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Temperierung mittels Rohr oder Kleinkonvektor/Sockelleiste

Auszüge aus einer Textreihe

Autor:

Dipl. Ing. Architekt Korad Fischer, www.konrad-fischer-info.de/7temper.htm

 

Der Vorteil der reinen Rohrleitungstemperierung gegenüber Sockelleistenheizungen mit Kleinkonvektoren liegt in der nahezu linearen Strahlungsabgabe bei jeder Betriebstemperatur. Während Kleinkonvektoren ab 45oC durch dann erhöhte Luftkonvektion mehr Regelungsbedarf aufweisen, betriebstechnisch Knackgeräusche erzeugen und zu erhöhter Sockelverschmutzung mittels verbrannter Staubteilchen beitragen, ist das Problemfeld bei reinen Rohrsystemen weniger dramatisch. Auch die hin und wieder befürchteten Zwängungsfolgen durch eingemörtelte (elastischer Kalkmörtel!) Unterputz-Temperierheizleitungen sind praktisch bisher nicht existent, da genau deren stabilisierende Wirkung - anders als bei intermittierend "gefahrenen" Heizleitungen üblicher Systeme - die Überbeanspruchung der Bausubstanz und Rohrverbindungen behindert. Bei offener Rohrverlegung entfällt diese Frage ohnehin. Die Wirkung offener Temperierleitungen, ggf. ergänzt durch konvektionsarme Strahlplatten erfolgt sozusagen umwegfrei, während Heizleisten vorwiegend durch erwärmte Luft die Wände indirekt erwärmen.

Zum Verlegeproblem

Die aufwendigen Wand-Boden-Vorsatzschalen der ersten Generation waren natürlich nicht immer die beste Lösung. Was geschah mit historisch sehens- und erhaltenswerten Böden und Wänden? Was funktioniert auch mit kleinem Budget? Hier brauchte es angepaßte Lösungen.

Folglich wurde die Hüllflächentemperierung technisch weiterentwickelt und sozusagen ausgemagert als "Rohrheizung". Die Rohrführung erfolgt dabei offen oder in Mauerwerksschlitzen eingeputzt, manchmal auch mit im Boden geführten zusätzlichen Heizrohren, teils mit Rücklaufführung unter dem Fensterbrettniveau, teils mit Umfahrung der Fensterlaibungen, ggf. auch von vornherein oder im Nachhinein ergänzt durch Strahlungsflächen aus mehr oder minder abgespeckten Metallheizkörpern oder leitungsdurchzogenen Trockenbauplatten. Hier bietet die Industrie und das konstruktive Geschick des Ingenieurs viele Varianten. Dabei werden teils Wandheizsysteme eingesetzt, die auch als havarieriskante Leitungsmaximierung mit hoher Trefferquote bei Bild- und Regalhängung verdächtigt werden könnten.

Die Unterputzverlegung mag zwar gestalterisch unaufdringliche Lösungen bieten, vermindert die erforderliche Betriebstemperatur je nach beheizter Wandfläche, ist sozusagen pflegeleicht und vermindert das Risiko der Wandverschmutzung bei Heißbetrieb, hat aber auch technische und wirtschaftliche Nachteile, die bedacht werden müssen:

§                                                                                                                                                         Das Schlitzen kostet Bestand und erhöht die baubedingte Gefährdung und Verschmutzung des Umgebungsbereichs;

§                                                                                                                                                         Das Schlitzen und anschließende Verputzen kostet mehr als die offene Verlegung;

§                                                                                                                                                         Falsch bzw. zwängungsreich eingeputzte Heizleitungen erzeugen ggf. Temperaturdehnungen, die vielleicht nicht von der Umgebung aufgenommen werden können (siehe hierzu diesen Link: Temperaturdehnzahl der Baustoffe);

§                                                                                                                                                         Die Kreuzungspunkte mit den üblicherweise ebenfalls unter Putz verlegten Elektroleitungen bedürfen sorgfältigster Planung und führen meist zur Vertiefung bzw. Erweiterung der bauwerksverletzenden Schlitze;

§                                                                                                                                                         Wird zu tief eingeschlitzt, ist mangelhafte Erwärmung des Innenraums möglich. Es geht ja um Wärme(ab)strahlung der Rohre, die durch Absorption des Putzauftrags in der Leistung vermindert wird;

§                                                                                                                                                         Verdeckte Rohrführung erhöht die Trägheit und den Energieverbrauch der Anlage und erfordert im Einzelfall erhöhte Anheizzeit, verstärkte Leitungsauslegung oder sonstige Zusatzmaßnahmen, um auf kurzfristige Schwankungen der Außentemperatur besser reagieren zu können - ein besonderes Problem in wenig massiver Bauweise mit reduzierten Wandquerschnitten;

§                                                                                                                                                         Verborgene Rohre sind beim Nageln/Bohren havariegefährdet und können die Gestaltungsfreiräume vermindern. Langfristig ist die verlegte Führung nicht zu befürworten, da ihre Wartung und Erneuerung mit großer Konstruktionszerstörung verbunden ist. Wer nur für ein paar Jahre bzw. nur für sich baut, interessiert sich dafür allerdings nicht. Solange er immer ein Rohrortungssystem vor dem Bilderaufhängen und Wandregalmontieren einsetzt ...

§                                                                                                                                                         Havarie, Ergänzung für erhöhten/geänderten Bedarf, Instandhaltung, letztlich Austausch sind bei Unterputzführung grundsätzlich mit mehr baulichem Aufwand verbunden.

§                                                                                                                                                         Viel Rohr kostet viel. Mehrputzstärken ebenfalls. Anschlußprobleme an Fenster- und Türöffnungen, Nischen, Vorsprünge. Und Flächenverlust.

Die über der Sockelleiste geführte offene Rohrleitung der Hüllflächentemperierung ist also nicht nur denkmalpflegerisch eine vertretbare Lösung mit geringstem Eingriff und Kostenaufwand. Ohnehin sind die Sockelzonen in historischen Räumen meistens ramponiert, sodaß eine dort angebrachte Leitungsführung auch unter thermisch und feuchtetechnisch verträglichem Neuputz keine dramatischen Verluste des historisch wertvollen Bestands bewirkt. Und wenn die offenen Cu-blank-Rohre zur Erhöhung der Abstrahlleistung im Sockelton mit Leinölfarbe "weggestrichen" sind - welcher große Geist ist dadurch gestört?

Für die Frage nach offener oder geschlitzter Rohrführung ist sowohl bei musealer, Veranstaltungs- und Wohnnutzung deutlich geworden, was besonders zu beachten ist:

§                                                                                                                                                         Manchmal sind die in Frage kommenden Trassenbereiche am Sockel schon gestört, hier sollte eine Befunduntersuchung also gezielt ansetzen. Es muß dabei besonders auf Sockelmalerei, bei Öffnungsumfahrung auf Faschen- und Supraportenbemalung geachtet werden.

§                                                                                                                                                         Kostengünstiger, eingriffsärmer und ohne Lötnahtüberbeanspruchung durch Zwängung ist die offene Rohrführung, die dann durch Anstrich auf Kupferrohr blank eine über 80% erhöhte Wärmeabgabe erreicht. Dafür ist der Wärmeübergang an die rückliegende Wand mittels Wärmeleitung geringer als bei überputzter Führung.

§                                                                                                                                                         Ästhetisch gefälliger und für Selbstbauer besser geeignet ist die verdeckt überputzte Führung. Sie erzeugt geringere Oberflächentemperaturen der Heizrohrumgebung und damit geringere Wandverstaubung, da der Konvektionsanteil des wandbegleitenden Coandaeffekts erheblich geringer wird bzw. bei zu tiefliegender Leitungsführung fast ganz unterbleibt. Zwar sind die raumseitigen Oberflächentemperaturen bei verputzter Führung niedriger als bei offener Führung, dafür steigt der Anteil des mit ca. 40 Grad wärmestrahlenden Wandstreifens (mittlere Temperatur Vor+Rücklauf ca. 60 Grad) auf ca. 10 cm. Das liefert etwa 100W/m Leistungsabgabe. Interessant sind auch die Möglichkeiten mit elektrischem Heizkabel und "Marmorplattenheizung".

§                                                                                                                                                         Vorsicht vor zu tief liegendem Einbau der Leitung. Die mögliche Temperaturabgabe an den Innenraum ist dann durch Absorptionseffekte oft zu eingeschränkt, es wird nicht ausreichend warm.

§                                                                                                                                                         Selbstverständlich ist blankes Kupferrohr das geeignete Material. Im Gegensatz zu Kunststoffrohren neigt es nicht zur diffusionsbedingten Verschlammung. Sein Alterungsprozeß ist übersehbar.

§                                                                                                                                                         Nicht ausschließbar sind Strömungsstörungen durch Verschmutzungen in den Rohren. Diese entstehen während der Verlegung durch Bauschmutz bzw. Lötrückstände. Mit entsprechender Filterwartung im Heizkreislauf, Ortung von Störungen an Engstellen wie Strahlplattenanschlüssen oder Thermostaten sowie Austausch verschmutzter Durchflußregler muß auch noch einige Zeit nach Inbetriebnahme gerechnet werden.

§                                                                                                                                                         Dehnungsbedingte Beanspruchung der üblicherweise weich gelöteten Rohrnähte läßt sich nicht vermeiden. Empfehlenwert ist deshalb der Einsatz von weichen Luftkalkmörteln bei verputzter Rohrführung, um die Dauerbeanspruchung zu verringern. Bei Wanddurchdringungen können Kernbohrungen, trockene, ausgestopfte oder vermörtelte Durchführung und Rosettenabdeckung die jeweils richtige Lösung bieten.

§                                                                                                                                                         Leitungslecks sind ein typischer Mangel bei Verlegearbeiten wasserführender Systeme. Empfehlenswerter Abnahmevorgang für Leitungsführung in empfindlichen/verdeckten Bereichen:

§                                                                                                                                                                                 1. Abdrücken mit Luftdruck ca. 10 bar.

§                                                                                                                                                                                 2. Abdrücken mit heißem Wasser (max. Betriebtemperatur), um dehnungsbedingte Lecks zu entdecken.

§                                                                                                                                                                                 3. Mit abgekühltem Wasser nochmals abdrücken, um Lecks zu finden, an denen das ausgetretene Heizwasser verdunstete.

Den Versprechungen der Preßfittinganwender betr. Dauerstabilität gegenüber sollte man kritisch bleiben. Ausreichende Erfahrung für das hochrangige Denkmal liegt noch nicht vor - es gibt auch hier Verarbeitungsfehler und dauernde Materialbeanspruchung. Die Weichlöt-Naht hat sich bewährt.

Unter unbeheizten Böden ist die "Klopfer´sche Wärmelinse" zur systemgerechten Leitungsanordnung zu berücksichtigen. Sie bildet sich auch bei unbeheizten erdberührenden (nicht unterkellerten) Böden aus, mit abnehmendem Wärmeprofil in Richtung Außenwand-Bodenecke. Dämmpakete zum Baugrund sind hier also ohne Sinn, wichtig ist das Anheben des Temperaturprofils an der Wand-Boden-Ecke. Außerdem entsteht Fußwärme nicht durch Wärmedämmung unter dem Boden, sondern durch die Ableitfähigkeit des Bodenbelags. Nur bei diesem zählt der k- bzw. U-Wert, sonst nicht! Und eine wärmeleitungsbehindernde Dämmung der Heizleitung nach außen ist ebenfalls nicht erforderlich, da

§                                                                                                                                                         nur die genügend dicke, strahlungsabsorbierende Massivwand die Wärmeabstrahlung nach außen entscheidend behindern kann und

§                                                                                                                                                         es sich bei dem Wärmetransport ganz überwiegend um Strahlung, nicht Leitung handelt.

Konfiguration und Bemessung der Temperieranlage

Mit den aus den Projektbeispielen gewonnenen Erfahrungswerten und Faustformeln zur Anlagenbemessung und -konfiguration sowie der Berücksichtigung der baulich/betriebstypischen Randbedingungen ist eine zuverlässige Berechnung des jeweils erforderlichen Wärmebedarfs möglich. Dabei müssen auch die Speicherfähigkeit der Baukonstruktion für externe und interne Strahlungsgewinne und die tatsächlichen Verhältnisse an Wand, Dach und Fenster einbezogen werden. Der Vorteil der Strahlungsheizung zur drastischen Verminderung der Energieverlustquote beim Fenster ist rechnerisch einzubeziehen. Und auch die gute alte DDR-TGL sollte man kennen: Wer weiß heute noch, daß die oben schon zitierte TGL eine in DIN-Kreisen unbekannte (?) Tabelle 1 "Kennwert der Klimagebiete für die Klimagebietskonstante, die Klimagebietstemperatur und die mittlere Strahlungsflußdichte" zeigt, die mit Rechenwerten belegt: Man hat mit strahlungsorientierten Heizsystemen gegenüber lufterhitzenden bis zu 30% weniger Heizaufwand bei sonst gleichen Randbedingungen? Dagegen ist in der DIN-Berechnung doch sehr viel heiße Luft verpackt.

Die fachgerechte Berücksichtigung der möglichen - in Wahrheit technisch erforderlichen - Palette von Korrekturen des Berechnungsverfahrens führt zum korrekten Wärmebedarf. Technisch und wirtschaftlich beste Ergebnissen bei der Wahl des Energieerzeugers und der sonstigen Anlagenauslegung sind die Folge. Sogar elektrisch betriebene Heizgläser als innere Fensterscheiben mit nahezu unsichtbar aufgedampftem Metalloxid als Wärmeleiter bei Doppelfensterkonstruktionen können eingesetzt werden, um den vorhandenen Wärmebedarf auf harmlose Art zu decken bzw. zu ergänzen. Die normgewollte Überdimensionierung auf Kosten des Kundengeldbeutels muß nicht sein. Fragen Sie ruhig Ihren Heizungsbauer oder -ingenieur, wie und ob er die angepaßten Berechnungs- bzw. Bemessungsmethoden bedienen kann. So schwer dürfte das für einen Fachmann ja nicht sein. Abgerechnet wird die Planung übrigens nach der HOAI. Im Altbau spielt natürlich auch der Umgang mit dem Bestand eine wichtige Rolle. Was ich vernünftigerweise an Altanlage übernehme, wie ich die bautechnischen Vorteile des alten Massivbaues für die Minimierung der Anlagentechnik nutze, spart Modernisierungskosten. Selbst wenn mitverwendete alte Anlagentechnik Honorar für "die mitverarbeitete Bausubstanz" kostet.

Die Hüllflächentemperierung kann also - entsprechend ausgelegt - jeden Wärmebedarf decken. Das gilt nicht nur für die Depot- und Museumsraumtemperierung, für die diese bewährte Methode unerreichbare Vorteile im Vergleich zu gewohnter Heiz- und Klimatisierungstechnik bietet. Natürlich müssen dabei auch die in Aufenthaltsräumen bekanntgewordenen Probleme mit Unterdeckung des Wärmebedarfs bei zu spartanisch ausgelegten Rohrsystemen oder ungünstigen äußeren Betriebsbedingungen (vor allem erhöhter Lüftungswärmeverlust durch offene Baubereiche, Leichtbau- oder zu gering bemessene Massivbauweise, besondere Windbelastung sowie Fehlbedienung und hydraulische Probleme bei der Wärmeverteilung in umfangreich verzweigten Leitungsnetzen) einfließen. Dann lassen sich Temperieranlagen als die im Vergleich wirtschaftlichere Beheizungsmethode einsetzen. Vor allem bei offener Rohrführung, die das Gebäude am wenigsten schädigt (aber Ästhetizisten zur Weißglut anheizt ...). Und gegenüber Heizluftanlagen- und Klimatechnik allemal.

Vor den optimistischen Vorstellungen überall und immer eintretender immenser Kosten- und Wirkungsvorteile im reinen Energiebereich muß man sich aber hüten - zu komplex sind die Einflüsse der gewählten Bauart, der konstruktiven Voraussetzungen und der Nutzungsbedingungen auf die Anlagenwirkung gerade im Altbau. Die technischen und physiologischen Grundvorteile der Temperierung sind freilich schon für sich allein genommen "ihr Geld wert".

Im Falle meines Elternhauses (Bj. 1962, Hanglage mit drei Geschossen, HLZ-Mauerwerk 36,5, großzügige Belichtung mit Verbundfenstern, DG-Ausbau mit Gipskarton und ca. 4 cm (natürlich völlig nutzloser!) Dämmung, Temperierungsnachrüstung im Winter 1999-2000) hat sich nach den ersten beiden Heizperioden eine bedeutende Ersparnis beim Ölverbrauch gegenüber der vorherigen Heizung mit Einzelölöfen ergeben: von ca. 18,5 auf ca. 14,5 Liter Öl/qm im Jahresdurchschnitt. Und das ohne einen Millimeter Wärmedämmung! Laut EnEV sind erlaubt: 15 Liter/qm (gem. Prof. Weizsäcker in der FAZ vom 5.3.02, der dort auch behauptet, daß "ein gewöhnlicher Altbau im Jahr etwa 200 Liter Öl pro Quadratmeter" verbrauchen würde, was den Grund für die EnEV liefere. Läßt auch hier sowas wie der Kölner Müll grüßen? - Prof. v.W. ist immerhin SPD MdB).

Beim Betrieb der Temperieranlage (offen geführter Vor- und Rücklauf über Sockel, auf Vorlauf sparsam bemessene, mit Thermostat zuschaltbare Strahlungsplatten nach Bedarf) war nach ca. 6 Wochen Dauerbetrieb folgender Zustand erreicht: Alle raumumschließenden Flächen (Wand, Boden, Decke) ca. 22-23oC, Fensterinnenfläche ca. 20-21oC, Vorlauftemperatur ca. 60oC, Rücklauf ca. 42oC, Außentemperatur ca. -10oC, Innenlufttemperatur ca. 16-17oC, rel. Feuchte ca. 50% bei behaglichem Wohngefühl (auch bei meiner eher kälteempfindlichen Frau). Meine täglichen Messungen bestätigen diesen Trend.

Botschaft: Die Temperierung funktioniert tatsächlich wie gewünscht - was mich als Planer doch sehr beruhigt. Ohne, daß fröstelempfindliche Frau und Kinder über Behaglichkeitsstörungen klagen! Dabei können schon bei wenigen Graden über 0 bzw. entsprechender Einstrahlung der Wintersonne die Zusatzstrahlplatten abgestellt werden. Dann genügen zwei klitzekleine Sockelröhrchen zur Kuschelwärme und erfreuen den kundigen Betrachter ebenso wie die tägliche Messung der Oberflächentemperaturen von Wand, Boden, Decke und Verbundfenster (Innenoberfläche Innenscheibe nur wenige Grade unter Wandtemperatur, Innenoberfläche Außenscheibe deutlich niedriger und fallweise kondensatbeaufschlagt, was aber dank Leinölanstrich zu keinen bösen Folgen führt!) mit dem Infrarotthermometer.

Für den, der sowas mal gerne sehen möchte: Stellen Sie sich eine normale Heizkörperheizung vor, anstelle der Heizkörper einfache lackierte Strahlplatten (sehen fast wie Heizkörper aus, nur viel schmaler, also vorne Blech, hinten Blech und dazwischen keine Rippen/Schlitze), Leitungen Vor- und Rücklauf aus angestrichenem Kupferrohr, Bemessung der Strahlungskörper und der Rohrquerschnitte nach Wärmebedarf, Lage direkt über der Sockelleiste an der Wand auf Putz, sichtbare Wandmontage mit Doppelschelle. Echt nichts dabei, simpel hoch drei.

Da der tatsächliche Energieverbrauch von der Brauchwasserentnahme, dem Nutzer- bzw. Betreiberverhalten, der Gebäudegeometrie und -lage sowie Bauweise stark abhängig ist, sollten hier aber - wie bei normgerechter Anlagentechnik ebenfalls üblich - keine einklagbaren Vorhersagen getroffen werden. Dies trifft übrigens auch für Bauweisen gem. WSVO/EnEV zu, deren tatsächlicher Energieverbrauch (wie von Bossert und Prof. Fehrenberg vielfach meßtechnisch nachgewiesen) wesentlich vom idealisierten Wärmebedarf nach Rechnung abweichen kann. So müssen berühmte "Passivhäuser" aus Mustersiedlungen im Winter klammheimlich mit transportablen Zusatzheizungen wärmeversorgt werden. Das steht natürlich in keiner Zeitung, man darf aber bei Dr. Feist und anderen eingeweihten Kreisen auf den Busch klopfen!

Eine Unterdimensionierung gibt es auch bei der Temperieranlage. Sie ist oft Folge der risikobewußten Ausmagerung der Systemtechnik zur Erzielung erhöhter Wirtschaftlichkeit, zu tief liegender Rohreinschlitzung oder überspannter Erwartungshaltung. Dem kann technisch und objektgerecht begegnet werden: durch großzügigere Rohranordnung (z.B. Zusatzführung auf ca. 1m über OKF, verstärkte Öffnungsumfahrung, Versorgung auch der Innenwände, offene Leitungsführung), Ergänzung durch Kleinkonvektorsysteme bzw. Strahlplatten (deren energetische Wirkung ist übrigens doppelt so hoch wie nach etablierter Rechenmethode), bedarfsweise sogar durch einzeln angeordnete Radiatoren im Zusammenhang mit der gezielten Beeinflussung möglicher Störfaktoren. Auch das Hochfahren der Vorlauftemperatur kann bei geringer Anlagendimensionierung einen wärmetechnischen Ausgleich bieten.

Wie immer muß also ingenieurtechnische Erfahrung theoretisch mögliche, aber praktisch nicht ausreichende Rechenmethoden ergänzen. Das zeigen nicht nur die Anlagenergebnisse meines Büros, sondern auch die der weiteren Kollegen, die sich seit Jahren mit dieser Technik befassen. Die zentrale Leitstelle zur Temperierungstechnik ist nach wie vor Henning Großeschmidt am Bayerischen Landesamt für Denkmalpflege. Sein Überblick über das Temperiergeschehen, seine Aufsätze, Dokumentationen und Literaturrecherchen, seine Denkanstöße, allbekannte Begeisterungsfähigkeit und seine fundierte Kritik an der etablierten Bauphysik verbreiten die bei den Ingenieuren und Anwendern entstehenden Erfahrungen und ermutigen zu weiterem Fortschritt. Auch wenn hin und wieder eine Kirche nicht so warm wird, daß man sich drin suhlen kann...

Strahlungsheizung und Fensterkonstruktion

Daß bei Strahlungsheizung ganz 'normale' Einfachfenster schon ausreichen, um die Strahlungswärme nahezu komplett in den Raum zurückzuflektieren, ist physikalisches Grundlagenwissen. Die stark beworbenen Fensterperversionen mit wenig dauerstabilen Gasfüllungen und teuersten Rahmen-Glaskonstruktionen sind bei Temperierheizungen nicht erforderlich.

Prof. Claus Meier schreibt in einem Buchmanskript dazu:

"Technik der Strahlung

Es gibt drei Energietransportvorgänge: die Wärmeleitung, die Wärmeströmung (Konvektion) und die Wärmestrahlung.

Über die Strahlung ist bei Cziesielski zu lesen [Cziesielski, E.; Daniels, K.; Trümper, H.: Ruhrgas Handbuch - Haustechnische Planung. Hrsg. Ruhrgas AG, Karl Krämer Verlag Stuttgart 1985]:

"Der Wärmetransport durch Strahlung unterscheidet sich grundsätzlich von den Vorgängen der Wärmeübertragung durch Leitung oder Konvektion. Die Unterschiede bestehen darin, daß der Energietransport durch Strahlung an keinen stofflichen Träger gebunden ist und damit auch nicht vom Temperaturfeld des durchstrahlten Mediums abhängt.

Dieses Phänomen kann anhand der Sonnenstrahlung, welche durch den Weltraum mit einer Temperatur von annähernd 3 K (-270 °C) zur Erde gelangt, veranschaulicht werden. Die Temperatur des "Strahlers" ist demnach die wesentliche Größe, die auf den abgegebenen Energiestrom bei der Wärmestrahlung Einfluß nimmt".

Weiterhin heißt es dort:

"Wichtig ist, daß Gase wie O2, N2, H2, trockene Luft und die Edelgase praktisch diatherm (Wärmestrahlen durchlassend) sind. Dies kann man mit einigen Ausnahmen auch so zusammenfassen, daß alle zweiatomigen Gase nicht strahlen".

Dies bedeutet: In der Heiztechnik müssen quantenmechanisch zu behandelnde elektromagnetische Strahlung und die thermodynamisch zu behandelnde Konvektionsheizung konsequent getrennt werden [vgl. Meier, C.: Humane Wärme. Strahlungswärme als energiesparende Heiztechnik. bausubstanz 1999, H. 3, S. 40].

Strom, Licht, Röntgenstrahlen, Höhenstrahlung und eben auch die Wärmestrahlung als Temperaturstrahler (Strahlungsheizung) sind physikalisch etwas ganz anderes als die Wärmeleitung und die Konvektion. Die Strahlungsgesetze zur Beschreibung der elektromagnetischen Strahlung sind ausschließlich Bestandteil der Quantenmechanik.

Das Plancksche Strahlungsgesetz und das daraus abgeleitete Gesetz von Stefan und Boltzmann verlangen zur Bestimmung der Strahlungsenergie allein nur die absolute Temperatur, während die Thermodynamik (Wärmeleitung und Wärmeströmung) von Temperaturdifferenzen lebt. Insoweit dürfen die Wärmeleitung und die Konvektion nicht mit der Wärmestrahlung rechnerisch vermischt werden. Dies aber geschieht überall in der Heiztechnik– und auch in den DIN-Normen und VDI-Richtlinien.

Somit sind "gemeinsame" Berechnungsgrundlagen nicht zutreffend und führen wegen falscher Formeln zu irregulären Ergebnissen. Die Strahlungsheizung wird dadurch rechnerisch stark benachteiligt, die energetische Bedeutung der Bauteiltemperierung (oder auch Hüllflächentemperierung) nicht erkannt.

Zur Vertiefung:
Claus Meier: Bauphysik des historischen Fensters, Praxis-Ratgeber zur Denkmalpflege Nr. 9, Januar 2002, Informationsschriften der Deutschen Burgenvereinigung e.V. (mit bereinigten k-Werten für alte und neue Fenstertypen!), gegen 2,50 EUR in Briefmarken erhältlich bei der Geschäftsstelle der Deutschen Burgenvereinigung, Marksburg - 56338 Braubach.

Glas und die elektromagnetische Strahlung

Ein Naturgesetz der elektromagnetischen Strahlung besagt, daß die Wärmestrahlung eines Temperaturstrahlers normales Fensterglas nicht durchdringt. (...)

Dies bedeutet:

Das k-Wert-Denken muß auch beim Fenster neu durchdacht werden.

Doppel- und Dreifachscheiben, Edelgasfüllungen und metallische Beschichtungen zur "Reduzierung der Transmissionswärmeverluste" (Thermodynamik) sind überhaupt nicht notwendig, wenn Temperaturstrahler (Quantenmechanik) zur Gebäudeheizung verwendet werden, da die Energie (Kaminfeuer, Kachelofen, temperierte Wand, Strahlplatte) im Raum verbleibt.

Außerdem kann bei einer Strahlungsheizung die Raumlufttemperatur wesentlich gesenkt werden – die Energieeinsparung ist demzufolge eine gewaltige [vgl. Meier, C.: Praxis-Ratgeber zur Denkmalpflege Nr.7, Januar 1999. Altbau und Wärmeschutz - 13 Fragen und Antworten. Informationsschriften der Deutschen Burgenvereinigung e.V. Marksburg - 56338 Braubach].

Die Konzentration auf die "Minimierung" der kF-Werte ist insofern ... einseitiges Vorgehen und bezieht sich nur auf Konvektionsheizungen.

Bei einer Strahlungsheizung herrschen andere physikalische Gesetze. Die Strahlungsheizung muß deshalb aus grundsätzlichen physiologischen und ökologischen Erwägungen heraus gegenüber der Konvektionsheizung favorisiert werden. Die in der Heiztechnik fast ausschließliche Beschränkung auf die Konvektionsheizung ist nicht zu verantworten."

Soweit Prof. Meier.

Alle diese wirtschaftlich-technischen und gesundheitlichen Vorteile einer Strahlungsheizung sind bei einer praxisgerechten Kosten-Nutzen-Analyse zu beachten.

Energieerzeugung und Wirtschaftlichkeit

Bekanntermaßen problematisch ist der Einsatz von elektrischer Heizenergie (wie auch bei konventionellen Anlagen). Hier sind aber Entwicklungen zu beobachten, die die Elektroheizung in konkurrenzfähige Bereiche rücken. So können Temperieranlagen in Objekten ohne Platz und Investitionsmöglichkeit für Heiztechnik, Kessel, Kamin und Brennstofflager mit Elektroenergie sinnvoll versorgt werden. Da der Energiemarkt ständig in Bewegung ist, sind aktuelle wirtschaftliche Analysen erforderlich, um Tarifbedingungen und Preisbewegungen am Öl- und Gasmarkt in Beziehung mit der jeweils erforderlichen Anlageninvestition zu setzen. Zu bedenken ist natürlich, daß der zunehmende Subventionsanteil am Strompreis (für die Öko-Schwindel-Stromerzeuger aus Sonne+Wind) zur stetigen Preisverteuerung führt. Das Contracting-Angebot (Bereitstellung von "Wärme" inkl. der dazu gehörenden Technik und Energie, Refinanzierung über bestimmte Vertragslaufzeit durch Lieferpreis der Energie) bietet für manche Problemfälle derzeit interessante Lösungen. Ohnehin gibt es für Elektroheizungen oft Tarife, die gerade bei Temperiertechnik zu derzeit unschlagbar wirtschaftlichen Bauarten führen können - bis eben die Subventionsfalle zuschlägt.

Auch aus Objektschutzgründen (Vermeidung wasserführender Systeme im gefährdeten Umfeld, Vermeidung leitungsbedingter Eingriffe, nur temporärer Wärmebedarf z. B. in ungeheizten Obergeschossen über den Winter) können elektrische Heizsysteme wie Strahler mit reduzierter Oberflächentemperatur und Heizkabel fallweise sinnvoll sein. Hier heißt es eben abzuwägen - zwischen wirtschaftlichen, technischen und auch denkmalschutzbedingten Anforderungen. Ein Heizkabel - mit Kalkmörtelleiste reversibel in der Stuckgesims-Deckenkante integriert - ist für manche Fälle durchaus "das Gelbe vom Ei".

Die "Fernwärmeversorgung" von einer Heizzentrale kann andererseits für Freilichtmuseen mit vielen Einzelbauwerken immer noch wirtschaftlicher sein, als Einzelversorgung mit Elektroheizanlagen. Auch ein kleines Blockheizkraftwerk, das Wärme und Strom liefert, ist bei passender Auslastung ein sinnvoller Energielieferant für kombinierte Temperieranlagen. Alles eine Frage des Rechenexempels. Und dieses gehört nun mal zu einer Haustechnikplanung - auch im hier beschriebenen alternativen Bereich. Weltretter, Energierückgewinnler, Windkraft- und Solarzellensüchtige müssen dabei die wahren Gesamtkosten - vielleicht sogar ohne Subvention - beachten. Dann ist es aus mit technischem Unsinn.

Wie sich die Strompreise künftig verhalten, wenn die preisgünstige Atomkraft gegen superteure Alternativenergie aus Solar und Wind ersetzt werden, ist klar. Schon jetzt sollen die besonders windkraftbelasteten norddeutschen Stromunternehmen mit staatlichem Abnahmezwang aus den hier noch wirtschaftlicher arbeitenden anderen Unternehmen zwangssubventioniert werden. Absehbares Ergebnis: Strompreisverteuerung ins Exorbitante. Die künftige Konzentration am Strommarkt wird dazu beitragen. Daß die Alternativenergien und Ökosteuern zur Geldmaschine für heute mächtige Ökoheuchler mutierten, läßt für die Energiepreise nichts Gutes erhoffen. Laßt uns die Aufsichtsräte und Anteilseigner der Ökoindustrie beleuchten!

Mit Neuentwicklungen versucht die konventionelle Heiztechnik heute auch Sonderlösungen für niedrigen Bedarf anzubieten. Neben den bekannten Gasthermen gibt es inzwischen auch kaminunabhängige Ölthermen mit Rußziffer 0,0 (Fa. Scheer Heiztechnik, Chausseestr. 12-16, 25797 Wöhrden, Tel.: 04839-905-0/Fax: 04839-453), die damit die Kosten für Heizraum und Abgastechnik wesentlich verringern. Hier braucht es sorgfältige Wirtschaftlichkeitsberechnungen.

Dabei helfen Ihnen - neben dem spitzen Bleistift:

ASUE Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V. (Gaswirtschaft)

IWO Institut für wirtschaftliche Ölheizung e.V.

Haustechnikdialog - Forum Heizöl oder Flüssiggas?

und Ihr Energieversorgungsunternehmen.

Bei gewisser Bauherrnbereitschaft zum experimentellen Bauen und zur ggf. erforderlichen Nachrüstung nach den Erfahrungen des ersten Betriebsjahres gelingt nach wie vor der Einsatz besonders wirtschaftlicher Temperieranlagen. Hier steht der Planer in verschärfter Aufklärungs- und Beratungspflicht, um bei seinem Bauherrn übertriebene Erwartungen mit vorprogrammiertem Enttäuschungspotential zu vermeiden. Nach detaillierter Planung und Ausschreibung kann übrigens jeder verläßliche Heizungsbauer solche Anlagen bauen. Auch die Heizzentralen sind vertraute Technik. Ingenieure und Bauphysikgläubige haben es da nicht so leicht - es muß radikal umgedacht werden. Wer macht das schon gerne? Und Anfänger machen - wie wir alle - Anfängerfehler. Oft müssen diese dann mühsam ausgebadet werden, manchmal in sehr heißem Wasser...

Daß mit der Niedertemperatur-Heiztechnik noch viele Überraschungen drohen, kann man hier "zur Kenntnis" nehmen: Heiztechnik - Kessel- und Umweltschäden

Umbau bestehender Heizsysteme

Im Bestand mit einer konventionellen Zentralheizung muß übrigens nicht alles rausgerissen werden, um die Annehmlichkeiten und energetischen Vorteile einer Temperieranlage zu erhalten. Diese Radikalerneuerung und Geldvernichtung bleibt den untreuen Sachwaltern des Bauherrn überlassen. Bei üblichen Ausführungen haben die Leitungssysteme und Heizkörper durchaus lange Lebensdauer, das Heizwasser ist ja wenig korrosiv. Im Klartext kann eine bestehende Zentralheizung mit recht wenig Aufwand zu einer Temperieranlage nach- und umgerüstet werden. Einige ergänzende Aufputz-Heizleitungen, um die Außenwände vollflächig zu temperieren, geringfügiger Umbau der als Zusatzheizflächen nutzbaren Heizkörper, fertig ist die Hüllflächentemperierung. Alte Gußheizkörper mit hohem Strahlungsanteil sind dabei sogar besonders vorteilhaft, neue "Radiatoren/Konvektoren" sind mit wenig Aufwand auf höheren Strahlungsanteil umzubasteln. Schade nur für das Auftragsvolumen der Heizungsexperten, das wird so natürlich radikal geschmälert.

Ein weiterer Schritt in diese Richtung ist die Verbesserung und Weiterverwendung der alten Heizzentrale:

Für alte, auch von der EnEV bedrohte und für neue Gebläsebrenner (nicht atmosphärische Brenner) auf Öl- und Gasbasis bringt die Nachrüstung eines Heizungs-Katalysators mit Abgas-Wärmerückgewinnung:

§                                                                                                                                                         eine nachträgliche Umstellung alter Kesseltechnik mit Wirkungsgrad von ca. 97 - 98%,

§                                                                                                                                                         der Altkessel muß nicht ausgetauscht werden,

§                                                                                                                                                         einfachste und dauerstabile Bauart: Einbau des Katalysators aus Edelstahl zwischen Kessel und Kamin bzw. über problemlose Abgasrohrverlängerung an einem räumlich geeigneten Standort,

§                                                                                                                                                         Minderung der schädlichen festen Rauchgasbestandteile (Ruß, Staub, Asche) zu ca. 100%, der flüssigen (Säuren) zu ca. 60 - 80%, der gasförmigen (CO, CO", NOx, SOx, HC) um ca. 16 - 30% bei gleichzeitiger Abgabe von Sauerstoff (aus Rauchgasumwandlung),

§                                                                                                                                                         im Gegensatz zur üblichen "nassen" Brennwerttechnik mit Nutzung der "auskondensierten" Latentwärme (Abkühlung der Abgase unter ca. 47 Grad) wärmere Abgase (ca. 50-60 Grad) mit Nutzung der "sensiblen Wärme" - die übliche "Kaminsanierung" wg. Versottung (Kondensation der Restfeuchte der kühleneren Brennwert-Abgase im Kamin) kann entfallen,

§                                                                                                                                                         keine Änderung des Kaminquerschnitts erforderlich, da der Katalysator den benötigten Luftstrom steuert.

§                                                                                                                                                         keine Einleitung aggressiver Kondensate in das Abwassernetz, keine Neutralisationstechnik - die Schadstoffe werden durch Filtertausch (als Service Alt gegen Neu) zwei mal jährlich entsorgt,

§                                                                                                                                                         Wirkung als Schalldämpfer,

§                                                                                                                                                         kurzfristige Amortisation (ca. 3-6 Jahre) durch Brennstoffeinsparung.

Damit ist eine wirtschaftliche Weiterverwendung der bestehenden Heizzentrale und die kostengünstige Umrüstung auf ein neues Kesselsystem gesichert.

Einziges Problem: Der Planer und der Heizungsbauer müßten zur Minimalsanierung raten. Wer verzichtet aber gerne auf teure Maximallösungen? Deswegen ist die Katalysatortechnik für Heizungskessel bisher nur Insidern bekannt - trotz zigfacher Praxisbewährung: testen sie Ihre Heizungspartner! Aus Sicht des Hausbesitzers und Mieters jedoch ist die Katalysatortechnik für den Heizkessel technisch und vor allem wirtschaftlich vorteilhaft. Wobei wir hier die auch gegebenen ÖKO-Vorteile gar nicht weiter diskutieren wollen. Wen interessiert schon wirklich der "Saure Regen"? ...

Heizungsmethode und Strahlungswirkung

Prof. Dr.-Ing. habil. Claus Meier nimmt zur Frage der richtigen Heizungsmethode und sachgerechten Beurteilung der Strahlungswirkung wie folgt Stellung (Auszug aus einem Beratungsschreiben):

"Und nun zur Physik der Strahlung: Es ist und bleibt doch unbestritten, daß kurzwellige Sonnenstrahlung (etwa 0,3 bis 2,5 µm) durch die Fenster eindringt. Bei der "Behandlung von Speicherung" wird allein nur dieser Tatbestand gesehen - wo bleibt die durch Fenster eindringende Wärme?

Hier geht es aber um die langwellige Temperaturstrahlung (Wärmestrahlung), die bei Oberflächentemperaturen von 20 bis 30°C etwa zwischen 3 und 40 µm liegt (das Maximum liegt dann bei ca. 10 µm). Und nun steht in Cziesielski, Daniels, Trümper "Ruhrgas Handbuch - Haustechnische Planung" auf der Seite 41 der folgenschwere Satz, der alles k-Wert-Denken beim Fenster über den Haufen wirft:

"Wichtig ist die Tatsache, daß Glas für Wellenlängen unterhalb 0,3 µm und oberhalb etwa 2,7 µm praktisch völlig undurchlässig ist.

Ultraviolette Strahlung wird nicht hineingelassen (kein Bräunen hinter einer Glasscheibe) und langwelliges Infrarot (Temperaturstrahlung) nicht herausgelassen.

Das Fenster erzeugt den "Treibhauseffekt": Wenn Sonnenstrahlung in einen Raum eindringt und von den Raumflächen absorbiert wird, kann die daraus resultierende Wärmestrahlung nicht mehr hinaus."

Bild 2.3-13 auf der Seite 41 zeigt diese Charakteristik elektromagnetischer Strahlung auch grafisch. Diese Aussage, die ja nicht von mir stammt, fordert eine Neuorientierung. Das Beschämende ist jedoch, daß die "offizielle Bauphysik" davon überhaupt keine Notiz nimmt, statt dessen aber für teures Geld "k-Wert-minimierte Fenster" zertifiziert (Institut Dr. Feist).

Wenn Sie sich äußern, daß der Hauptanteil der Mehrkosten [des Passivhauses des Fragestellers] von 30.000 DM die Fenster sind, dann sind Sie ein exzellentes Beispiel dafür, wie Sie mit den kF-Werten der Doppel-und Dreifachscheiben mit Edelgasfüllung und Beschichtungen weitgehend hinters Licht geführt wurden. Eine Strahlungsheizung in Verbindung mit Normalglas ist die einzig zu empfehlende Konstruktionsvariante, um Energie und Kosten zu sparen. Aber eine vollständige Information war noch nie Sache der von der Industrie abhängigen "offiziellen Bauphysik".

In diesem Zusammenhang sei die "Luftheizung" erwähnt. Es ist nicht einzusehen, warum ausgerechnet Luft, die der Mensch zum Atmen benötigt, nun auch noch als "Wärmetransportmittel" benutzt wird, zumal die "Empfindungstemperatur" sich aus der Lufttemperatur und der Oberflächentemperatur der raumumschließenden Flächen zusammensetzt.

Der entscheidende Vorteil der Strahlungsheizung (erwärmt keine Luft) ist:

niedrigere Lufttemperaturen, höhere Oberflächentemperaturen. Der hygienisch notwendige Luftaustausch tauscht also energiearme Luft aus - energiesparend. Kondensat kann auch nicht entstehen.

Der entscheidende Nachteil der Luftheizung ist:

höhere Lufttemperaturen, niedrigere Oberflächentemperaturen. Es wird also energiereiche Luft ausgetauscht - energieverschwendend. Und auch Kondensat, das zur Schimmelpilzbildung führen kann, entsteht nur bei einer Luftheizung.

Luftheizung ist auch eine schnelle Heizung, die man aber auch braucht, um auf schnelle Temperaturschwankungen (schlechtes Temperatur-Amplituden-Verhältnis durch Leichtkonstruktion) auch schnell reagieren zu können. Ein apparativer und regelungstechnischer Aufwand, der auch erst den "Langzeittest" bestehen muß."

Bei sachgerechter Betrachtung der Verhältnisse am Fensterglas ist eben auch dessen Nutzung als Strahlungsheizfläche - eine aktuelle Entwicklung der Technik - sinnvoll und energiesparend. Obwohl bzw. gerade weil die EnEV davon gar nichts weiß.

Aus aktuellem Anlaß: Bauwerkstrocknung nach Überschwemmungsschäden

War das Bauwerk überflutet, greift zunächst die luftbehandelnde Trocknungsmethode, die überschüssige Feuchte durch Kondensation aus der Raumluft zieht. Sie hat ihre Grenzen in der weiteren Zufuhr von warmer Feuchtluft (Sommerfall) und in der nur indirekten Wirkung auf die Feuchte in Bauteilen. Deswegen droht nach scheinbarer Trocknung der Raumumschließungsflächen der Schimmelbefall auf den nach wie vor vollgesogenen Wänden. Und dies so lange, bis eben ausreichend tiefgründig ausgetrocknet ist. Schlimm, wenn dies wie üblich frisch renovierte Flächen betrifft.

Deswegen bietet die Technik für geeignete Fußboden- und Wandaufbauten Heißlufttrockner an, die durch Einführung heiß-trockener Luft eine effektive Trocknung auch in der Konstruktion bewerkstelligen. Eignung jedoch nur bei zugänglichen Schichtkonstruktionen mit Hinterlüftungsebenen.

Als dauerhaft wirkungsvolle Maßnahme auch in die Konstruktionstiefe von Massivbauten verbleibt die oben beschriebene Temperierung der Bauwerksflächen. Ist nur die intensive akute Trocknung erforderlich, kann man sich mit mobilen Heizstrahlern auf Gasbasis begnügen. Bei schwereren Fällen kommen - je nach Randbedingungen im vorhandenen Heizsystem - elektrisch versorgte Marmorstrahlplatten (sie gibt es auch mobil) und warmwasserversorgte Heizleitungen in Betracht. Zum Für und Wider siehe die obigen Ausführungen.

Zum Abschluß - weitere Information

Ein erfahrener Verfechter der Temperiertechnik ist auch Manfred Hoof aus Minden. Lesen Sie weiter auf seiner Homepage, welche Erfahrungen er mit der Temperierung gemacht hat: . . . über die Temperieranlage nach "Großeschmidt"

Temperierungsinfo durch Kollegen:

Ing. B. Krause: Ökologisches Bauen ohne Mehrkosten, Heizung, Dämmung und Gebäudetrockenlegung durch Gebäudetemperierung
Stadtmühle Babenhausen: Info Temperieranlage
EURA Ingenieure

Alfred Eisenschinks sancal.de zeigt auch die von ihm produzierte Fußleistenheizung, deren Auftriebsprinzip ebenfalls Wärmeversorgung der Hüllflächen erzeugt und so zur Strahlungsheizung zu zählen ist: sancal-Heizleiste - auch als Montagebausatz für Selberbauer
Solarthermie - Wahn und Wirklichkeit. Eine kritische Stellungnahme von Alfred Eisenschink

Diskussionen: Bau.Net - Forum: Fußbodenheizungen / Wandheizungen

Technisch sehr gut aufbreitete Info zur Heiztechnik: Definitionen für Wetter und Heiztechnik: Wetterdaten, Statistik, Begriffsdefinitionen der Heiztechnik, Messdatenerfassung (aus http://www.beitzke.de/) Energiesparen durch den richtigen Heizbetrieb! www.heizungsbetrieb.de Vollbrennwerttechnik für Öl und Gas Haustechnikdialog - Brennwert - Das Forum

Planungsgrundlagen luft- und heizungstechnischer Maßnahmen (umfangreich, aber mit etwas Vorsicht zu genießen)

Marmorheizung mit optimierter Energieausbeute dank neuer Wärmeübertragungstechnik - Sunstone Marmorheizung

Informationen zum internationalen Projekt zur Klimatechnik - Forschungsprojekt EUREKA-EU-PREVENT 1995-98 - Innenklima in Schlössern und Museen, Schwerpunkte 'natürliche Lüftung' und 'Temperierung im Vergleich zur konventionellen Heiztechnik' auf der Homepage der Ostdeutschen Galerie Regensburg.

Neu: Gebäudeklima in Museen / Climate in Museums - Unterrichtseinheit an der Universität für Angewandte Kunst, Wien (Dipl.-Rest. C. Waller) - teils auch widersprüchliche Info- und Faktensammlung

Ein Bauherr schreibt (12.2.02): "Die KfW hat meine Aufwendungen für die Temperierung als förderungswürdig anerkannt und ich erhalte im Rahmen des Programms zur "CO2 Gebäudesanierung" ein zinsgünstiges Darlehen!"

 

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