünschten Raumtemperatur liegt. Die sich daraus ­ergebenden wesentlichen energetischen Vorteile sind:

• ein geringerer Aufwand für die Wärme­erzeugung durch die niedrigere Vorlauftemperatur,
• verringerte Bereitstellungs- und Verteilungsverluste, sowie
• die höhere Ausbeute thermischer Solar­energie, da speziell in der Übergangszeit auch geringe Einträge nutzbar werden.

Die Fläche macht´s

Realisieren lassen sich diese Einspareffekte mit großen Heizflächen, wie sie für Flächenheiz- und -temperiersysteme – beispielsweise das Fonterra-Programm von Viega – ­typisch sind: Üblicherweise auf dem Boden oder an der Wand, in speziellen Bausitua­tionen auch in der Decke installiert ist die von ihnen genutzte „Strahlfläche“ ein Vielfaches größer als die eines Heizkörpers. So kommt es dazu, dass nahezu die gesamte Wärme­abgabe bei Flächentemperiersystemen als Strahlungswärme erfolgt, die unmittelbar auf die Nutzer eines Raumes übergeht. Die freie Konvektion bei Heizkörpern ergibt sich hingegen aus dem Temperaturunterschied zwischen Wärmeverteiler und Raumluft. Es müssen also deutlich höhere Übertragungsverluste hingenommen werden, so dass im Umkehrschluss am Heizkörper eine höhere Oberflächentemperatur erforderlich ist. Die wiederum muss nicht nur mit erheblichem Energieaufwand erzeugt werden, sondern sorgt zugleich für ein spürbares thermisches Ungleichgewicht im Raum – im Bereich des Heizkörpers ist es zu warm, gegenüberliegend wird die Raumtemperatur als „zu kalt“ empfunden. In der Summe führt dieses Unbehagen in der Regel zu dem Versuch, über Lüften ein angenehmeres Raumklima herzustellen, was den Energieverbrauch zusätzlich in die Höhe treibt. Werden die veralteten Heizkörper hingegen durch eine Flächenheizung ersetzt, hat das sowohl unmittelbaren Einfluss auf das thermische Wohlbehagen wie auf den Energieeinsatz: Durch den höheren Strahlungswärmeanteil einer Flächenheizung kann zum Beispiel die von den Nutzern subjektiv als angenehm bewertete Raumtemperatur um etwa 1 bis 2 K niedriger gewählt werden als bei anderen Heizsystemen. Daraus resultiert direkt eine systembedingte Energieeinsparung von ca. 10 bis 12 %, da die Lüftungs- und Transmissionswärmeverluste des Gebäudes ebenfalls verringert werden.

Niedrige Vorlauftemperatur

Unmittelbaren Einfluss auf den Energieeinsatz bei der Wärmeerzeugung hat zusätzlich die deutlich niedrigere Vorlauftemperatur. Anstelle der im Neubau gängigen 50 oder 55 °C genügt bei Flächenheizsystemen bereits eine Vorlauftemperatur von maximal 35 °C, um selbst bei Temperaturen von minus 15 °C normgerecht eine mehr als ausreichende Oberflächentemperatur im Raum von 25 °C sicherzustellen. Komplettiert werden diese „anlagentechnischen Energiesparmaßnahmen“ durch eine physikalische Eigenheit von Flächenheizungen und zwar den Selbstregeleffekt. Er greift unabhängig von regeltechnischen Anlagen und zeitgleich mit veränderten Raumtemperaturen. Die Leistungsabgabe erfolgt hierbei nahezu proportional zur Temperaturdifferenz zwischen Heizfläche und Raum. So wird das Energie vernichtende Überschwingen anderer Heizsysteme vermieden, die deutlich länger benötigen, um die Raumtemperatur wieder auf die Solltemperatur zu regeln. Die Auswirkungen der schnellen Anpassung der Heizleistung eines Flächenheizsystems an veränderte Raumtemperaturen sind im Vergleich dazu mehr als bemerkenswert: Steigt beispielsweise die Raumlufttemperatur durch Sonneneinstrahlung von 20 auf 21 °C, reduziert sich die Wärmeabgabe der Flächenheizung bei einer Fußboden-Oberflächentemperatur von 23 °C sofort um ein Drittel.

Durch den Einsatz eines fachgerecht ausgelegten Flächenheizsystems kann der Endenergieeinsatz in einem Gebäude im Vergleich zu anderen Wärmeverteilsystemen in der Summe um etwa 20 % verringert werden. Durch die niedrige Vor­lauftemperatur wird darüber hinaus die Einbindung regenerativer Wärmeerzeuger, beispielsweise solarthermischer Anlagen, besonders interessant. So lassen sich die Energie­kosten nochmals senken. In Kombination mit einer Wärmepumpe können Flächentemperiersysteme zudem mit niedrigen Vorlauftemperaturen betrieben werden, die entsprechenden Räume bei hohen Wärmelasten also auch kühlen.

Unser Autor Peter Buchner ist Produktmanager Flächenheiz- und -kühlsysteme bei Viega, 57439 Attendorn, Telefon (0 27 22) 61-0, Telefax (0 27 22) 61-14 15, https://www.viega.de/de/homepage.html