Grundlagen der Temperierheizung

Prinzipiell sind 2 Grundanforderungen an eine Heizung zu stellen:
  1. Thermische Behaglichkeit des Bewohners Mensch
  2. Austrocknung und Trockenhaltung der Gebäudehülle
Die TEMPERIERUNG hat vordergründig die Sanierung der Gebäudehülle selbst zum Zweck. Bei Betrachtungen zum Thema HEIZUNG ist vor allem der Blickwinkel der Wärmeverteilung im Inneren der Gebäudehülle zu untersuchen. Für das Befinden der Bewohner und für die bauphysikalischen Abläufe im Gebäude ist die Oberflächentemperatur der Innenseite der Außenwände von entscheidender Bedeutung. Es stehen die 3 Möglichkeiten des Transports von Wärme zur Verfügung:
  1. Wärmeleitung – innerhalb von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen.
  2. Wärmestrahlung – elektromagnetische Strahlung die erst wieder auf der Oberfläche von festen oder flüssigen Stoffen zu Wärme wird.
  3. Wärmeströmung – Bewegung von flüssigen oder gasförmigen Stoffen.
Die Optimierung einer Heizanlage besteht in der Erfüllung der zwei Grundanforderungen mit geringster Zuführung kostenintensiver Energie.

Die alten Römer hatten mit der Hypokaustenheizung schon vor über 2000 Jahren eine effektivere Methode der Erfüllung beider Grundforderungen an eine sinnvolle Heiztechnik. Wärmespeicherung durch massive Bauart, Trocknung der Gebäudehülle und hoher Anteil von humanverträglicher Strahlungswärme haben bis zum heutigen Tag deren Bestand auch noch in Deutschland gesichert.

Mit dem Einsatz einer Temperier- oder Wandflächenheizung mit hohem Anteil an Strahlungswärme ist auch in der heutigen Zeit eine Annäherung an objektiv notwendige Ziele möglich. Der einzige grundsätzliche Nachteil der Temperierheizung ist der hohe Aufwand an Projektierung. Es gibt kein Rechnerprogramm das vor Ort die Auswahl der günstigsten Variante der Wärmeverteilung dem Gebäude und deren Bewohnern anpasst. Die Auswahl der vielfältigen Möglichkeiten von Rohrführung, Rohrquerschnitten, Strahlplatten, Wärmeleitblechen, Heizleisten, Vorlauftemperaturen und auch andere Systeme der Regelung erfordern ein größeres Eingehen auf das konkrete Objekt und die Bedürfnisse der Bewohner. Eine falsche Einschätzung der Verteilung der Wärme von Temperierung zu Heizung kann auch zu Planungsfehlern und zu nicht notwendigen Energieverlusten führen.

Thermische Behaglichkeit des Menschen

Vom Bewohner Mensch wird die Behaglichkeit eines Wohngebäudes in erster Linie nach der körperlichen Empfindung von Wärme und Kälte beurteilt. Die Sensoren dafür sind in der Haut auf dem ganzen Körper des Menschen verteilt und reagieren am effektivsten auf lebensnotwendige Wärmestrahlung.

Diese Wechselbeziehung liegt in der Abhängigkeit von der Temperatur der den Menschen umgebende Oberflächen und der Temperatur der dazwischen liegenden Raumluft. Bei Oberflächentemperaturen der Wände unter + 18°C wird in der Regel eine durchschnittliche Raumlufttemperatur von über + 23°C genutzt um die kalten Wände zum warmen Körper des Menschen abzupuffern. Warme Luft wird über die Lunge aufgenommen. Diese überflüssige Wärme wird durch Körperschweiß wieder abgegeben. Der Mensch fühlt sich unbehaglich.

Die andere Möglichkeit der Erreichung der Behaglichkeit ist die Erhöhung der Temperaturen der dem Menschen umgebenden Oberflächen. Die größten Flächen sind die senkrechten Wände, nicht aber der Fußboden. Dessen Temperatur sollte + 23°C nicht überschreiten. Der Mensch führt über die Füße Wärme ab. Eine ständige Zuführung von Wärme führt zu Störung der Durchblutung der Beine. Fußbodenheizung ist deshalb nur im gefliesten Bad sinnvoll.

Je nach Wärmeempfindung können mit Oberflächentemperaturen von größer + 20°C die gesundheitlich günstigsten Raumlufttemperaturen von weniger als + 18°C eingehalten werden. Der sinnvolle Mittelwert der Summe der Temperaturen von Raumluft und Raum- bzw. Wandoberflächen liegt bei + 37°C, der Körpertemperatur des Menschen. Dies gilt für einen gesunden, erwachsenen Menschen ohne körperliche Anstrengungen. Junge, alte und kranke Menschen haben ein Bedürfnis nach höheren Temperaturen.

Ein Test im John B. Pierce Laboratory (USA) ist die praktische Bestätigung.

Ein Raum wurde mit +50°C heißer Luft gefüllt, die Wände aber auf +10°C abgekühlt.
Die Menschen darin froren!
Dann hat man die Wände erwärmt und die Luft auf +10°C gekühlt.
Die Menschen im Raum schwitzten!
Schlussfolgerung:
Man muss die Hülle erwärmen, nicht den Luftinhalt; denn die warme Luft steigt zur Decke und entweicht durch alle Öffnungen – und mit ihr die Energie. Die warmen Wände aber wirken in Körperhöhe wie die Sonne, deren Strahlen sich beim Auftreffen auf den Körper in Wärme wandeln und den Stoffwechsel anregen. Die Hülle des Raumes ist zu erwärmen, gleichgültig welche Energie genutzt wird. Öl oder Gas, Holz oder Fernwärme, Wärmepumpe oder Sonnenkollektor. Die eingebrachte Energie wird am effektivsten umgesetzt, wenn die Wände erwärmt werden.

Wärmeverteilung durch Strahlungswärme

Entscheidend für die effektive Wirksamkeit einer Heizung ist ein hoher Anteil von Strahlungswärme der Wärmequelle. Wärmestrahlung ist lebensnotwendig für den Stoffwechsel des Bewohners Mensch und entscheidend für die Funktion der Gebäudehülle im Verhalten zu Feuchte. Strahlungswärme breitet sich ähnlich wie Licht von seiner Quelle nach allen Seiten aus. Mit Wärme-Strahlplatten ist eine gerichtete Abgabe von Wärme möglich. Mit einem medizinischen Rotlichtstrahler lässt sich das Prinzip der Ausbreitung von Strahlungswärme überzeugend nachvollziehen. Nur bei dem Auftreffen auf feste oder flüssige Stoffe wird auf dessen Oberfläche die Energiestrahlung wieder zu Wärme, wird teilweise reflektiert und damit in eine andere Richtung weitergeleitet. Innerhalb dieser erwärmten Stoffe erfolgt der Transport der Energie durch Wärmeleitung. Aufgenommene Wärme wird auch gespeichert.

Luft wird auf Grund der fehlenden Wärmespeicherung (zu geringe Dichte) durch Strahlungswärme praktisch nicht erwärmt. Den Transport von Wärme durch den Energieträger Luft wird durch eine Luftströmung (Konvektion) erreicht. Hohe Wärmemengen erfordern hohe Strömungsmengen. Mit Strömungsgeschwindigkeiten von über 0,2 m pro Sekunde wird unbehagliche Zugluft verursacht.

Von Kompaktheizkörpern verursachte Luftströmung durch den ganzen Raum führt zu Transporten von Feuchte, Staub, Bakterien und Schadstoffen. Die Wände der Raumecken und hinter Schränken werden nicht ausreichend erwärmt.

Die natürliche Ionisierung der Luft wird gestört. Eine nicht notwendige Belastung unseres Lebensmittels Luft! Eine Speicherung der Wärmeenergie findet nicht statt.
ð Heizung aus – Wohnung kalt!
ð Wohnung vorschriftsmäßig gelüftet – Energieträger Luft kalt – Wohnung kalt!

Kondensfeuchte

Von entscheidender Bedeutung ist die Temperatur der Luft für deren Transport von Feuchte. Je höher die Lufttemperatur ist umso mehr Wasser kann darin gelöst werden (Urwaldklima). Die absolute Luftfeuchte wird in Gramm Wasser pro m³ Luft angegeben (g/m³). Die relative Luftfeuchte wird in Prozentanteil am Gewicht (Gew.- %), Masse (M.- %) oder mit Volumen (Vol.- %) angegeben. Kondensfeuchte entsteht bei Unterschreitung der Taupunkttemperatur der Raumluftfeuchte. Am häufigsten sind kalte Außenwände auf der Schattenseite (Nordwest- und Nordostecke) die Stellen mit zu geringer Oberflächentemperatur. An diesen Stellen kommt es zum Ausfall von Feuchte. Die einfachen Fenster in Altbauten waren die Soll-Taupunktstellen für hohe Luftfeuchte in Wohnräumen. Angelaufene Scheiben und Eisblumen waren die Folge.

Mittels Taupunkttabellen bzw. entsprechenden Diagrammen lässt sich aus den Werten der Raumlufttemperatur, Raumluftfeuchte (rel. Feuchte) die minimal mögliche Oberflächentemperatur ablesen. Eine Unterschreitung der Oberflächentemperaturen oder eine Überschreitung der Luftfeuchte führt zu Kondenswasser. (Ein „Gutachter“ ohne Infrarot- Thermometer zur Messung der Oberflächentemperaturen ist keiner) In den bei uns üblich genutzten Wohnräumen ist bei einer Unterschreitung der Oberflächentemperaturen von + 13°C in der Regel mit Entstehung von Feuchteschäden zu rechnen. Räume mit anzutreffenden Temperaturen von Oberflächen unter + 9°C sind als Wohnräume für Menschen nicht mehr nutzbar.

Vor allem bei der kurzzeitigen Nutzung von an sich unbeheizten massiven Altbauten für Veranstaltungen ist problematisch. Mit starkem Publikumsverkehr wird viel Luftfeuchte freigesetzt. Mit der kurzfristig aufgeheizten Luft von Konvektions- oder Warmluftheizungen können die hohen Mengen an zugeführter Feuchte erst einmal aufgenommen werden. Die Oberflächen der Räume sind aber relativ kalt. Taupunktunterschreitungen und damit Entstehung von Kondensfeuchte sind zwangsläufig die Folge. Die Wirkung ist vergleichbar mit dem Anhauchen eines kalten Spiegels, auf dem sich die Feuchte der Atemluft niederschlägt. Diese Art von Heizungen richten dadurch vor allem in Gebäuden schwerer Bauart wie Kirchen und Museen Schäden durch Kondensfeuchte an. Für Altbau und Lehmfachwerk ist eine Beheizung mit kleinflächigen Kompaktheizkörpern wie Rippenheizkörper oder Plattenheizkörper mit Konvektorblechen ungeeignet.

Durch Hüllflächentemperierung entfällt die Grundlage für Schäden durch überhöhte Raumluft- und Bauteilfeuchte. Die Lebensgrundlage für Insekten- und Pilzbefall wird entzogen.
Mit Material- Temperaturen von über + 35°C wird bekämpfender Holzschutz ohne Gift erreicht.

Wärmedämmung von Wandbaustoffen im Verhältnis zum Gehalt an Wasser

Der Gehalt an Feuchte in den Bau- und Dämmstoffen ist für Wärmeverluste im Winter von entscheidender Bedeutung. So reichen 4 Gew.- % Wassergehalt in einer Ziegelmauer aus, um die Wärmedämmung um 50 % zu verschlechtern. Bei einem Gehalt an Feuchte von mehr als 18 % beträgt der Dämmfaktor noch ca. 10%.

Diese 18% sind aber z.B. für die Lebensfähigkeit von Schwarzschimmel notwendig. 1 bis 2 Gew.- % Feuchte in Mineralwolle-Dämmstoffen (Stein- und Glaswolle) führen zu Dämmverlusten von über 40 %.

Zur Vermeidung von Feuchteschäden wurde deshalb von den Herstellern dieser Dämmstoffe die Dampfsperre eingeführt. Durch die Dampfsperre eingeschlossene Feuchte und die fehlende kapillare Leitfähigkeit von Wasser, dieser Materialien, hat sich durch unsachgemäße Ausführung bzw. Beschädigung zu einer wesentlichen Ursache von Bauschäden entwickelt (z.B. Hallenbad in Limbach-Oberfrohna). Nässe- und Schimmelschäden bei Innendämmung sind typisch geworden.

Passive Nutzung von Sonnenwärme wird bei feuchten Wandoberflächen und Baustoffen verhindert. Die Strahlungswärme der Sonne führt zur Verdunstung des Wassers an der Oberfläche. Verdunstungskälte wird erzeugt. Erst nach Abtrocknung dringt Wärme in die Gebäudehülle ein und kann gespeichert werden.