Bewertung von Wärmeübergabesystemen im Hinblick auf Raumkomfort. Bericht zu AP 2.2:

Deckenstrahlungsheizungen sind eine interessante Option für LowEx-Systeme, da sie - wie andere Flächenheizungen auch - mit niedrigen Vorlauftemperaturen betrieben werden können, im Vergleich zu Fußbodenheizungen aber Vorteile bzgl. der Eingriffstiefe bei Sanierungen aufweisen. Als kritisch angesehen wurde bislang häufig - insbesondere im Wohnungsbau mit geringeren Raumhöhen – die Nähe der warmen Oberfläche zum Kopf sowie eine mögliche Strahlungstemperaturasymmetrie aufgrund von Temperaturunterschieden an den Oberflächen der Raumumschließungsflächen, vornehmlich der Außenfassade(n).
Aus diesem Grund wurden die Komfortbedingungen in einem Raum mit Deckenstrahlungsheizung sowohl experimentell mit Probanden in dem Raumklima-Teststand LOBSTER des KIT als auch mit numerischen Simulationen durch die Kopplung eines CFD-Modells mit einem thermophysiologischen Modell untersucht. Variiert wurden dabei Deckenoberflächentemperaturen, die wärmetechnische Fassadenqualität (und damit die Fensteroberflächentemperaturen), Raumtypen (eine oder zwei Außenfassaden) sowie die Position der Probanden/des thermischen Manikins zur Außenfassade mit Fenster. Laut den experimentellen Ergebnissen und den numerischen Simulationen führt die Deckenstrahlungsheizung nicht zu einer Temperaturschichtung im Raum. Für die simulierten Szenarien beträgt die minimal, d.h. bei einer wärmetechnisch schlechteren Außenfassade (UWand = 1,4 W/m²K, UFenster = 2,8 W/m²K), erforderliche Deckentemperatur für ein angenehmes globales Wärmeempfinden 25 °C, ebenso für den globalen (auf den ganzen Körper bezogenen) Komfort. Das asymmetrische Wärmeempfinden in Räumen mit Deckenstrahlungsheizung ist - insbesondere bei ausreichend hoher wärmetechnischer Qualität der Gebäudehülle - vernachlässigbar wegen des Wärmeaustausches zwischen Deckenstrahlungsheizung und den übrigen Raumoberflächen. Zusammenfassend kann also gesagt werden, dass der Einsatz einer Deckenstrahlungsheizung schon bei relativ niedrigen Deckentemperaturen zu einem thermisch komfortablen Raumklima führt, wenn die thermische Qualität der Gebäudehülle auf dem in dieser Studie angenommen Niveau liegt. Somit kann die Deckenstrahlungsheizung aus bauphysikalischer Sicht als eine vielversprechende Option bei der energetischen (Gesamt-)Sanierung eines Gebäudes betrachtet werden. Weiterhin wurde ein Niedertemperatur-Konvektorheizkörper untersucht, der eine interessante Alternative zu herkömmlichen Heizkörpern darstellt. Im Vergleich zu anderen Niedertemperatursystemen wie Deckenstrahlheizung und Fußbodenheizung erfordern sie nur einen sehr geringen Aufwand für den Austausch. Aufgrund der Wärmeaustauschflächen des zusätzlichen Konvektors und der erzwungenen Konvektion wird eine höhere Wärmeleistung im Vergleich zu einem herkömmlichen Heizkörper erreicht; darüber hinaus kann der Konvektorheizkörper auch zur Luftankühlung eingesetzt werden. In einer experimentellen Probandenstudie wurde dazu ein Prototyp der Fa. KERMI untersucht. Ziel war es, die Wirkung des Konvektorheizkörpers auf den Nutzerkomfort, insbesondere auf das allgemeine und lokale Wärmeempfinden und die thermische Akzeptanz im Winter und im Sommer zu untersuchen. Im Heizfall schneidet der Konvektorheizkörper hinsichtlich der Zufriedenheit im Vergleich zu einem konventionellen Heizkörper besser ab. Jedoch bewerten die Teilnehmer das allgemeine Wärmeempfinden für alle Szenarien und beide Systeme gleichermaßen mit etwas kühl. Dies ist auf die gewählten (normkonformen) Randbedingungen zurückzuführen - die großen Raumoberflächen auf relativ geringem Temperaturniveau dominieren das Wärmeempfinden und der Einfluss der unterschiedlichen Heizköper wird dadurch nur bedingt sichtbar. So hat auch die Lufterwärmung durch den Konvektorheizkörper auf das Wärmeempfinden keinen merklichen Einfluss. Im Kühlfall lassen die überwiegend neutralen Bewertungen hinsichtlich des Wärmeempfindens auf komfortable Raumklimabedingungen schließen. Die sehr geringe Geschwindigkeit der anströmenden Luft hat das Empfinden offensichtlich nicht wesentlich beeinflusst. Grundsätzlich gibt es jedoch für beide Einsatzfälle - Heizen und Kühlen - Evidenz dafür, dass mit dem Niedertemperatur-Konvektorheizkörper ein komfortables Raumklima geschaffen wird. Eine Erhöhung der Luftgeschwindigkeit, z.B. durch ein eigenes Gebläse, kann den zusätzlichen Heiz- und Kühleffekt mit Sicherheit steigern.