Wandheizung – bauphysikalische Besonderheiten

Sowohl bei Neubauten als auch bei Sanierungsvorhaben bzw. bei der Erneuerung von Heizungen in Altbauten werden immer häufiger Wandheizungen gewählt, da man sich von Ihnen ein angenehmes Raumklima und Energieeinsparungen verspricht.

Vorteile

  • Als größter Vorteil gegenüber herkömmlichen Konvektionsheizungen gilt, dass Wandheizungen mit deutlich niedrigeren Vorlauftemperaturen betrieben werden können, was den Einsatz von Wärmepumpen ermöglicht.
  • Die Strahlungswärme von Wandheizungen wird angenehmer als die von Fußbodenheizungen abgegebene Wärme empfunden. Dies liegt in erster Linie daran, dass der Mensch zum Einen nicht direkt mit dem wärmeabgebenden Medium in Kontakt kommt und zum Anderen die Wärme von der Seite kommend auf größere Körperpartien trifft.
  • Gegebenenfalls können Wandheizungen auch zum Kühlen verwendet werden.
  • Die Staubverwirbelung hält sich im Vergleich zu Konvektions- oder Luftheizungen in Grenzen und selbst gegenüber Fußbodenheizungen ist eine Wandheizung diesbezüglich in der Regel vorteilhafter.

Nachteile

  • Die Herstellungskosten sind vergleichsweise hoch.
  • Bauartbedingt ergeben sich Nutzungseinschränkungen. So sollten z. B. keine Möbelstücke vor beheizte Wände gestellt werden, da ansonsten die Heizleistung erheblich verringert wird.
  • Das Aufhängen von Bildern, Regalen und anderen Ausstattungsgegenständen ist problematisch, da die Gefahr besteht, beim Einschlagen von Nägeln oder dem Bohren von Dübellöchern die Heizleitungen zu beschädigen.
  • Undichtigkeiten, Verstopfungen oder Beschädigungen der im Wandaufbau befindlichen Elemente sind meistens nur mit hohem Aufwand zu beheben und können u. U. großflächige Erneuerungen mit sich bringen.
  • Eine Nachrüstung in Altbauten bedingt u. U. erhebliche Eingriffe in die vorhandene Bausubstanz.

Divergenz des Sytems

Die Reaktionszeit von Wandheizungen wird in erster Linie durch die Masse des erwärmten Wandmediums bestimmt.

Dünne Putzschichten vor und innerhalb der Installationsebene und starke Dämmungen hinter der Wandheizung gewährleisten relativ rasche Temperaturanpassungen selbst bei relativ niedrigen Betriebstemperaturen.

Starke Putze vor und innerhalb sowie massives Mauerwerk direkt hinter der Installationsebene bringen zwar eine hohe Speichermasse, führen aber zu einer hohen Trägheit des Systems.
Um dem in der Aufheizphase entgegen zu wirken, muss die Anlage mit verhältnismäßig hohen Temperaturen betrieben werden, was energetiv unvorteilhaft ist.
Bei starken Temperaturschwankungen, z. B. wenn tagsüber die Sonne durch die Fenster scheint, kann die Temperatur der aufgeheizten Wand hingegen nicht rasch genug abgesenkt werden, so dass es im Raum unangenehm warm wird.

Von daher erscheint es prinzipiell ratsam, dünne Putze vor und innnerhalb sowie wirkungsvolle Dämmungen hinter der Installationsebene vorzusehen.

Dünne Putze verlangen allerdings nach Heizungsrohren mit möglichst geringem Querschnitt, was betriebliche Nachteile mit sich bringt (geringer Wasserdurchsatz, starker Temperaturabfall auf längeren Strecken usw.).

Einen bei der Planung des Wandheizungssystems möglichst unter allen Aspekten optimalen Mittelweg zu finden, verlangt insoweit viel technisches Wissen und einschlägige Erfahrung.

Hinsichtlich der Frage, an welchen Wänden, d. h. Innen- oder Außenwänden Wandheizungen vorzugsweise installiert werden sollten, ist näher auf die Strömungsrichtungen der Raumluft einzugehen.

Im Fall von beheizten Innenwandflächen stellt sich eine Luftzirkulation wie folgt dar: Von der beheizten Wand steigt die Luft bis unter die Raumdecke auf. Unter der Raumdecke strömt sie in Richtung der kälteren Wände, d. h. in der Regel zu den Außenwänden. An diesen streicht sie nach unten und kühlt sich ab. Je kälter die Außenwand ist und je größer die Fensterflächen sind, desto stärker ist der Kaltluftabfall ausgeprägt. Die abgekühlte Luft fließt dann über den Fußboden wieder zu den beheizten Wänden zurück.
Bei beheizten Außenwänden verläuft der Kreislauf spiegelbildlich. Da die Abkühlung der Luft dabei auf den zumeist wärmeren Innenwänden stattfindet, liegt die Temperatur des Kaltluftrückstroms nicht so niedrig wie im erstgenannten Fall.
Von daher ist es prinzipiell sinnvoller, die Außenwände mit einer Wandheizung auszustatten, da sich so eine größere Behaglichkeit einstellt.

Bei der Bestückung von Außenwänden stellt sich jedoch gerade bei einem hohen Anteil von Fensterflächen häufig das Problem, dass nur wenig Außenwandfläche für die Montage einer Wandheizung zur Verfügung steht.
In einem derartigen Fall hat man prinzipiell die Möglichkeit, zusätzlich Innenwandflächen in die Wandheizung mit einzubeziehen. Abgesehen von den damit verbundenen Kosten steht dem auch entgegen, dass die Bereiche minimiert werden, in denen Möbel vor die Wände gestellt werden können.
Von daher wird zumeist angestrebt, gegebenenfalls fehlende Heizfläche über relativ hohe Oberflächentemperaturen der Wände zu kompensieren, was wiederum nur über entsprechende Vorlauf- bzw. Betriebstemperaturen zu erreichen ist. Somit werden Wandheizungen in vielen Fällen mit Temperaturen gefahren, die über denen von Fußbodenheizungen liegen. Dies führt – wie eingangs beschrieben – in der Regel zwar zu keiner Beeinträchtigung des Wohlbefindens der Raumnutzer, bringt jedoch einen Nachteil mit sich, auf den im Folgenden näher eingegangen wird.

Nun muss man wissen, dass sowohl die raumseitige Wandoberflächentemperatur als auch die Betriebstemperatur für das Maß der rückseitigen Wärmeverluste bestimmend sind.
Je höher die v. g. Temperaturen und je niedriger die Außenlufttemperatur ist, desto höher sind die potentiellen Wärmeverluste durch Transmission.

Der Transmissionswärmeverlust bei einer gegebenen Temperaturdifferenz innen-außen kann für einen Wandaufbau nach der Formel

QT = A • U • ∆T

berechnet werden.

Dabei stehen:

QT für den Transmissionswärmeverlust in W
A für die Wandfläche in m²
U für den Wärmedurchgangskoeffizient der Wand (U-Wert) in W/m²•K
∆T für die Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenbereich in K

Im Fall von Wandheizungen ist bei der Berechnung jedoch zu berücksichtigen, dass der Wärmedurchgangskoeffizient U unter besonderen Maßgaben zu ermitteln ist:
Es darf lediglich der Wandaufbau zwischen der Installationsebene, also der Wärmequelle, und der Wandaußenseite in die Berechnung einbezogen werden.
Dies bedeutet, dass mit der Berechnung gewissermaßen im Wandaufbau und nicht wie ansonsten üblich an der Wandinnenseite angesetzt werden muss.
In der Folge ist der raumseitige, innere Wärmeübergangswiderstand zwischen Raumluft und Wandoberfläche, der sogenannte Rsi-Wert, in der Berechnung nicht anzusetzen. Über diesen Rsi-Wert fließt im Regelfall der Widerstand in die Berechnung ein, der sich der Temperaturübertragung von der Innenluft auf die Wandoberfläche entgegenstellt.

Was bedeutet das in der Praxis?

Betrachten wir als Beispiel mal eine für Wohngebäude aus den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts typische Außenwand mit folgendem Aufbau:

1,5 cm Kalkinnenputz
12 cm Ziegelvollstein, Rohdichte 2.000 kg/m²
6 cm Luftschicht, ruhend, Wärmestrom horizontal
12 cm Ziegelvollstein, Rohdichte 2.000 kg/m²
2 cm Kalkaußenputz

Ausgehend von einer normalen Konvektionsheizung ergibt sich für diesen Wandaufbau nach der normierten Berechnung ein U-Wert von 1,562 W/m²•K.

Legt man hingegen eine direkt auf den Innenputz montierte Wandheizung zu Grunde, ist der Rsi-Wert nicht in die Berechnung mit einzubeziehen.
Bedingt durch das Entfallen des inneren Wärmeübergangswiderstandes verschlechtert sich der U-Wert der vorhandenen Wandkonstruktion auf 1,960 W/m²•K.

Gleichzeitig ist aber auch noch die den Wärmeverlust beeinflussende Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenbereich in Ansatz zu bringen.
Die Außentemperatur soll für das Berechnungsmodell einheitlich mit -12 °C zu Grunde gelegt werden.
Im Fall der Konvektionsheizung werden 20 °C Innentemperatur angesetzt, wonach sich eine Temperaturdifferenz ∆T von 32 K ergibt.
Für die Wandheizungsvariante wird eine mittlere Wassertemperatur von 35 °C angenommen. Die Temperaturdifferenz ∆T beträgt somit 47 K.

Danach errechnen sich folgende Transmissionswärmeverluste pro m² Wandfläche bei den vorgegebenen Temperaturdifferenzen:

QT = 49,98 W für die Konvektionsheizungsvariante
QT = 92,12 W für die Wandheizungsvariante

Gegenüber der Konvektionsheizung würde eine Wandheizung auf der Innenseite der Außenwand unter den vorangehend beschriebenen Randbedingungen etwa 84 % mehr Wärmeverlust zur Folge haben.

Um dies zu verhindern, d. h. wenigstens auf einen mit der Konvektionsheizungsvariante vergleichbaren Wärmeverlust zu kommen, müsste eine Dämmung der Außenwand vorgesehen werden.
Die Dämmung könnte prinzipiell hinter der Wandheizungs-Installationsebene angeordnet, ggf. als nachträgliche Kerndämmung eingeblasen oder als Außendämmung, z. B. in Form eines Wärmedämmverbundsystems oder einer gedämmten, hinterlüfteten Vorsatzschale, aufgebracht werden.
Da im Regelfall die Wandheizung nicht träge sein soll, empfiehlt es sich, die Dämmung vorzugsweise direkt hinter der Wandheizungsebene anzuordnen.

Um bei dem v. g. Wandaufbau zu bleiben, müsste mit der Dämmung mindestens ein U-Wert von 1,06 W/m²•K erreicht werden, um eine energetische Verschlechterung vermeiden zu können.

Hierzu einige Beispiele:

0,990 W/m²•K mit einer 20 mm starken Holzfaserdämmplatte der WLG 040
0,990 W/m²•K mit einer 30 mm starken Calciumsilikatplatte der WLG 060
0,965 W/m²•K mit einer 50 mm starken Heraklith-Platte des Typs BM (WLG 095)

Damit würde man energetisch aber nur den Status quo beibehalten können und noch keine Verbesserung erzielen.
Eine Verbesserung kann aber nach der EnEV 2014 gefordert sein. Sobald nämlich auf der Außenseite bestehender Wände Dämmschichten angebracht werden oder der Außenputz erneuert wird, gilt als Höchstwert des Wärmedurchgangskoeffizienten (Umax) 0,24 W/m²•K. Ausgenommen hiervon sind lediglich Außenwände, die unter Einhaltung energierechtlicher Vorschriften nach dem 31. Dezember 1983 errichtet oder erneuert worden sind.

Dies bedeutet, dass über die Dämmung zur Erhaltung des energetischen Status quo hinaus noch zusätzlich gedämmt werden sollte, u. U. sogar muss.
Um bei den vorherigen Dämmvarianten zu bleiben, bedeutet dies im Einzelnen die Realisierung folgender U-Werte und Gesamtdämmstärken:

0,235 W/m²•K mit 150 mm starker Dämmung aus Holzfaserdämmplatten der WLG 040
0,235 W/m²•K mit 225 mm starker Dämmung aus Calciumsilikatplatten der WLG 060
0,237 W/m²•K mit 335 mm starker Dämmung aus Heraklith-Platten des Typs BM (WLG 095)

Allen Innendämmungen ist nun aber gemein, dass der Taupunkt in der Außenwand weiter nach innen verlagert wird, was wiederum erhebliche Auswirkungen und Folgen haben kann.
So kann davon ausgegangen werden, dass bei allen drei o. g. Dämmungen Tauwassermengen ausfallen, die bauschädlich sein können.
Dem könnte nur durch den Einbau raumseitiger Dampfbremsen, u. U. sogar Dampfsperren entgegengewirkt werden.
Doch spätestens in diesem Zusammenhang stellen sich einige entscheidende Fragen:

  • An welchen Stellen fällt Tauwasser aus?
  • Ist die Tauwassermenge tolerierbar?
  • Auf welcher Ebene im Wandaufbau ist eine Dampfbremse / Dampfsperre einzuziehen?
  • Wie ist die Dampfbremse / Dampfsperre auszulegen?
  • Wie verhält sich der Wandaufbau in der Nichtheizperiode, d. h. bei Umkehrung des Diffusionsstromes?

Hierzu ist zu sagen, dass eine verlässliche Berechnung gem. DIN 4108 und DIN EN ISO 6946 zur Festlegung eines bauphysikalisch einwandfreien Wandaufbaus unter den besonderen Randbedingungen von Wandheizungen jedoch nicht möglich ist. – Dies wurde uns auf Anfrage von einem der führenden einschlägigen Software-Unternehmen bestätigt.
Der Grund hierfür liegt schlicht und ergreifend in der systemimmanenten Tatsache, dass die Innenwandoberfläche in der Heizperiode wärmer ist als die Raumluft. Rechnerisch lässt sich dies unter den normierten Randbedingungen nicht erfassen bzw. darstellen. Auch lässt es das normierte Berechnungsverfahren nicht zu, eine Wärmequelle in den Wandaufbau zu legen.
Im Fall des Einbaus von Wandheizungen sind folglich besondere bauphysikalische Analysen durchzuführen, bzw. muss auf nicht normierte methodische Berechnungsansätze zurückgegriffen werden.

Ob dies im Einzelfall immer erfolgt bzw. gelingt, ist zu bezweifeln. Insoweit besteht ein nicht zu unterschätzendes Konflikt- bzw. Bauschadenpotential.

Bauherren, die sich mit dem Gedanken tragen, eine Wandheizung einzubauen, kann somit nur dringend geraten werden, die Planung und Ausführung in professionelle und verlässliche Hände zu geben und alle Parameter akribisch abzuklären.