Auch die Details müssen stimmen

Einer Fußbodenheizung werden oft wahrlich märchenhafte Dinge nachgesagt. Da gibt es zum Beispiel die Geschichte, die von in einem Schrank geschmolzener Schokoladentafeln erzählt. Wer hier den „Funken Wahrheit“ sucht, muss von einer Flächentemperierung mit sehr ungleichmäßiger Wärmeabgabe ausgehen. Und genau dieses Phänomen darf bei einer regelkonformen Beheizung gar nicht auftreten – schließlich muss jede Anlage abgeglichen werden.

Hydraulischer Abgleich ist Pflicht

Zum Wunsch nach gleichmäßiger Wärmeabgabe kommt noch hinzu, dass eine Förderung mit Programmen der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KFW) nicht gewährt wird, wenn der Abgleich einer Anlage unterbleibt. Schließlich wäre es nicht verordnungskonform, schreibt die Energieeinsparverordnung (EnEV) den hydraulischen Abgleich einer Flächentemperierung doch vor. Dabei geht es neben einer gleichmäßigen Wärmeabgabe der Fußbodenheizung ebenso um die Vermeidung ungewollter und störender Geräuschemission. Und unnötigem Energieverbrauch durch falsch eingestellte oder fehlerhaft dimensionierte Pumpen soll ebenfalls vorgebeugt werden. Schließlich macht ein überhöhter Pumpenstrom die Anlage nicht nur laut, sondern verursacht eine erhöhte Stromaufnahme und damit unnötige Kosten.

Weitere Folgen eines unterlassenen Abgleichs sind z.B. eine stark eingeschränkte Regelfähigkeit in Einzelräumen mit der Folge von zu hohen oder zu niedrigen Raumtemperaturen. Der hydraulische Abgleich definiert sich folglich als ein Verfahren, mit dem innerhalb einer Heizungsanlage jeder Heizkreis einer Flächenheizung bei einer festgelegten Vorlauftemperatur genau mit der Wärmemenge versorgt wird, die notwendig ist, um die für die einzelnen Räume gewünschte Raumtemperatur zu erreichen.

Abgleich Schritt für Schritt ­berechnen

Zur Erstellung eines hydraulischen Abgleichs muss die Auslegungsleistung des Wärmeerzeugers und der Heizfläche nach DIN EN 12831 ermittelt werden. Denn es wird dem Heizungsbauer ein rechnerischer Nachweis abverlangt. Dabei wird der Volumenstrom im Rohrnetz aufgrund der ermittelten Heizlast festgestellt. Neben der Ermittlung der Heizlast für jeden Raum sind eine Auslegung der Heizfläche und die Ermittlung der Massenströme nach der errechneten Heizlast vorzunehmen. Gleichzeitig muss die Ermittlung des Rohrdruckverlustes ebenso vorgenommen werden, wie die Ermittlung des Abgleichdruckverlustes.

Schließlich wird die Einstellung anhand der ermittelten Werte vorgenommen. Bei der Ermittlung der notwendigen Einstellwerte ist die korrekte Berechnung der Heizlast ein wichtiger Aspekt. Die Heizlast wird dabei nach der DIN EN 12831 oder nach dem überschlägigen Berechnungsverfahren mit dem Ziel ermittelt, die Beheizung eines Raumes oder eines Gebäudes bei definierten Außentemperaturen zu gewährleisten. Nach Festlegung der Auslegungstemperaturen (Vor-/Rücklauf) kann der für die Ermittlung der Voreinstellwerte notwendige Massenstrom durch die Heizflächen bestimmt werden. Danach erfolgt die Durchführung des hydraulischen Abgleichs durch die Einstellung am Verteiler.

Zeitersparnis und Sicherheit durch Software-Einsatz

Für die schnelle Berechnung einer Fußbodenheizung bieten sich spezielle Softwareprogramme, zum Beispiel die HSE Planungssoftware von Uponor, an. Nach der Erfassung aller Daten gewährleisten die ermittelten Werte Sicherheit für die richtige anschließende Ausführung. Neben der reinen Berechnung von Parametern, wie der Normheizlast bei Fußbodenheizungsauslegung, unterstützt die HSE Software ebenso bei der grafischen Projektplanung. Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von Software-Berechnungsprogrammen ist die Normensicherheit, die in den entsprechenden Programmmodulen für die Anwender zur Verfügung steht.

Alternativ kann die Berechnung einer Fußbodenheizung jedoch auch manuell mittels Formblättern vorgenommen werden. Formblätter geben die Sicherheit, alle notwendigen Parameter, z.B. für einen hydraulischen Abgleich, berücksichtigt zu haben. So wird die Fehlerwahrscheinlichkeit auch bei der manuellen Berechnung nahezu ausgeschlossen.

Oberbodenbelag muss von vornherein feststehen

Bereits bei der Planung einer Fußbodenheizung muss das Material des später einmal vorgesehenen Oberbodenbelags berücksichtigt werden. Setzt man anstatt eines Teppichs mit R_λB = 0,15 m²K/W einen Fliesenbelag mit R_λB = 0,02 m²K/W ein, kann die Vorlauftemperatur bei gleich bleibender Wassermenge und Wärmestromdichte reduziert werden. Und auch die mögliche Kombination unterschiedlicher Oberböden muss man berücksichtigen. Hier ein Beispiel mit der Kombination aus Fliesen und Teppich:

25 m² Fliesen R_{λ, B} = 0,02 m²K/W bedeckt mit 8 m² Teppich R_λ,B = 0,15 m²K/W:

R_{λ, B} = 0,07 m²K/W

Die Teppichfläche auf dem sonst gefliesten Boden hat also eine gewisse Dämmwirkung. Berücksichtigt man diese von vorne herein, stellt das aber kein Problem dar.

Große Pumpe kann Abgleich-­Fehler nicht wettmachen

Für den korrekten hydraulischen Abgleich ist die Ermittlung des Druckverlustes und des Abgleichungsdruckverlustes der Heizkreise untereinander notwendig. Dabei ist der Druckverlust in allen Heizkreisen zu ermitteln. Systemanbieter von Flächeheizungen bieten zur korrekten Ermittlung des Druckverlustes spezielle Druckverlustdiagramme für Rohre und Verteiler an. Anhand des Heizkreises mit dem größten Druckverlust können die Einstellwerte am Verteiler für die anderen Heizkreise damit ermittelt werden. Bei einem nicht durchgeführten oder fehlerhaft vorgenommenen hydraulischen Abgleich ergeben sich unterschiedliche Auswirkungen. Neben einer falschen Beheizung von Wohnräumen, also entweder zu warmen oder kalten Räumen, können zusätzliche Nachteile wie Energieverluste und damit Kosten entstehen.

Häufig wird versucht einen fehlerhaft vorgenommenen hydraulischen Abgleich durch einen größeren Pumpenvolumenstrom auszugleichen. Dabei werden jedoch oft nur weitere unnötige Kosten verursacht, da eine Erhöhung des Pumpenvolumenstroms um z.B. 100 % lediglich 12 % mehr Heizleistung bedeutet. Die Folgen sind eindeutig: In zu kalt temperierten Räumen wird die Raumtemperatur wohl erhöht, bereits überhitzte Räume werden jedoch weiter aufgeheizt. Insbesondere bei Anlagen mit mehr als zwei Verteilern ist ein hydraulischer Abgleich auch vor dem Verteiler notwendig. Ohne einen Abgleich der unterschiedlichen Verteiler, z.B. in einem mehrgeschossigen Gebäude, werden die Verteiler im Erdgeschoss überversorgt und die Verteiler im Dachgeschoss unterversorgt. Differenzdruckregler, die als Proportionalregler bei sich ändernden Volumenströmen den Differenzdruck am Verteiler zwischen Vor- und Rücklauf innerhalb eines Proportionalbandes konstant halten, können hier Abhilfe schaffen. Diese Art der dynamischen Differenzdruck­regelung führt zu optimalen Betriebsverhältnissen bei allen Lastzuständen. Sie verhindert wirksam unerwünschte Einflüsse bei Veränderungen in Teilbereichen der Anlage auf andere Anlagenbereiche.

Estrich-Trocknungszeiten und Funktionsheizen

Neben dem korrekten hydraulischen Abgleich ist die Einhaltung der Abbindezeit des Estrichs eine wichtige Voraussetzung für die erfolgreiche Erstellung einen Fußboden-Heizungssystems. Die Abbindezeit des Estrichs muss nach DIN EN 1264-4 bei Zementestrichen mindestens 21 Tage und bei Anhydrit­estrichen mindestens sieben Tage betragen. Entsprechend der Informationsbroschüre des Bundesverbandes für Flächenheizungen (BVF) ist das Funktionsheizen eine Erstaufheizung des Flächenheizsystems nach einem vorgegebenen Protokoll zur Überprüfung der ordnungsgemäßen Funktion. Dabei ist die Vorlauftemperatur für das Funktionsheizen zwischen 20 und 25 °C über einen Zeitraum von drei Tagen Pflicht. Danach geht es auf die maximale Auslegungstemperatur, die wiederum mindestens vier Tage auf Wert gehalten werden muss.

Der gesamte Prozess des Funktionsheizens muss protokolliert und dokumentiert werden. Das Funktionsheizen des Estrichs nach dem vorgegebenen Protokoll gilt als Nachweis eines mangelfreien Werkes. Dabei werden neben der Art und ggf. dem Fabrikat des Estrichs ebenfalls das eingesetzte Bindemittel sowie die festgelegte Abbindezeit in Tagen protokolliert. Darüber hinaus werden alle weiteren Zeiten sowie Temperaturen schriftlich in dem Protokoll zum Funktionsheizen als Funktionsprüfung gemäß DIN EN 1264-4 festgehalten. Ein weiterer Schritt ist das Belegreifheizen. Hier geht es um das Heizen des Estrichs zum Erreichen der Belegreife als Vorbedingung für die dann folgende Verlegung von Ober­böden. Der Bauherr muss das Belegreifheizen allerdings gesondert in Auftrag geben.

Mess-Stellen schon im Vorfeld markieren

Zur Überprüfung der Belegreife wird die CRM-Messmethode angewendet. Hierzu muss jedoch vor dem Einbringen des Estrichs eine Stelle im Estrich ausgewiesen werden, an der ohne Beschädigung der Rohrleitungen die CRM-Messmethode durchgeführt werden kann. Pro Raum muss mindestens eine Messstelle markiert werden. Bei Räumen mit mehr als 50 m² ist die Anzahl der Messstellen entsprechend anzupassen. Bei größeren Räumen müssen mindestens drei Messstellen je 200 m² Fläche vorgesehen sein. Um den einzelnen Messpunkt herum darf sich im Abstand von 10 cm kein Heizrohr befinden.

Für die Estrichaustrocknung bei Laborbedingungen unter Normalklima (20 °C/50 % r.F.) gilt: die Trockenzeit von Estrichen bis 40 mm Dicke beträgt pro Zentimeter eine Woche, insgesamt also vier Wochen. Bei jedem zusätzlichen Zentimeter Estrichdicke erhöht sich die Trockenzeit im Quadrat. Die Zeitrechnung beginnt dabei direkt nach dem Einbringen des Estrichs. Estrichzusatzkom­ponenten für Zementestriche können die Abbindezeit beschleunigen. Laut DIN EN 1264-4 darf beim Einbringen des Estrichs die Raumtemperatur von 5 °C nicht unterschritten werden. Wichtig: Auch in den mindestens drei folgenden Tagen muss die Temperatur auf diesem Niveau gehalten werden.

Zusätzlich muss z.B. Zementestrich für einen Zeitraum von wenigstens drei Tagen vor Austrocknen und anschließend vor schädigenden Einflüssen wie Wärme oder Zugluft geschützt werden, um das Schwinden gering zu halten. Dies ist in kleineren Immobilien häufig bereits dann gegeben, wenn das Bauwerk geschlossen ist. Konkave Verformungen (Aufschlüsselung) bei der Estrichaustrocknung können sich z.B. durch äußere Einflüsse, wie Zugluft oder ungeeignete künstliche Trocknungsmaßnahmen, ergeben. Mögliche Schäden am Estrich verursachen auch die Beigabe von ungeeigneten Zugabestoffen oder eine falsche Nachbehandlung, wie eine Folienabdeckung. Konvexe Verformungen beim Estrich ergeben sich z.B. durch Sonneneinstrahlung oder eine zu frühe Belegung mit Fliesen. Folgen von falschem Austrocknen des Estrichs sind dann häufig durch den Abriss der Silikonfugen am Rand zum Sockel zu erkennen.

Risse durch planvolle Fugen­anordnung vermeiden

Risse in Fugen können aber auch ein Indiz für eine falsche oder gänzlich fehlende Fugenplanung sein. Die Erstellung eines Fugenplans ist Aufgabe des Architekten bzw. des Bauwerksplaners. Der Fugenplan ist Bestandteil der Leistungsbeschreibung und muss dem auszuführenden Handwerker vorgelegt werden. Daraus ersieht dieser die Art und die Anordnung der zu erstellenden Fugen. Dabei regelt die DIN EN 1264-4, dass bei Heizestrichen mit Belägen aus Stein oder Keramik eine Flächengröße von mehr als 40 m² und eine maximale Seitenlänge von acht Metern nicht überschritten werden dürfen, ohne Fugen einzuplanen. Bei rechteckigen Räumen dürfen die Flächenmaße überschritten werden, jedoch maximal bis zu einem Längenverhältnis von 2:1. Man differenziert vier Fugenarten:

• Die Bauwerksfuge trennt zwei Bauwerkskörper (Beton) voneinander und ist ohne Ausnahme in den Estrich und Oberbodenbelag zu übernehmen.
• Die Randfuge ist endlos an allen aufgehenden Bauteilen, wie Kaminen, Säulen, Wände usw. anzubringen.
• Eine Bewegungsfuge dient zur Trennung von Estrichfeldern von z.B. mehr als 40 m² oder in Türübergängen.
• Die Scheinfuge entsteht durch einen Kellenschnitt im oberen Bereich des Estrichs und führt zu einer Sollbruchstelle im Estrich.

Dabei sieht die DIN 18560 bei Estrichfugen vor, dass bei Heizestrichen in den Türdurchgängen in der Regel Bewegungsfugen anzuordnen sind. Innerhalb einer Heizfläche mit unterschiedlich beheizten Heizkreisen (nicht in Randzonen) müssen im Normalfall zwischen diesen auch Bewegungsfugen angeordnet werden.

Schwerpunkte der Estrichflächen korrekt ermitteln

Bei der Planung der Fugen für Heizestrichkonstruktionen ist die Ermittlung des Schwerpunktes von Bedeutung, da sich z.B. beim Trocknungsschwinden und Abkühlen des Estrichs die Ränder auf diesen Punkt zubewegen. Dabei werden beispielsweise bei einer L-Fläche gedanklich beide Areale getrennt und die Schwerpunkte beider Flächen durch Diagonalen bestimmt. Eine Verbindungslinie zeigt anschließend die beiden Teilschwerpunkte. In einem weiteren Schritt wird der Vorgang unter der Voraussetzung eines geänderten Schenkels wiederholt. Der Schnittpunkt der so konstruierten Verbindungslinien stellt schließlich den Schwerpunkt der gesamten Fläche dar.

Liegt der Schwerpunkt z.B. im Mittelteil einer Fläche und ist der kürzere Schenkel länger als sechs Meter, kann die Anordnung einer Bewegungsfuge erforderlich sein. Insbesondere bei der Planung mit dem Einsatz von Heizestrichen sind die Heizkreise und die Estrichfelder genau aufeinander abzustimmen. Dabei dürfen Bewegungsfugen nicht von Heizelementen gekreuzt werden. Anschlussleitungen, die Bewegungsfugen zwingend kreuzen, sind in geeigneter Weise, z.B. durch Rohrhülsen von etwa 0,3 m Länge, zu schützen.

Nach Durchführung des hydraulischen Abgleichs, Feststellung der Belegreife des Estrichs sowie Erstellung der geplanten Fugen, sind die Arbeiten für eine nachhaltige und dauerhaft haltbare Fußbodenkonstruktion zum Heizen abgeschlossen. Und man kann sicher sein, dass der Kunde viel Freude und keinen Ärger damit haben wird.

Details zur Schnittstellenkoordination der unterschiedlichen Gewerke bei der Erstellung einer beheizten Fußbodenkonstruktion finden Sie unter https://www.sbz-online.de/tags/extras-zum-heft.

Zudem gibt es dort Formulare zur Dokumentation der Dichtheitsprüfung von Fußbodenheizungen

Die Themen rund um die Fußbodenheizung sind ein Bestandteil des Uponor-Seminarprogramms. Das Schulungszentrum in Ochtrup ist als Versuchsstand konzipiert. Schwerpunkte des mit insgesamt 17 km verlegten Rohren ausgestatten Gebäudes ist die aufwendige Simulationstechnik. Praktiker können hier erleben, wie Anlagen auf Veränderungen reagieren.

Mehr Informationen zum Akademie-Programm gibt es unter https://www.uponor.com/de-de/academy/schulungszentrum.html .

Dipl.-Ing. Klaus Höfte ist Referent der Uponor-Academy in Ochtrup. ­Seine Themenschwerpunkte sind die Trinkwasserhygiene sowie die Flächenheizung und -kühlung.

Telefon (0 25 53) 70 99 56 E-Mail klaus.hoefte@uponor.de https://www.uponor.com/de-de