T - Fachhochschule Dortmund

Gebäudeplanung
- Planung von Heizungsanlagen -
Prof. Dr. Ulrich Hahn
SS 2012
Fachhochschule
Dortmund
Gliederung von Heizungsanlagen (zentral)
Primärenergie
dezentral
Heizungsanlage
Wärmeerzeugung
Wärmeverteilung
im Keller
Flur
im Raum
Gebäude
Wärmeübergabe
im Raum
teilzentral
Wärmeverteilung: Wasser
zentral
Dampf
Luft
kombiniert mit
Lüftungsanlage
Wärmeübergabe: konvektiv
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Strahlung
mit Wärmerückgewinnung
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Primärenergie
Öl
{Kohle/Koks}
Lagerung
Holzpellets
Verbrennung
 Abgasabfuhr
Gas (Flüssiggas)
Gas (Erdgas)
Elektrische Energie
Leitungsnetz
Hilfsenergie
Nah-/Fernwärme
Solarenergie
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Wärmeerzeuger
Ölkessel
Niedertemperatur
Brennwert
Gaskessel
Niedert./Brennwert
Holz, Holzpellets
Feststoffkessel
Kachelöfen
Wärmepumpe
elektrisch
mit Verbrennungsmotor
Elektroheizung
direkt
Nachtspeicher
Solaranlage
als Heizungsunterstützung
konventionell
Blockheizkraftwerk, Brennstoffzelle
Nah-/ Fernwärme
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Konventionelle Wärmeerzeuger (zentral)
Wärmeerzeugung durch Verbrennung
Gas
Öl
{Kohle, Koks, Holz}
Pellets
 Heizungsraum (Keller, Dachgeschoss)
 Brennstofflagerung (Sicherheit)
 Brennstoffzufuhr
 Luftzufuhr
 Abgasabfuhr
 Kondensatabfuhr (Brennwertkessel)
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Heizungsräume
Keller/Erdgeschoss




Schornsteinlänge „Kaminzug“
Feststoffe, Öl
Brennstoffzufuhr
Größe des Wärmeerzeugers
Wärmepumpe: Ankopplung an Wärmequelle
Dachgeschoss
 geringerer hydrostatischer Druck
 kurze Abgasleitungen, geringe Abgastemperatur
 Führung der Hauptleitungen günstiger
 Betriebsgeräusche
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Heizungsräume
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Brennstofflagerung
 Raum-/Tankgröße
Bevorratungszeitraum
 Raum-/Tanklage
Brandsicherheit
Umweltschutz
Öl: Lagerraum
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Brennstofflagerung
Öl: unterirdischer Tank
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Brennstofflagerung
Flüssiggas: unterirdischer Tank
explosionsgefährdeter Raum
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explosionsgefährdeter
Raum beim Befüllen
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Brennstofflagerung
Flüssiggas: überirdischer
Tank
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Brennstofflagerung
Holzpellets:
Lagerraum
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Brennstofflagerung
Holzpellets: Förderung
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Wärmeträger Luft
zentrales Erwärmen
Gas
Holz/ Pellets
elektrisch direkt/ Wärmepumpe
Luftverteilung
frei (Konvektion)
 Kanalnetz  Ventilatoren
Hypokausten 
 großer Volumenstrom
n = 1,5 ... 3 h-1
 Umluftbetrieb mit Frischluftbeimischung
v < 3 m/s
 Luftkanäle erforderlich  Raumbedarf
 hohe Ventilatorleistung
 Verteilung von Bakterien /Viren
 Regelung des Luftstroms schwierig (Lüftung!)
 Hypokausten
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 Wärmeübergabe: Strahlung & Konvektion
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Wärmeträger Luft
Wann ist Luft als Wärmeträger sinnvoll?
 Kombination mit Lüftungsanlage
 Versammlungsstätten, Kaufhäuser  hoher Lüftungsbedarf
 wenn schnelles Aufheizen erforderlich ist
 wenn im Sommer gekühlt werden muss
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Wärmeträger Wasser
 geringe Massenströme zum Wärmetransport
 leicht zu fördern
Systemtemperatur
 Wasserpumpen
abhängig von
Wärmeerzeuger Hochtemperaturkessel
Niedertemperaturkessel
Brennwertkessel
Wärmepumpe
Solaranlage
Bereitstellungsverluste
Wirkungsgrad besser
bei kleiner Systemtemp.
Wärmeübergabe Heizkörper 90/70/20, 75/65/20, 55/40/20
TV < 40°C,
Fußbodenheizung
TR < 25°C
Flächenheizung
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Wärmeträger Wasser
Druckverhältnisse im Verteilnetz
offenes System Freie Oberfläche (Ausgleichsgefäß)
zur Umgebungsluft
 Ausgleichsgefäß am höchsten Punkt über Wärmeerzeuger
 im Wasser gelöster Sauerstoff  Korrosion
geschlossenes System (leichter) Überdruck des Wassers
 höhere Systemtemperaturen möglich
 Ausgleichsgefäß in der Nähe des Wärmeerzeugers
Topologie des Verteilnetzes
Einrohrsystem
Heizkörper sind in Serie geschaltet
Zweirohrsystem Heizkörper sind parallel geschaltet
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Topologie des Rohrsystems
2-Rohr-System, vertikale Verteilung
unterscheiden:
obere vertikale Verteilung
 bei Dachheizzentrale
 ausgebaute Dachgesch.
untere vertikale Verteilung
 einfache Montage
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Topologie des Rohrsystems
2-Rohr-System, horizontale Verteilung
Ringleitung
Stern
 einfache Struktur
 eingeschaltete Zuleitungen warm
 alle Zuleitungen warm
 Verteiler erforderlich
 Wohneinheits-Heizkosten über Wärmemengenrechner
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Vergleich der Rohrsysteme
2-Rohr:
 gleiches TV, TR
 unabhängige Regelung der Heizkörper
1-Rohr:




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Heizkörper beeinflussen sich
unterschiedliche Mittentemperaturen T-Spreizung
Vergrößerung der Heizflächen am Ende des Strangs
kostengünstig bei großen Systemen (MFH)
Bypassleitung am Heizkörper erforderlich
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Wärmeübergabe
Anteile Strahlung – Konvektion:
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Heizkörper oder Flächenheizung?
Fußbodenheizung:
 Niedertemperatursystem: TVorl < 45°C, TBoden < 28°C
 geringer Platzbedarf
 günstiges Höhenprofil der Temperaturverteilung

 Behaglichkeitsvorteil klein
 spezielle Bodenbeläge erforderlich
 sehr träge  interne und solare Gewinne?
Abhilfe: Trockenverlegung

 verstärkte Dämmung zu nicht geheizten Gebäudeteilen
Wandflächenheizung:
 Trägheit
günstig: Holzwände

 Außenwände: erhöhte Transmissionsverluste
Deckenheizung:
 Kühlflächen im Sommer
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Wärmeübergabe: Heizkörper
Radiatoren:
 Strahlung
 Konvektion
Sehr verbreitet: Plattenheizkörper
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Wärmeübergabe: Heizkörper
Kompaktheizkörper:
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Aufstellungsorte:
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Wärmeübergabe: Heizkörper
Stahlradiatoren:
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Wärmeübergabe: Heizkörper
Konvektoren:
großflächiger Luftdurchtritt
Schnelle
Regelung
Variation der Heizleistung
durch die „Kaminhöhe“
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Wärmeübergabe: Heizkörper
Unterflurkonvektoren:
Einbauvarianten
Unterschiedliche Anteile der Wärmeströme
am Fenster und im
Raum
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Wärmeübergabe: Heizkörper
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Vergleich Konvektoren - Radiatoren






kleinere Maße und Massen  kleinere Wärmekapazität
vielfältige Einbaumöglichkeiten
erweiterte Regelungsmöglichkeiten  Klappen, Ventilatoren
zusätzliche Verkleidung nötig
schlecht zu reinigen
keine Strahlungsabgabe
Sonderform: Sockelheizkörper
Warmluftschleier  Behaglichkeit
Außenwand  erhöhte Transmission
Knackgeräusche  therm. Expansion
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  500 W / m
Q
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Wärmeübergabe: Heizflächen
Fußbodenheizung: Wärmeträger Wasser, durch Rohre geführt
Anteil Strahlung: 45 … 60 %
Verlegearten:
Rohre im Estrich
Rohre unter Estrich
 sehr träge,
schlecht regelbar
Rohre unter Trockenestrich
 besser regelbar
 gut regelbar
Dichte der Rohre  erforderliche Heizleistung
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Wärmeübergabe: Fußbodenheizung
Zonierung der Fußbodenfläche:
Verweilfläche: hier halten sich Menschen hauptsächlich auf
 TBoden < TRaum + 9 K
(25°C bei ständigem Stehen in Arbeitsräumen)
Randzone:
0,5 … 1m breiter Streifen mit erhöhtem
Wärmebedarf (Außenwand, Fenster)
 Rohre dichter verlegen
 TBoden < 35°C
 jQ < 175 W/m²
 kein Abdecken des Bodens (Teppiche)
Stellfläche:
ca. 0,6 m breiter Streifen (Innenwände)
 unbeheizt (Möbel)
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Wärmeübergabe: Fußbodenheizung
Verlauf der Rohre im Heizfeld:
 ungleichmäßige
Temperaturverteilung
 Randzonen im
Vorlauf plazieren
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 gleichmäßige
 gleichmäßige
TemperaturverTemperaturverteilung
teilung
 thermischer Kurz-  für Randzonen
schluss VL - RL
günstiger als bifilar
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Wärmeübergabe: Fußbodenheizung
Bauliche Anforderungen:
Feldgrößen: 15 … 30 m² (< 50 m²)
Kantenlänge < 8 m, Seitenverhältnis < 2:1
große Räume: mehrere Heizfelder/Heizkreise
 leichtere Regelung
Dehnfugen: zwischen Heizfeldern
an Türdurchgängen, Pfeilern, Wänden
nicht rechteckige Räume mit mehreren rechteckigen Heizfeldern abdecken
aEstrich ≈ 12.10-6 K-1, Fugengröße > 10 mm
Dämmung: zu beheizten Räumen:
U ≤ 1,4 W/(m²K)
zu unbeheizten Räumen/Erdreich: U ≤ 0,8 W/(m²K)
wenn unter Boden Außenluft ist: U ≤ 0,5 W/(m²K)
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Wärmeübergabe: Fußbodenheizung
Heizkreise Raum:
Heizkreise Wohnung:
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Wärmeübergabe: Fußbodenheizung
Heizkreisverteiler:
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Wärmeübergabe: Fußbodenheizung
Fußbodenbeläge:
hohe Wärmeleitfähigkeit
Stein, Keramik  großer Wärmeleitwert: U = 100 W/(m²K)
 thermische Ausdehnung wie Estrich
 große Wärmekapazität
 kleiner Wärmeleitwert U = 20 W/(m²K)
 Holz „arbeitet“ (Temperatur, Feuchte)
Spezialparkett, besondere Verlegung
PVC, Kork …  mäßiger Wärmeleitwert U = 40 W/(m²K)
(geringe Dicke!)
Holz, Parkett
Teppichboden  kleiner Wärmeleitwert: DIN 66 095-4
U ≥ 7 W/(m²K)
 alterungsbeständige Kleber
 elektrostatische Aufladung  Metallfasern
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Wärmeübergabe: Fußbodenheizung
Werkstoffe für die Leitungen:
Stahl
 DN 15, DN 20, Wandstärke 2,65 mm
 thermische Ausdehnung wie Estrich
 Außenkorrosion in feuchter Umgebung
Kupfer
 DN 12, 15, 18, 22; Wandstärke 1 mm
 großer Wärmeleitwert
 biegsam
Kunststoff  Polybutylen (PB) DN 12; Wandstärke 1,8 mm
Polypropylen (PP) DN 16; Wandstärke 2 mm
Polyethylen (PE-X) DN 20; Wandstärke 2 mm
 korrosionsbeständig
 biegsam, sehr leicht verlegbar (Trägermatte)
Knick- und Bruchgefahr
 O2-Diffusion Schädigung von Metall
 Betriebsdruck ≤ 3 bar
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Wärmeübergabe: Deckenheizung
Wärmeträger: Wasser, durch Rohre geführt
Temperaturprofil
 Hohe Räume, Hallen, sonst 
 hoher Strahlungsanteil

 Verfügbare Fläche > Fläche Fußbodenhzg.
 Auch als Kühlfläche nutzbar
Bauformen:
Betonheizdecke
Cu- oder Stahlrohre in Decke eingegossen
 schlecht regelbar
 thermische Abgrenzung oberhalb
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Wärmeübergabe: Deckenheizung
Ziegelheizdecke („Klimadecke“)
Deckenelemente aus stahlbewehrten
Ziegelelementen
Putzdecke
Putzdecke, abgehängt
 Geringe Wärmekapazität  gut regelbar
 Dämmung zu Geschossen oberhalb
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Wärmeübergabe: Deckenheizung
Lamellenheizdecken
Streckmetall - Gipsputz
Gipskarton
Gipskassette
Deckenstrahlplatten
Heizpaneeldecke
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Luftheizung
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
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Luftheizung mit Perimeterverteilung
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
43
Hypokaustenheizung
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
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Hypokaustenheizung
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
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Fußbodenheizung:
vertikale Temperaturverteilung
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Fußbodenheizung trockenverlegt
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Wandheizung
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