Heizkörper

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Heizkörper als Ausstellungsstück am Museum für angewandte Kunst (Wien)
Rippenheizkörper aus Grauguss, Exemplar aus den 1920er Jahren

Heizkörper sind Teile von Heizungsanlagen in Gebäuden. Die meist aus Stahl gefertigten Hohlkörper werden auch als Radiatoren, Konvektoren oder Heizleisten bezeichnet und geben als Wärmetauscher einen Teil der vom Heizmedium (meist Wasser, in Elektroradiatoren Öl) transportierten thermischen Energie an die Umgebung ab, um die Raumtemperatur zu erhöhen. Die Wärmeabgabe geschieht überwiegend über natürliche Konvektion sowie in sehr unterschiedlichem Maß auch über Wärmestrahlung.

Erfunden wurde der Heizkörper von dem in Preußen geborenen russischen Geschäftsmann Franz San-Galli im Jahre 1855.[1][2]

Bauformen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Rippenheizkörper[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beispiele für Rippenheizrohre in einem Katalog der Centralheizungswerke AG von 1913

Rippenheizkörper sind Heizkörper aus Grauguss und waren die ersten Bauformen. Sie hatten eine geringere Oberfläche als moderne Plattenheizkörper mit Konvektionsblechen, eine hohe Eigenmasse und waren sehr korrosionsbeständig. Die einzelnen Rippen wurden durch innenliegende Nippel verschraubt, so dass der Heizkörper in der gewünschten Größe zusammengestellt werden konnte. Als erstes und letztes Element wurden mitunter auch Rippen mit angegossenen Füßen verwendet, um den Heizkörpers auf dem Fußboden aufstellen zu können, da eine Wandmontage aufgrund des hohen Gewichts nur schwer möglich war. Um die Jahrhundertwende und im Jugendstil waren auch Rippen mit ornamentalem Relief üblich.

Porzellanheizkörper[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Während der Zeit des Nationalsozialismus wurden Radiatoren aus Porzellan angeboten, um der Rüstungsindustrie kein Eisen zu entziehen. In der DDR wurde die Idee aufgegriffen. Ab etwa Mitte der 1950er Jahre wurden Porzellanheizkörper in 4er- und 5er-Rippenblöcken gefertigt und durch Flansche oder Spindeln zusammengefügt. Seltener gab es auch 3er- und 6er-Blöcke. Der Einsatz erfolgte überwiegend in öffentlichen Gebäuden wie Krankenhäusern, Internaten usw., vereinzelt auch im Wohnungsbau. Verschiedene Betriebe fertigten auch fahrbare elektrische Radiatorheizkörper aus den Porzellanblöcken. Ab Anfang der 1960er Jahre wurde die Herstellung eingestellt.

Gliederheizkörper[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für Gliederheizkörper werden mehrere Elemente aus Stahlblech zusammengeschweißt. So lassen sich einfach unterschiedlichste Längen produzieren.

Plattenheizkörper[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Plattenheizkörper aus Stahlblech

Kennzeichnend für die seit den 1960er Jahren gängigste Bauform, den Plattenheizkörper oder Flachheizkörpern, ist die gerippte Konstruktion aus kaltverformten und rollgeschweißten Stahlblechen. Durch Luftleitbleche bzw. -lamellen werden große Oberflächen erzielt. Die so hergestellten Heizkörper werden lackiert oder pulverbeschichtet.

Plattenheizkörper sind in verschiedensten Ausführungen (Art der Anschlüsse, Länge, Breite) und auch Farben erhältlich und nach der Montage sofort einsatzfähig. Ihre Konstruktion wurde im Laufe der Jahrzehnte ständig optimiert. Durch die Verlegung der Konvektionsbleche auf die heißen Wasserkanäle, sowie vorrangig durch Vergrößerung der Konvektionsflächen konnte die Heizleistung im Laufe der Entwicklung gesteigert werden. So haben heutige Flachheizkörper etwa eine wesentlich höhere Materialeffizienz als z. B. ältere Rippenheizkörper und funktionieren wegen der deutlichen Vergrößerung der Konvektionsflächen bereits bei niedrigen Vorlauftemperaturen. Erreicht wird dies durch mehrlagige Wassertaschen und im Konvektionsstrom stehende, gefaltete Bleche. Durch reduzierte Wärmeträgermedienvolumina lassen sich schnelleren Reaktionszeiten gegenüber externen Wärmegewinnen oder -verlusten realisieren. Damit können Niedrigtemperatur-Heizkörper schon mit 55 °C warmen Wasser für Wärme im Haus sorgen, während ältere Heizkörper für die gleiche Heizleistung bei gleichem Einbauraum teilweise noch bis zu 90 °C warmes Wasser brauchen.

Plattenheizkörper werden in verschiedene zweistellige Typennummern (z. B. Typ 11, Typ 21, Typ 22, Typ 33) unterschieden. Die erste Ziffer gibt die Anzahl der Platten an, die zweite Ziffer die Anzahl der Konvektionsbleche.[3]

Niedertemperatur-Konvektoren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Moderne Brennwertkessel arbeiten umso effizienter, je tiefer die Rücklauftemperatur des Heizkreislaufs liegt. Wärmepumpen können nur mit niedriger Vorlauftemperatur effizient betrieben werden. Um trotz niedriger Systemtemperatur eine ausreichende Wärmeabgabe der Heizkörper zu erreichen, müssen diese größer dimensioniert werden.

Wenn wie bei Heizlüftern Gebläse eingesetzt werden, um die Wärmeabgabe durch erzwungene Konvektion zu erhöhen, kann die Größe der Heizkörper stark reduziert werden. Diese können dann auch bei beengten Raumverhältnissen eingesetzt werden.

Erhältlich sind:[4]

  • Gebläseleisten, die nachträglich auf vorhandene Konvektoren aufgesetzt werden.
  • Standardkonvektoren mit werkseitig angebrachtem Gebläse. Diese werden Ventilatorkonvektoren, Lüfterkonvektoren oder Gebläsekonvektoren genannt.
  • Heizregister, die in eine vorhandene Lüftungsanlage integriert und z. B. Lüftungskonvektoren genannt werden.

Der zusätzliche Stromverbrauch liegt meist sehr niedrig. Von Nachteil können gegebenenfalls Geräusche, Vibrationen und die Staubverwirbelung durch die Lüfter sein. Die Verbrauchserfassung mit Heizkostenverteilern ist in der Regel nicht möglich, da die Wärmeleistung variiert. Stattdessen müssen Wärmemengenzähler verwendet werden.

Sonderformen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Handtuchheizkörper aus Stahlrohr

Daneben werden vermehrt auch Röhrenheizkörper aus Stahlrohr eingesetzt; speziell im Sanitärbereich wird diese Bauform aus praktischen (Handtuchtrockner) und ästhetischen Gründen bevorzugt.

Weitere Sonderformen stellen Fußboden- und Wandheizungen sowie Deckenstrahlplatten dar. Hier dienen die Oberflächen der mit Heizschleifen oder elektrischen Heizdrähten versehenen Wände, Fußböden oder Deckenplatten als großflächige Heizkörper. Eine weitere Sonderform stellen Hygieneheizkörper dar, welche besonders leicht zu reinigen sind und z. B. in Kliniken oder in Lebensmittelproduktionen eingesetzt werden.

Wärmeverteilung im Raum[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die vom Heizkörper ausgehende Wärmestrahlung erhöht die Behaglichkeit. Jede Fläche mit erhöhter Temperatur, von der eine Wärmestrahlung ausgeht, erwärmt auch die angrenzende Luftschicht. Die erwärmte Luft steigt nach oben, kalte Luft strömt von unten nach, es bildet sich ein Konvektionsstrom aus.

Die Wärmeübertragung zwischen Heizkörper und Raum geschieht darum in der Regel zugleich nach dem Prinzip von Konvektionsheizung und Strahlungsheizung. Nur ein isoliert aufgestellter Heizkörper würde den Raum alleine durch einen warmen Luftstrom, also durch Konvektion, erwärmen können.

Die abgestrahlte Wärmemenge steigt etwa in vierter Potenz der Temperatur. D. h. bei Verdoppelung der Oberflächentemperatur des Heizkörpers erhöht sich die abgestrahlte Wärmeenergie um das Sechzehnfache. Eine kleine Fläche sehr hoher Temperatur (wie ein heißer Ofen, ein offenes Feuer, eine elektrische Strahlungsheizung oder ein dampfbetriebener Heizkörper) kann somit eine ebenso hohe Strahlungsleistung bewirken, wie eine mit niedrigen Temperaturen betriebene Fußboden- oder Wandheizung.

Große, nicht durchgehend beheizte Räume wie Kirchen und Werkhallen werden ebenso wie Außenräume durch Heizrohre, -platten oder -pilze beheizt, die elektrisch oder durch Gasbefeuerung auf eine hohe Temperatur gebracht werden.

In modernen, hochgedämmten Neubauten spielt die Art der Energiezufuhr einer weniger große Rolle, da sich innerhalb der wärmegedämmten Gebäudehülle eine relativ ausgeglichene Temperatur zwischen der Raumluft einerseits und Fußboden, Decke und Wänden andererseits einstellt. Durch eine kontrollierte Wohnungslüftung wird kontinuierlich Luft zugeführt, deren Temperatur leicht unter der Raumtemperatur liegt, wodurch sich eine optimale (Temperatur-)Behaglichkeit einstellt.

Bei schlecht gedämmten Altbauten ist demgegenüber ein möglichst hoher Strahlungsanteil der notwendigen Heizleistung erwünscht. Zum Ausgleich der niedrigen Oberflächentemperaturen derjenigen Wände, Decken und Fußböden, die die Außenhülle des Gebäudes bilden, muss das Heizsystem andernfalls eine entsprechend große Menge Warmluft erzeugen, was für Gesundheit und Behaglichkeit abträglich sein kann. In früherer Zeit stellten Kachelöfen und offene Feuerstellen Strahlungsquellen dar, welche sowohl die im Raum befindlichen Menschen als auch die Wandoberflächen erwärmten. Zugleich sorgte der Kaminzug im Zusammenspiel mit undichten Fenster und Türen im Winter für eine stete Zufuhr von kalter Frischluft.

In der Nachkriegszeit wurde die beständige Frischluftzufuhr durch Rückbau der Kamine und Verwendung dichter Fenster und Türen reduziert. Insbesondere, seit nach der Energiekrise vermehrt leistungsstarke Konvektoren verwendet wurden, die mit niedrigen Vorlauftemperaturen betrieben werden, erfolgt die Erwärmung der Räume weniger über Wärmestrahlung, als vielmehr über die Aufheizung der Raumluft. Verfügen die Außenwände über keine Wärmedämmung, so stellt sich im Winter ein größerer Temperaturunterschied zwischen erwärmter Raumluft und kalter Außenwandfläche ein. Dies hat verschiedene Nachteile:

  • Die warme Raumluft kann größere Mengen Feuchtigkeit aufnehmen, die an der kalten Außenwand kondensieren. Größere Mengen Kondensat können zur Schimmelbildung führen, insbesondere hinter Möbeln, Vorhängen und anderen verdeckt liegenden Stellen der Außenwand, die stärker abkühlen als der Rest der Wand. Die Auffeuchtung der Außenwand verringert deren Dämmwert, wodurch die Oberflächentemperatur weiter absinkt.[5]
  • Um trotz der kalten Außenwandflächen die gleiche Behaglichkeit zu erreichen, muss die Raumluft über 20 °C hinaus erwärmt werden. Es wird angenommen, dass die warme, trockene Raumluft zu gesundheitlichen Problemen führt, da die Schleimhäute austrocknen und mehr Staub transportiert wird, als in kühlerer, feuchter Luft.[6]
  • Mit der erhöhten Temperaturdifferenz gegenüber der Außenwand erhöhen sich die Lüftungswärmeverluste. Liegt die Raumlufttemperatur 1 ° höher, so muss durchschnittlich 5 % mehr Heizenergie eingesetzt werden.[7]

Wärmeverteilung im Heizkörper[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In Anlehnung an den englischen Begriff für Heizkörper ("radiator") werden gusseiserne sowie Röhrenheizkörper auch im Deutschen oft als Radiatoren bezeichnet, obwohl die Abstrahlung ("Radiation") bei den heute üblichen Temperaturen im Heizkreis gering ist. Heizkörper mit Wärme- bzw. Luftleitblechen werden als Konvektoren bezeichnet. Die Luftleitbleche geben die Wärme des Heizkörpers an die von unten nach oben hindurchströmende Raumluft ab.

Heizkörper sollten nicht verstellt, verkleidet oder durch Vorhänge verdeckt werden, damit die Luft frei zirkulieren kann und möglichst viel Strahlungswärme den Raum erreicht. Konvektoren, die aus mehreren Platten bestehen, geben mehr Strahlungswärme ab, wenn das warme, einströmende Wasser zunächst in die vordere, zum Raum gerichtete Platte und danach erst in die hinteren Platten geleitet wird. (Dies ist 2018 jedoch erst bei einigen speziellen Ausführungen der Fall.[8]) Heizkörper, die vor verglasten Fassaden aufgestellt werden, müssen zum Glas hin mit einer Verkleidung versehen werden, die verhindert, dass zu viel Wärmeenergie nach außen hin abgestrahlt wird. Auch kommt es vor, dass Wärmeschutzglas reißt, wenn bei kalten Außentemperaturen durch die lokale Erwärmung Spannungen im Glas entstehen.

Am Thermostatventil ist die Temperatur des Heizkörpers am höchsten. Die Wärmeenergie wird durch Wärmestrahlung und Konvektion an den Raum abgegeben, während sich das Trägermedium durch den Heizkörper hindurchbewegt. Zum Auslassventil hin sinkt die Temperatur des Heizmediums entsprechend ab. Das abgekühlte Medium wird über die Rücklaufleitung zum Wärmeerzeuger zurückgeführt. Wenn sich im Heizkörper eine größere Menge Luft sammelt, wird die Zirkulation behindert und der obere Bereich des Heizkörpers bleibt kalt. Die Entlüftung erfolgt über ein Entlüftungsventil, durch Lösen der Verschraubung des Thermostatventils oder durch Spülen des Heizkreislaufs.

In weitverzweigten Heizungsanlagen sollten sich die Heizkörper im unteren Bereich idealerweise ein wenig kälter anfühlen, als im oberen Bereich. Wenn ein Heizkörper oben und unten gleich warm ist, strömt mehr Wasser hindurch als nötig. Dies kann dazu führen, dass andere Heizkörper, die weiter entfernt von der Heizkreispumpe liegen, zu wenig durchströmt werden. Dann muss die Pumpenleistung erhöht werden, wodurch der Energieverbrauch steigt und Strömungsgeräusche im Kreislauf entstehen können. Besser ist es daher, über voreinstellbare Thermostatventile oder einstellbare Rücklaufverschraubungen einen hydraulischen Abgleich durchzuführen.[8] Fühlt sich ein Heizkörper nur nahe dem Thermostatventil oder im gesamten oberen Bereich wärmer an, als an der restlichen Fläche, so ist in der Regel die Strömungsgeschwindigkeit so niedrig, dass das Medium zu lange im Heizkörper verbleibt und dabei abkühlt.[9]

Fühlt sich ein Heizkörper im vorderen Bereich über die gesamte Höhe wärmer an, als im hinteren Bereich, so wurden eventuell Vor- und Rücklaufanschluss des Heizkörpers vertauscht. Das erwärmte Medium tritt im unteren Bereich des Heizkörpers ein und strömt gleich hoch zum oben gelegenen Auslass, ohne den hinteren Bereich zu erwärmen. Wird das Thermostatventil weiter geöffnet oder der Durchfluss auf eine andere Weise erhöht, so sollte sich das warme Wasser besser im Heizkörper verteilen. Dabei unter Umständen auftretende Klappergeräusche oder Schwierigkeiten bei der Einstellung einer mittleren Raumtemperatur können in manchen Fällen durch Verwendung eines speziell für diesen Anwendungsfall vorgesehenen Thermostatventils beseitigt werden.

Spätestens seit der Ölpreiskrise in den 1970er Jahren wurden Heizungsanlagen mit Regelungen versehen, welche die Vorlauftemperatur des Heizkreislaufs (und damit auch des Heizkörpers) an die Außentemperatur anpassen. Die konstant hohen Vorlauftemperaturen (oft zwischen 70 °C und 90 °C) alter Anlagen verursachten in den Übergangszeiten unnötige Wärmeverluste in Heizkessel und Verteilungsleitungen.

Reflexionsfolien, die hinter den Heizkörpern an der Innenseite der Außenwand angebracht werden, können den Heizenergieverbrauch eines 1980 nach dem damaligen Wärmedämmstandard errichteten Gebäudes um 4 % senken. Bei einem Gebäude mit durchschnittlichem k-Wert der Wand von 0,5 W/(m²·K) ergibt sich eine Einsparung von 1,6 %.[10]

Ermittlung der Heizkörpergröße[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für die Berechnung der Heizkörpergröße sind die Heizlast des Gebäudes sowie die Wärmeleistung der Heizung die wichtigsten Faktoren. Die Größe des Heizkörpers richtet sich zudem nach der Fensterbreite und der Brüstungshöhe.

Die Heizlast oder der Normwärmebedarf eines Gebäudes ist im Energieausweis des Hauses verzeichnet. Diverse bauliche Gegebenheiten beeinflussen die Berechnung der Heizlast. Einflussfaktoren sind neben der Wärmedämmung die Fläche der Außenbauteile, die Anzahl der Fugen, die Größe der Räume und der Unterschied zwischen Außen- und Innentemperatur. Demnach ist die Heizlast in einem Altbau größer als die in einem gut gedämmten Neubau.

Die Wärmeleistung des Heizkörpers bezeichnet die Gesamtwärmeleistung, die ein Heizkörper erbringen muss, um einen Raum auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen. Nach der DIN 4701 sollte die Innentemperatur 20 °C in den Räumen, 15 °C Grad im Korridor und 24 °C im Bad betragen. Der erste Schritt zur Berechnung der Wärmeleistung ist die Raumgröße. Sie wird ermittelt, indem man die Länge des Raumes mit der Breite des Raumes multipliziert. Die Raumgröße wird mit einem Grundwert wiederum multipliziert. Als Grundwert kann man 80 Watt je Quadratmeter rechnen. Bei 80 Watt geht man von einem gut gedämmten Haus/Wohnung aus. Für einen Raum mit einer Fläche von 6 m × 8 m ergibt das 3840 Watt. Man benötigt einen Heizkörper mit 3,6 kW. Bei einem schlecht oder nicht gedämmten Gebäude liegt der Richtwert bei 150 Watt je Quadratmeter Wohnungsfläche.

Heizkörperexponent[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Heizkörperexponent beschreibt den Einfluss gegenüber den Normwerten geänderter Temperaturdifferenzen eines bestimmten Heizkörpertyps auf dessen Wärmeleistung [11].

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Wiktionary: Heizkörper – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. die Familie Sangalli / San Galli
  2. Johnny Acton, Tania Adams, Matt Packer: Origin of Everyday Things. Sterling Publishing Company, Inc., 2006, ISBN 1402743025, S. 205 (Abgerufen am February 4, 2015).
  3. Heizkörper-Typen
  4. [1]
  5. Ein Feuchtigkeitsgehalt von 4 % lässt den Wärmedämmwert auf die Hälfte absinken. Siehe Heinz Albrecht Beyer: Thermische Behaglichkeit und staubarmes Raumklima - Baubiologisch sinnvolle Heizsysteme, Titel: Niedertemperaturstrahlungsheizungen, Auszug aus: Gesund leben und wohnen
  6. Heinz Albrecht Beyer: Thermische Behaglichkeit und staubarmes Raumklima - Baubiologisch sinnvolle Heizsysteme, Titel: Niedertemperaturstrahlungsheizungen, Auszug aus: Gesund leben und wohnen
  7. Peter Rauch: Behaglichkeit in geschlossenen Räumen - Wärmestrahlung und Wärmekonvektion, IB Rauch
  8. a b Dietrich Beitzke: Warum muss ein Heizkörper unten kälter als oben sein?, in: Heizungsbetrieb.de, Stand 17.1.2017, abgerufen im Juni 2018
  9. Dieser Effekt tritt auch dann ein, wenn sowohl Zu- als auch Ablauf im oberen Bereich des Heizkörpers liegen. Das Medium strömt dann quer hindurch, ohne den unteren Bereich zu erwärmen.
  10. N. König: Der Einfluß von wärmereflektierenden Folien in Heizkörpernischen auf den Heizenergieverbrauch eines Hauses, IPB Mitteilung 58, 8 (1980) Neue Forschungsergebnisse, kurz gefaßt, Fraunhofer-Institut für Bauphysik
  11. http://www.mrleeh.de/mrleeh/archives/348-Heizkoerperexponent.html