Deckenheizung

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Kontakt, Übersicht, Index
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Deckenheizung und -kühlung
2
Plexus
3
Professor
4
Pilot
5
Architect
6
Polaris I & S
7
Plafond
8
Podium
9
Celo
10
Cabinett
11
Capella
12
Carat
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Fasadium
14
Atrium H & C /Loggia
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Regula
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Drypac™
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Beleuchtung
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TEKNOsim
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© 07.2010 Lindab GmbH. Jede Form der Vervielfältigung ohne schriftliche Genehmigung ist untersagt.
ist eingetragenens Warenzeichender Lindab AB.
Lindab Produkte, Systeme und Warenbezeichnungen sind durch Patente oder Gebrauchsmuster geschützt, als Warenzeichen eingetragen oder zur Eintragung beantragt.
Eine Verletzung oder unbefugte Nutzung wird rechtlich verfolgt.
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Inhaltsverzeichnis
1
Einleitung
Fragen und Antworten
2
1. Wodurch wird das thermische Empfinden beeinflusst?
Seite
Hinweis zu
dentechnischen
Grundlagen
20
I
3
2. Wie funktioniert eine Deckenstrahlungsheizung?
21
II
3. Wann kann man eine Deckenstrahlungsheizung einsetzen?
22
III
4
4. Wann kann man eine Deckenstrahlungsheizung nicht einsetzen?
23
-
5. In welcher Höhe kann eine Deckenstrahlungsheizung installiert werden?
24
II, VI
5
6
7
8
9
6. Haben Deckenstrahlungsheizungen einen Einfluss auf die Belüftung? 24
V
7. Wird es warm auf dem Kopf?
24
I, VI
8. Wird es kalt unter dem Tisch?
25
II
9. Zieht es am Fenster? 25
II
10. Wie lang ist die Lebensdauer einer Deckenstrahlungsheizung von Lindab Climate?
26
11. Kann man eine Deckenstrahlungsheizung an eine veränderte Nutzung anpassen?
26
-
12. Welche Leistung muss installiert werden? 27
VII
13. Wird durch eine Deckenstrahlungsheizung Energie eingespart?
28
VII
14. Welche Kosten sind damit verbunden? 28
-
15. Sind die Produkte von Lindab Climate recycelbar? 30
VIII
Detaillierte Beschreibung - technische Grundlagen
10
I. Wie empfindet der Mensch das thermische Klima?
31
II. So funktioniert eine Deckenstrahlungsheizung
33
III. Wo funktioniert eine Deckenstrahlungsheizung besonders gut?
37
11
IV. Anforderungen an die Konstruktion einer Deckenstrahlungsheizung. 38
V. Anordnung einer Deckenstrahlungsheizung. 43
12
VI. Temperatur und erforderliche Einbauhöhe. 45
VII. Leistung und Energie. 48
VIII. Umwelt und Recycling. 51
13
Auslegungsdaten
14
15
Anortnung der Paneele. 53
Einbauhöhe und Temperatur. 55
Kurzdaten
Deckenstrahlungskurzdaten. 56
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Änderungen vorbehalten
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Inhalte
Das Handbuch zur Deckenstrahlungsheizung ist in
drei Abschnitte unterteilt:
Bei Lindab Climate werden uns oft Fragen gestellt, die
nicht nur unsere Produkte betreffen, sondern Decken
strahlungsheizungen als System und Heizungsprinzip.
Leider ist die Deckenstrahlungsheizung oft eine unterschätzte und falsch verstandene Heizungsform. Dabei ist
vielmehr so, dass eine Deckenstrahlungsheizung in vielerlei Hinsicht sehr vorteilhaft ist. Viel zu gut, um sie ihrem
Schicksal zu überlassen. Um unseren Kunden und anderen
Interessenten zusätzlich über Deckenstrahlungsheizung
informieren zu können, haben wir diese Broschüre zusammengestellt. Wir hoffen, dass sowohl Projektleiter als auch
Einkäufer, wie auch der ehrgeizige Konstrukteur, der mehr
über dieses Gebiet wissen möchte, dieses Handbuch
anwendbar und nützlich finden werden.
Mit dieser Broschüre, der eine Vielzahl schwedischer und
ausländischer Referenzen, Erfahrungen und Messungen
von Einkäufern und Beratern sowie unsere eigenen
Berechnungen und Messungen zu Grunde liegen, möchten wir beweisen, dass:
1
• Der erste Teil, Fragen und Antworten, gibt allen, die
nicht zu sehr in das Thema vertiefen möchten, kurze
und manchmal vereinfachte Antworten auf gut definierte
Fragen.
2
3
• Der zweite Teil, die detaillierte Beschreibung, gibt,
eine detaillierte Beschreibung der Materie. Manchmal
sind Vorkenntnisse erforderlich, die dem Fachwissen
eines Ingenieurs der Wasser-, Wärme-, Kälte- und
Sanitäranlagenbranche entsprechen.
4
• Der dritte Teil, die Auslegungsdaten, stellt allen, die mit
der Projektierung von Deckenstrahlungsheizungen arbeiten, schnelle und einfache Hilfsmittel für ihre Arbeit zur
Verfügung.
5
6
7
• Deckenstrahlungsheizungen die Flächen des Raums,
die wiederum Wärme an die Luft abgeben, mit Hilfe von
Wärmestrahlung erwärmen.
8
• Deckenstrahlungsheizungen auf Grund dieser Tatsache
für ein gutes thermisches Raumklima sorgen.
9
• es mit Deckenstrahlungsheizungen weder kalt unter dem
Tisch noch warm auf dem Kopf wird und dass auch kein
Kaltluftstrom an den Fenstern entsteht.
10
• Deckenstrahlungsheizungen im Großen und Ganzen in
allen Typen von Räumlichkeiten, von großen Lagerhallen
bis zu kleinen Kinderzimmern, funktionieren.
11
12
• Deckenstrahlungsheizungen auf einfache Art und Weise
an eine andere Raumnutzung anzupassen sind, man
muss bei Umbauarbeiten von Wänden oder Boden keine
Gedanken an die Heizung verschwenden.
13
• D eckenstrahlungsheizungen mit jedem beliebigen
Ventilationstyp kombiniert werden können.
14
• D eckenstrahlungsheizungen zu den sparsamsten
Heizsystemen überhaupt gehören.
• die Investitionskosten für Deckenstrahlungsheizungen im
Vergleich zu anderen Systemen niedrig ausfallen. Dies in
Kombination mit dem niedrigen Energieverbrauch sorgt
für ein sowohl lang- als auch kurzfristig wirtschaftliches
System.
• Lindab Climates Deckenstrahlungspaneele 100 % recycelbar sind. Das wird sich, genau so wie der niedrige
Energieverbrauch, für kommende Generationen auszahlen.
• Welche anderen Heizsysteme haben all diese Vorteile?
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Fragen und Antworten
Abschnitt 1
1
Wodurch wird das thermische Empfinden beeinflusst?
Die Empfindung des thermischen Raumklimas beruht
vor allem auf unserem Gesamtwärmeaustausch mit
der Umgebung. Der Wärmeaustausch wird von unseren physischen Aktivitäten, unserer Kleidung und der
Umgebungstemperatur im Raum beeinflusst. Das thermische Klima kann als Funktion der Lufttemperatur,
-geschwindigkeit und -feuchtigkeit sowie des Wärmestrahlungsaustauschs mit den umgebenden Flächen
beschrieben werden.
2
3
4
5
Aktivität
6
Eine Wärmeübertragung findet immer statt, sobald zwischen zwei Körpern ein Temperaturunterschied auftritt.
Ein menschlicher Körper gibt z.B. fortwährend Wärme
an seine Umgebung ab. Eine Hand oder ein Gesicht
(ca. 33 °C) gibt kontinuierlich durch Strahlung Wärme
an umgebende Wände und Einrichtungsgegenstände
(ca. 22 °C) ab, ohne dass man dies direkt merkt. Wärme
wird auch durch Konvektion über die Haut abgegeben,
wenn die Luft in Körpernähe erwärmt wird und nach oben
steigt.
Ein Körper gibt
immer Wärme ab.
Kleidung
Thermischer Komfort
7
Oberflächentemperatur
Lufttemperatur
8
Air velocity
Luftfeuchtigkeit
Thermischer Komfort bedeutet, dass eine Person in
ihrer Gesamtheit empfindet, dass sie sich im thermischen Gleichgewicht befindet, d.h., dass es ihr weder zu
warm noch zu kalt ist. Thermischer Komfort setzt außerdem voraus, dass keine unerwünschte Erwärmung bzw.
Abkühlung eines Körperteils erfolgt. Beispiele hierfür sind
Zugserscheinungen, oder ein allzu warmer Fußboden.
Die Wärmebalance des Menschen und das Komfortgefühl
im Raum werden in erster Linie von den folgenden beiden
Faktoren beeinflusst:
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Faktoren, die das thermische Klima im Raum beeinflussen.
• Konvektion von Haut und Lungen direkt zur umgebenden Luft.
Wärmeübertragung
• Strahlungsaustausch mit den Umgebungsflächen.
Wärme kann auf vier verschiedene Arten übertragen
werden: Strahlung, Leitung, Konvektion und Phasenübergang. Wärmestrahlung fühlt man z.B. von der Sonne
oder einer heißen Herdplatte. Wärmeübertragung durch
Leitung merkt man, wenn man z.B. barfuß auf kalten
Steinplatten läuft. Konvektion fühlt man, wenn man sich an
einem windigen Wintertag ohne Kopfbedeckung ins Freie
wagt. Schließlich spricht man von Kondensation oder
Phasenumwandlung, wenn Feuchtigkeit vom Körper verdunstet, d.h. von einer flüssigen Phase in eine Gasphase
übergeht und die Haut abgekühlt wird.
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Diese zwei Arten der Wärmeübertragung sind bei normalen Luftbewegungen in einem Raum ungefähr gleich
groß. Deshalb beeinflussen uns sowohl die Temperatur
der Raumflächen als auch die Lufttemperatur etwa
genauso viel. Kommt es zu einer gesamten oder teilweisen Erhöhung der Temperatur der Raumflächen,
kann die Lufttemperatur um den Wert einer entsprechenden Erhöhung der durchschnittlichen Temperatur
der Raumflächen gesenkt werden. Wird z.B. ein Raum
von einer Deckenstrahlungsheizung erwärmt, steigt die
Durchschnittstemperatur der Raumflächen. Der Mensch
gibt in diesem Fall eine geringere Wärmemenge durch
Strahlung an die Umgebung ab. Damit es uns nicht zu
warm wird, kann der Körper dies durch eine höhere
konvektive Wärmeabgabe an die kältere Raumluft kompensieren.
Daher ist es möglich, bei Deckenstrahlungsheizungen,
eine niedrigere Lufttemperatur zu halten als bei einer
konventionellen Heizung und dennoch thermischen
Komfort zu gewährleisten. (Detaillierte Beschreibung,
siehe Kapitel 1)
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Wärme wird auf vier verschiedene Art und Weisen
übertragen.
Änderungen vorbehalten
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Fragen und Antworten
Man kann die Wärmestrahlung mit gewöhnlichem Licht
vergleichen, da sie ungefähr auf gleiche Art und Weise
reflektiert wird und sich auch ausbreitet. Von einer
Deckenstrahlungsheizung strahlt daher die Wärme
auf allen Flächen, die die Decke „sehen“ kann. Auch
Flächen im Schatten der Wärmestrahlen werden erwärmt,
da ein Teil der Wärmestrahlung genau wie sichtbares Licht von allen Flächen reflektiert wird und da ein
Strahlungsaustausch zwischen den Raumflächen mit
verschiedenen Temperaturen erfolgt. Deshalb streben
die Temperaturunterschiede im Raum und an den verschiedenen Flächen fortwährend nach einem Ausgleich.
Dies hat zur Folge, dass im Raum eine sehr gleichmäßige
Temperaturverteilung zwischen Decke und Fußboden
stattfindet.
Temperatur
Gefühlte
Temperatur
(Betriebstemperatur)
Lufterhitzer
1
2
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4
5
Deckenstrahlungsheizung
Raumflächen
6
Max. 80 °C Flächentemperatur 40 % Konvektion
Luft
7
Eine Deckenstrahlungsheizung sorgt für warme Raumflächen und erlaubt daher eine niedrigere Lufttemperatur.
8
Abschnitt 2
9
Wie funktionieren Deckenstrahlungsheizungen?
Warme Luft steigt grundsätzlich nach oben. Warum sollte
man dann auch noch das Heizelement an der Decke
anbringen? Ja, diesen Kommentar kriegen wir sehr häufig
von Personen zu hören, die Deckenstrahlungsheizungen
skeptisch gegenüberstehen. In diesem Abschnitt möchten
wir versuchen zu erklären, wie Deckenstrahlungsheizungen
funktionieren und warum es im ganzen Raum warm wird
und nicht nur an der Decke.
Deckenstrahlungsheizungen geben durch eine Mischung
aus Konvektion und Wärmestrahlung Wärme an die
Umgebung ab. Die Konvektion erwärmt die Luft in der
Nähe der Heizung, während die Wärmestrahlung sich
in alle Richtungen des Raums ausbreitet. Die konvektiv
erwärmte Luft steigt im Raum nach oben, während die
Wärmestrahlen sich von der Heizung direkt im Raum ausbreiten, bis sie auf eine der umgebenden Flächen treffen.
Deckenstrahlungsheizungen arbeiten mit einem hohen
Anteil Wärmestrahlung und einem niedrigen Anteil
Konvektion. Typische Werte sind etwa 60 % Strahlung
und 40 % Konvektion.
Die Deckenstrahlungsheizung von Lindab Climate arbeitet
mit Wasser als Wärmeträger und ist für Wärmestrahlung
bei niedrigen Temperaturen (30-80 °C) ausgelegt.
Hierdurch wird die Wärmestrahlung nicht als so intensiv
empfunden, wie z.B. die der Sonne oder einer elektrischen Infrarotheizung.
60% Wärmestrahlung
Die Verteilung von Strahlung und Konvektion bei einer
Deckenstrahlungsheizung von Lindab Climate.
Die von der Strahlungswärme erfassten Flächen er-reichen eine höhere Temperatur als bei einer konventionellen
Heizung. Normalerweise werden z.B. Innenwände eine
Flächentemperatur erreichen, die über der Lufttemperatur
des Raums liegt. Ein oft vergessener Vorteil der
Strahlungswärme von der Decke ist die Erwärmung des
Fußbodens! Normalerweise liegt die Bodentemperatur in
Knöchelhöhe etwa 2-3 °C über der Lufttemperatur des
Raums.
Mit einer installierten Deckenheizung ist es also nicht
schwierig, seine Mieter zufrieden zu stellen!
Die vom menschlichen Körper empfundene Wärme einer
Deckenstrahlungsheizung kommt also zum größten Teil
von der indirekten Wärme der umgebenden Flächen. Nur
ein sehr geringer Teil stammt direkt vom Deckenheizpaneel.
Das Empfinden des thermischen Klimas basiert darauf,
dass der menschliche Körper bei wärmeren umgebenden
Flächen eine geringere Wärmemenge an die Umgebung
abgibt. Es reicht also nicht aus, dass die uns umgebende
Luft warm ist. Siehe auch Abschnitt 1.
Der Konvektionsanteil einer Deckenstrahlungsheizung
(ca. 40 %) entspricht ungefähr dem durch die Decke
entweichenden Anteil Wärmeverluste des Gebäudes. Die
restliche Energie der Deckenstrahlungsheizung, d.h. der
Strahlungsanteil, kommt also den übrigen Gebäudeteilen
direkt zugute.
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Fragen und Antworten
Abschnitt 3
wärmeren umgebenden Flächen eine geringere
Wärmemenge an die Umgebung abgibt. Es reicht also
nicht aus, dass die uns umgebende Luft warm ist. Siehe
auch Abschnitt 1.
Wann kann man eine Deckenstrahlungsheizung
einsetzen?
3
Ein großer Vorteil von Strahlungswärme ist die Tatsache,
dass, je kälter eine umgebende Fläche ist, desto mehr
Wärmeenergie sie anzieht. Dies bedeutet, dass sich die .
4
Wärmestrahlung automatisch so verteilen wird, dass
kältere Flächen, wie z.B. Fenster und schlecht isolierte
Wandpartien, einen größeren
5
Wärmeanteil erhalten werden. Das beutet wiederum,
dass die Wärme dahin gelangt, wo sie am meisten gebraucht wird. (Detaillierte Beschreibung, siehe Kapitel II.)
6
7
8
Die Leistungsabgabe einer Deckenstrahlungsheizung
besteht zu etwa 40 % aus konvektiver Wärme (Wärme zur
Decke) und etwa 60 % aus Strahlung (Wärme nach unten
in den Raum). Für ein Gebäude handelt es sich normalerweise um die gleiche Verteilung der Wärme-verluste durch
Wände, Decke und Boden, d.h. etwa 40 % der Wärme
verschwinden durch die Decke und 60 % durch das restliche Gebäude. Deckenstrahlungs-heizungen sind gerade deshalb ausgezeichnet für das Heizen von fast allen
Gebäuden geeignet.
Wohnungen sind ein Bereich, in dem Deckenstrahlungsheizungen selten installiert werden. Einer
der Gründe hierfür liegt wahrscheinlich in der traditionellen Auffassung über das Heizen von Wohnungen.
Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass
Deckenheizungspaneele mit kombinierter Außenluftzufuhr
im Vergleich zu einer konventionellen Heizkörperinstallation
sehr gute Ergebnisse erbringen.
9
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Deckenstrahlungsheizungen besitzen einen breit gefächerten Anwendungsbereich, breiter als die meisten
anderen Heizformen. Im Allgemeinen kann man sagen,
dass Deckenstrahlungsheizungen in allen Gebäudetypen
Anwendung finden können. Am häufigsten werden
Deckenstrahlungsheizungen in Sporthallen, Werkstätten,
Industriehallen, Lagern und Einkaufszentren angewendet.
Aber auch in Kindertagesstätten, Krankenhäusern und
Polikliniken, Wohnungen, Schulen und Labors funktioniert
eine Deckenstrahlungsheizung ausgezeichnet.
Die Wärmestrahlung breitet sich dort aus, wo sie am
wirksamsten ist.
Bei diesem Versuch wurden Deckenheizpaneele in
einem Schlafzimmer direkt über dem Fenster installiert.
Die Außenluftzufuhr erfolgte über ein Lüftungsgitter
in der Außenwand und sie wurde zwischen Decke und
Deckenpaneel vorgewärmt.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass
13
• die Zuluft bei einer Außentemperatur von -2 °C durchschnittlich auf 15,5 °C erwärmt wurde.
14
• die Betriebstemperatur durchschnittlich etwa 1,1 °C
höher als in einem entsprechenden Referenzraum mit
normalen Heizkörpern war.
15
etwa 40 % Wärmeverlust
über die Decke
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ca. 40 %
Konvektion
Luft +20° C.
ca. 60 % Wärmeverlust über
Außenwände und
Boden
ca. 60 % Wärmestrahlung
Boden +22° C
Warme Fußböden durch Deckenheizung.
Verteilung der Wärmeabgabe von der Deckenstrahlungsheizung und von einem Gebäude.
Änderungen vorbehalten
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• keine Kaltluftströmung am Fenster festgestellt werden
konnte (das Fenster wurde von der Deckenheizung
erwärmt, siehe auch Abschnitt 9). Deckenstrahlungsheizungen weisen die gleiche gute Funktion in
Räumen auf, in denen sich Personen aufhalten, die
hauptsächlich sitzende Tätigkeiten ausführen, wie in
Räumen, in denen oft aufgestanden und sich bewegt
wird. Die Deckenhöhe hat praktisch keine Bedeutung
für ein behagliches Klima in der Aufenthaltszone (siehe
auch Abschnitt 5 und 7).
Zonenheizung
Deckenstrahlungsheizungen funktionieren auch aus
gezeichnet, wenn nur ein Teil eines Raums geheizt werden soll, die so genannte Zonenheizung. Man kann
hierbei an so genannte feste Arbeitsplätze in Räumen,
wo die Tätigkeit eine niedrige Temperatur verlangt, denken. In diesem Fall kann Strahlungswärme dazu beitragen, die gefühlte Temperatur (die so genannte operative
Temperatur) zu erhöhen, indem örtlich die Temperatur der
Umgebungsflächen und auch in gewisser Hinsicht die
Lufttemperatur erhöht werden, um so für ein behagliches
Arbeitsumfeld zu sorgen.
Andere Vorteile der Deckenheizung:
Ein großer Vorteil der Deckenstrahlungsheizung ist es,
dass kein unnötiger Platz in Anspruch genommen wird.
Bei der Einrichtung und der Platzierung von Maschinen
oder anderer Ausrüstung muss man keine besondere
Rücksicht nehmen, da die Heizpaneele keinen Platz an
den Wänden beanspruchen.
Abschnitt 4
1
Wann kann man eine Deckenstrahlungsheizung
nicht einsetzen?
2
Es gibt wenige Bereiche, in denen Deckenstrahlungsheizungen nicht funktionieren. Jede Technik kennt
jedoch ihre Grenzen. Das folgende Beispiel zeigt die
Grenzen der Deckenheizung:
3
Zur Verhinderung von Lufteintritt bei offenen Toren
funktionieren Deckenstrahlungsheizungen nicht besser
als andere Heizsysteme. Boden, Wände und eventuelle
Einrichtungsgegenstände neben dem Tor werden zwar
geheizt, aber dem Lufteintritt durch das offene Tor wird
nicht entgegengewirkt. Die Deckenheizung trägt jedoch
dazu bei, ein bestmögliches thermisches Klima in der
Umgebung des Tores zu schaffen, indem die Flächen
warm gehalten werden, während bei offenem Tor Kaltluft
einströmt.
4
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6
In einem hohen Turm, z.B. einem Leuchtturm, funktionieren Deckenstrahlungsheizungen auch nicht gut, da
nur ein geringer Teil der ausgestrahlten Wärme den Fußboden und die Aufenthaltszone erreicht. Nicht auf Grund
der Tatsache, dass der Abstand zum Fußboden groß ist,
sondern weil der Fußboden im Verhältnis zur von der
Deckenheizung wahrgenommenen Gesamtfläche relativ
klein ist. Ein Großteil der Wärmestrahlung wird demzufolge von den Wandflächen aufgenommen.
Deckenheizpaneele können auch einfach an einem anderen Ort angebracht werden, wenn der Raum für eine andere Nutzung benötigt wird oder Wände versetzt werden
sollen. In z.B. Schulen und öffentlichen Räumen sind die
Heizpaneele keinen eventuellen Beschädigungen ausgesetzt. (Detaillierte Beschreibung, siehe Kapitel III und VI.)
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In einem hohen, schmalen
Turm funktioniert eine Deckenstrahlungsheizung nicht gut.
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Gefühlte (operative) Temperatur ca. 2-6
°C höher als die Lufttemperatur
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Zonenheizung sorgt für eine höhere operative Temperatur in einem Teil des Raums.
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Abschnitt 6
Fragen und Antworten
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Abschnitt 5
2
In welcher Höhe kann eine Deckenstrahlungsheizung installiert werden?
Solange die Luft im Raum einen normalen Reinheitsgrad
aufweist, gibt es für die Einbauhöhe der Deckenpaneele
außer dem Gebäude selbst keine Einschränkungen.
Die Strahlungswärme wird nicht von der Luft beeinflusst
und verteilt sich, unabhängig von Einbauhöhe und Oberflächentemperatur der Heizpaneele, auf dem Boden,
an den Wänden und auf Einrichtungsgegenständen.
Es gibt jedoch Begrenzungen nach unten, und man
sollte sich fragen, wie niedrig eine Deckenstrahlungsheizung montiert werden kann. Für die Einbauhöhe
spielt die Oberflächentemperatur der Heizpaneele die
wichtigste Rolle. Danach sind Faktoren, wie das Längen-Breiten-Verhältnis der Heizung und ob die sich im
Raum aufhaltende Person sitzt oder steht zu beachten.
Je wärmer die Fläche ist, desto höher ist das Deckenpaneel zu installieren, damit die sich im Raum aufhaltende
Person kein Unbehagen verspürt. Die Grenzen für die
niedrigste Einbauhöhe sind jedoch angemessen, siehe
Abschnitt 7.
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Hierfür ein Beispiel:
Ein Deckenheizpaneel mit den Maßen 3,6 x 0,6 m und
einer maximalen Oberflächentemperatur von 50 °C
(55/45 °C-System) kann in nur 2,1 m (!) Höhe installiert
werden. Bei Erhöhung der Oberflächentemperatur auf
70 °C (80/60 °C-System) ist die niedrigste Einbauhöhe
2,8 m.
In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass
wir hier von der Auslegungstemperatur sprechen, die
statistisch nur einige Tage pro Jahr auftritt. Meistens
fallen die Wärmetemperaturen im System im Laufe eines
Jahres niedriger aus. (Detaillierte Beschreibung, siehe
Kapitel II und IV.)
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14
15
Haben Deckenstrahlungsheizungen einen Einfluss
auf die Belüftung?
Die Deckenstrahlungsheizung verursacht keine Luft-bewegung, die einen Einfluss auf die Belüftung haben kann. Dies
bedeutet, dass Deckenstrahlungsheizungen ideal für Räume
sind, in denen hohe Anforderungen an die Kontrolle der Luftmengen gestellt werden.
Bei der Projektierung eines Neu- oder Umbaus von Gebäuden und Räumen hat dies also zur Folge, dass der Wahl der
Lüftungsanlage in Kombination mit Deckenstrahlungsheizung keine Grenzen gesetzt sind. (Detaillierte Beschreibung,
siehe Kapitel V.)
Abschnitt 7
Wird es warm auf dem Kopf?
Die Asymmetrie der Strahlungstemperatur (STA) ist ein Begriff für den Temperaturunterschied verschiedener Umgebungsflächen, den ein Mensch ohne Beschwerden akzeptieren kann. Die STA fühlt man z.B., wenn man die eine
Gesichtshälfte in Richtung eines warmen Kamins und die
andere in Richtung eines kalten Fensters wendet und sie
wird auf einer kleinen Fläche auf einer Höhe von entweder
0,6 m, was einer sitzenden Person entspricht, oder auf einer
Höhe von 1,1 m, was einer stehenden Person entspricht,
gemessen. STA ist der Unterschied zwischen der Wärmestrahlung auf beiden Seiten der Messfläche. Wie bereits in
Abschnitt 2 erwähnt, erwärmt die Wärmestrahlung einer
Deckenstrahlungsheizung die umgebenden Flächen und
besonders den Fußboden. Dies führt zu einem Ausgleich
der STA. Die Deckenstrahlungsheizung muss jedoch in Bezug auf die maximale Temperatur korrekt ausgelegt sein.
Ist diese Voraussetzung erfüllt, wird die STA innerhalb der
Grenzen für ein behagliches Raumklima liegen und den
Richtlinien des Schwedischen Instituts für Raumklima (R1)
sowie dem internationalen Standard für Raumklima, ISO
7730, entsprechen.
Ein Beispiel:
Ein Deckenheizungspaneel mit den Maßen 3,6 x 0,6 m und
mit einer maximalen Oberflächentemperatur von 50 °C
(55/45 °C-System) kann, berechnet für eine Person mit sitzender Arbeit, in einer Höhe von nur 2,1 m (!) installiert werden (Messfläche 0,6 m über dem Fußboden gem. ISO
7730). Es wird also nicht warm auf dem Kopf! (Detaillierte
Beschreibung, siehe Kapitel I und VI.)
+50° C
16
+21° C
19
24
+50° C
+21° C
Messfläche
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+24° C
Die Deckenhöhe spielt keine Rolle. Die gesamte Strahlungs-wärme erreicht alle Wände und Böden. Nur die
Intensität nimmt mit zunehmender Höhe ab.
+23° C
1.1 m
oder
0.6 m
Beispiel für die Messung der Asymmetrie der Strahlungstemperatur (STA). STA ist der Unterschied zwischen der
Wärmestrahlung auf den beiden Seiten der Messfläche.
Die angegebenen Temperaturen dienen nur als Beispiel
Änderungen vorbehalten
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Abschnitt 9
Fragen und Antworten
1
Zieht es am Fenster?
Abschnitt 8
Wird es kalt unter dem Tisch?
Es ist eine weit verbreitete, falsche Annahme, dass es bei
Deckenstrahlungsheizungen als Heizsystem kalt unter
dem Tisch und unter anderen horizontalen Flächen wird.
Es wird genauso wenig kalt unter dem Tisch, wie es bei
eingeschalteter Beleuchtung kohlrabenschwarz darunter
wird.
Die Wärmestrahlung wie auch die Lichtstrahlen von
der Decke breiten sich über die umgebenden Flächen
aus. Diese Flächen absorbieren den größten Teil der
Heizenergie, reflektieren jedoch auch einen geringeren Teil. Dieser Teil der Wärmestrahlung geht weiter zu
den verschiedenen Flächen des Raums und erwärmt
die Umgebungsflächen einschließlich des Fußbodens
unter der Tischfläche. Auch die Ober- bzw. Unterseite
der Tischfläche erwärmt sich durch direkte und indirekte
Wärmestrahlung. Dies hat zur Folge, dass der Unterschied
in der Lufttemperatur oder Strahlungstemperatur unter
einem Tisch im Vergleich zur Zone neben dem Tisch sehr
gering ausfällt. (Detaillierte Beschreibung, siehe Kapitel II.)
Bei doppelt oder dreifach verglasten Fenstern besteht
das Risiko einer Kaltluftströmung (die Luft kühlt sich
an der Fensterfläche ab und sinkt auf Grund der entstandenen höheren Dichte nach unten), wenn sich nicht
dem abwärts gerichteten Luftstrom entgegenwirkende
Form von Wärmequelle am Fenster befindet. Diese
Wärmequelle muss jedoch nicht unter dem Fenster
angebracht sein. Ein Heizkörper unter dem Fenster sorgt
für einen warmen Luftstrom nach oben, der einer eventuellen Kaltluftströmung vom Fenster entgegenwirkt.
Eine Deckenstrahlungsheizung verhindert hingegen die
Kaltluftströmung an der Quelle, d.h. an der kalten Fensterfläche. Die Heizpaneele erwärmen nämlich zuerst die
Fensterfläche, so dass das Risiko einer Abkühlung der
Luft eliminiert wird.
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5
6
Die Deckenstrahlungsheizung heizt also durch Wärmestrahlung direkt die kalten Flächen. Wie in Abschnitt
2 erwähnt, verteilt sich die Wärmestrahlung auf den
Flächen des Raums proportional zu dessen Oberflächentemperaturen. Kältere Flächen erhalten somit
mehr Heizleistung. Die Wärmestrahlung von der Decke
erwärmt deshalb einerseits die Fensterfläche und Fensternische und teils die Fensterbank. Dadurch kann einer
Kaltluftströmung vom Fenster direkt an seiner „Quelle“
entgegengewirkt werden.
Das größte Risiko für Unbehagen auf Grund von Kaltluftströmungen besteht, wenn die entsprechende Person
eine sitzende Arbeit ausführt, eine leichte Kleidung trägt
und ihr Arbeitsplatz sich in Fensternähe befindet. Bei
nichtsitzender Arbeit, ein wenig vom Fenster entfernt, ist
insbesondere in neueren Räumen mit dreifach verglasten
Fenstern kein Risiko gegeben. (Detaillierte Beschreibung, siehe Kapitel II.)
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Die Wärmestrahlen werden teilweise reflektiert und gleichen den Temperaturunterschied aus.
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Eine Deckenstrahlungsheizung verhindert durch Erwärmung der Fensterfläche eine Kaltluftströmung.
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1
2
Fragen und Antworten
Abschnitt 11
Abschnitt 10
Kann man eine Deckenstrahlungsheizung an eine
veränderte Nutzung anpassen?
Wie lang ist die Lebensdauer einer Lindab Climate Deckenstrahlungsheizung?
Heute ist es üblich, dass ein Gebäude und dessen
Räume im Laufe der Lebensdauer großen Nutzungsänderungen unterliegen. Deshalb sollten Wände und
Installationen sich ohne große Kosten verändern und
versetzen lassen.
Das weltweit patentierte Grundelement von Lindab Climate findet auf der ganzen Welt sowohl in Heiz- als auch
Kühlanlagen, und sogar Solarkollektoren, wo Temperaturen bis zu 250 °C auftreten können, Anwendung. Im
Schwedischen Materialprüfungs- und Forschungsinstitut
(SP) hat man Lindab Climate-Produkte bei einer Temperatur von über 200 °C getestet und diese dann mit 10 °C
kaltem Wasser geschockt. Außerdem wurden Produkte
nach mehreren Jahren Lagerung im Freien überprüft. Die
Flächen wurden darüber hinaus bei einem Druck von 1011 bar (!) Druckproben unterzogen. Keiner dieser Tests
fiel in Bezug auf Qualität oder Leistung des Produkts negativ aus. Wir kennen kein anderes Produkt auf dem
Markt, das so gründlich getestet wurde, wie die Produkte
von Lindab Climate. Deswegen wagen wir zu behaupten,
dass unsere Deckenstrahlungsheizungen genauso lange
funktionieren, wie das Haus, in dem sie eingebaut werden. (Detaillierte Beschreibung, siehe Kapitel IV.)
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Deckenstrahlungsheizungen bieten diesbezüglich große
Vorteile. Das Rohrsystem ist oft sichtbar oder unter
einer einfach demontierbaren Zwischendecke montiert,
so dass sowohl eine einfache Demontage als auch ein
Umbau möglich ist. Sind die Heizpaneele in einer Kassettendecke installiert, kann diese leicht an die Stellen
versetzt werden, wo die Paneele den größten
Nutzen bringen. Abgependelte Heizpaneele können ganz
einfach demontiert und an einem anderen Ort installiert
werden. Das ist auch der Vorteil der Heizpaneelen von
Lindab Climate. Das ausgesprochene geringe Gewicht
stellt eine zusätzliche Erleichterung bei Veränderungen
an der Installation besonders bei hohen Decken dar.
Der Hausbesitzer/Verwalter ist nicht an einen besonderen
Mietertyp gebunden. Er kann zwischen z.B. Herstellender
Industrie, Tanzstudios und Lagerhaltung wählen. Beim
Renovieren oder Umbau muss keine besondere Rücksicht auf Fußboden oder Wände genommen werden.
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Querschnitt des Wasserkanals in einem Heizpaneel von
Lindab.
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26
Änderungen vorbehalten
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Abschnitt 12
1
Welche Leistung muss installiert werden?
Bei der Berechnung des Heizleistungsbedarfs werden
zuerst die verschiedenen Gebäudeteile bezüglich Fläche
und Wärmedurchgangszahl (U-Wert) berechnet. Dies
erfolgt normalerweise gemäß den geltenden Bauvorschriften. Außerdem werden die Raumtemperatur und
die auszulegende Außentemperatur (DUT) festgelegt.
Danach kann eine Berechnung der auszulegenden Heizleistung für das Gebäude erfolgen.
2
3
4
Man sollte jedoch bei den Berechnungen den Temperaturunterschied zwischen Decke und Boden (Temperaturgradient) berücksichtigen. Der Temperaturgradient
kann bei hohen Decken große Unterschiede zwischen
Boden- und Deckentemperatur hervorrufen. Einer der
größten Vorteile der Deckenstrahlungsheizungen ist,
dass der Temperaturgradient im Vergleich zu anderen
Heizsystemen gering ausfällt, ca. 0,5 °C/m. Hierdurch
treten geringe Unterschiede zwischen Decken- und
Bodentemperatur auf. Die Heizung mit z.B. einem Lufterhitzer gibt einen Temperaturgradienten von ca. 2°C/m.
Ein kleiner Temperaturgradient senkt natürlich den Heizleistungsbedarf, da die Raumtemperatur an der Decke
niedriger wird.
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Deckenhöhe (m)
13
6,0
Deckenstrahlungsheizung
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5,0
4,0
Wärme mit Luft
als Energieträger
3,0
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2,0
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1,0
0
0
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20
21
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23
24 Lufttemperatur (°C)
Beispiel für die Temperaturverteilung in der Luft in einem Raum mit verschiedenen Heizsystemen.
Änderungen vorbehalten
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comfort
deckenheizung
Deckenheizung
1
2
3
4
5
Fragen und Antworten
Abschnitt 13
Außer dem niedrigen Temperaturgradienten ist bei
Neubauten für Deckenstrahlungsheizungen auf
Grund der zusätzlichen Strahlung von den umgebenden Flächen normalerweise auch mit einer ca. 1 bis 2
Grad niedrigeren Raumtemperatur zu rechnen (siehe
Abschnitt 1 und 2) und damit die installierte Heizleistung
zu senken. Beim Umbau oder Renovieren sollte jedoch
eine genauere Analyse durchgeführt werden, um festzustellen, ob der Gebäudestandard nach den ergriffenen
Maßnahmen eine gesenkte Raumtemperatur erlaubt.
Wird durch Deckenstrahlungsheizungen Energie
eingespart?
Temperatur
6
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Gefühlte Temperatur
(operative Temperatur)
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Lufterhitzer Lufterhitzer
Raumflächen
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28
Im Vergleich zu anderen konventionellen Heizsystemen
kann diese Frage in den allermeisten Fällen mit Ja
beantwortet werden. Die Energieeinsparung bei
Deckenstrahlungsheizungen ist dadurch bedingt, dass
man eine niedrigere Lufttemperatur (ca. 1-2 °C) in der
Aufenthaltszone halten kann, ohne dass die gefühlte (operative) Temperatur gesenkt wird, und dass der
Unterschied zwischen Decken- und Bodentemperatur
(Temperaturgradient) kleiner ist (siehe Abschnitt 1 und
12). Letzteres hat zur Folge, dass sich kein allzu großes
Warmluftpolster unter der Decke bildet, das zu großen
Wärmeverlusten durch die Decke führen könnte.
Wie groß die Energieeinsparung wird, ist vom Typ des
Gebäudes und evtl. früheren Heizsystemen abhängig.
Für ein Gebäude mit einer Deckenhöhe von 2-3 Metern
kann man mit einer Einsparung von 2-7 % rechnen. Für
Gebäude mit noch höheren Decken kann die Einsparung
noch größer ausfallen, insbesondere, wenn es sich um ein
älteres Gebäude handelt, wenn es undicht ist oder große
Tore oder Öffnungen besitzt, die Luftleckage verursachen
(unfreiwillige Belüftung). In sowohl schwedischen als auch
ausländischen Forschungsberichten spricht man von
Einsparungen von bis zu 30 %. (Detaillierte Beschreibung,
siehe Kapitel VII.)
Abschnitt 14
Luft
Deckenstrahlungsheizungen sorgen für warme Raumflächen und erlauben daher niedrigere Lufttemperaturen.
Dies führt zu einem niedrigeren Heizleistungsbedarf.
Der Unterschied im Leistungsbedarf auf Grund niedrigerer Raumtemperatur und kleinerem Temperaturgradienten lässt sich an Hand eines Beispiels veranschaulichen. Wir gehen von einer neugebauten Halle
mit einer Fläche von 1 000 m2, einer Deckenhöhe von 5
m und normalen Konstruktionen in Wänden und Boden
aus. Die Fensterfläche entspricht 10 % der Bodenfläche.
Die erforderliche Heizleistung für Transmissionsverluste
und unfreiwillige Belüftung hat für zwei verschiedene
Heizsysteme folgende Werte (die Heizleistung für eine
mechanische Belüftung ist nicht enthalten):
Heizsystem
Temp. in der
Aufent-haltszone/
Gradient
Heizleistung
Lufterhitzer
20° C / 2° C/m
71.3 kW
Deckenstrahlungsheizung
18° C / 0.5° C/m
58.5 kW
Im Vergleich zu einem System mit Lufterhitzern benötigt
die Deckenstrahlungsheizung somit in diesem Beispiel
82 % der Heizleistung. Es muss jedoch darauf hingewiesen werden, dass der Unterschied in Räumen mit niedrigen Decken kleiner ist. (Detaillierte Beschreibung, siehe
Kapitel VII.)
Welche Kosten sind damit verbunden?
Die Antwort auf diese Frage ist von der zeitlichen Perspektive und den aufgenommenen Kosten abhängig. Wir
haben uns dafür entschieden, dies langfristig zu betrachten, in diesem Fall für einen Zeitraum von 15 Jahren,
da das Gesamtkostenbild in den meisten Fällen für den
Verwalter oder Hausbesitzer interessanter ist. Schaut
man sich jedoch die Investitionskosten näher an, so ist in
diesem Beispiel eine Deckenstrahlungsheizung die zweitpreiswerteste Alternative. Das Beispiel zeigt die berechneten Gesamtkosten für vier verschiedene Heizsysteme.
Es handelt sich hierbei um Deckenstrahlungsheizung,
Fußbodenheizung, Lufterhitzer und Warmluftheizung.
Auch die Voraussetzungen für die Kalkulation werden
gezeigt. Sie basieren auf einer fiktiven neugebauten
Industriehalle mit den Maßen 60 x 40 m und einer Deckenhöhe von 8 m. Die Halle liegt in Göteborg, und man geht
davon aus, dass sie an das Fernheizungsnetz von Göteborg angeschlossen ist. In den Investitionskosten sind
Materialien und Arbeitskosten einschl. Anschlussgebühr
für Fernheizung sowie Einregulierungskosten für ein entsprechendes anderes Heizsystem enthalten. Die Investitionskosten für die verschiedenen Heizsysteme, einschl.
Deckenstrahlungsheizung, wurden neutral berechnet.
Änderungen vorbehalten
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Fragen und Antworten
1
Die jährlichen Betriebs- und Wartungskosten (O&M)
werden als Prozentsatz der Investitionskosten berechnet und umfassen Kosten für Betriebsstörungen sowie
Wartungs- und Reparaturkosten. Für die Deckenstrahlungsheizung und für die Fußbodenheizung rechnet
man mit einem Prozentsatz von 0,5 % und für Lufterhitzer
und Warmluftsystem mit 2 % der Investitionskosten. Der
Energieverbrauch für die verschiedenen Heizsysteme, einschl. des Heizenergiebedarfs für Transmission und unfreiwillige Belüftung, wurde unter den nachstehend aufgeführten Voraussetzungen berechnet. Der Energiebedarf für
eine mechanische Belüftung ist nicht enthalten, da dieser
für sämtliche Heizsysteme als gleich angenommen wird.
Die Gesamtkosten für ein entsprechendes System
umfassen die Investitionskosten, die Betriebs- und
Wartungskosten sowie die Energiekosten. Die
Gesamtkosten werden einerseits als Istwert und andererseits als Annuität dargestellt.
Gemeinsame Voraussetzungen
Kalkulationszins: 10%
10%
Wirtsch. Lebensdauer:
15 Jahre
Energiepreis:
250 SEK/MWh
Energiepreiserhöhung:
2% pro Jahr
2
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8
Gesamtkosten
Heizsystem
Investition
(SEK)
O&M
(SEK/Jahr)
Energie verbrauch
(MWh/Jahr)
Istwert
(SEK)
Annuität
(SEK/Jahr)
Deckenstrahlungsheizung
840,00
4,200
386
2,373,000
311,997
Fußbodenheizung
945,000
4,725
375
2,439,000
320,703
Lufterhitzer
777,000
15,540
488
2,792,998
367,206
Warmluftheizung
2,170,500
43,410
431
4,176,810
549,141
Die Kosten für die verschiedenen Heizsysteme. Die Investitionskosten wurden von neutral berechnet.
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Istwert der
Gesamtkosten
13
4 500 000
4 176 810
4 000 000
14
3 500 000
3 000 000
2 500 000
15
2 792 998
2 373 074
2 439 289
16
2 000 000
1 500 000
17
1 000 000
500 000
0
Takvärme
Deckenstrahlungsheizung
Golvvärme
Fußbodenheizung
Fläktluftvärmare
Lufterhitzer
Istwert der Gesamtkosten für vier verschiedene Heizsysteme.
Änderungen vorbehalten
Central luftvärme
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Warmluftheizung
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comfort
deckenheizung
Deckenheizung
1
2
Fragen und Antworten
Abschnitt 15
Voraussetzungen für die Berechnung:
Sind die Produkte von Lindab Climate recycelbar?
U-Wert Fläche 3
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5
Decke:
Wände: Boden, Innenzone:
Boden, Außenzone:
Fenster:
Decke:
Wände:
Boden, Innenzone: Boden, Außenzone: Fenster:
Deckenhöhe:
Unfreiwillige Belüftung: 6
0,2 W/m2, °C
0,2 W/m2, °C
0,3 W/m2, °C
0,3 W/m2, °C
2,0 W/m2, °C
2400 m2
1400 m2
1000 m2
200 m2
200 m2
8m
0,3 Luftwechsel/h
DeckenFußWarmLuftstrahlungs- bodenlufterhitzer
heizung
heizung
heizung
7
8
Raumtemp.
Aufenthalts-
zone (°C)
19
19
20
20
9
Temperatur-
gradient
(°C/m2)
0,7
0,5
2,0
1,0
10
Sonstige Voraussetzungen
11
1) Die Deckenstrahlungs- und die Fußbodenheizung verlangen eine niedrigere Lufttemperatur (19 °C) für die
Aufrechterhaltung einer bestimmten gefühlten (operativen) Temperatur, die in diesem Fall auf 20 °C geschätzt
wird.
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14
Lebenszyklus-Bewertungen (LCA), die für Aluminiumprodukte durchgeführt wurden, weisen eine Vielzahl
gemeinsamer Züge auf. Der Herstellungsteil des Produkts
(Gewinnung, Aufbereitung und Produktion) erhält verhältnismäßig hohe Belastungszahlen in Bezug auf Umwelt
und Energieverbrauch. Im Produkt-verwendungsteil
ist das Verhältnis im Vergleich zu anderen Materialien
umgekehrt. Die Belastung durch Aluminium bei der
Herstellung wird häufig vollständig durch eine niedrigere
Umweltbelastung bei der Verwendung aufgewogen.
Wird Aluminium außerdem in noch höherem Ausmaß
recycelt, wird die Umweltbelastung weiterhin reduziert.
Die Deckenheizpaneele von Lindab Climate bestehen ausschließlich aus Kupfer, Aluminium und einer
Isolierplatte aus Polystyrol, sowie einer geringen Menge
Zinnlot. Das gesamte enthaltene Material, ausschl. der
Isolierplatte, ist zu 100 % recycelbar. Bereits heute wird
der gesamte Schrott aus der Produktion recycelt.
Beim Abriss eines Gebäudes, in dem Lindab Climates
Deckenheizpaneele installiert waren, kann das Metall
in den Paneelen zu 100 % recycelt werden. Aluminium
und Kupfer werden zwar im Herstellungsprozess
metallisch verbunden und können nicht separiert werden, aber ein Recycling ist trotzdem möglich. Die
Deckenheizungspaneele werden in circa 20 x 20 cm
großen Paket zusammengepresst und in der Metall verarbeitenden Industrie als Legierungszusätze in verschiedenen Aluminiumqualitäten verwendet. Der Kupferanteil
in jedem Paket ist gut definiert, da jeder Zentimeter eines
Paneels die gleiche Kupfermenge enthält. (Detaillierte
Beschreibung, siehe Kapitel VIII.)
2) D er angegebene Temperaturgradient gilt bei der
dimensionierenden Außentemperatur. Bei anderen
Außentemperaturen wird angenommen, dass dieser,
wenn kein Heizbedarf vorliegt, linear sinkt, um schließlich einen Wert von Null zu erreichen.
3) Der Temperaturgradient für die Warmluftheizung gilt bei
Installation so genannter Tropikventilatoren.
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Änderungen vorbehalten
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Kapitel I
Wie empfindet der Mensch das thermische Klima?
Wärmeaustausch
Der Wärmeaustausch zwischen Menschen und
Umgebung beruht auf seinen Aktivitäten, seiner
Bekleidung und darauf, wie viel Wärme vor allem durch
Konvektion und Strahlung an die Umgebung übertragen
wird. Ein Teil der Wärme wird in Form von latenter Wärme
wie Wasserdampf abgegeben. Normalerweise wird diese
Wärme nicht in Räumen abgegeben, sondern sie kondensiert ausschließlich im Freien.
Aktivität
Die Aktivität oder der Stoffwechsel entscheidet, wie viel
Wärme im Körper erzeugt wird und sie/er wird in met
ausgedrückt (1 met = 58 W/m2). Der Aktivitätsgrad von
Menschen in Gebäuden variiert normalerweise zwischen
0,8 met (schlafend) und 7 met (harte körperliche Arbeit).
Der übliche Wert bei normaler Büroarbeit liegt zwischen
1,1 und 2,2 m. Wie hoch der Stoffwechsel einer Person
bei einer bestimmten Arbeit ist, ist auch von individuellen Faktoren wie Alter, Körpergewicht, Geschlecht,
Gesundheitszustand usw. abhängig.
Bekleidungsgrad
Der Bekleidungsgrad ist ein Maß für die Wärmeisolierung
des menschlichen Körpers und wird in der Einheit clo
(1 clo = 0,155 °C m2/W) ausgedrückt. Dieser variiert von 0
clo nackt bis zu etwa 3 clo, unter einem dicken Federbett.
Der Bereich für normale Raumbekleidung liegt zwischen
0,7 und 1,2 clo.
Der Wärmeaustausch des Menschen
Der Wärmeaustausch des Menschen erfolgt im Normalfall
bei niedrigen Luftgeschwindigkeiten zu gleichen Teilen
durch Konvektion und Strahlung. Die konvektive
Wärmeübertragung steigt sukzessiv, wenn die Luft an
der Haut mit einer höheren Geschwindigkeit als etwa 0,1
m/s vorbeiströmt. Wird es einem zu warm beginnt man
zu schwitzen, wird auch eine bedeutende Wärmemenge
durch Verdunstung der Feuchtigkeit vom Körper abgegeben (Phasenübergang). Bei thermischem Komfort ist
das Problem des Schwitzens sehr gering, und die trotzdem von der Haut verdunstete Feuchtigkeit wird als
Bestandteil der konvektiv abgegebenen Wärme betrachtet. Die Luftfeuchtigkeit beeinflusst die Luftmenge, die
von der Haut und den Schleimhäuten verdunstet. Je
trockener die Luft ist, desto größer ist die von Haut und
Schleimhäuten abgegebene Feuchtigkeitsmenge.
Konvektion
Die Konvektion, der eine Person ausgesetzt wird, besteht
einerseits aus Eigenkonvektion, die durch Erwärmung der
Luft in Körpernähe entsteht, die nach oben steigt und
Luftbewegungen erzeugt, und andererseits aus aufgezwungener Konvektion, äußeren Luftbewegungen von
z.B. Belüftung oder Zug.
Die Grenze einer unbehaglichen Luftgeschwindigkeit
variiert vor allem hinsichtlich der Umgebungstemperatur.
Daher ist die Normalgrenze in Räumen 0,15 m/s im Winter
und 0,2-0,4 m/s im Sommer [8], (siehe Seite 35 ). Der
höhere Wert im Sommer beruht auf einer häufig höheren
Raumtemperatur in den Sommermonaten, wodurch die
Grenze für unbehagliche Luftgeschwindigkeit erhöht wird.
1
2
3
Strahlung
Strahlung erfolgt als ein so genannter Nettoaustausch
zwischen zwei Körpern/Flächen und sie breitet sich im
Normalfall vom Menschen auf eine kältere Umgebung
aus. Das Ausmaß der Wärmeübertragung bei Strahlung
ist von der Aktivität und dem Bekleidungsgrad der betreffenden Person sowie den Oberflächentemperaturen der
Umgebung abhängig.
4
5
Temperatur
6
Für die Beschreibung der Einwirkungen der Temperaturen
der Luft und der umgebenden Flächen auf den Menschen,
wurde eine Anzahl verschiedener Temperaturen definiert,
um deren Einwirkung auf den Menschen zu beschreiben.
Nachstehend werden die am häufigsten vorkommenden
vorgestellt. Außer der Lufttemperatur gibt es:
Vertikaler Temperaturgradient (°C/m): Dies ist ein Maß für
das Ausmaß der Änderung der Lufttemperatur bei verschiedenen Höhen über dem Fußboden, das normalerweise als Temperaturdifferenz zwischen 0,1 m und 1,1 m
Höhe bestimmt wird. Der Temperaturgradient sollte kleiner als 2-3 °C sein, um ein Empfinden von Unbehagen zu
vermeiden. Der niedrigere Wert gilt bei sitzender Arbeit.
Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass eine
bedeutende Luftschichtung und damit auch ein bedeutender Energieverlust in Deckenhöhe entsteht. Der
Temperaturgradient für Deckenstrahlungsheizungen liegt
normalerweise bei etwa 0,4-0,5 °C/m und das hat eine
bedeutende Senkung des Energieverlusts in Deckenhöhe
zur Folge. Siehe auch Kapitel VII.
Plane Strahlungstemperatur (°C): Diese Temperatur
wird zur Bestimmung des Strahlungsaustauschs für
eine kleine plane Fläche (Hautpartie) angewendet, die
sich in eine gewisse Richtung neigt. Der Strahlungsaustausch ist abhängig von der Oberflächentemperatur
und dem Winkelfaktor entsprechender Teilflächen, der
von der planen Fläche wahrgenommen werden kann.
Die plane Strahlungstemperatur wird mit Hilfe gemessener Oberflächentemperaturen und Winkelfaktoren
berechnet oder mit einem Thermometer zur Messung der
Strahlungstemperatur festgestellt.
Asymmetrie der Strahlungstemperatur (°C): Die
Asymmetrie der Strahlungstemperatur (STA) wird als
Unterschied zwischen der planen Strahlungstemperatur
auf beiden Seiten einer planen Fläche definiert.
Die STA wird auf einer Fläche 0,6 m über dem Fußboden
bei sitzender Arbeit gemessen. Maximal sollte die STA
5°C betragen. Dies gilt, wenn die Wärmestrahlung von
der Decke kommt. Siehe auch Kapitel VI.
Änderungen vorbehalten
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comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Mittlere Strahlungstemperatur (°C): Die mittlere
Strahlungstemperatur ist ein Maß für die Bestimmung
des gesamten Strahlungsaustauschs eines Körpers mit
den ihn umgebenden Flächen. Sie ist der Mittelwert des
Strahlungsaustauschs in alle Richtungen.
1
2
Operative (gefühlte) Temperatur (°C): Die operative
Temperatur beschreibt die gesamte Einwirkung von Lufttemperatur und mittlerer Strahlungstemperatur auf die
Wärmebalance des Menschen. Es wird häufig angenommen, dass die operative Temperatur der Mittelwert aus
Lufttemperatur und mittlerer Strahlungstemperatur ist.
3
4
Gerichtete operative Temperatur (°C): Hierbei handelt es sich um einen Begriff der schwedischen Baunormen, der der Beschreibung des Wärmeaustauschs für
eine kleine angenommene Hautpartie dient. Sie wird für
einen gewissen Messpunkt und eine gewisse Richtung
im Raum als Mittelwert von Lufttemperatur und planer
Strahlungstemperatur definiert.
5
6
Äquivalente Temperatur (°C): Die äquivalente Temperatur ist ein Maß für die gesamte Einwirkung von Lufttemperatur, Strahlungstemperatur und Luftgeschwindigkeit
auf die Wärmebalance des Menschen. Dieser Zusammenhang wird auch von der Aktivität und der Bekleidung
des Menschen beeinflusst.
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Thermischer Komfort
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Die Klimavoraussetzungen für einen thermischen Komfort in einem Raum sind bei verschiedenen Individuen
unterschiedlich. Von Professor P.O. Fanger [21] durchgeführte Versuche, bei denen große Gruppen von Personen
abwechselnden Klimabeeinflussungen ausgsetzt wurden,
zeigen jedoch, dass die Mehrzahl der Personen einheitlich auf das Raumklima reagiert.
Das Ergebnis der Versuche waren Kriterien für thermischen Komfort, bei denen die Mehrzahl einer großen
Personengruppe das Klima als neutral empfindet.
Mit Hilfe eines Teils der oben erwähnten Klimafaktoren
lässt sich der Grad des thermischen Komforts mit Hilfe
eines PMV-Index (Predicted Mean Vote) berechnen. Der
Wert gibt auf Grund von statistischen Angaben eine Voraussage, wie eine größere Gruppe Personen den Grad
des Komforts für ein gewisses Klima bei vorgegebenen
Aktivitätsgrad und Bekleidung beurteilen würde. Ausgehend von PMV-Index kann dann ein PPD-Index (Predictes
Percentage of Dissatisfied) berechnet werden, der angibt,
wie viele Personen einer größeren Personengruppe mit
einem gewissen Raumklima unzufrieden wären.
PMV = (0.303 × e-0.0036M + 0.028) [(M-W) – 3.05 × 103
{5733 – 6.99(M-W) - pa} – 0.42{(M-W) – 58.15} – 1.7 ×
10-5 × M(5867-pa) – 0.0014 M (34 - ta) - 3.96 ×
10-8 fcl{(tcl + 273)4 - (tr + 273)4} - fclhc(tcl - ta)
Hierbei ist:
tcl = 35.7 – 0.028(M-W) – 0.155Icl[3.96 ×
10-8 fcl{(tcl + 273)4 - (tr + 273)4} - fclhc(tcl - ta)]
hc =
fcl = for 2.38(tcl - ta)0.25 > 12.1(vr)0.5
12.1(vr)0.5
for 2.38(tcl - ta)0.25 < 12.1(vr)0.5
1.00 + 0.2Icl
for Icl < 0.5 clo
1.05 + 0.1Icl
for Icl > 0.5 clo
Erklärung:
M = Stoffwechsel (W)
W = externe Arbeit (W)
Icl = Bekleidungsgrad (clo)
pa = Partialdruck des Wasserdampfes (Pa)
fcl = O berflächenfaktor der Bekleidung, d.h. das
Verhältnis zwischen nackter und bekleideter Haut
tcl = Oberflächentemperatur der Bekleidung ( °C)
hc = konvektive Wärmeübergangszahl (W/m2 °C)
tr = mittlere Strahlungstemperatur (°C)
ta = Raumlufttemperatur (°C)
vr = relative Luftgeschwindigkeit (m/s)
= v + 0,005(M-58)
v = mittlere Geschwindigkeit der Raumluft
Ist der PMV-Index bekannt, kann der PPD-Index wie
folgt berechnet werden:
PPD = 100 - 95 * є-(0,03553PMV4 + 0,02179PMV2)
Mit Hilfe dieser Formeln ist es sehr umständlich, den
PPD-Index für einen vorgegebenen Fall auszurechnen.
Bedeutend einfacher wird dies mit einem Klimasimulationsprogramm, das den PPD-Index oder andere KlimaIndexe als Ergebnis einer Simulierung der Verhältnisse in
einem Raum kalkuliert. Lindab Climates eigene Klimasimulierungssoftware TEKNOsim rechnet u.a. ebenfalls
die Lufttemperatur, die operative Temperatur und den
PPD-Index aus.
Gemäß Fangers Formel können maximal 95 % mit
einem vorgegebenen Raumklima zufrieden sein, was
bedeutet, dass mindestens fünf Prozent mit dem Raumklima unzufrieden sein werden (PPD = 5 % und PMV
= 0 geben den besten thermischen Komfort an). In der
Schrift des Schwedischen Instituts für Raumklima R1 [8]
stützen sich die verschiedenen, angegebenen Klassen
für das thermische Raumklima auf einen PPD-Index,
der in einem Bereich von <10 % Unzufriedenen für die
höchste Klasse bis zu 20 % Unzufriedenen für die niedrigste Klasse liegt.
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2.38(tcl - ta)0.25
Änderungen vorbehalten
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Kapitel II
So funktioniert eine
Deckenstrahlungsheizung
Die Deckenstrahlungspaneele von Lindab Climate nutzen die Wärmestrahlung als die wichtigste Komponente
bei der Wärmeübertragung (ca. 60 % der gesamten
Heizleistung). In diesem Kapitel werden die Grundlagen
für die Wärmestrahlung behandelt.
Wärmestrahlung
Wärmestrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung mit
einer Wellenlänge von ca. 9–15 mm bei Oberflächentemperaturen von etwa 30-70 °C. Je höher die Temperatur auf
einer Fläche ist, desto kürzer wird die Wellenlänge. Demzufolge wird die Wellenlänge bei sinkender Temperatur
länger. Bei diesen Temperaturen ist die Wärmestrahlung
für das Auge unsichtbar. Erst wenn die Flächentemperatur
sich 600-800 °C nähert, wird sie für das Auge sichtbar.
Wärmestrahlung wird von allen Körpern abgegeben, die
über dem absoluten Nullpunkt (-273,16 °C) liegen. An
dieser absoluten Wärmestrahlung eines Körpers ist man
selten interessiert. Die Berechnung des Nettoaustauschs
der Strahlungsenergie zwischen zwei Körpern oder Flächen in technischen Zusammenhängen ist dahingegen
sehr wohl von Interesse.
Wärmeübertragung durch Strahlung
Die Wärmeübertragung (der Nettoaustausch) bei
Strahlung beruht auf dem Temperaturunterschied zwischen den Flächen, ihrem geometrischen Verhältnis und
Flächenbeschaffenheit. Der Wärmestrom, Ps, zwischen
zwei Flächen wird mit Hilfe folgender Formel berechnet:
Ps = σ F12 A1 ( T14 - T24 ) (W)
Hierbei ist
F12 = 1
f12
+
1
(
1
є12
(
-1 +
A1
A2
(
1
є2
(
-1
Hier ist F12 eine Funktion des geometrischen Verhältnisses
zwischen den Flächen A 1 und A 2, die Winkelfaktor
genannt wird. Der Winkelfaktor kann in Diagrammen
in Handbüchern über Wärmeübertragung abgelesen
oder mit Hilfe dieser Diagramme berechnet werden. Bei
der Berechnung der Wärmestrahlung wird immer der
projizierte Abschnitt einer Fläche berücksichtigt. Der
Nettoaustausch der Wärmestrahlung von einer strukturierten oder gerillten Fläche ist also im Vergleich zu einer
glatten Fläche nicht höher.
Es ist zu beachten, dass der Strahlungsaustausch zwischen zwei Flächen (z.B. einer Deckenstrahlungsheizung
und einem Fußboden) solange die Luft, die von der
Strahlung durchströmt wird, sauber ist nicht mit dem
Abstand abnimmt. Dies liegt daran, dass die Absorption
der Wärmestrahlung seitens der Luft nihil ist, siehe unten.
Dahingegen nimmt die Strahlungsintensität (Leistung per
Oberflächeneinheit) und damit auch die übertragene
Energie an eine Fläche bei größerem Abstand oder angewinkelter Fläche ab. Dies beeinflusst den Winkelfaktor,
der ein Bestandteil des Faktors F12 ist. Ferner ist er von
Abstand und Winkel zwischen den Flächen sowie Größe
und Temperatur der Flächen abhängig. Ein bekanntes
Beispiel für die Schwankung der Strahlungsintensität
ist die Intensität der Sonnenstrahlung sowohl im Laufe
des Tages als auch des Jahres. Die Sonnenstrahlung
zur Erde ist je nach Abstand und Winkel zur Erde unterschiedlich. Die Fläche mit einer niedrigeren Temperatur
wird der Empfänger des Nettoaustauschs der Wärmestrahlung sein. Bei Deckenstrahlungsheizungen sind
grundsätzlich die Umgebungsflächen die Empfänger der
Wärmestrahlung. Bei Deckenstrahlungsheizung werden
also die Umgebungsflächen die Wärmestrahlung absorbieren und dadurch ihre Temperatur, normalerweise
einige Grad über Raumlufttemperatur, erhöhen.
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Die Bedeutung der Luft
Passiert die Wärmestrahlung durch die Luft, wird im
Großen und Ganzen keine Strahlung absorbiert. Die Gase
Kohlendioxid (CO2) und Wasserdampf (H2O) absorbieren
und emittieren jedoch die Wärmestrahlung, während so
genannte elementare Gase (Gas mit Atomen einer Sorte),
wie z.B. O2, N2 und H2, für die Wärmestrahlung transparent sind. Da Luft sich aus verschiedenen Gasen zusammensetzt, wobei CO2 (0,05 Gewichtsprozent) und H2O
(0,7 Gewichtsprozent) sehr niedrige Konzentrationen und
O2 (21 Volumenprozent) und N2 (79 Volumenprozent) hohe
Konzentrationen aufweisen, ist sie für Wärmestrahlung
mit normaldicken (< 20 m) Luftschichten als vollständig transparent zu betrachten. Ein unnormal hoher
Partikelgehalt der Luft kann jedoch eine geringe
Bedeutung für den Wärmeaustausch zwischen einer
Deckenstrahlungsheizung und den umgebenden Flächen
haben.
Emissionszahl
Die Emissionszahl, e, gibt die Größe des Energieanteils
an, den eine Fläche im Vergleich zu einer perfekten
Strahlungsfläche ausstrahlt, z.B. einem schwarzen
Körper.
s = 5,67*10-8 W/m2 K4 (Stefan Boltzmann-Konstante)
є1 = Emissionszahl der Wärme abgebenden Fläche
є2 = Emissionszahl der empfangenden Fläche
A1 = der projizierte Abschnitt der Wärme abgebenden
Fläche (m2)
A2 = der projizierte Abschnitt der Empfängerfläche (m2)
T1 = Temperatur der Wärme abgebenden Fläche
(K = Kelvin, T°C +273)
T2 = Temperatur der empfangenden Fläche (K)
Änderungen vorbehalten
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
33
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Kapitel II
1
Die Emissionszahl ist gleich 1 für einen schwarzen Körper
und liegt zwischen 0 und 1 für alle anderen Materialien.
Je höher die Emissionszahl, desto besser funktioniert die
Fläche als Wärmestrahler und -empfänger. Nachstehend
wird die Emissionszahl für einige Materialien im rechten
Winkel zur Fläche bei normalen Raumtemperaturen dargestellt:
2
3
4
5
Aluminium, blankgewalzt: 0,04
Kupfer, poliert:
0,03
Glas:
0,94
Holz (Buche): 0,94
Ziegel, Putz: 0,93
,95 Deckens0
trahlungsheizung
von Lindab Climate)
0,97
Beton: 0,88
6
Weißer Lack: 7
Mattschwarzer Lack:
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
34
Wie aus der Tabelle hervorgeht, sind alle Flächen, außer
Metallflächen, gute Wärmestrahler/-empfänger. Die Werte
zeigen, dass eine Weiß lackierte Fläche fast genauso gut ist
wie eine Schwarz lackierte, matte Fläche. Lindab Climate
hat aus diesem Grund u.a. seine Deckenheizpaneele nur
auf der Unterseite lackiert. Auf der Oberseite besteht
die Fläche aus oxidiertem Aluminium, das eine höhere
Emissionszahl als blankgewalztes Aluminium besitzt. Die
Emissionszahl ist jedoch kleiner als für eine Weiß lackierte Fläche. Auf diese Weise kann die Strahlungsenergie
zur Unterseite der Heizung „gelenkt“ werden, wo sie am
wirksamsten ist. Um die Wärmestrahlung zusätzlich nach
unten zu lenken, ist die Oberseite außerdem isoliert.
Eine interessante Feststellung ist, dass Glas eine relativ
hohe Emissionszahl besitzt, und dass diese auf dem gleichen Niveau wie bei einigen der am häufigsten vorkommenden Bau- und Einrichtungsmaterialien liegt. Was Glas
anbelangt, so kann keine Niedrigtemperaturstrahlung
durch das Glas dringen, ohne dass die gesamte Strahlung
absorbiert (etwa 88 %) oder reflektiert (etwa 12 %) wird.
Die Strahlung der Sonne, mit einer bedeutend höheren
Temperatur und damit kürzeren Wellenlänge, wird jedoch
durchgelassen. Dieses Verhältnis bildet den Hintergrund
für den Begriff „Treibhauseffekt“ in Treibhäusern und
anderen Gebäuden mit großen Glasflächen.
Thermischer Komfort bei Wärmestrahlung
Der Mensch ist im Verhältnis zu seiner Umgebung ein
warmer Körper und er strahlt deshalb auch einen Teil
des Wärmeüberschusses an seine Umgebung ab. Haben
die Umgebungsflächen eine höhere Temperatur als im
Normalfall, so wie es bei der Strahlungsheizung der Fall
ist, fällt die Strahlung des Körpers geringer aus. In einem
Raum mit Strahlungsheizung wird man die Umgebung
deshalb als wärmer empfinden, weil die Strahlung zu den
Umgebungsflächen geringer ist als bei konventionellen
Heizsystemen bei gleicher Lufttemperatur. Deswegen
kann die Lufttemperatur bei Strahlungsheizungen gesenkt
und trotzdem die gleiche gefühlte Temperatur erreicht
werden. In Normalfällen kann man die Lufttemperatur
1-2 °C [4] senken und trotzdem die erforderliche gefühlte Temperatur erzielen. Die Wärmestrahlung in einem
Raum wird entweder absorbiert oder reflektiert. Bei der
Absorption von Strahlungswärme steigt die Temperatur
der Fläche. Bei üblichen Einrichtungs- und Baumaterialien
liegt der reflektierte Anteil der Strahlung bei nur etwa 5-10
%, was bedeutet, dass der größte Teil der Wärmestrahlung
absorbiert wird. Dies ist der Hauptgrund dafür, dass auch
die Unterseite eines Tisches eine Oberflächentemperatur
[1] von ein paar Grad über der Lufttemperatur aufweist.
Alle Flächen, einschl. der gesamten Einrichtung und der
Möbel, absorbieren die Wärmestrahlung und werden
wärmer als die umgebende Lufttemperatur. Dies hat zur
Folge, dass Lufttemperatur und gefühlte Temperatur auch
in den Teilen des Raums ausgeglichen sind, die von der
Deckenstrahlungsheizung nicht direkt „gesehen“ werden.
In [1] wird, je nach Messung, der Unterschied zwischen
der Lufttemperatur unter dem Tisch oder seitlich eines
Tisches mit 0-0,9 °C angegeben. Es ist bemerkenswert,
dass die Oberflächentemperatur der Tischunterseite 0,73,2 °C über der Lufttemperatur liegt. Das zeigt, dass der
Tisch von der Wärmestrahlung der Decke erwärmt wird.
In [2] wird auf einen Unterschied von max. 0,3 °C in der
Lufttemperatur unter und seitlich einer Schulbank hingewiesen. Der Unterschied in der Strahlungstemperatur wird
hier mit max. 1,6 °C angegeben. Laut unseren eigenen
Messungen, die unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt wurden, wie z.B. in Kindertagesstätten, Büros,
Schulen und Industrien, liegt der Unterschied bezüglich
der gefühlten Temperatur bei ca. 0,2-0,4 °C unter bzw.
neben einem Tisch.
Kaltluftströmung
Viele verschiedene Faktoren beeinflussen das Ausmaß
einer eventuellen Kaltluftströmung an einem Fenster.
Zu den wichtigsten Faktoren gehören u.a. der U-Wert
des Fensters, die Form der Fensternische, das
Belüftungsprinzip, die Eigenschaften der Luftauslässe,
das Heizsystem, die Aktivität und Kleidung der Person,
die Geometrie des Raums, die Infiltration und die
Außentemperatur [5] [6] [7]. Es geht also nicht nur darum,
ob die Heizung unter dem Fenster oder an der Decke
angebracht ist. Ein Zuluftauslass an der Flurseite des
Raumes mit zu langer Wurfweite und einer niedrigen
Einblastemperatur kann eine Ursache für das Entstehen
einer Kaltluftströmung sein. Die Möblierung in Verbindung
mit unter den Fenstern installierten Heizkörpern kann
ebenfalls kritisch werden, wenn z.B. ein Tisch zu nahe
ans Fenster gestellt wird. Auf diese Weise wird der vom
Heizkörper nach oben Warmluftstrom unter dem Tisch
abgeschirmt, und die Kaltluftströmung „fließt“ über den
Tisch und danach auf den Fußboden [7]. In [1], [2] und [3]
werden abhängig von der Absorption von Wärmestrahlung
durch die Glasscheiben höhere Oberflächentemperaturen
auf der Innenseite des Fensters gezeigt. Ein gemeinsames
Ergebnis in allen drei Fällen ist, dass die Strahlungswärme
nicht gleichmäßig über die Fensterfläche verteilt wird.
Das Fenster besitzt höhere Oberflächentemperaturen
im oberen Teil und eine etwas niedrigere Temperatur im
unteren Teil. Es kann, je nach Messpunkt und Messung,
eine Erhöhung von ca. 2-10 °C verzeichnet werden. Es ist
wichtig, darauf hinzuweisen, dass es sich in sämtlichen
Änderungen vorbehalten
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Kapitel II
5.25 m
1
1.7 m
2
3
5m
Fällen um doppelt verglaste Fenster handelt. In modernen Gebäuden mit dreifach verglasten Fenstern wird die
Temperatursteigerung noch größer sein. Unsere eigenen Messungen von Oberflächentemperaturen an mit
Deckenstrahlungsheizung erwärmten Fenstern zeigen,
dass bei Außentemperaturen zwischen 0 und -5 °C doppelt
verglaste Fenster eine Oberflächentemperatur von 12-17
°C dreifach verglaste Fenster eine Oberflächentemperatur
von 17-20 °C aufweisen.
In [2] wird festgestellt, dass ein Raum mit einer Fensterbank
einen günstigen Effekt auf die Kaltluftströmung vom
Fenster hat. Dies beruht darauf, dass die Fensterbank
einerseits von der Deckenstrahlungsheizung erwärmt wird
und andererseits den nach unten gerichteten Luftstrom
ablenkt und dadurch wärmere Luft untermischt.
4
1m
5
1m
6
Berechnungsbeispiel
Der angenommene Raum im Berechnungsbeispiel.
Die Formel für die Übertragung von Strahlungswärme
zeigt, dass die Temperaturdifferenz zwischen zwei
Flächen eine relativ große Rolle spielt, besonders,
wenn die Temperatur in °K vierter Potenz angegeben wird. Die Formel sagt uns auch, dass automatisch mehr Wärmestrahlung zu kälteren als zu wärmeren Flächen geht, was für ein Heizsystem ideal ist. Das
Diagramm zeigt, wie sich die Wärmestrahlung über eine
Wandfläche (Außenwand) verteilt. Die Berechnung des
Wärmeaustauschs zwischen den Deckenheizpaneelen
und der Wand erfolgt für jeden Dezimeter der Wand gemäß
den Formeln für Winkelfaktoren. Zwei Deckenheizpaneele
sind an der Decke in einem Abstand von 1,7 bzw. 5,25
m parallel zur Wand installiert. Diese Maße wurden den
Diagrammen entnommen, die in Kapitel V die Anordnung
der Deckenheizpaneele beschreiben. Im Beispiel wird von
einem kalten Wintertag ausgegangen. Es ist auch interessant zu wissen, dass die Wärmestrahlung der beiden
Paneele ihr Maximum an verschiedenen Teilen der Wand
erreicht.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass für
die Anwendung von Deckenstrahlungsheizungen in
Gebäuden und Räumen folgendes gilt:
7
• Die Emissionszahl für Flächen im Gebäude ist relativ
gleich, etwa 0,88-0,95.
8
• D ie Deckenhöhe spielt für die Übertragung der
Strahlungswärme von der Deckenstrahlungsheizung
an die Umgebungsflächen keine Rolle.
9
• Die Übertragung von Strahlungswärme nimmt automatisch zu, wenn die empfangende Fläche eine niedrigere
Temperatur hat.
10
Dies liegt daran, dass das geometrische Verhältnis, d.h.
der Winkelfaktor, für die beiden Heizpaneele im Verhältnis
zur Wand unterschiedlich ist.
• Dank der Erwärmung der Umgebungsflächen durch das
Deckenstrahlungsheizsystem kann die Lufttemperatur
normalerweise 1-2 °C bei beibehaltener gefühlter
Temperatur gesenkt werden.
• Die Unterschiede zwischen Lufttemperatur und gefühlter Temperatur sind bei Deckenstrahlungsheizung unter
bzw. neben einem Tisch sehr gering.
• D ie Strahlungswärme vom Deckenpaneel erwärmt
die Innenseite eines Fenster, so dass das Risiko auf
Kaltluftströmung minimal ist.
Es geht auch deutlich hervor, dass das Fenster im
Vergleich zur Wand neben dem Fenster einen großen
Anteil der Wärmestrahlung erhält. Die Ursache hierfür
liegt, wie bereits erwähnt, darin, dass die Fensterfläche
kälter ist und damit mehr Strahlungswärme „ansaugt“.
Dies führt dazu, dass die Fensterfläche bedeutend mehr
erwärmt wird als bei einer vollkommen konvektiven
Wärmequelle, z.B. einem Lufterhitzer. Die Erwärmung
der Fensterfläche auf ca. +15 °C hat zur Folge, dass das
Risiko einer Kaltluftströmung vom Fenster wesentlich verringert wird.
11
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Änderungen vorbehalten
35
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Kapitel II
1
Es wurde von folgenden Daten
ausgegangen:
Abstand vom Fußboden (m)
2
5,0
3
4,5
4
Paneel 1,7 m
von der Wand
4,0
5
3,5
6
3,0
7
2,5
Wärmestrahlung von beiden
Paneelen
Paneel 5,25 m
von der Wand
}
2,0
8
1,5
9
1,0
10
0,5
11
0
12
13
0
10
20
30
40
50
Wand: - Höhe: 5 m
- Breite: 10 m
- Emissionszahl: 0,9
- Oberflächentemperatur: 22 °C
Fenster: - Höhe der Brüstung: 1 m
- Fensterhöhe: 1 m
- Breite: 10 m
- Emissionszahl: 0,94
- Oberflächentemperatur: 15 °C
Deckenstrahlungsheizung:
- Breite: 1m
- Länge: 10 m
- Emissionszahl: 0,95
- Oberflächentemperatur: 40 °C
- Einbauhöhe: 5 m
Fenster
60
Strahlungsleistung (W)
The diagram shows how the transferred heat output from
two panels is distributed on a façade wall with a window.
14
15
16
17
18
19
36
Änderungen vorbehalten
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Kapitel III
Wo funktioniert eine Deckenstrahlungsheizung besonders gut?
Deckenstrahlungsheizungen haben einen sehr breit gefächerten Anwendungsbereich, breiter als die meisten
anderen Typen von Heizungsanlagen. Allgemein kann
man sagen, dass Deckenstrahlungsheizungen in allen
Typen von Gebäuden zu finden sind. Am häufigsten
entscheidet man sich in z.B. Sporthallen, Werkstätten,
Industriehallen, Lagern und Einkaufszentren für eine
Deckenstrahlungsheizung. Aber auch in anderen Gebäuden wie Kindertagesstätten, Polikliniken, Wohnhäusern,
Schulen und Labors funktioniert eine Deckenstrahlungsheizung ausgezeichnet. Die Leistungsabgabe einer
Deckenstrahlungsheizung besteht zu ca. 40 % aus Konvektion und 60 % aus Strahlung.
Die konvektive Wärme wird an die Luft an der Decke
abgegeben und trägt dazu bei, die Transmissionsverluste
durch die Decke zu kompensieren. Der durch Strahlung
übertragene Wärmeanteil kommt hauptsächlich dem
Fußboden und den Wänden zugute.
Es ist für ein Gebäude normal, dass etwa 40 % der
Transmissionswärmeverluste durch die Decke und etwa
60 % durch die übrigen Umschließungsflächen das
Gebäude verlassen. Nachstehend eine Berechnung der
Transmissions-wärmeverluste für ein Gebäude. Das
Ergebnis zeigt, dass die Verteilung der Verluste wie oben
beschrieben erfolgt.
Eingabedaten:
DUT10:
20 °C
Mittlere Jahrestemp.:
6 °C
U-Wert:
Decke: 0,2 W/m2, °C
Wand: 0,2 W/m2, °C
Boden, innen:
0,3 W/m2, °C
Fenster: 2,0 W/m2, °C
Fläche:
Decke:
800 m2
Wand:
600 m2
Boden, innen:
680 m2
Boden, außen:
120 m2
Fenster: 30 m2
Temperaturgradient: 0,7 °C/m
Deckenhöhe (Mittel): 5,0 m
Länge:
40 m
Breite:
20 m
% Fensterfläche: 5% der Wandfläche
Raumtemp.:
Aufenthaltszone:
18 °C
Mittel: 20 °C
Decke: 22 °C
Ausgabedaten:
Leistungsbedarf: Decke: 6640 W
(Übertragung) Wände: 4770 W Boden, innen: 2448 W Boden außen: 2448 W
Fenster: 2280 W Insgesamt: 17278 W 1
2
3
4
5
6
7
38%
28%
14%
7%
13%
100%
8
9
10
11
12
13
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15
16
17
18
19
Änderungen vorbehalten
37
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deckenheizung
Deckenheizung
Kapitel IV
1
Anforderungen an die Konstruktion
einer Deckenstrahlungsheizung
2
Die Konstruktionen und technischen Lösungen einer
Deckenstrahlungsheizung sind bei den verschiedenen
Herstellern unterschiedlich. Die Ansprüche an eine funktionierende Deckenstrahlungsheizung sind jedoch die
gleichen und sie werden zum Teil von den physikalischen
Gesetzen bestimmt, die die Wärmeübertragung steuern.
3
4
Grundlegende Anforderungen an eine Deckenstrahlungsheizung
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
38
Eine der wichtigsten Anforderungen, die man an eine
Deckenstrahlungsheizung stellen sollte, ist, dass eine
so gleichmäßige Temperatur wie nur möglich über ihrer
Oberfläche herrschen sollte. Hierdurch wird eine maximale Leistungsabgabe per Oberflächeneinheit erzielt. Bei
einer Wassertemperatur des Heizsystems von z.B. 55-45
°C oder 60-40 °C, d.h. einer mittleren Wassertemperatur
von 50 °C (55+45/2), sollte auch die Temperatur auf der
gesamten Oberfläche des Produkts 50 °C erreichen. Dies
ist jedoch sowohl theoretisch als auch praktisch unmöglich (es würde eine unendliche Wärmetransmission erfordern), da die Wärmeverluste auf dem Weg vom Wasser
im Rohr bis zur Oberfläche des Produkts stattfinden. Ziel
ist es daher, diese Wärmeverluste in so weit wie möglich zu reduzieren. Nachstehend wird erklärt, wie diese
Zielsetzung bei gleichzeitiger Berücksichtigung anderer
Ansprüche optimiert werden kann.
Abbildung 1. Grundlegende Elemente einer Deckenstrahlungsheizung.
Abbildung 2. Das Rohr wird in einem Aluminiumprofil
aufgeweitet.
Wie soll eine gut konstruierte Deckenstrahlungsheizung aussehen?
Es gibt für eine Deckenstrahlungsheizung in Bezug
auf Qualität, Funktion und Lebensdauer mehrere
Beurteilungskriterien. Diese sind:
1. Materialwahl?
2. Wie effektiv ist die Verbindung/der Kontakt zwischen
dem wasserführenden Rohr und der Strahlungsfläche?
3. Optimierung der Deckenstrahlungsheizung;
Heizleistung/Kosten?
4. Wie gut ist das Produkt getestet?
5. Wie einfach ist die Montage des Produkts?
6. Flexibilität?
7. Finish?
8. Struktur des Produkts?
Es gibt ein grundlegendes Prinzip für alle Deckenheizprodukte mit Wasser als Energieträger. Es basiert auf
einem wasserführenden Rohr und einer Strahlungsfläche.
Das Rohr soll mit der Strahlungsfläche so verbunden werden, dass die Wärme vom Wasser durch die Rohrwand
auf die Strahlungsfläche übertragen wird. Siehe Abbildung
1. Die Temperatur auf der Strahlungsfläche steigt, und
eine Wärmestrahlung entsteht. Um die vorgesehene Leistung im Raum zu erzielen, ist die Oberseite der
Deckenstrahlungsheizung isoliert, so dass unnötige
Wärmestrahlung an die Deckenfläche verhindert wird.
Abbildung 3. Querschnitt eines Grundelements von
Lindab Climate. Das Kupferrohr und die
Strahlungsfläche aus Aluminium sind mit
Hilfe der weltweit patentierten Fertigungsmethode der Firma Lindab Climate metallurgisch miteinander verbunden.
1. Materialwahl
Die Materialwahl ist für die Heizleistung und die
Lebensdauer des Produkts von entscheidender
Bedeutung. In Skandinavien wird für die Strahlungsflächen
heute nur Aluminium verwendet. Dies liegt daran, dass
Aluminium bei einem geringen Gewicht ein sehr effektiver
Wärmeleiter ist. Das Material im Rohr ist entweder Stahl
oder Kupfer. Die Verwendung von Kupferrohren hat viele
Vorteile:
• Das Korrosionsrisiko ist im Vergleich zu Stahlrohren
bedeutend geringer.
• Das Gewicht des Produkts wird reduziert, und die
Materialausweitung (siehe folgende Seite) fällt gleichmäßiger aus.
• Auch die Montage wird durch die Verwendung von
Kupferrohren bedeutend vereinfacht.
Änderungen vorbehalten
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Kapitel IV
2. Verbindung zwischen dem wasserführenden Rohr und der Strahlungsfläche
Nach erfolgter Materialwahl sollen das wasserführende
Rohr und die Strahlungsfläche so verbunden werden, dass
zwischen den beiden ein/e möglichst guter Kontakt/gute
Verbindung entsteht. Die Verbindung zwischen Rohr und
Strahlungsfläche beeinflusst in hohem Maße die Funktion
eines Wärmestrahlungspaneels. Diese Verbindung kann
mit Hilfe dreier verschiedener Methoden erfolgen.
1. Mit verschiedenen Hilfsmitteln werden die beiden
Flächen miteinander verschraubt, zusammengepresst
oder mit Schnappverschlüssen verbunden. Siehe
Abbildung 1 auf der vorhergehenden Seite.
2. In ein Aluminiumprofil, das wie ein Rohr geformt ist
und mit der Strahlungsfläche eine Einheit bildet, wird
ein Rohr geführt, das normalerweise aus Kupfer ist.
Das Rohr wird dann zur Gewährleistung eines guten
Kontakts zwischen den beiden Materialien geweitet.
Siehe Abbildung 2 auf der vorhergehenden Seite.
3. Hier wird unter sehr hohem Druck (etwa 50 Tonnen)
ein Kupferrohr mit einem Aluminiumblech zuammengewalzt, wodurch eine Einheit entsteht. Das Kupferrohr
wird dann mit Druckluft auf normale Größe aufgedrückt
und erhält gleichzeitig seine rhombische Form. Siehe
Abbildung 3 auf der vorhergehenden Seite.
Die beiden zuerst genannten Verbindungen zwischen
Rohr und Strahlungsfläche sind also vollkommen mechanischer Art. Es ist offensichtlich, dass eine Verbindung,
die auf mechanischem Wege zustande kam, keine
optimale Wärmeübertragung sicherstellen kann. Eine
Mehrzahl von Experimenten mit solchen Lösungen [14]
zeigt bedeutende Leistungsverluste – nicht zuletzt nach
einer längeren Anwendungszeit. Letztere ist eine metallurgische Verbindung (die Materialien vermischen sich
teilweise durch eine molekulare Verbindung). In Bezug
auf ihre Qualität sind die beiden letztgenannten Lösungen
bei korrekter Ausführung gut. Die Konstruktion der ersten Lösung ist aus unterschiedlichen Gründen bedeutend
schlechter. Das hängt vor allem damit zusammen, dass
verschiedene Materialien bei Erhitzung einer unterschiedlichen Ausdehnung unterliegen. Der Unterschied in der
Ausdehnung zwischen Stahl und Aluminium ist bedeutend
größer als der Ausdehnungsunterschied zwischen Kupfer
und Aluminium.
men gleichmäßig, das Korrosionsrisiko ist minimiert, und
es ist nicht möglich, den Kontakt zwischen Rohr und
Strahlungsfläche auf Grund nicht sorgfältiger Handhabung
während Produktion, Transport oder Montage zu verschlechtern.
1
2
Expansionskoeffizienten für verschiedene
Materialien:
Aluminium Kupfer Stahl 3
24
16
12
4
Hieraus geht hervor, dass eine mechanische Verbindung
der verschiedenen Metalle technisch gesehen falsch ist,
da diese zu Leistungsverlusten beim Endprodukt führt.
Dies natürlich unter der Voraussetzung, dass der punktuelle Kontakt zwischen Rohr und Strahlungsfläche nicht
unendlich ist. Hat die punktuelle Verbindung in zu großen Abständen stattgefunden, wird das Aluminiumblech
(Strahlungsfläche) sich vom Stahl- oder Kupferrohr lösen,
was wiederum zu Leistungsverlusten führt. Die mechanische Verbindung eines Stahlrohrs mit einem Aluminiumblech gibt natürlich den schlechtesten thermischen
Kontakt.
5
6
7
Beispiel:
Voraussetzung: Ein Stahlrohr wird mechanisch (punktuell) jeweils nach einem Meter mit einem Aluminiumblech
verbunden.
WS: Raum: Galvanische Korrosion
Diese Problematik tritt eher bei Kühldecken auf, wo
es an gewissen Zeitpunkten im Laufe des Jahres zu
Kondensation kommen kann. Sie kann jedoch auch bei
einem hohen Feuchtigkeitsgehalt der Raumluft oder wenn
die Produkte eine Rolle spielen, insbesondere, wenn diese
keiner Wärmeeinwirkung ausgesetzt sind.
Um sich in diesen Fällen ein Bild vom Ausmaß des Risikos
machen zu können, wird auf die Tabelle auf der folgenden
Seite hingewiesen.
Bei nicht sorgfältiger Handhabung kann sich der Kontakt
zwischen Rohr und Strahlungsfläche verschlechtern. Eine
metallurgische Verbindung (Konstruktion Nr. 3) bringt die
meisten Vorteile. Die Materialerweiterung erfolgt vollkomÄnderungen vorbehalten
9
80/60 °C
20 °C
Ergebnis: Das Aluminiumblech wird sich 0,6 mm vom
Stahlrohr entfernen, d.h. der Kontakt wird nur punktuell
erfolgen und auch die einzige Stelle auf dem Produkt sein,
auf dem eine effektive Wärmeübertragung erfolgt.
Das Aluminiumblech „löst sich“ vom Stahlrohr, was
einen verschlechterten Kontakt zwischen Rohr und
Strahlungsfläche und eine verringerte Heizleistung zur
Folge hat. Außerdem sind diese Konstruktionstypen
bezüglich der Handhabung des Produkts in der
Produktion, bei der Lieferung und bei der Montage empfindlich.
8
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
39
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
1
2
3
4
5
Me/Men+
Me/MexZy, pH7
Pt/Pt2+
+1.20V
+0.57/Pt/PtO)
Pt +0.47V
Ag/Ag
+
+0.80V
+0.22(Ag/AgC1)
Ti +0.37V
2+
Cu/Cu
+0.34V
+0.05(Cu/Cu2O)
Ag +0.30V
H2/H+
±0.00V
-0.414(H2/H2O)
Cu +0.04V
Pb/Pb2+
-0.13V
-0.27(Pb/PbCl2)
Ni -0.03V
Ni/Ni
2+
-0.25V
-0.30(Ni/NiO)
Pb -0.27V
Fe/Fe2+
-0.44V
-0.46(Fe/FeO)
Fe -0.40V
Zn/Zn2+
-0.76V
-0.83(Zn/ZnO)
Al -0.53V
Ti/Ti2+
-1.63V
-0.50/Ti2O3/TiO2)
Zn -0.76V
Al/Al
-1.67V
-1.90(Al/Al2O3)
3+
6
Galvanische Reihe in 3 % NaCl im Verhältnis zur
Normalwasserstoffelektrode
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
40
0,9
0,8
UL
d
D
0,7
W
Standardpotentialreihen (elektrochemische Spannungsreihen und Galvanische Reihe für einige gebräuchliche
Metalle
7
1,0
Wirkungsgrad, F
Standardpotentialreihen
im Verhältnis zur Normalwasserstoffelektrode
Galvanische Korrosion entsteht auf Grund der
Zusammenschaltung zweier Metalle mit unterschiedlichem Elektrodenpotential. Aluminiumhydroxid (sieht
so ähnlich aus wie Mehl) wird nahe dem Rohr auf dem
Aluminium ausgefällt. Dieser Belag verhindert effektiv
den Wärmeübergang vom Rohr zur Strahlungsfläche,
was wiederum einen Leistungsverlust der Deckenstrahlungsheizung bedeutet. Die Voraussetzung für
diesen Prozess ist, dass Feuchtigkeit zwischen die verschiedenen Materialien eindringen kann. Aus der Tabelle
geht hervor, dass man mechanische Verbindungen
zwischen Kupfer und Aluminium, aber auch zwischen
Stahl und Aluminium definitiv vermeiden sollte. In gewissen Raumtypen, wo mit Zeiträumen mit einem hohen
Feuchtigkeitsgehalt zu rechnen ist, oder in den Fällen, wo
man aus hygienischen Gründen die Produkte sauberspülen möchte, sollten Produkte mit mechanischem Kontakt
(Konstruktion 1) vermieden werden. Dringt Feuchtigkeit
zwischen Kupferrohr/Stahlrohr und Aluminiumblech ein,
besteht das Risiko einer galvanischen Korrosion.
3. Optimierung der
Deckenstrahlungsheizung
Wie gut die Wärmeübertragung zwischen Rohr und
Strahlungsfläche ausfällt und in welchem Ausmaß
die Strahlungsfläche in der Lage ist, die Wärme zu
leiten, lässt sich mit dem Begriff Wirkungsgrad der
Strahlungsflächen beschreiben. Der Wirkungsgrad ist
ein Maß, das den Verlust bei der Wärmeübertragung in
einer Strahlungsfläche auf Grund von Diskrepanzen in der
Leistungsverteilung über der Fläche beschreibt.
0,6
0
0,5
1,0
( kδU (
1/2
L
1,5
W-D
2
Der Wirkungsgrad für Rohr und Strahlungsfläche bei
homogenem Kontakt.
Erklärung:
D:
Äußerer Rohrdurchmesser
d:
Größe der Strahlungsfläche
w:
Mitte-Mitte-Abstand, Rohrreihen
UL :
Wärmebelastung, insgesamt per Oberflächeneinheit W/m 2 °C, beträgt bei freihängender
Montage etwa 11
k:
Wärmeleitzahl
Aus der Formel geht hervor, dass ein höherer
Wirkungsgrad der Strahlungsfläche wie folgt erreicht
werden kann:
1. Verwendung von Materialien mit einer hohen
Wärmeleitfähigkeit.
2. Strahlungsfläche mit größerem Durchmesser.
3. G rößerer Rohrdurchmesser (der Wirkungsgrad
berücksichtigt jedoch nicht, dass ein größerer
Rohrdurchmesser die Reynolds-Zahl senkt und das
Risiko einer Laminarströmung erhöht, wodurch die
Wärmeübertragung zwischen Wasser und Rohrwand
bedeutend verschlechtert wird).
4. Verringerung des Mitte-Mitte-Abstandes zwischen den
Rohrreihen.
Dieser Wirkungsgrad lässt sich theoretisch berechnen.
Folglich lassen sich auch die Größe der Strahlungsfläche,
Mitte-Mitte-Abstand zwischen den Rohrreihen, enthaltenes Material und Rohrdurchmesser optimieren.
Achtung! Das Diagramm gilt bei einem perfekten (homogenen) Kontakt zwischen Rohr und Strahlungsfläche.
Änderungen vorbehalten
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Wärmeleitfähigkeit
Für die Beantwortung von Punkt 1 im vorhergehenden
Abschnitt ist es notwendig, die Wärmeleitzahl der evtl.
aktuellen Metalle zu kennen.
Material
Wärmeleitzahl (W/m K)
Aluminium Kupfer Stahl Silber Gold Zinn Nickel Kapitel IV
1
4. Wie gut wurde das Produkt
getestet?
2
Wenn das Produkt von einer neutralen Prüfanstalt
getestet wurde, kann man klare Beweise für Qualität
und Lebensdauer des Produkts erhalten. Die
Deckenstrahlungsheizung von Lindab Climate wurde
einer Vielzahl extremer Tests unterzogen. Hier folgt eine
Auswahl:
218
385
84
420
300
65
88
Einige dieser Metalle können aus Kostengründen
direkt ausgeschlossen werden. Die bereits genannten
Metalle können als Strahlungsfläche verwendet werden:
Aluminium, Kupfer oder Stahl. Der Grund für die Wahl von
Aluminium geht aus der folgenden Tabelle hervor.
Material/
Eigenschaft
Kosten
Gewicht
Strength
Aluminium
1: -*
1 kg*
1 N/m
Copper
1: -
2 kg
0.6 N/m2
Steel
1: -*
4 kg*
6 N/m2
2
*) Index = 1 1 für Al. Die Tabelle gilt für das Erzielen des
gleichen Wirkungsgrades, bei angepasster Materialstärke.
Ein zusätzlicher Grund für die Verwendung von Aluminium
ist die sehr gute Korrosionsbeständigkeit dieses Metalls.
Einige Beispiele:
Wie wird die Größe der Strahlungsfläche beeinflusst,
wenn Kupfer anstelle von Aluminium verwendet und der
Wirkungsgrad konstant gehalten wird?
Kupfer: Die Strahlungsfläche kann im Großen und Ganzen
halbiert werden, um den gleichen Wirkungsgrad
zu erreichen.
Stahl: Die Fläche muss mit einem Faktor von 2,5 vergrößert werden.
Rohrteilung
Die Rohrteilung ist für die Heizleistung von Bedeutung.
Je dichter die Rohrteilung, desto gleichmäßiger ist die
Oberflächentemperatur und desto höher die Leistung
oder je kleiner die Heizfläche, die im Raum installiert werden muss. Optimal für die Wärmeabgabe wäre mit anderen Worten die Installation ausschließlich von Heizrohren,
unter der Decke. Dies ist auf Grund von Kosten, Material
und Installation jedoch nicht durchführbar. Es gilt stattdessen, die optimale Rohrteilung auszurechnen, ohne zu
viel Heizleistung zu verlieren.
3
4
1. Die Produkte lagen während eines Zeitraums von
10 Jahren ungeschützt im Freien (hier als Sonnenkollektoren), um eventuelle Korrosionsrisiken festzustellen.
5
2. Expansionstests. Um zu sehen, ob der Unterschied
in der Expansion zwischen dem Kupferrohr und dem
Aluminiumflügel eine Auswirkung auf das Produkt hat,
wurde das Material mehrmals einer Temperatur von 200
°C ausgesetzt, um danach mit 10 °C kaltem Wasser
durchströmt zu werden.
3. D rucktests. Zur Feststellung von Materialermüdungserscheinungen und evtl. Rissbildungen
in der Konstruktion, wurden die Produkte 5000
Mal Druckproben bei einem Druck von 10-12 bar
ausgesetzt. Die beiden letztgenannten Tests wurden vom Schwedischen Materialprüfungs- und
Forschungsinstitut durchgeführt. In keinem Fall konnten
Qualitätsverschlechterungen des Produkts festgestellt
werden.
5. Einfache Montage
Ein stabiles Produkt mit niedrigem Gewicht führt zu niedrigeren Gesamtkosten (Produktpreis + Install-ationskosten).
Die Materialwahl ist erneut ausschlaggebend für den
Erfolg. Aber auch die Konstruktion des Produkte und
seine Zusammensetzung sind von gewisser Bedeutung.
Ein niedriges Gewicht führt außerdem zu einer geringeren
Belastung der Deckenkonstruktion.
6. Flexibilität
Mit Flexibilität ist die Anpassung des Produkts an neue
Raumeinteilungen gemeint. Die Flexibilität ist für den
Hausbesitzer von großer Bedeutung, der ein Gebäude
während seiner Lebensdauer an mehrere Mieter mit
unterschiedlichen Nutzungsarten vermieten wird. Die
Heizungsanlage sollte keine Begrenzung für den Typ der
Tätigkeit im entsprechenden Raum darstellen. Wurde
der Raum als Lager benutzt, darf die Heizungsanlage
kein Hindernis für die Nutzung der Räumlichkeiten als
Industrielokal sein, in dem beispielsweise Maschinen im
Fußboden verankert werden sollen. Die Produkte sollten
einfach an der Decke montiert und dahin versetzt werden
können, wo sie am wirksamsten sind. Eine Voraussetzung
hierfür sind vorgefertigte Einheiten, die einfach angeschlossen und verbunden werden können.
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Änderungen vorbehalten
41
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
7. Finish des Produkts
1
In Bezug auf das Finish ist vor allem die Oberflächenbehandlung von Bedeutung. Eine automatisierte
Produktion mit einer gut ausgeführten Vorbehandlung in
Verbindung mit einer einbrennlackierten Oberfläche verleiht der Oberfläche eine hohe Qualität.
2
3
8. Die Struktur des Produkts
Damit die Deckenstrahlungsheizung die gewünschte
Leistung erbringt, sollte die Oberfläche zur Vermeidung
unnötiger Luftbewegungen (Konvektion) glatt sein.
Der Strahlungsanteil sollte sowohl hinsichtlich des
Komforts als auch der Betriebskosten möglich hoch
ausfallen. Die Isolierung auf der Oberseite sollte so gut
sein, dass die Heizleistung sich auf die Unterseite der
Deckenstrahlungsheizung konzentriert.
4
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6
Produkte ganz aus Aluminium
Diese Produkttypen, bei denen sowohl das Rohr als auch
die Strahlungsfläche aus Aluminium besteht, kommen selten vor. Grund hierfür ist das offenbare Korrosionsrisiko,
das beim Leiten von Wasser durch ein Aluminiumrohr
auftritt.
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Korrosion kann innerhalb von wenigen Tagen zu
Undichtigkeiten führen. Um diesen Typ von Korrosion zu
unterbinden, versieht man das Wasser mit so genannten
Inhibitoren, d.h. verschiedenen Typen von Chemikalien,
die den Korrosionsverlauf verhindern sollen. Das Problem
von Inhibitoren ist jedoch, dass sie kontinuierlich verbraucht werden, was bedeutet, dass zur Beseitigung des
Risikos kontinuierlich neue hinzugefügt werden müssen.
Bei einem zu niedrigen Gehalt von Inhibitoren können
diese mehr Schaden anrichten als Nutzen bringen, d.h.,
den Korrosionsprozess beschleunigen.
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42
Änderungen vorbehalten
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Kapitel V
Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass es sich bei den
nach-stehenden Anweisungen um empfohlene Werte handelt. Ist es aus praktischen Gründen nicht möglich, diese
Werte zu erreichen, und ist die Abweichung von diesen
groß, sollte man sich mit uns in Verbindung setzen, um
sicherzustellen, dass keine Probleme auftreten. Bei geringerer Abweichung treten in den meisten Fällen wahrscheinlich keine Probleme auf.
Anordnung einer
Deckenstrahlungsheizung
Die Grundregel bei der Anordnung einer Decken-strahlungsheizung in einem Raum ist eine so gleichmäßige Verteilung wie nur möglich. Die Paneele sollten außerdem im
Verhältnis zu den Wärmeverlusten der Umgebungsflächen
angeordnet werden. Auf die Fassaden- und Fensterflächen ist eine größere Anzahl wärmeabgebender Flächen
zu legen, einerseits zur Deckung der Wärmeverluste und
andererseits zur Erwärmung der Fensterflächen, um Kaltluftströmungen entgegenwirken zu können. Bei der Wahl
des Belüftungssystems oder der Anbringung der Luftauslässe muss man das Deckenheizsystem nicht berücksichtigen. Deckenstrahlungsheizungen verursachen keine
Luftbewegungen. Die Referenzen [10] und [11] haben die
Luftbewegung in Räumen mit Deckenstrahlungsheizung
untersucht. Zusammenfassend kam man zu dem Ergebnis,
dass äußerst geringe Luftbewegungen in einem Raum
vorkommen. Nur in der Nähe kalter Außenwänden können
Luftgeschwindigkeiten registriert werden, die 0,03 m/s
überschreiten. Die normalerweise in einem Raum vorkommenden Luftgeschwindigkeiten, 0,1-0,2 m/s, werden von
der Lüftung und konvektiven Luftbewegungen in der Nähe
von Personen und warmen Apparaten verursacht.
1
2
3
Der Mensch ist nicht so empfindlich, dass er bei kleinen
Unterschieden in der Wärmestrahlung, die auftreten, wenn
eine empfohlene Teilung nicht möglich ist, Unbehagen
empfindet. Folgende Faustregel sollte angestrebt werden,
um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Wärmestrahlung zu erhalten.
4
5
Bei einer Außenwand ohne Fenster sollte das Paneel an der
Wand wie folgt angebracht werden:
6
Bei dem angegebenen Abstand zur Außenwand bei verschiedenen Deckenhöhen beträgt die Verteilung der Wärmestrahlung ca. 60-70 % zur Außenwand und ca. 30-40
% zum Boden. Dies entspricht in etwa der Verteilung der
Transmissionsverluste entlang einer Außenwand und der
äußeren und inneren Randzone auf dem Boden, die von
einem Deckenheizpaneel/Heizstrips abgedeckt wird. Es ist
nicht erforderlich, Strips oder Paneele anzuwinkeln, um die
Wärmestrahlung z.B. auf eine Außenwand zu richten. Es
wird von einer normalen Teilung zwischen den Deckenheizpaneelen ausgegangen, siehe unten.
Nebenstehend werden Anweisungen für eine ideale Anordnung der Heizpaneele gegeben. In der Praxis treten jedoch
für eine ideale Anordnung der Paneele häufig Hindernisse
auf. Es kann sich hierbei um Deckenbalken, Deckenkonstruktionen, Beleuchtungsarmaturen oder andere Installationen an der Decke handeln. Außerdem können durch
eine vereinfachte Verteilung der Heizpaneele Kosten für die
Rohrverlegung eingespart werden, auch wenn keine ideale
Anordnung erreicht wird.
Zur Außenwand mit Fenster: Befinden sich in der Außenwand normale oder große Glasflächen, können die Paneele
näher zur Wand angebracht werden. Eine Verdichtung der
Heizleistung sollte erfolgen, um das Risiko für eventuelle
Kaltluftströmung zu senken und den erforderlichen Wert
der gefühlten Temperatur zu erreichen.
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Abstand zur Außenwand (m)
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0
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Einbauhöhe (m)
Empfohlener Abstand zwischen Deckenstrahlungspaneel und Außenwand ohne Fenster.
Änderungen vorbehalten
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43
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Kapitel V
1
Anordnung einer Deckenstrahlungsheizung
2
Bei einem kleineren Fenster ist eine solche Verdichtung
selten notwendig. Es ist in diesen Fällen schwierig, Faustregeln aufzustellen, da die Variationen in Bezug auf Fenstergrößen und Gebäudegestaltung groß auffallen.
3
4
Die Aufteilung zwischen Paneelen geht aus nachstehendem Diagramm hervor. Im Diagramm wird die empfohlene
Aufteilung zwischen Paneelen als Funktion der Einbauhöhe dargestellt. Mit der empfohlenen Aufteilung wird
eine Wärmestrahlung erhalten, die genauso groß in der
Mitte zwischen den Deckenheizpaneelen wie in der Mitte
unter diesen ist. Dies bedeutet, dass die Wärmestrahlung
möglichst gleichmäßig verteilt wird.
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44
Abstand zur Außenwand (m)
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10
Einbauhöhe (m)
Empfohlener Abstand zwischen den Deckenheizpaneelen.
Änderungen vorbehalten
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Kapitel VI
Anzahl und Größe sind selbstverständlich so zu wählen,
dass sich die Deckenheizpaneele auf die Raumfläche verteilen (siehe Kapitel V). Sind diese Werte vorgeschrieben,
sind außerdem die Asymmetrie der Strahlungstemperatur und die gerichtete operative Temperatur zu überprüfen. Nach durchgeführter Verteilung der Deckenpaneele
auf Grund des Heizleistungsbedarfs, der Geometrie des
Raums und unter Berücksichtigung der Einrichtung und
sonstiger Installationen sollte eine Kontrolle der Asymmetrie der Strahlungstemperatur (STA) erfolgen. Die STA
wird als Unterschied der Wärmestrahlung auf beiden
Seiten einer kleinen, planen Messfläche (siehe auch
Kapitel I) definiert. Die plane Strahlungstemperatur wird
mit Hilfe der gemessenen Oberflächentemperaturen und
Winkelfaktoren berechnet, oder mit einem Thermometer
für Strahlungstemperatur gemessen. Die STA wird auf
einer kleinen Fläche auf einer Höhe von entweder 0,6
m, was einer sitzenden Person entspricht, oder auf einer
Höhe von 1,1 m, was einer stehenden Person entspricht,
gemessen. Laut Schwedischem Institut für Raumklima
[8] sowie der ISO-Norm 7730 beträgt die STA bei
Deckenstrahlungsheizung maximal 5 °C an.
Temperatur und erforderliche
Einbauhöhe
Die Temperatur der Deckenstrahlungsheizung, d.h. die
Temperatur im Heizsystem, beeinflusst die Leistungsabgabe (siehe Kapitel VII). Außerdem wirkt sie sich auf
das Empfinden der Wärme von der Deckenstrahlungsheizung aus. Häufig wird die Frage, ob es zu warm auf
dem Kopf wird, gestellt. In diesem Kapitel behandeln
wir die Voraussetzungen für die Beeinflussung des Klimaempfindens durch Temperatur und Einbauhöhe der
Deckenstrahlungsheizung.
Unter anderem werden die Installationen und die Wärmequelle des Gebäudes, die Anzahl und Größe der
Deckenpaneele, die Deckenhöhe, die Asymmetrie der
Strahlungstemperatur und die gefühlte Temperatur, die
von und mit der Höhe der Temperatur beeinflusst. In diesem Zusammenhang sollte darauf hingewiesen werden,
dass die Temperatur im Heizsystem nicht mit zunehmender Deckenhöhe ansteigen muss. Die Ursache hierfür
wird in Kapitel II erklärt.
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4
5
6
7
Die STA wird normalerweise direkt unter einem Deckenheizpaneel berechnet und ist von der Einbauhöhe, der
Oberflächentemperatur und Größe des Paneels sowie
den Temperaturen der sonstigen Umgebungsflächen
abhängig. Zur Vermeidung einer umfassende Kalkulationsarbeit, finden Sie nachstehend Diagramme, die die
niedrigste zugelassene Einbauhöhe angeben, damit die
STA 5 °C nicht überschritten wird.
Häufig geht man von einer gewählten Temperatur aus
und bestimmt dann, genau wie für konventionelle Heizsysteme, die Anzahl und Größe der Deckenheizpaneele
zur Deckung des ausgelegten Heizleistungsbedarfs
(siehe Kapitel VII).
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11
4,0
3,5
12
Niedrigste Einbauhöhe (m)
3,0
Paneelbreite
2,5
13
100cm
87cm
2,0
73cm
60cm
1,5
46cm
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15
33cm
1,0
16
0,5
0,0
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30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
Durchschnittliche Außentemperatur, Deckensheizpaneel ( °C)
Die niedrigste Einbauhöhe für Deckenheizpaneele bei einer Asymmetrie der Strahlungstemperatur von 5 °C.
Die Länge der Paneele beträgt 3,6 m.
Änderungen vorbehalten
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45
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Kapitel VI
1
Die verschiedenen Kurven geben die verschiedene
Breite der Deckenpaneele an. Die unterschiedlichen Diagramme gelten für verschiedene Längen der Deckenpaneele (3,6 und 10 m). Bei der Präsentation dieser Kurven
geht man davon aus, dass alle sonstigen Umgebungsflächen die gleiche Temperatur haben. Dies ist in der Praxis
selten der Fall. Die STA wird in den meisten Fällen einen
günstigeren Wert haben. Normalerweise gibt es ein oder
mehrere kalte Fenster, und der Fußboden ist bei Deckenstrahlungsheizung häufig wärmer als die umgebenden
Wände. Dies hat zur Folge, dass die STA sinkt, da das
Fenster/die Fenster oft oberhalb der Messfläche liegt/liegen und hierdurch von den warmen Deckenheizpaneelen
kompensiert wird/werden. Der warme Fußboden trägt
auch zur Erhöhung der planen Strahlungstemperatur
unter der Messfläche bei, was zu einer reduzierten STA
führt. Zusammenfassend wird die STA unter 5 °C liegen,
wenn die Deckenstrahlungsheizung in der im Diagramm
angegebenen Höhe installiert wird.
2
3
4
5
6
7
In diesem Zusammenhang ist es wichtig, festzustellen,
dass wir von dimensionierenden Heiztemperaturen sprechen, die statistisch an einigen Tagen jährlich eintreffen.
An den meisten Tagen eines Jahres liegt die STA bei
Deckenstrahlungsheizungen unter 5 °C.
8
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die
Paneele mit abnehmender Größe (kürzer und/oder schmaler) niedriger montiert werden können, ohne die
angegebene Asymmetrie der Strahlungstemperatur zu
überschreiten. In [1] wurden Messungen der Hauttemperatur durchgeführt und das Komfortempfinden von
15 Versuchspersonen beim Aufenthalt in Räumen mit
Deckenstrahlungsheizung registriert. Zusammenfassend
ist festzustellen, dass kein größerer Unterschied als
normal zwischen der Temperatur der Kopfhaut und der
Temperatur des übrigen Körpers gemessen werden
konnte. Was das Komfortempfinden betrifft, gab es
kleinere Unterschiede in den Angaben bezüglich des
Komfortempfindens zwischen Kopf und Füßen. Der
Unterschied war jedoch nicht größer als der, den auch
andere Heizsysteme verursachen. Bei eigenen Messungen der Asymmetrie der Strahlungstemperatur wurden
in verschiedenen Gebäuden, z.B. Schulen, Kindertagesstätten, Autohallen, Büros und Industrieräumen, Werte
zwischen 1,0-5,5 °C gemessen. Die meisten Werte liegen
bei 2-3 °C. Der höhere Wert (5,5 °C) wurde in einer Werkstatt mit einem Tor gemessen, das öfter geöffnet wurde,
was zu einer Senkung der Bodentemperatur führte.
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7,0
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Niedrigste Einbauhöhe (m)
13
6,0
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46
100cm
87cm
4,0
73cm
60cm
3,0
46cm
33cm
2,0
1,0
0,0
18
Paneelbreite
5,0
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
Durchschnittliche Außentemperatur, Deckenheizpaneel ( °C)
Die niedrigste Einbauhöhe für Deckenheizpaneele bei einer Asymmetrie der Strahlungstemperatur von 5 °C. Die Länge
der Paneele beträgt >10 m.
Änderungen vorbehalten
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Kapitel VI
In den nachstehenden Diagrammen wird die operative
Temperatur als Funktion der Einbauhöhe dargestellt. Sie
zeigen Fälle mit einer Lufttemperatur von 10 bzw. 15 °C.
Man geht davon aus, dass Wände und Decke die gleiche
Temperatur wie die Luft haben, während der Fußboden
auf eine Temperatur erwärmt wird, die ca. 2 °C über der
Lufttemperatur liegt. Die verschiedenen Kurven sind
für eine Breite der Deckenstrahlungsheizung von 0,6 m
bzw. 1,2 m bei zwei verschiedenen Systemtemperaturen,
55/45 bzw. 80/60 °C repräsentativ.
Zonenheizung
Deckenstrahlungsheizungen haben bei der Beheizung
eines Raumteils oder einer bestimmten Zone einen besonderen Vorteil. Man kann eine niedrigere Lufttemperatur im
Raum halten und örtlich die gefühlte Temperatur an der
Stelle erhöhen, wo Menschen arbeiten/sich aufhalten. Die
höhere Temperatur an der Deckenstrahlungsheizung und
am Fußboden führt dazu, dass die operative Temperatur
um einiges über der Lufttemperatur erhöht werden kann.
1
2
3
4
Gefühlte Temperatur bei der Heizung von Zonen
5
21,00
Gefühlte Temperatur ( °C)
6
Temperaturen:
20,00
Luft: Wände: Decke: Boden: 19,00
15 °C
15 °C
15 °C
17 °C
7
Breite der
Heizpaneele/Systemtemperatur
18,00
8
1,2 m/80-60˚C
1,2 m/55-45˚C
17,00
9
0,6 m/80-60˚C
0,6 m/55-45˚C
10
16,00
15,00
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
3,0
3,2
3,4
3,6
3,8
11
4,0
Einbauhöhe (m)
12
17,00
13
16,00
Gefühlte Temperatur ( °C)
Temperaturen:
Luft: Wände: Decke: Boden: 15,00
14,00
10 °C
10 °C
10 °C
12 °C
Breite der
Heizpaneele/Systemtemperatur
13,00
1,2 m/80-60˚C
1,2 m/55-45˚C
12,00
0,6 m/80-60˚C
0,6 m/55-45˚C
14
15
16
17
11,00
10,00
18
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
3,0
3,2
3,4
3,6
Einbauhöhe (m)
Änderungen vorbehalten
3,8
4,0
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47
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Kapitel VII
1
Zur Beibehaltung des angemessenen Komforts kann die
Temperatur der Raumluft genauso viel gesenkt werden,
wie die Mitteltemperatur der Umgebungsflächen erhöht
wurde. Dies gilt unter der Voraussetzung, dass übrige
Klimafaktoren auf einem konstanten Niveau gehalten
werden und dass die Luftgeschwindigkeit 0,15 m/s nicht
überschreitet. Sobald man eine Heizquelle in einem
Raum und eine über der Außentemperatur liegende
Temperatur hat, entsteht auf Grund von Densitätsunterschieden zwischen Warm- und Kaltluft im Raum ein
Temperaturgradient. Der Gradient ist nicht überall gleich
groß. Besonders in der Nähe von Boden und Decken
aber auch an Außenwänden ist der Gradient nicht linear.
In den übrigen Teilen eines Raums ist der Temperaturgradient häufig fast linear. Die Größe des Temperaturgradienten variiert mit der Lage im Raum, der Temperatur der
Raumflächen, der Belüftung und der Größe des Raums,
der Wärmemenge und der Anordnung, unfreiwilliger
Belüftung, der Möblierung sowie der im Raum ausgeübten Tätigkeit [12]. Hieraus geht hervor, dass viele Faktoren Einfluss auf den Raumgradienten haben, ein Teil
der Faktoren jedoch größtenteils von geringer bzw. sehr
geringer Bedeutung ist.
Leistung und Energie
2
Bei der Ermittlung des Heizleistungsbedarfs werden, wie
früher bereits erwähnt, zuerst die verschiedenen Gebäudeteile bezüglich Fläche und Wärmedurchgangszahl,
Up-Wert, und danach der Umittel-Wert berechnet.
3
Bei der Berechnung des Heizleistungsbedarfs in einem
neuen Gebäude kann man bei Deckenstrahlungsheizung
von einer ein bis zwei Grad niedrigeren Raumtemperatur als normal ausgehen. Diese Senkung ist jedoch
nur ein Erfahrungswert, und in der Projektphase sollten
empfindliche Teile des Gebäudes hinsichtlich Betriebstemperaturen oder anderer vorgeschriebener, von der
Temperatur abhängigen Klimafaktoren überprüft werden.
4
5
6
Dass normalerweise eine Temperatursenkung möglich
ist, ist, wie bereits erwähnt, davon abhängig, dass die
Wärmestrahlung von der Decke die Umgebungsflächen,
wie z.B. Fußboden, Wände und Einrichtung erwärmt. Der
Mensch empfindet in diesem Fall, dass die Wärmestrahlung vom Körper verringert wird.
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Pdim= Pt + Pov + Pv
Es wird normalerweise einem Leistungsbedarf auf Grund
unfreiwilliger Belüftung, Pov, mit folgenden Werten ausgegangen:
Hierbei ist:
Pt = Leistungsbedarf auf Grund von Transmission
Pov = Leistungsbedarf auf Grund von unfreiwilliger
Lüftung
Pv = Leistungsbedarf auf Grund von Ventilation
Die zugeführte Leistung, die intern im Raum entsteht,
wird normalerweise nicht in die Berechnung aufgenommen, wenn sie nicht als eine konstant wirkende Wärmequelle zu betrachten ist.
Der Leistungsbedarf aufgrund von Transmission wird
wie folgt berechnet:
– Ältere Wohnräume: 0,4-0,6 Luftwechsel/Std.
– Neuere Wohnräume: 0,2-0,4 Luftwechsel/Std.
– Ältere gewerbliche Räume: 0,3-0,5 Luftwechsel/Std.
– Neuere gewerbliche Räume: 0,1-0,3 Luftwechsel/Std
Der Leistungsbedarf auf Grund von Ventilation wird wie
folgt berechnet:
Pv = q*×*cp*×tv
Hierbei ist: q = Luftmenge, Außenluft (m3/s)
ρ = Luftdichte (kg/m3)
Pt = ΣiUi*Ai*∆ti
cp = Wärmekapazität der Luft
Ai = Fläche für jeden Gebäudeteil (m2)
Ui = der K-Wert für jeden Gebäudeteil (W/m2 °C)
∆tv = Temperaturdifferenz zwischen der
Temperatur der Außenluft und der
Einblastemperatur.
∆ti = Die Temperaturdifferenz für jeden Gebäudeteil,
d.h., dass bei der Berechnung von jedem Gebäudeteil der Temperaturgradient berücksichtigt
wird. Bei niedrigen Deckenhöhen (ca. 2,5-3,5 m)
muss der Temperaturgradient nicht berücksichtigt werden.
Die Berechnung des zu dimensionierenden Leistungsbedarfs für die Heizung.
Änderungen vorbehalten
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Kapitel VII
Relativer Heizleistungsbedarf
Die Einwirkung eines Deckenstrahlungsheizsystems auf
den Temperaturgradienten ist günstig. Die umgebenden
Raumflächen werden von der Wärmestrahlung erwärmt
und geben wiederum einerseits durch Strahlung (sekundär) Wärme an andere Flächen und andererseits durch
Konvektion Wärme an die Luft ab. Dies hat zur Folge,
dass die Luft sehr gleichmäßig in allen Raumteilen
erwärmt wird. Das Ergebnis ist, relativ betrachtet, ein sehr
kleiner Temperaturgradient.
Der Energiebedarf für die Heizung entsteht aus drei Faktoren: Transmission, Lüftung und unfreiwillige Lüftung.
Die Transmission steht normalerweise für ca. 20-50 %
und die Lüftung, einschl. der unfreiwilligen Lüftung, für
zwischen 50-80 % des Wärmebedarfs. In
Wie oben angedeutet wird, beeinflussen mehr Faktoren
als das Heizsystem die Größe des Temperaturgradienten. Deshalb ist die Größe dieses Gradienten auf Grund
der vorherrschenden Bedingungen von Raum zu Raum
unterschiedlich. In den von uns durchgeführten Messungen liegt der Temperaturgradient in Räumen mit Deckenstrahlungsheizung und einer Höhe von 2,8 m bis ca. 7 m
bei 0,3-1,0 °C/m mit dem Schwerpunkt auf 0,4-0,5 °C/m.
In Referenz [12] werden Werte für andere Heizsysteme
angegeben, die aus der internationalen Literatur stammen:
– System mit Heizkörpern: 1-2 °C/m
– konvektive Heizung: 2-3 °C/m
Bei höheren Decken spielt, wie bereits erwähnt, der
Temperaturgradient keine unbedeutende Rolle bei der
Berechnung des Heizleistungsbedarfs. In Räumen mit
normaler Deckenhöhe (ca. 2,5 m) spielt der Temperaturgradient natürlich eine relativ unbedeutende Rolle für
den Leistungsbedarf. Nachstehend wird das Ausmaß der
Einwirkung des Temperaturgradienten in verschiedenen
Fällen bei relativ hohen Decken dargestellt. Die folgenden
Werte wurden theoretisch berechnet und stützen sich auf
folgendes Beispiel:
Eine Halle in der Gegend von Göteborg, dimensionierende Außentemperatur -10 °C, mit einer Bodenfläche
von 500, 1 000 bzw. 2 000 m2 und mit einer Fensterfläche
von 10 % der Bodenfläche.
Der K-Wert für die Wand beträgt 0,2, für die Decke 0,2
und für den Boden 0,3 W/m2, °C.
Der K-Wert der Fenster wurde auf 2,0 W/m2, °C festgelegt. Man rechnet mit einer unfreiwilligen Belüftung von
0,3 Luftwechsel/Std. Der Heizleistungsbedarf bezieht
sich nur auf Transmission und unfreiwillige Belüftung.
Der Leistungsbedarf für jede Zeile bezieht sich auf ein
Verhältnis Raumtemp./Gradient von 20 °C/ 0,0 °C/m für
die entsprechende Zeile. Die Zahlen können nur in der
gleichen Zeile miteinander verglichen werden.
1
2
3
einem Gebäude, das normalerweise auf eine Innentemperatur (ca. 20°C) erwärmt wird, gilt häufig, dass bei einer
Senkung der Raumtemperatur ca. 5% des Energieverbrauches per Senkungsgrad eingespart werden.
4
Die Innentemperatur kann mit einem Deckenstrahlungsheizsystem normalerweise ein bis zwei Grad gesenkt
werden, ohne dass die gefühlte Temperatur unter den
zulässigen Wert [4] sinkt. Hinzu kommen die Auswirkungen eines niedrigeren Temperaturgradienten bei
Deckenstrahlungsheizungen als bei konventionellen
Heizsystemen.
5
6
Diese beiden Faktoren führen zu geringeren Energieverlusten durch Transmission (besonders durch die Decke),
aber insbesondere bei der Belüftung und der unfreiwilligen
Belüftung. In [3] wird angegeben, dass der Unterschied
zwischen einem Deckenstrahlungsheizungs- und einem
Heizkörpersystem im gemessenen Energieverbrauch bei
2-7 % Vorteil für die Decken-strahlungsheizung liegt. In
einer Literaturstudie [4] werden die gemessenen Energieeinsparungen mit Deckenstrahlungsheizungen in verschiedenen Räumen mit 6-30% angegeben.
Ein theoretischer Vergleich des Energieverbrauches verschiedener Systeme, der mit verschiedenen Temperaturen und Temperaturgradienten dargestellt wird, wird auf
Seite 4:33 gezeigt. Es wurde vom gleichem Raum und
von den gleichen Voraussetzungen ausgegangen, wie
beim obigen Leistungs-bedarfsvergleich. Der Energieverbrauch wurde nach der Grad-Tagesmethode berechnet.
Man geht davon aus, dass der angegebene Temperaturgradient bei der Außentemperatur (-10°C) entsteht und
danach linear auf Null sinkt, wenn Außentemperatur und
Raumtemperatur gleich sind.
Der Energiebedarf in jeder Zeile bezieht sich auf ein
Verhältnis Raumtemp./Gradient von 20°C/ 0,0°C/m für
die entsprechende Zeile. Die Zahlen können nur in der
gleichen Zeile miteinander verglichen werden (siehe
Tabelle 1).
Relativer Heizenergiebedarf
Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass der Unterschied
zwischen den verschiedenen Heizsystemen und den
verschiedenen Temperaturverhältnissen zu einem Unterschied im Energieverbrauch führt, der ungefähr den
gemessenen Einsparungen entspricht, die dank der
Deckenstrahlungsheizung im vorigen Beispiel erzielt werden. Das Ausmaß der Einsparungen ist natürlich von den
Voraussetzungen abhängig. Vollkommen eindeutig ist
jedoch, dass ein Deckenstrahlungsheizsystem zu einem
Energieverbrauch führt, der definitiv niedriger ist als bei
den meisten anderen Heizsystemen (siehe Tabelle 2).
Änderungen vorbehalten
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comfort
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Deckenheizung
Kapitel VII
1
Tabelle 1 – Relativer Heizleistungsbedarf
Raumtemp./Gradient (°C bzw. °C/m)
2
Fläche (m )
Deckenhöhe (m)
20/0.0
20/0.5
20/2.0
18/0.5
18/0.2
500
5
10
1.00
1.00
1.04
1.08
1.17
1.33
0.96
1.01
1.09
1.26
1000
5
10
1.00
1.00
1.04
1.09
1.18
1.35
0.97
1.02
1.10
1.28
2000
5
10
1.00
1.00
1.05
1.09
1.18
1.35
0.97
1.02
1.11
1.29
2
3
4
5
Tabelle 2 – Relativer Heizenergiebedarf
Raumtemp./Gradient (°C bzw. °C/m)
6
Fläche (m )
Deckenhöhe (m)
20/0.0
20/0.5
20/2.0
18/0.5
18/0.2
500
5
10
1.00
1.00
1.04
1.09
1.17
1.34
0.89
0.94
1.01
1.18
1000
5
10
1.00
1.00
1.04
1.09
1.17
1.34
0.89
1.94
1.01
1.18
2000
5
10
1.00
1.00
1.04
1.09
1.17
1.34
0.89
0.94
1.01
1.18
2
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
50
Änderungen vorbehalten
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Kapitel VIII
Umwelt und Recycling
Sind die Produkte von Lindab Climate recycelbar?
Lebenszyklus-Bewertungen (LCA), die für Aluminiumprodukte durchgeführt wurden, weisen eine Vielzahl interessanter Punkte auf. Der Herstellungsteil des Produktes
(Gewinnung, Aufbereitung und Produktion) erhält verhältnismäßig hohe Belastungszahlen in Bezug auf Umwelt
und Energieverbrauch. Im Produktverwendungsteil erhält
man im Vergleich zu anderen Materialien ein umgekehrtes Verhältnis. Die Belastung bei der Herstellung durch
Aluminium wird häufig vollständig von einer niedrigeren
Umweltbelastung bei der Verwendung aufgewogen.
Aluminium wird außerdem in höherem Ausmaß recycelt,
wodurch die Umweltbelastung weiter reduziert wird.
Die Deckenheizpaneele von Lindab Climate bestehen
ausschließlich aus Kupfer, Aluminium und einer Isolierung aus Polystyrol sowie einer geringen Menge Zinnlot.
Das gesamte Material, ausschl. der Isolierplatte, ist zu
100 % recycelbar. Bereits heute werden alle Reste aus
der Produktion recycelt.
Beim Abriss eines Gebäudes, in dem Lindab Climates
Deckenheizpaneele installiert wurden, kann das Metall in
den Paneelen zu 100 % recycelt werden. Aluminium und
Kupfer werden zwar im Herstellungsprozess metallisch
verbunden und können nicht separiert werden, aber ein
Recycling ist trotzdem möglich. Die Deckenheizungspaneele werden in einem circa 20 x 20 cm großen Paket
zusammengepresst und in der Metall verarbeitenden
Industrie als Legierungszusätze in verschiedenen Aluminiumqualitäten verwendet. Der Kupferanteil in jedem
Paket ist gut definiert, da jeder Zentimeter eines Paneels
die gleiche Kupfermenge enthält.
In [20] werden verschiedene Verpackungsmaterialien, wie
z.B. Aluminium und Stahlblech, Lebenszyklus-Bewertungen (LCA) unterzogen. Nachstehend erfolgt ein Vergleich
zwischen diesen Materialien, einerseits ohne Recycling
und andererseits mit einem Recycling von 70-75 %. Die
dargestellten Werte sind nicht auf die Deckenstrahlungsheizungsprodukte von Lindab Climate übertragbar, da
eine LCA nur für ein besonderes Produkt und dessen
spezielle Voraussetzungen im Laufe der Lebensdauer
dieses Produkts von Gültigkeit ist. Die absoluten Werte
sind also nicht auf die Produkte von Lindab Climate
übertragbar.
Discharge of different substances
30
7
9
10
(kg/kg)
Abfall-
Avfall
stoff
SO2
(g/kg)
NOx
(g/kg)
14
LCA-Werte für Verpackung mit einem Recycling von
70-75 %.
5
8
13
HC
(g/kg)
Aluminium
20
15
16
(kg/kg)
Abfall-
stoff
Avfall
SO2
(g/kg)
NOx
(g/kg)
HC
(g/kg)
CO
(g/kg)
17
CO2
(kg/kg)
0
6
12
CO
(g/kg)
0
10
5
Aluminium
20
5
15
4
11
Stahlblech
Stålplåt
25
CO2
(kg/kg)
25
3
Aus diesem Grund kann mit großer Sicherheit angenommen werden, dass die heute installierten Lindab
Climate-Produkte am Tag, an dem das entsprechende
Haus abgerissen oder umgebaut wird, vollständig recycelt werden.
10
Stahlblech
Stålplåt
2
Wir möchten mit den Diagrammen auf dieser und der
folgenden Seite jedoch zeigen, dass die Belastung der
Umwelt mit einem guten Recyclinggrad dramatisch reduziert wird, und dass Aluminium, in Bezug auf Umweltbelastung, bei einem Recyclinggrad von 70-75 % mit
Stahlblech gleichwertig ist. Heute ist beim Abriss eines
Gebäudes der Recyclinggrad niedrig, in der Zukunft
wird jedoch wahrscheinlich die Entwicklung auf diesem
Gebiet schnell voranschreiten, und ein Recyclingsgrad
von 70-75 % nicht ungewöhnlich sein.
15
30
1
LCA-Werte für Verpackungen ohne Recycling.
18
19
Änderungen vorbehalten
51
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Kapitel VIII
1
Die Anwendung verschiedener
Arten von Energie
2
3
70
60
50
40
30
20
10
0
4
5
6
Stahlblech
Stålplåt
Aluminium
Thermische
Energie
Termisk energi
(MJ/kg)
(MJ/kg)
Elektrische
ElenergiEnergie
(MJ/kg)
(MJ/kg)
LCA-Werte für Verpackungen ohne Recycling.
7
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
52
Stahlblech
Stålplåt
Aluminium
Thermische
Energie Elektrische
Energie
Termisk energi
Elenergi
(MJ/kg)
(MJ/kg)
(MJ/kg)
(MJ/kg)
LCA-Werte für Verpackung mit einem Recycling von
70-75 %.
Referenzen
8
70
60
50
40
30
20
10
0
[1] d
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och behaglighet, (Ceiling heating, Temperature distribution and Comfort): The Swedish Institute for
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[21]F anger P.O.: Thermal Comfort, Analysis and
Applications in Environmental Engineering: Danish
Technical Press, Copenhagen 1970.
Änderungen vorbehalten
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Auslegungs
1
2
3
Abstand zwischen den
Deckenstrahlungsheizpaneelen,
siehe Abbildung 2.
Abstand zur Außenwand,
siehe Abbildung 1.
Niedrigste Einbauhöhe, siehe Abbildungen 3 und 4.
4
5
Anordnung der Paneele
6
Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der
Wärmestrahlung zu erhalten, sind folgende Faustregeln
zu beachten:
7
Zur Außenwand ohne Fenster sollte das Paneel an der
Wand gem. Abbildung 1 montiert werden.
8
Zur Außenwand mit Fenster: Enthält die Außenwand normale oder große Glasflächen, können die Paneele näher
zur Wand angebracht werden. Eine Verdichtung der
Heizleistung sollte erfolgen, um das Risiko für eventuelle Kaltluftströmung an Fassade und Fenstern zu senken
und den erforderlichen Wert der gefühlten Temperatur
zu erreichen. Bei einem kleineren Fenster ist eine solche Verdichtung selten notwendig. Es ist in diesen Fällen
schwierig, Faustregeln aufzustellen, da Variationen bezüglich Fenstergrößen und Gebäudegestaltung groß sind.
9
10
11
12
7
13
Abstand zur Außenwand (m)
6
14
5
4
15
3
16
2
17
1
0
3
4
5
6
7
8
10
15
Deckenhöhe (m)
Abbildung 1. Empfohlener Abstand zwischen Decken-heizpaneel und Außenwand (ohne Fenster).
Änderungen vorbehalten
30
18
19
53
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Anordnung der Paneele
1
Die Aufteilung zwischen Paneelen/Strips geht aus
Abbildung 2 hervor. Im Diagramm wird die empfohlene Aufteilung zwischen Paneelen/Strips als Funktion
der Einbauhöhe dargestellt. Die empfohlene Aufteilung
erzeugt eine Wärmestrahlung, die in der Mitte zwischen
den Deckenheizpaneelen genauso groß ist wie unter den
Paneelen.
2
3
4
5
10
9
6
7
8
9
10
Abstand zur Außenwand (m)
8
7
6
5
4
3
2
1
11
12
0
3
4
5
6
7
Deckenhöhe (m)
Abbildung 2. Empfohlener Abstand zwischen den Decken-heizpaneelen.
13
14
15
16
17
18
19
54
Änderungen vorbehalten
8
9
10
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Auslegungsschlüssel
1
Einbauhöhe und Temperatur
2
4,0
3
3,5
4
Niedrigste Einbauhöhe (m)
3,0
Paneelbreite
2,5
5
100cm
87cm
2,0
73cm
6
60cm
1,5
46cm
7
33cm
1,0
8
0,5
0,0
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
9
80
Durchschnittliche Außentemperatur, Deckenheizpaneel (°C)
Abbildung 3. D
ie niedrigste Einbauhöhe für Deckenheizpaneele bei einer Asymmetrie der Strahlungstemperatur von 5 °C.
Die Länge der Paneele beträgt 3,6 m.
10
11
7,0
12
Niedrigste Einbauhöhe (m)
6,0
Paneelbreite
100cm
5,0
87cm
4,0
73cm
60cm
3,0
46cm
13
14
15
33cm
2,0
16
1,0
17
0,0
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
18
Durchschnittliche Außentemperatur, Deckenheizpaneel (°C)
Abbildung 4. D
ie niedrigste Einbauhöhe für Deckenheizpaneele bei einer Asymmetrie der Strahlungstemperatur von
5 °C. Die Länge der Paneele beträgt >10 m.
Änderungen vorbehalten
19
55
comfort
deckenheizung
Deckenheizung
Kurzdaten
1
um
flä
Ra
Lu
ft
Ra
um
Lu fläc
ft
he
n
2
ch
en
Temperatur
Gefühlte Temperatur
(operative Temperatur)
3
4
Lufterhitzer
Deckenstrahlungsheizung
Deckenstrahlungsheizungen heizen den Raum durch
Wärmestrahlung, und die erwärmten Raumflächen geben
Wärme an die Luft ab. Dies schafft die Voraussetzungen
für ein ausgezeichnetes Raumklima.
5
6
Heizung von der Decke ist indirekte Fußbodenheizung!
Die Strahlungsheizung sorgt dafür, dass der Fußboden
normalerweise ca. 2-3 °C wärmer ist als die Luft direkt
oberhalb des Fußbodens.
Max. 80 °C
Oberflächentemperatur
40% Konvektion
7
8
60 % Wärmestrahlung
9
10
11
Die Deckenhöhe ist für die Verteilung der Wärme im Raum
nicht von Bedeutung. Höhere Decken erfordern daher
keine höhere Temperatur der Deckenstrahlungsheizung.
Die Wärmestrahlung breitet sich in allen Teilen des
Raums aus, die von der Deckenstrahlungsheizung
„gesehen“ werden kann. Die meiste Strahlung geht senkrecht nach unten und nimmt in seitliche Richtung ab. Die
Wärmestrahlung wird auch von der Temperatur der empfangenden Raumfläche beeinflusst.
Operative Temperatur ca. 2-6°C
höher als die Lufttemperatur
12
13
14
15
16
17
18
19
56
Deckenstrahlungsheizungen funktionieren auch ausgezeichnet beim Heizen von Zonen in einem größeren
Raum. Die Erwärmung der angrenzenden Flächen und
die Heizpaneele selber sorgen dafür, dass die gefühlte Temperatur mindestens 2-6 °C über Lufttemperatur
erhöht werden kann.
Es wird nicht kalt unter dem Tisch, da die Wärmestrahlung
indirekt von allen Flächen im Raum kommt. Alle Flächen
im Raum tragen zur Erwärmung bei; entweder, indem
sie die Wärmestrahlung absorbieren, erwärmt werden
und die Wärme ausstrahlen, oder durch Reflexion der
Wärmestrahlung.
Es wird nicht warm auf dem Kopf. Die Deckenstrahlungsheizungen von Lindab Climate arbeiten mit
Wasser als Energieträger und mit einer normalen Max.Temperatur von ca. 40-60 °C. Sie werden normalerweise
in einer Höhe von mehr als 2,5 m installiert. Hierdurch ist
die Wärmestrahlung von der Deckenstrahlungsheizung
kaum spürbar.
Die Leistung der Wärmestrahlung ist bei kälteren Flächen
größer. Dies bedeutet, dass die Wärme dorthin geht, wo
sie den meisten Nutzen bringt. Es wird z.B. die Innenseite
einer Fensterfläche erwärmt, so dass das Risiko einer
Kaltluftströmung behoben wird.
Deckenstrahlungsheizungen gehören zu den sparsamsten Heizsystemen in Bezug auf den Energieverbrauch.
Sie erlauben eine 1-2 °C niedrigere Raumtemperatur
und geben einen sehr kleinen Temperaturgradienten im
Raum, d.h. kein Warmluftpolster unter der Decke.
Deckenstrahlungsheizungen können einfach an eine
neue Nutzung der Räume angepasst werden, da weder
Änderungen an Wänden noch an Böden erforderlich
sind.
Änderungen vorbehalten