Die Fußbodenheizung ist eine unterhalb des Fußbodenbelags installierte Flächenheizung zur Raumheizung. Häufig wird die Fußbodenheizung als Warmwasserheizung mit im Fußbodenaufbau verlegten Heizschlangen und einem zentralen Wärmeerzeuger ausgeführt. Seltener enthält der Fußbodenaufbau Warmluftkanäle nach dem Prinzip der römischen Hypokaustenheizung. In Ländern mit niedrigen Kosten für Elektroenergie sowie in hochwärmegedämmten Häusern sind auch elektrische Fußbodenheizungen üblich.
Geschichte mini|Römische Fußbodenheizung (Hypokaustum)
Erste Fußbodenheizungen mittels Warmluft wurden bereits 5000 v. Chr. von den Koreanern als Ondol und in China angewandt und breiteten sich über Asien und die Aleuten aus. Ab 500 v. Chr. verwendeten die Römer Hypokaustum. Eine bemerkenswert gut erhaltene Fußbodenheizung der Römer wurde Ende 2022 in Bonn entdeckt.
Seit ab den 1970er Jahren einfach zu verlegenden flexible Kunststoffrohre aus Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) eingeführt wurden, wurden Fußbodenheizungen in neu errichteten Gebäuden in Deutschland mehr und mehr zum Standard. Vor allem in Niedrigenergiehäusern lassen sich bei Einsatz einer Wärmepumpenheizung aufgrund der niedrigen Vorlauftemperatur sehr gute Wirkungsgrade erreichen.
Warmwasser-Heizungen Im oder unter dem Heizestrich werden Rohre aus Kunststoff oder seltener Kupfer verlegt. Am häufigsten wird vernetztes, sauerstoffdichtes (ansonsten Korrosionsgefahr an Eisenteilen) Polyethylen (PE-X) verwendet, oft mit zusätzlicher Aluminium-Zwischenschicht (Mehrschichtverbundrohr). Die Verlegung erfolgt entweder mäanderförmig (gleiche Rohrabstände), modulierend (verschiedene Rohrabstände je nach Lage im Raum, Vorlauf an der Außenwand) oder bifilar (Schneckenform, Vor- und Rücklauf liegen beieinander). Welcher Verlegung der Vorrang gegeben werden soll, ist strittig, da verschiedene Zielsetzungen (gleichmäßige Raumtemperatur, gleichmäßige Fußbodenoberflächentemperatur) und technische Möglichkeiten abhängig von Rohrmaterial, Befestigungs- und Verlegetechnik zu berücksichtigen sind.
Verwendet werden auch Kapillarrohrmatten aus Kunststoff mit parallel angeordneten PP-Röhrchen (Durchmesser z. B. 4,3 mm Wandstärke 0,8 mm), die im Gleichsinn durchflossen werden. Mit Kapillarrohrmatten wird eine sehr homogene Bauteiltemperaturverteilung erreicht.
Rohrabstände von 5 bis 30 cm bewirken eine geringe Temperaturwelligkeit auf der Estrichoberfläche – die Abstände können dem Wärmebedarf angepasst werden. Temperaturdifferenzen >5 K innerhalb nicht unterteilter Estrichfelder sollten vermieden werden, um Temperaturspannungen innerhalb der Fläche zu begrenzen.
Bei Fußbodenheizungen werden Nasssysteme (Zementestrich oder Anhydritestrich, sehr häufig aufgrund der besseren Wärmeübertragung in Fließestrich, auch Gussasphalt und Walzasphalt),Christoph Kämper: Beheizter Gussasphaltestrich für warme Kinderfüße. Gussasphaltmagazin 7, Bonn 2016. und Trockensysteme (Trockenestrichplatten oder Stahlfliesen) unterschieden. Beim Nasssystem werden die Rohre im Estrich installiert.
Nasssystem (Typ A / C) mini|Rohre für eine Fußbodenheizung (Nasssystem) mini|Regler für eine Fußbodenheizung (Nasssystem)
Beim Nasssystem ist das Rohr vollständig vom Estrich umschlossen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um die Rohre vor dem Gießen des Estrichs zu fixieren: mit Klammern auf Trägermatten aus Stahl auf Klemmschienen aus Stahl oder Kunststoff auf einer Noppenplatte aus Kunststoff mit Klammern auf der tragenden Dämmung, sofern diese dafür zugelassen ist einfädeln zwischen eine Stahlwabenplatte die Rohre werden mit Klettband versehen und auf mit Vlies beschichtete Trägermatten gedrückt.
Vor dem Einbringen des Estrichs sollten Markierungsfähnchen aufgestellt werden, um die Stellen zu kennzeichnen, an denen der Estrich später aufgebrochen werden kann, um eine Feuchtemessung vorzunehmen, ohne die Heizrohre zu beschädigen.CM-Messung, ein Praxisbeispiel. In: Trotec-Blog.com Vor dem Verlegen des Fußbodenbelags ist in der Regel eine solche Feuchtemessung notwendig.
Trockensysteme (Typ B) Beim Trockensystem befinden sich die Rohre unterhalb des Bodenbelages in der Dämmschicht. Die Befestigung erfolgt dort auf der Trägerdämmung, die mit Nuten und Wärmeleitlamellen ausgestattet sein kann. Die Lamellen sollen der besseren Wärmeverteilung dienen. Das Trockensystem eignet sich für niedrige Fußbodenaufbauten und wird im Altbau oder in der Gebäudemodernisierung eingesetzt. Trockensysteme können auch mit direkt aufgelegten Oberböden (Estrichziegeln, Fliesen, schwimmendes Parkett und Laminat) ausgeführt werden und führen dadurch zu einer weiteren Reduzierung der Vorlauftemperatur und zu einer schnelleren Auf- und Abheizphase.
Eine weitere Variante der Trockensysteme besteht aus Trockenestrichplatten mit einer vorgefertigten Fräsung, die die Heizungsrohre fixiert. So fasst dieses System die vormals getrennten Komponenten – Trockenestrichplatten und Fußbodenheizung – früherer Systeme zusammen. Die geringe Montagezeit kommt besonders Architekten zugute, die in öffentlichen Einrichtungen, wie Schulen und Kindergärten, nur die Ferienzeiten zum Einbau zur Verfügung haben. Außerdem kann dieses vereinfachte System auch vom Privatmann verlegt werden, so dass der Bauherr nur noch für die Rohranschlüsse einen Heizungsbauer benötigt.
Neuere Fußbodenheizungssysteme werden verstärkt für die Gebäuderenovierung konzipiert, ohne dabei in die bestehenden Fußbodenaufbauten einzugreifen. Dabei entstehen sehr niedrige Aufbauhöhen ab ca. 8 mm (zuzüglich Oberbodenbelag). Eine spezielle Ausgleichsmasse ist die Grundlage für den Bodenbelag.
Warmwasserverteilung mini|Stellantriebe und Regelventile einer Fußbodenheizung (verschiedene Hersteller) Bei beiden Systemen wird zur Wärmeverteilung ein Heizkreisverteiler benötigt. Alle Heizkreise werden mit dem Vorlauf und Rücklauf an den Heizkreisverteiler angeschlossen und mittels eines Ventils hydraulisch abgeglichen werden. Durch Durchflussmesser im Heizkreisverteiler kann der Volumenstrom beobachtet werden, um den hydraulischen Abgleich vorzunehmen, da die einzelnen Bauteile der Fußbodenheizung (z. B. Heizkreisverteiler, Rohrkreise etc.) verschieden hohe Strömungswiderstände haben. Eine gleichmäßige Wärmeverteilung ist nur mit gleich hohen Durchflüssen in allen Heizkreisen möglich. Möglicherweise wird aber auch eine unterschiedliche Wärmeverteilung angestrebt, um die stärkere Abkühlung in Räumen mit großen Außenwandflächen im Vergleich zu innenliegenden Räumen zu kompensieren. Da eine Fußbodenheizung im Gegensatz zu Heizkörpern sehr viel träger reagiert (siehe Totzeit) wird die Vorlauftemperatur oft mit einem Fühler entsprechend der Außentemperatur und der Heizkurve abgeleitet. Der Heizungsregler gibt ein elektrisches Signal an den Stellmotor, der das Vierwegeventil weiter öffnet oder schließt. Bei hochwertigeren Anlagen kann die Energiezufuhr mit einem Raumthermostaten, deren Temperaturfühler im Heizbereich (z. B. Wohnzimmer) montiert wird, geregelt werden. In gut gedämmten Wohngebäuden ist die Heizleistung auf etwa 50 bis 100 W/m² ausgelegt. Zudem kann bis zu einer bestimmten Fläche (abhängig vom Durchflusswiderstand der eingesetzten Fußbodenheizung) die Fußbodenheizung direkt an den bestehenden Heizkreislauf angeschlossen werden. Die Regelung erfolgt dann über ein RTL-Ventil (return temperature limiter, deutsch: Rücklauftemperaturbegrenzer), das im Rücklauf der Fußbodenheizung montiert wird und den Durchfluss sperrt, wenn die eingestellte Bodentemperatur erreicht ist.
Es sind zahlreiche Verlegearten der Rohre möglich. Um eine weitestgehend gleichmäßige Wärmeverteilung im Raum zu erreichen, sollten Rohre mit gegenläufiger Warmwasser-Fließrichtung verlegt werden. Dies wird erreicht, indem die Vor- und Rückläufe jeweils nebeneinander angeordnet werden.
Elektro-Heizungen mini|Elektrische Fußbodenheizung (50 cm × 200 cm) vor der Verlegung
Neben warmwassergebundenen Heizsystemen kommen auch elektrisch betriebene Fußbodenheizungen zum Einsatz. Hierbei werden Widerstandskabel oder Heizfolien mit eingearbeiteten Heizleitern unter, im oder auf dem Estrich verlegt. Sie eignen sich für alle Verlegungsarten, die auch bei Warmwassersystemen üblich sind. Wegen der geringen Bauhöhe empfehlen sie sich besonders für die direkte Verlegung unter Fußbodenbelägen. Heizkabel mit einem Durchmesser ab 3 mm können in einer Spachtelschicht, im Kleberbett von Fliesen und Platten und Folien sogar unter Laminat verlegt werden. Für die Fußbodentemperierung (nicht Vollheizung) gibt es Matten ab ca. 2 mm Höhe. Für Bade-, Dusch- und andere Feuchträume werden Leitungen mit geerdetem Schirm verwendet, um Sicherheit gegen Elektrounfälle zu garantieren. Die zutreffenden Normen für elektrische Flächenheizelemente sind DIN EN 60335-1 und DIN EN 60335-2-96.
Anwendungen in Gewerbe- und Kommunalbauten Neben den auch im Wohnungsbau verwendeten Fußbodenheizungen werden Industrieflächenheizungen oder Schwingbodenheizungen (Sporthallen) eingesetzt. Lufterhitzer erhitzen die Luft im Raum, die beim Öffnen der Hallentore aber sofort entweicht. Es dauert lange und ist mit hohem Energieaufwand verbunden, die Hallentemperatur wieder zu erhöhen. Bei einer Bodentemperatur von z. B. 10 °C und einer Lufttemperatur von 20 °C ergibt sich arithmetisch eine empfundene Temperatur von nur 15 °C. Daher ist für eine akzeptable thermische Umgebungstemperatur eine Bodentemperierung zu empfehlen. Bei einer Fußbodenheizung besteht die Beheizung einer Halle aus Strahlungswärme. Diese steht ihren Nutzern auch noch während der geöffneten Hallentore zur Verfügung. Nach Schließung der Hallentore spürt der Nutzer diese behagliche Strahlungswärme in kürzester Zeit wieder.
Raumklimatisierung mit Warmwassersystemen Fußbodenheizungssysteme werden auch zur Fußbodenkühlung genutzt. In Verbindung z. B. mit einer Wärmepumpenheizung und der Erdwärme bietet sich diese Variante an. Die Oberflächentemperatur des Fertigfußbodens sollte 20 °C nicht unterschreiten und 29 bis 35 °C – je nach Standort – nicht überschreiten (siehe Abschnitt Randbedingungen). Weiterhin sollte der Taupunkt mit einem entsprechenden Feuchtigkeitsfühler überwacht werden und die Vorlauftemperatur entsprechend regeln. Die Vorlauftemperatur des Kaltwassers beträgt in der Regel 16 °C bei einer Spreizung von 2 bis 3 K.
Neben klassischen Wärmepumpenheizungen können Fußbodenheizungen auch in Verbindung mit kalten Nahwärmenetzen zur Kühlung genutzt werden. Dabei kann abhängig von der Temperatur des Wärmenetzes auch auf den Einsatz der Wärmepumpe zur Kühlung verzichtet werden.
Vor- und Nachteile
Mit niedrigen Temperaturen betriebene Fußbodenheizungen erzielen eine hohe Behaglichkeit. Die Strahlungswärme des Fußbodens erwärmt die Raumdecke auf die annähernd gleiche Temperatur. Sofern Fenster und Außenwand gut gedämmt sind, ergibt sich eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung im Raum. In Räumen mit Fußbodenheizung, ist es meist möglich, auch im Winter barfuß zu gehen.
Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit zur freieren Raumgestaltung, weil keine Heizkörper und sichtbare Rohrleitungen benötigt werden.
Beim Betrieb einer Fußbodenheizung mit niedrigen Temperaturen wird meist weniger Staub mit der zirkulierenden Warmluft aufgewirbelt als es bei Verwendung von Konvektoren der Fall ist. Über einer Fußbodenheizung verlegte Teppiche und Teppichböden bleiben durch die trockene Wärme quasi frei von Hausstaubmilben, was für Allergiker von Vorteil ist.
Eine Fußbodenheizung kommt mit geringer Vorlauftemperatur aus, wodurch sie sich zum Betrieb mit Wärmepumpen und Solarkollektoren besonders eignet. Nur Flächenheizungen, Gebläsekonvektoren und manche Arten von Luftheizungen lassen sich mit vergleichbar niedrigen Vorlauftemperaturen betreiben.