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Untersuchung der Technischen Kommission Bauklebstoffe
1. Einführung: Fußbodenheizungen existieren schon sehr lange: Schon die alten Römer installierten sie in ihren Villen. Seit der Ölkrise im vergangenen Jahrhundert, den daraus erwachsenen Energiesparanstrengungen, die insbesondere auch den Einsatz von Wärmepumpen vorsahen, hat die Fußbodenheizung eine Renaissance erlebt. Wärmepumpen erreichen in der Regel deutlich niedrigere Vorlauftemperaturen als konventionelle Heizungen. Um hinreichend Wärme in Räume einzutragen, wird in der Folge ein Heizelement mit großer Fläche benötigt. Es liegt nahe, dafür den Boden oder seltener die Wände zu nutzen.
Die Verlegung von Fußbodenheizungen als eine Möglichkeit eines raumflächenintegrierten Heiz- und Kühlsystems wird dabei heute in der Normenreihe DIN EN 1264-1 bis 5 beschrieben. Der Einfluss des Bodenbelags wird in dieser Normenreihe berücksichtigt. Die häufig gestellte Frage, wie eine geklebte oder schwimmende Verlegung des Bodenbelags die Leistung des Heizungssystems beeinflusst, blieb aber bislang unbeantwortet. Sucht man in den üblichen Quellen (Fachbüchern, -magazinen und Internet) nach Informationen über den Einfluss der Verlegeart, findet man regelmäßig den qualitativen Hinweis, dass eine Klebung des Bodenbelags den Wärmetransport verbessert. Eine quantitative Beschreibung findet man jedoch nicht. Daher sollen an dieser Stelle Testergebnisse vorgestellt werden, die die Unterschiede der beiden Verlegungen für zwei Arten von Bodenbelägen quantifizieren.
2. Die DIN EN 1264 und Bodenbeläge: Im Grundsatz eröffnet DIN EN 1264-4 die Möglichkeit, die Wärmeleistung von Fußbodenheizungen durch Berechnung oder Prüfung zu ermitteln. In Kapitel 1 dieser Norm wird weiter ausgeführt: "Das Berechnungsverfahren ist auf Systeme anwendbar, die den Definitionen nach EN 1264-1 (Typ A, Typ B, Typ C, Typ D) entsprechen. Bei Systemen, die diesen Definitionen nicht entsprechen, ist das experimentelle Verfahren anzuwenden."
Die in DIN EN 1264-1 definierten Systeme enthalten alle nur einen Bodenbelag als oberste Schicht und darunter direkt die "Last- und Wärmeverteilschicht Estrich". Für den Bodenbelag kann ein spezifischer Wärmeleitwiderstand eingesetzt werden, eine Differenzierung nach "geklebt" oder "lose verlegt" mit zusätzlichem Klebstoff-Wärmeleitwert bzw. "Spalt"-Wärmeübergangswiderstand findet aber nicht statt. Das in DIN EN 1264-2, Kap. 6, beschriebene Rechenverfahren berücksichtigt diesen Punkt nur ganz allgemein.
Physikalisch können um den Bodenbelag zwei Wärmeübergangskoeffizienten auftreten:
a)zwischen Estrich und Bodenbelag,
sofern ein Luftspalt vorhanden ist
b)zwischen Bodenbelag und der Raumluft.
Für die oben genannte Rechenverfahren wird offenbar angenommen, dass zwischen Estrich und Belag kein wesentlicher Luftspalt vorliegt.
Durch das in der DIN EN 1264-2 in Kapitel 9 aufgeführte Messverfahren kann der tatsächlich vorhandene Effekt jedoch gemessen werden. Nachfolgend ist das Ergebnis solcher Messungen an zwei unterschiedlichen Bodenbelagssystemen beschrieben.
3. Durchführung der Messungen: Es wurden Messungen an Testsystemen in Anlehnung an DIN EN 1264-2: 2009 ohne Belag, mit einem Mehrschichtparkett (Bild1) und einem Designbelag, jeweils geklebt und schwimmend, durchgeführt. Für die Messungen wurde das Institut für Gebäudeenergetik, Thermotechnik und Energiespeicherung (IGTE) der Universität Stuttgart beauftragt. Die Prüfungen fanden 2019 statt.
Für alle Messungen wurde ein Testaufbau mit folgenden Materialien erstellt:
Rohre: Verbundrohr Wieland Cuprotherm, 14 mm
Rohrabstand: 150 mm
Rohrfixierung: Systemplatte
Estrichmaterial: Estrichmörtel Uzin SC 997
Überdeckung der Rohre: 45 mm
Prüflingsfläche: 1 m2 (1 x 1 m)
Masterdämmplatten: Mit R,B = 0,14 und R =0,09 m2K/W Wärmeleitfähigkeit
3.1 Aufbau ohne Belag
(Estrich mit Fußbodenheizung)
Für die Messungen der Differenztemperatur und des Wärmestroms werden die Masterdämmplatten verwendet. Es wurden zwei Prüfmuster angefertigt und untersucht: Prüfmuster 1 und Prüfmuster 2 (Bild 3). Naturgemäß sind diese beiden Prüfmuster nicht identisch und zeigen leichte Unterschiede bei den Messwerten. Dies ist wichtig zu beachten, da für die Messungen am Designbelag Prüfmuster 1 und 2 verwendet werden, während für die Messungen am Parkett nur Prüfmuster 2 als Basis verwendet wird.
3.2 Designbelag
Aufbau geklebt (Bild 2):
Basis: Prüfplatte 1
Belag: Forbo Allura Dryback Designbelag (Dicke: 2 mm, Wärmeleitfähigkeit: 0,25 W/m2K nach EN 14041: 2004/AC:2006,
Klebstoff: Uzin KE 66, Dicke ca. 0,3 mm
Aufbau schwimmend (Bild 3):
Basis: Prüfplatte 2
Belag: Forbo Allura Click Compact (Dicke: 5 mm, Wärmeleitfähigkeit: 0,25 W/m2K nach EN 14041: 2004/AC:2006)
Unterlage Forbo Click Underlay, Dicke ca. 1 mm, Wärmedurchlasswiderstand nach EN 12664: 0,01 m2 K/W
3.3 Parkett
Aufbau: Geklebt (Bild 4)
Basis: Prüfplatte 2
Belag: Meister Cottage PD 400, 13 mm
Klebstoff: Uzin MK 250, ca. 1 mm
Aufbau: Schwimmend (Bild 5)
Basis: Prüfplatte 2
Belag: Meister Cottage PD 400, 13 mm
Unterlage: Meister Silence 25 dB, 3 mm Differenz
4. Ergebnisse der Messungen
Für beide Belagsarten wurden anwendungsgleiche Bodenkonstruktionen getestet. Beim Parkett wurde für den geklebten bzw. schwimmenden Aufbau ein identischer Belag mit gleicher Dicke auf derselben Estrichplatte genutzt. Beim Designbelag wurden unterschiedliche Estrichplatten (Prüfplatte 1 und 2) verwendet, weiter lag ein Unterschied in der Schichtdicke des Belags vor:
- 2 mm beim geklebten Aufbau,
- 5 mm beim schwimmenden Aufbau
Beim schwimmend verlegten Designbelägen ist der dickere Aufbau notwendig, um eine ausreichende Stabilität des Bodenbelags zu erzielen. Dieser "dickere Aufbau" erhöht den Wärmedurchlasswiderstand signifikant. Da aber der spezifische Wärmeleitwert des Designbelags bekannt ist, kann dies zur Berechnung des eigentlichen Untersuchungsgegenstandes (Unterschied schwimmend gegen geklebt) berücksichtigt werden. Man kann jedoch auch einwenden, dass nur der Vergleich mit der höheren Schichtdicke sinnvoll ist, da diese ja durch den schwimmenden Aufbau erzwungen wird. Dies wird daher hier so durchgeführt.
Der durch die Klebung erreichte Verbesserungswert liegt im Fall des Designbelags bei 0,026 (m2 K)/W und beim Parkett bei 0,023 (m2 K )/W. Beim Designbelag liegt dieser Wert in der gleichen Größenordnung wie der Belag selbst, beim Parkett macht dieses ca. 20 % des Belagswiderstands aus.
5. Fazit: Geklebte Beläge senken Energiekosten
Bei annähernd gleichem Wärmestrom erlaubte die Klebung beim Designbelag eine Verringerung der Vorlauftemperatur um ca. 3 °C (davon ist ca. 1 °C der dickeren Belagsschicht geschuldet), beim Parkett um ca. 2 °C. Niedrigere Vorlauftemperaturen führen zu einem verringerten Energiebedarf und senken damit die Heizkosten. Die konkreten Einsparungen können dabei gebäudespezifisch unterschiedlich hoch ausfallen. Darüber hinaus werden die beim Auf- und Abheizen auftretenden Spannungen im Bodenaufbau deutlich reduziert. Erstmals liegen somit quantitative Werte zum günstigeren Verhalten beim Übergang von schwimmend zu geklebt verlegten Bodenbelägen vor.
Die Autoren
Dr. Norbert Arnold ist Leiter Technische Sortimentsentwicklung bei Uzin Utz und Vorsitzender der Technischen Kommission Bauklebstoffe (TKB).
Dr. Thomas Brokamp ist Leiter VP Fastening bei Bona und Leiter des TKB-Arbeitskreises Untergrundfeuchte.
Werner Schwerdt ist Leiter Handel Bau bei Sika Deutschland und Vorstandsmitglied der Gemeinschaft Emissionskontrollierte Verlegewerkstoffe (GEV). aus FussbodenTechnik 02/22 (Wirtschaft)
Geklebte Beläge senken Energiekosten bei Fußbodenheizung
Geklebte Bodenbeläge und Parkett leiten Wärme besser als schwimmend verlegte Beläge - das ist das Ergebnis einer Messreihe der Technischen Kommission Bauklebstoffe (TKB). Bei gleicher Wärmeleistung können die Vorlauftemperaturen einer Fußbodenheizung um 2 bis 3 °C reduziert werden. Der vorliegende Beitrag ist eine gekürzte Fassung der als TKB-Bericht 9 vorliegenden Publikation zu der vorgestellten Untersuchung (abrufbar unter: www.klebstoffe.com).1. Einführung: Fußbodenheizungen existieren schon sehr lange: Schon die alten Römer installierten sie in ihren Villen. Seit der Ölkrise im vergangenen Jahrhundert, den daraus erwachsenen Energiesparanstrengungen, die insbesondere auch den Einsatz von Wärmepumpen vorsahen, hat die Fußbodenheizung eine Renaissance erlebt. Wärmepumpen erreichen in der Regel deutlich niedrigere Vorlauftemperaturen als konventionelle Heizungen. Um hinreichend Wärme in Räume einzutragen, wird in der Folge ein Heizelement mit großer Fläche benötigt. Es liegt nahe, dafür den Boden oder seltener die Wände zu nutzen.
Die Verlegung von Fußbodenheizungen als eine Möglichkeit eines raumflächenintegrierten Heiz- und Kühlsystems wird dabei heute in der Normenreihe DIN EN 1264-1 bis 5 beschrieben. Der Einfluss des Bodenbelags wird in dieser Normenreihe berücksichtigt. Die häufig gestellte Frage, wie eine geklebte oder schwimmende Verlegung des Bodenbelags die Leistung des Heizungssystems beeinflusst, blieb aber bislang unbeantwortet. Sucht man in den üblichen Quellen (Fachbüchern, -magazinen und Internet) nach Informationen über den Einfluss der Verlegeart, findet man regelmäßig den qualitativen Hinweis, dass eine Klebung des Bodenbelags den Wärmetransport verbessert. Eine quantitative Beschreibung findet man jedoch nicht. Daher sollen an dieser Stelle Testergebnisse vorgestellt werden, die die Unterschiede der beiden Verlegungen für zwei Arten von Bodenbelägen quantifizieren.
2. Die DIN EN 1264 und Bodenbeläge: Im Grundsatz eröffnet DIN EN 1264-4 die Möglichkeit, die Wärmeleistung von Fußbodenheizungen durch Berechnung oder Prüfung zu ermitteln. In Kapitel 1 dieser Norm wird weiter ausgeführt: "Das Berechnungsverfahren ist auf Systeme anwendbar, die den Definitionen nach EN 1264-1 (Typ A, Typ B, Typ C, Typ D) entsprechen. Bei Systemen, die diesen Definitionen nicht entsprechen, ist das experimentelle Verfahren anzuwenden."
Die in DIN EN 1264-1 definierten Systeme enthalten alle nur einen Bodenbelag als oberste Schicht und darunter direkt die "Last- und Wärmeverteilschicht Estrich". Für den Bodenbelag kann ein spezifischer Wärmeleitwiderstand eingesetzt werden, eine Differenzierung nach "geklebt" oder "lose verlegt" mit zusätzlichem Klebstoff-Wärmeleitwert bzw. "Spalt"-Wärmeübergangswiderstand findet aber nicht statt. Das in DIN EN 1264-2, Kap. 6, beschriebene Rechenverfahren berücksichtigt diesen Punkt nur ganz allgemein.
Physikalisch können um den Bodenbelag zwei Wärmeübergangskoeffizienten auftreten:
a)zwischen Estrich und Bodenbelag,
sofern ein Luftspalt vorhanden ist
b)zwischen Bodenbelag und der Raumluft.
Für die oben genannte Rechenverfahren wird offenbar angenommen, dass zwischen Estrich und Belag kein wesentlicher Luftspalt vorliegt.
Durch das in der DIN EN 1264-2 in Kapitel 9 aufgeführte Messverfahren kann der tatsächlich vorhandene Effekt jedoch gemessen werden. Nachfolgend ist das Ergebnis solcher Messungen an zwei unterschiedlichen Bodenbelagssystemen beschrieben.
3. Durchführung der Messungen: Es wurden Messungen an Testsystemen in Anlehnung an DIN EN 1264-2: 2009 ohne Belag, mit einem Mehrschichtparkett (Bild1) und einem Designbelag, jeweils geklebt und schwimmend, durchgeführt. Für die Messungen wurde das Institut für Gebäudeenergetik, Thermotechnik und Energiespeicherung (IGTE) der Universität Stuttgart beauftragt. Die Prüfungen fanden 2019 statt.
Für alle Messungen wurde ein Testaufbau mit folgenden Materialien erstellt:
Rohre: Verbundrohr Wieland Cuprotherm, 14 mm
Rohrabstand: 150 mm
Rohrfixierung: Systemplatte
Estrichmaterial: Estrichmörtel Uzin SC 997
Überdeckung der Rohre: 45 mm
Prüflingsfläche: 1 m2 (1 x 1 m)
Masterdämmplatten: Mit R,B = 0,14 und R =0,09 m2K/W Wärmeleitfähigkeit
3.1 Aufbau ohne Belag
(Estrich mit Fußbodenheizung)
Für die Messungen der Differenztemperatur und des Wärmestroms werden die Masterdämmplatten verwendet. Es wurden zwei Prüfmuster angefertigt und untersucht: Prüfmuster 1 und Prüfmuster 2 (Bild 3). Naturgemäß sind diese beiden Prüfmuster nicht identisch und zeigen leichte Unterschiede bei den Messwerten. Dies ist wichtig zu beachten, da für die Messungen am Designbelag Prüfmuster 1 und 2 verwendet werden, während für die Messungen am Parkett nur Prüfmuster 2 als Basis verwendet wird.
3.2 Designbelag
Aufbau geklebt (Bild 2):
Basis: Prüfplatte 1
Belag: Forbo Allura Dryback Designbelag (Dicke: 2 mm, Wärmeleitfähigkeit: 0,25 W/m2K nach EN 14041: 2004/AC:2006,
Klebstoff: Uzin KE 66, Dicke ca. 0,3 mm
Aufbau schwimmend (Bild 3):
Basis: Prüfplatte 2
Belag: Forbo Allura Click Compact (Dicke: 5 mm, Wärmeleitfähigkeit: 0,25 W/m2K nach EN 14041: 2004/AC:2006)
Unterlage Forbo Click Underlay, Dicke ca. 1 mm, Wärmedurchlasswiderstand nach EN 12664: 0,01 m2 K/W
3.3 Parkett
Aufbau: Geklebt (Bild 4)
Basis: Prüfplatte 2
Belag: Meister Cottage PD 400, 13 mm
Klebstoff: Uzin MK 250, ca. 1 mm
Aufbau: Schwimmend (Bild 5)
Basis: Prüfplatte 2
Belag: Meister Cottage PD 400, 13 mm
Unterlage: Meister Silence 25 dB, 3 mm Differenz
4. Ergebnisse der Messungen
Für beide Belagsarten wurden anwendungsgleiche Bodenkonstruktionen getestet. Beim Parkett wurde für den geklebten bzw. schwimmenden Aufbau ein identischer Belag mit gleicher Dicke auf derselben Estrichplatte genutzt. Beim Designbelag wurden unterschiedliche Estrichplatten (Prüfplatte 1 und 2) verwendet, weiter lag ein Unterschied in der Schichtdicke des Belags vor:
- 2 mm beim geklebten Aufbau,
- 5 mm beim schwimmenden Aufbau
Beim schwimmend verlegten Designbelägen ist der dickere Aufbau notwendig, um eine ausreichende Stabilität des Bodenbelags zu erzielen. Dieser "dickere Aufbau" erhöht den Wärmedurchlasswiderstand signifikant. Da aber der spezifische Wärmeleitwert des Designbelags bekannt ist, kann dies zur Berechnung des eigentlichen Untersuchungsgegenstandes (Unterschied schwimmend gegen geklebt) berücksichtigt werden. Man kann jedoch auch einwenden, dass nur der Vergleich mit der höheren Schichtdicke sinnvoll ist, da diese ja durch den schwimmenden Aufbau erzwungen wird. Dies wird daher hier so durchgeführt.
Der durch die Klebung erreichte Verbesserungswert liegt im Fall des Designbelags bei 0,026 (m2 K)/W und beim Parkett bei 0,023 (m2 K )/W. Beim Designbelag liegt dieser Wert in der gleichen Größenordnung wie der Belag selbst, beim Parkett macht dieses ca. 20 % des Belagswiderstands aus.
5. Fazit: Geklebte Beläge senken Energiekosten
Bei annähernd gleichem Wärmestrom erlaubte die Klebung beim Designbelag eine Verringerung der Vorlauftemperatur um ca. 3 °C (davon ist ca. 1 °C der dickeren Belagsschicht geschuldet), beim Parkett um ca. 2 °C. Niedrigere Vorlauftemperaturen führen zu einem verringerten Energiebedarf und senken damit die Heizkosten. Die konkreten Einsparungen können dabei gebäudespezifisch unterschiedlich hoch ausfallen. Darüber hinaus werden die beim Auf- und Abheizen auftretenden Spannungen im Bodenaufbau deutlich reduziert. Erstmals liegen somit quantitative Werte zum günstigeren Verhalten beim Übergang von schwimmend zu geklebt verlegten Bodenbelägen vor.
Die Autoren
Dr. Norbert Arnold ist Leiter Technische Sortimentsentwicklung bei Uzin Utz und Vorsitzender der Technischen Kommission Bauklebstoffe (TKB).
Dr. Thomas Brokamp ist Leiter VP Fastening bei Bona und Leiter des TKB-Arbeitskreises Untergrundfeuchte.
Werner Schwerdt ist Leiter Handel Bau bei Sika Deutschland und Vorstandsmitglied der Gemeinschaft Emissionskontrollierte Verlegewerkstoffe (GEV). aus FussbodenTechnik 02/22 (Wirtschaft)