Effizienter als EnEV-Referenzgebäude

1. die Radiatoren gegen eine Fußbodenheizung,

2. der Gasbrennwertkessel mit So­laranlage gegen eine Wär­me­pumpe,

3. die Abluftanlage gegen eine dezentrale Lüftung mit Wärme­rückgewinnung,

4. normale Pumpen gegen Hoch­effizienzpumpen und

5. die zentrale Trinkwassererwärmung mit Zirkulationsleitung gegen eine dezentrale Trink­wassererwärmung mit Frisch­wasserstationen

ausgetauscht. Das Gebäude wird im weiteren Mustergebäude ge­nannt.

Dieser Artikel beschreibt die Effekte und Rahmenbedingun­gen der Einzelmaßnahmen und liefert eine Endbetrachtung der Investitions- und Betriebskosten.

Vorstellung der Alternativen

1. Austausch der Radiatoren durch eine Fußbodenheizung

Im Marktsegment der Einfamilienhäuser hat die Fußbodenheizung mittlerweile einen Marktanteil von über 70 %. Dieser Marktanteil differenziert regional etwas. Bei den Mehrfamilienhäusern, die fast 40 % der Baugenehmigungen 2011 ausgemacht haben, ist dieser Anteil deutlich geringer.

Nach Marktbeobachtungen der Experten sind bei den Investoren noch immer diese Vorbehalte vorhanden: Eine Fußbodenheizung sei zu träge, nicht regelbar, zu teuer und verantwortlich für Krampfadern. Dabei haben sich die Rahmenbedingungen durch die Fortschreibung der Wärmeschutzverordnungen (WSVO) und Energieeinsparverordnungen (EnEV) vor allem in den vergangenen zehn Jahren stark geändert.

Wurden bei der Wärmeschutzverordnung 1995 noch Oberflächentemperaturen von 27 °C bis 28 °C benötigt, um den Wärmebedarf abdecken zu können, reichen mittlerweile Oberflächentemperaturen von nur 24 °C bei 20 °C Innentemperatur aus. Im Schwachlastbetrieb werden nur noch Temperaturen von 22 °C erreicht. Die Nutzer nehmen die Wärmeabgabe über den Fußboden sensorisch kaum noch wahr. Aufgrund dieser raumnahen Oberbodentemperaturen greift auch der Selbstregeleffekt bei Fußbodenheizungen immer besser. Wenn die Raumtemperatur durch interne oder externe Wärmegewinne auf 22 °C steigt und der Oberboden dieselbe Temperatur aufweist, kann die Fußboden­heizung keine Wärme mehr in den Raum abgeben. Voraussetzung für diese gewünschten Wirkungen ist eine in der EnEV geforderte Einzelraumregelung. Diese verhindert Wärmezufuhr in den Raum, wenn die Solltemperatur erreicht ist.

Mit der Einzelraumregelung ist die Fußbodenheizung gut zu regeln. Eine vermeintliche Trägheit tritt nur auf, wenn kein eingeschwungenes System betrachtet wird, sondern die Temperatur aus einem Absenkbetrieb heraus erhöht wird. Allerdings ist bei einem Gebäude mit aktuellen Dämmstandards eine Absenkung nicht mehr sinnvoll. Somit ist das Argument, eine Fußbodenheizung sei träge und nicht regelbar, unbegründet.

Der Vorbehalt, eine Fußbodenheizung sei im Vergleich zu konventionellen Radiatoren teurer, wird in Bezug auf Investitionskosten und Betriebs-/Energiekosten nachfolgend genauer betrachtet.

Bei der Ermittlung der Investitionskosten wurden beim Mus­ter­gebäude Radiatorheizung und Fußbodenheizung einander gegen­übergestellt.

Anmerkungen zur Vergleichsberechnung:

1. Bei der Radiatorauslegung wurde keine T-Installation, sondern eine Verteilerinstallation gerechnet, welche etwas höhere Kosten verursacht. Bei der Fußbodenheizung wurde der Verlegeabstand gegenüber dem Abstand, welcher zur Abdeckung des Wärmebedarfes notwendig gewesen wäre, reduziert. Damit wird in der Gesamtbetrachtung eine höhere Energieeffizienz bei der Kombination mit der Wärmepumpe erreicht, aber damit sind, wie bei der Verteilerinstallation, Mehrkosten verbunden.

2. Bei der Radiatorheizung wurde die Trittschalldämmung mit berücksichtigt, da diese bei der Fußbodenheizung in der Verle­ge­platte „Uponor Klett“ integriert ist. Die ergänzende Wärme­dämmung ist für beide Systeme gleich, da die EnEV bei der Dämmung keine Unterscheidung beim Heizsystem macht.

3. Die Mehrkosten der Fußbodenheizung gegenüber der Radiatorheizung entstehen durch den Einbau von zwei zusätzlichen Heizkörpern im Bad. Diese sind notwendig geworden, da der innenliegende Flur als unbeheizter Raum mit einer Temperatur von 15 °C berechnet wurde. Dies erhöht den Wärmebedarf der Bäder über die mit der Fußbodenheizung mögliche Abdeckung von 100 W/m² .

Es ist aber eher unwahrscheinlich, dass im bewohnten Zustand der Flur auf 15 °C abkühlen wird. Die Einbeziehung der Bad­heizkörper ist rechnerisch richtig, aber erfahrungsgemäß nicht notwendig. Unabhängig davon werden die ermittelten Investitionskosten für die weite­re Betrachtung weiter verwendet.

Um die Amortisationszeit der Mehrkosten für eine Fußbodenheizung gegenüber einer Radiatorheizung zu ermitteln, sind die Energiekosten zu betrachten. Dabei ist zu beachten, dass eine Fußbodenheizung korrekt eingestellt sein muss, um durch die niedrigeren Systemtemperaturen die Effizienz des Wärmeerzeugers zu verbessern.

Neben der korrekten Regelung ist besonders der Einfluss der Bodenbeläge auf die Effizienz zu beachten. Der Verlegeabstand ist dabei dem Wärmeleitwiderstand des Oberbodens anzupassen. Je größer dieser ist, desto geringer ist der Verlegeabstand zu empfehlen. Diese Empfehlung ist nicht für die Abdeckung des Wärmebedarfs relevant, sondern sorgt für eine möglichst gleichmäßige Oberbodentemperatur.

Als Richtwerte für den Verlege­abstand gelten:

Diese Richtwerte sind als maximaler Abstand zu verstehen. Beim Einsatz einer Wärmepumpe oder einer Fußbodenkühlung sollten diese Abstände reduziert werden. In Räumen, die nicht ständig genutzt werden, wie etwa einem Hauswirtschaftsraum, können die Rohre mit einem größeren Abstand verlegt werden, wenn eine spätere, anderweitige Nutzung des Raumes ausgeschlossen ist.

Zudem ist die benötigte Vorlauftemperatur stark von der Dämmwirkung des Belages abhängig. Wenn im Raum/Heizkreis eine Fliese mit einem R_lb-Wert von 0,02 m²K/W statt eines Teppichs mit 0,15 m²K/W verlegt ist, kann die Vorlauftemperatur um etwa 7 bis 8 °C abgesenkt werden. Wenn die Vorlauftemperatur nicht abgesenkt werden soll, muss alternativ die Wassermenge angepasst werden. Im beschriebenen Fall bedeutet das eine Reduzierung um etwa 40 % mit entsprechenden Auswirkungen auf die Leistungsaufnahme der Umwälzpumpe.

Bei der Planung ist der später verwendete Bodenbelag meistens nicht bekannt und bei der nachträglichen Änderung des Be­lages werden vom Nutzer not­wendige Änderungen der Hy­draulik zumeist nicht berück­sich­tigt.

Mit welchen unbekannten Größen die Planung behaftet ist, wird deutlich, wenn berücksichtigt wird, dass immer für den Aus­le­gungs­fall geplant wird, dieser aber nur bei 6 % der Heiz­pe­riode eintritt. Zudem stellt die Wärmebedarfsberechnung nur eine Näherung an den realen Bedarf dar und die installierten Heizkreislängen weichen von den geplanten zumeist um 10 % ab. Bei Betrachtung dieser Faktoren wird verständlich, warum der hydraulische Abgleich nie korrekt eingestellt werden kann, wenn nur die Eingangsdaten der Planung berücksichtigt werden.

In dem Mustergebäude ist die Einzelraumregelung „DEM“ von Uponor installiert. Diese zeichnet kontinuierlich die realen Temperaturverläufe in jedem Raum auf und passt die Wassermengen, welche für diesen Raum benötigt werden, alle 30 min an den realen Bedarf an. So werden nicht nur die Unwägbarkeiten der Planung ausgeglichen, sondern der hydraulische Abgleich bleibt auch dann optimal eingestellt, wenn sich später die Bedingungen im Raum, beispielsweise durch den Austausch des Bodenbelages, ändern.

Dieser optimierte hydraulische Abgleich geht auch in die energetischen Kennwerte zur Wärmeübergabe der DIN V 18 599 ein. Unter Punkt 6.2 werden die Verluste bei der Wärmeübergabe bestimmt:

Q_h,ce = (                       -1) · Q_h,b

Bei der Anwendung der Formel beim Mustergebäude ist zu berücksichtigen, dass der Nenner f_Radiant nur für Hallenheizungen > 4 m gilt und kein intermittierender Betrieb(f_int) besteht, so dass beide Werte gleich 1 gesetzt werden können.

Der für die Uponor-Einzelraumregelung „DEM“ beschriebene Abgleich ist in der DIN V 18 599 noch nicht erfasst, ist aber gleich­wertig zu einem automatischen Differenzdruck- und/oder Durch­flussregler zu betrachten. Damit wird auch der Wert für f_hydr= 1, so dass die Wärmeübergabeverluste nur von den Teilnutzungsgraden η_l, η_c und η_b bestimmt werden. Diese setzen sich zum Gesamtnutzungsgrad zusammen.

η_h,ce =

Bei der Berechnung ergeben sich für die Radiatorheizung und die Fußbodenheizung unterschiedliche Werte. Bei der Heizkörperheizung sind 7 % Übergabeverluste und bei der Fußbodenheizung 6 % zu berechnen. Ursache für die höheren Übergabeverluste bei der Radiatorheizung sind die höheren Systemtemperaturen der Heizkörperanlage und der hohe Dämmstandard unterhalb der Fußbodenheizung, welcher wegen der EnEV zu berücksichtigen ist. Dieser verhindert große Wärmeverluste der Fußbodenheizung an das Erdreich oder den unbeheizten Keller.

Allerdings werden bei der Fußbodenheizung größere Wassermengen durch die Umwälzpumpe transportiert, sodass sich ein höherer Energiebedarf ergibt. Die Kalkulation nach der DIN V 18 599-5 ergibt bei einer zentralen Pumpenanordnung für die Fußbodenheizung pro Monat (W_h,d) von 65,18 kWh. Bei der Radiatorenheizung werden nur 46,62 kWh pro Monat benötigt.

Alternativ wäre es bei der Radiatorheizung möglich gewesen, statt einer zentralen Umwälzpumpe und neun Differenzdruckreglern vor den Fußbodenheizungsverteilern vor jeden Verteiler eine Pumpe zu setzen und so ein dezentrales System aufzubauen. Dies hätte bei einem optimierten Absenkbetrieb zu leicht erhöhten Energiekosten von 67,18 kWh pro Monat geführt, aber 1200 € Investitionskosten gespart.

Bei der Betrachtung der gesamten Energiekosten überwiegt der Vorteil der Fußbodenheizung mit den geringeren Übergabeverlusten bei der Wärmeübergabe die Nachteile durch die zusätzlichen Energiekosten für die Pumpen. Bei der Kalkulation der benötigten Primärenergie mit der Hottgenroth-Energieberater-Software ergeben sich geringere Energiekosten für die Fußbodenheizung gegenüber der Radiatorheizung.

Bei einer Systemtemperatur der Fußbodenheizung von 40/33 °C im Vergleich zu einer Systemtemperatur von 55/45 °C bei der Radiatorheizung und einem Brennwertgerät als Wärmeerzeuger ergibt sich ein jährlicher Vorteil für den Betrieb einer Fußbodenheizung von über 4000 kWh für Heizung und Warmwasserbereitung. Dies reduziert bei der Annahme von aktuellen Energiepreisen die Betriebskosten um etwa 240 € pro Jahr. Damit ergibt sich für die Fußbodenheizung eine Amortisationszeit von acht Jahren.

Diese verkürzt sich, wenn bei der Radiatorheizung nicht von einem optimierten hydraulischen Abgleich ausgegangen wird und/oder die Vorlauftemperatur der Fußbodenheizung durch die Wahl eines wärmetechnisch günstigeren Oberbodenbelages abgesenkt wird. Werden die zusätzlichen Badheizkörper nicht installiert, rechnet sich die Fußbodenheizung im ersten Betriebsjahr.

Mit der Absenkung der Vorlauftemperatur durch die Fußbodenheizung wurde die Voraussetzung geschaffen, einen energetisch günstigeren Wärmerzeuger zu wählen.

Im zweiten Teil des Beitrags werden zwei weitere Alternativen vorgestellt und ein Kostenvergleich durchgeführt.