Heizkörper auslegen: Für Zweck, Behaglichkeit und Heizlast

Verbraucher empfinden Räume als warm, aber trotzdem unbehaglich? Das muss nicht sein. Die VDI 6030 „Planung und Bemessung von Raumheiz- und Kühlflächen“ nennt Faktoren für die Auslegung von Heizkörpern, die ein Stück weit über die Normheizlast an sich hinausgehen. Gerade in der Modernisierung ist sie beim Heizkörpertausch ein gutes Mittel, um die Auslegung der Heizkörper an die veränderte Gebäudestruktur anzupassen.

Der Röhrenradiator Delta Laserline eignet sich dank der durch den großen Gliedabstand gewonnenen Lichtdurchlässigkeit auch für den Einsatz vor bodentiefen Fenstern. Bild: Purmo

Die ErP-Richtlinie hat im Bereich der Heizung das Thema Energieeffizienz in den Vordergrund gerückt. Das Augenmerk liegt auf der Wärmeerzeugung. Kostenoptimiert, verbrauchsarm und möglichst umweltverträglich sollen Heizungsanlagen sein. ErP-Label für Wärmeerzeuger und den Anlagenverbund entscheiden ab September über die Klassifizierung. Bei aller notwendigen Bewertung darf aber ein bedeutender Faktor nicht außer Acht bleiben. Nämlich aus der Sicht der Verbraucher formuliert: Eine Heizung soll es behaglich warm machen. Maßgeblichen Einfluss darauf, üben Wahl und Beschaffenheit der Wärmeübertragung aus.

Gerade im weiten Feld der Gebäudemodernisierung nehmen freie Heizflächen eine zentrale Rolle ein. Also der Austausch oder Ersatz von Guss- oder Stahlradiatoren gegen neuere Varianten in Form von Röhrenradiatoren oder Flachheizkörpern. Delta Laserline von Purmo zum Beispiel ist ein zeitgemäßer Ersatz für alte Guss- oder Stahlradiatoren. Er ist laut Anbieter auch ideal für Gebäude mit Heizkörpernischen und aufgrund seiner Lichtdurchlässigkeit auch für den Einsatz vor bodentiefen Fenstern geeignet. Der Heizkörper wird mit seiner modernen Optik auf Maß gefertigt – passt also exakt in die Nische und auf die vorhandenen Anschlüsse. Er sorgt mit seinen D-Profilrohren und Befestigungen für Sicherheit (im Gegensatz zu den scharfkantigen alten DIN-Radiatoren).

Auf Heizkörper wirken Kräfte die eine sichere Befestigung unabdingbar machen. Je nach Gebrauch sind die Anforderungen an die Befestigung unterschiedlich hoch. Bild: Purmo

Sein raumgerichtetes D-Profil sorgt für einen besonders hohen Anteil angenehmer Strahlungswärme und dank des großen Gliedabstandes, ist der Röhrenradiator leichter zu reinigen.

Dem Begriff der Behaglichkeit wurden erst in der jüngeren Zeit entsprechende technische Richtwerte zugeordnet. Auf einen Raum bezogen beschreiben ihn im Wesentlichen vier Faktoren: 1. die Raumtemperatur, 2. die Oberflächentemperatur der Rauminnenflächen, also Wände, Fenster, Decke und Boden, 3. die Luftfeuchte und 4. die Luftbewegung. In die Betrachtung mit einbezogen wird zudem immer häufiger die Aktivität der Personen, die sich im Raum aufhalten. Allerdings handelt es sich bei der Behaglichkeit letztlich um ein subjektives Empfinden. Deshalb gibt es für die genannten Punkte auch keine Fixpunkte, sondern Wertebereiche. Raum- und Oberflächentemperatur zum Beispiel können in einem Diagramm zusammengelegt werden.

Die Raum- und Oberflächentemperatur können in einem Diagramm zusammengelegt werdenLegende: tO = Oberflächentemperatur, tR = Raumtemperatur, tAW = Temperatur Außenwand, tF = Temperatur Fenster. Bild: Purmo

An dieser sogenannten thermischen Behaglichkeitszone lässt sich ablesen, unter welchen Temperaturbedingungen ein Mensch den Raum als behaglich warm empfindet. Der Mittelwert zwischen Raum- und Oberflächentemperatur steht dabei für die Empfindungstemperatur. Sie sollte in der Regel zwischen 18 und 20 °C liegen. Die Oberflächentemperatur der Innenwände übt einen großen Einfluss aus und sollte nicht > 3 K unter der Raumtemperatur liegen. Ein Beispiel: Ein Wohnraum mit einer Raumtemperatur von 20 °C und einer Oberflächentemperatur der Außenwand von 14 °C (ungedämmter Altbau) wird trotzdem als unbehaglich empfunden.

Hohe thermische Behaglichkeit erzielen

Die Einflussfaktoren gilt es bei der Auslegung von Heizkörpern entsprechend einzuplanen. Eine gute Ausgangsbasis dazu ist die VDI 6030. Im Gegensatz zur Auslege-Heizleistung nach DIN EN 12831 berücksichtigt die VDI-Richtlinie auch die weniger deutlichen Kriterien. Sie sichert also nicht nur das Erreichen der physikalisch gewollten Raumtemperatur zu, sondern auch eine möglichst hohe thermische Behaglichkeit. Ziel ist, die Raumheizflächen so auszulegen, dass Behaglichkeitsdefizite nicht entstehen, wie zum Beispiel Fallluftströmung an Fensterflächen. Im Zuge der energetischen Sanierung ist der Heizkörpertausch eine notwendige Voraussetzung, die veränderten Bedingungen und Vorschriften zu berücksichtigen. Für die Heizkörperauswahl und deren Größe nach VDI 6030 ist nicht nur die Spreizung zwischen Vor- und Rücklauftemperatur ausschlaggebend, sondern auch die Abstimmung der Heizkörper auf vorhandene Fensterbreiten und Brüstungshöhen, um gegebenenfalls eine Strahlungskompensation der Fensteroberflächen zu erreichen.

Behaglichkeitsdefizite durch kalte Außenwandflächen sollen durch die Strahlungslieferung des Heizkörpers kompensiert werden. Eine dazu notwendige Übertemperatur der Heizkörper beeinflusst die Strahlungsbilanz positiv.

Anforderungszonen

Die VDI 6030 nennt zudem Anforderungszonen. Heißt: Nicht der Gesamtraum eines Zimmers wird als Beheizungsziel angesehen, sondern eine Zone, in denen sich Personen aufhalten. In diesem Bereich sollen die Anforderungen erfüllt werden – eben auch hinsichtlich der Behaglichkeit. Und zwar so, dass keine Defizite auftreten. Größe und Lage der freien Raumheizflächen sind dementsprechend angepasst auszulegen. Speziell für Renovierungsfälle hat Purmo den Heizkörper Plan-Compact-Modernisierung konzipiert. Der Kompaktheizkörper mit planer Front lässt sich ohne Änderungen am Rohrnetz austauschen. Seine Nabenabstände orientieren sich ebenfalls an den Anschlussmaßen alter DIN-Stahl- und Gussradiatoren. Das ermöglicht die Renovierung auch im bewohnten Zustand.

Stufenlösung Behaglichkeit

Hinsichtlich des zu erreichenden Grades der thermischen Behaglichkeit wird von drei Anforderungsstufen gesprochen. In Anforderungsstufe 1 genügt es, wenn die Normheizlast gedeckt ist. Es werden keine besonderen Anforderungen an die Heizkörperanordnung, die Abmessungen und die Wassertemperaturen gestellt. Bei Anforderungsstufe 2 muss zusätzlich ein Teil der Behaglichkeitsdefizite beseitigt werden. Das kann zum Beispiel das Strahlungsdefizit kühlerer Außenwände sein.

Der Kaltluftabfall vor großen Fensterflächen muss ausgeglichen werden, um thermische Behaglichkeit zu gewährleisten. Drei Anforderungsstufen definieren den zu erreichenden Grad der Behaglichkeit. Bild: Purmo

Daher sollte der Heizkörper vor derselben Ebene angeordnet sein wie die kalte Umfassungsfläche. Das führt zu einer Strahlungskompensation.

Weiter empfiehlt die Anforderungsstufe 2, einen genaueren Blick auf den Heizkörper an sich zu werfen. Unter der Vorgabe, dass Strahlungsleistung und Behaglichkeitseffekt gleich bleiben ist laut VDI 6030 zu überdenken, ob niedrigere Systemtemperaturen erreicht werden können. Für die praktische Umsetzung bedeutet das: Baulänge bzw. Bauhöhe der Heizfläche auf Alternativen hin zu prüfen. In der Folge kann unter diesen Bedingungen die Vorlauftemperatur des Heizungswassers deswegen meist niedriger ausfallen als in Stufe 1, es ergibt sich eine Aufheizreserve.

Die hat den Effekt, dass der Raum bei Bedarf schnell auf die gewünschte Temperatur gebracht wird, etwa im Anschluss an einen Lüftungsprozess oder morgens nach der Nachtabsenkung. Diese Reserveleistung ist in der Regelungstechnik zu berücksichtigen. Zu schnelleren Aufheizzwecken kann somit die Vorlauftemperatur und/oder der Volumenstrom für eine begrenzte Zeit angehoben werden. Anforderungsstufe 3 beinhaltet letztlich alle Maßnahmen, die etwaige Behaglichkeitssdefizite beseitigen.

Die VDI 6030 fordert zudem vom SHK-Fachunternehmer ein Pflichtenheft ein. Das hat den Vorteil, dass Planungsvarianten und Angebote verglichen werden können. Außerdem lassen sich nach Errichtung der Heizungsanlage die Vollständigkeit und die Erfüllung der Funktionen überprüfen. Denn das ist für Endkunden immer noch der bestimmende Faktor hinsichtlich ihrer Zufriedenheit, unabhängig von ErP-Richtlinie und Energieeffizienzlabel.

Heizkörper bedarfsgerecht befestigen

Die VDI 6036 definiert Mindestanforderungen für die Auswahl und Bemessung von Befestigungssystemen für die Montage von Heizkörpern an Wand oder Boden. Die vier verschiedenen Anforderungsklassen berücksichtigen das Auftreten von Zusatzbelastungen auf den Heizkörper bzw. dessen Befestigung. Die Zuordnung zu Anforderungsklassen bezieht sich auf den Nutzungszweck des Gebäudes. Purmo Heizkörper, die generell inklusive Befestigungen geliefert werden, erfüllen immer mindestens normale Anforderungen (Anforderungsklasse 1, nichtöffentlicher Bereich, etwa Einfamilienhäuser) und erhöhte Anforderungen (Anforderungsklasse 2, halböffentlicher Bereich, etwa öffentlich zugängliche Flure und Treppenhäuser). Für darüber hinausgehende Anforderungen (Anforderungsklassen 3 und 4, etwa Klassenräume, Turnhallen oder auch Straf-Vollzugseinrichtungen) bietet der Hersteller entsprechende Lösungen an. Das kann einerseits die Verwendung zusätzlicher Befestigungen (Erhöhung der Befestigungsanzahl) erfordern oder es können Spezialbefestigungen für erhöhte Anforderungen sein.

Heizkörper mit Flächenheizung kombinieren

Heizkörper konkurrieren nicht mit Flächenheizungen: Ob Heizkörper oder Flächenheizungen für eine Gebäudebeheizung ausgewählt werden, hängt immer von dem zu beheizenden Gebäude, der Raumnutzung und den persönlichen Bedürfnissen der Bewohner ab.

Gerade in modernen, gut gedämmten Gebäuden eignet sich der schnell reagierende Heizkörper als punktuelle Ergänzung zur Flächenheizung mit ihrer großen Speichermasse, wie der Goslarer Flächenheizungs- und Heizkörperspezialist Purmo in wissenschaftlichen Untersuchungen ermitteln ließ, etwa zur Schnellaufheizung von nicht regelmäßig genutzten Räumen wie Schlaf- oder Gästezimmern.

Andererseits kann auch die Kombination von Flächenheizungen zur Bodentemperierung und Heizkörper zur individuellen Temperaturanpassung in einem Raum, wie z. B. Bäder, Wohnzimmer, Wintergärten etc. sinnvoll sein.