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Versuchsreihe Kleberbettung und Fußbodenheizung

Warmup und Sopro Bauchemie untersuchen Effizienz in Bezug auf Mörtelbettdicken

Fußbodenheizungen sind heutzutage im Neubaubereich üblicher Standard. Einen besonders guten Wirkungsgrad entfalten Fußbodenheizungen dann, wenn diese in Kombination mit einem Naturstein- oder Keramikbelag verbaut werden. Dies vor dem Hintergrund, als sowohl Naturstein als auch Keramik eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Sie sind diesbezüglich viel effizienter und wirtschaftlicher als viele andere Bodenbelagsarten.

Wenig Berücksichtigung im Rahmen der Verlegung von Naturstein und Keramik findet im Zusammenhang mit Fußbodenheizungen bisher die Thematik der Kleberbettung. Daher wollten es die Firmen Warmup seitens der Heiztechnik und Sopro seitens der Bauchemie einmal genauer wissen. Wirkt sich die Ausführung der Kleberbettung auf die Effizienz der Fußbodenheizung aus?  Und wenn ja, in welcher Form?  Welche Rückschlüsse auf die Praxis lassen sich hieraus ziehen?

Vorbereitetes Heizelement mit verklebten Fühlern

Umfangreiche Versuche

In einer umfangreichen Versuchsreihe wurden in den Laborräumen von Warmup in Wildeshausen unterschiedliche Versuchsaufbauten hergestellt. Die Rahmenbedingungen wurden immer gleich gehalten. Auf einem mit Wärmedämmung ausgestatteten Untergrund wurde das elektrische Heizsystem 2SPM1 verklebt und mit der zementären Fließspachtelmasse Sopro FS 15® plus 550 millimetergenau eingegossen. Darauf folgte die Verklebung einer Glasplatte jeweils unter Verwendung von Sopro’s No.1 schnell Flexkleber 404, unter Anwendung unterschiedlichster Bettungstechniken. Im Wesentlichen bestand die Unterscheidung in der Anwendung des kombinierten Buttering-Floating-Verfahrens einerseits und andererseits der ausschließlichen Anwendung des Floating-Verfahrens. Zudem wurde die Dicke der Kleberbettung variiert, mit 3 mm und 6 mm.

Verklebte Platten mit Fühlern auf der Glasplatte.

Eingangsthese

Grundsätzlich galt zu Beginn der Versuche die These, dass sich – in Abhängigkeit der sich aus der Bettungstechnik ergebenden Hohlräume – messbar unterschiedliche Oberflächentemperaturen einstellen würden. Dies vor dem Hintergrund, dass die die Hohlräume füllende Luft wärmedämmend wirken müsste. Diese Annahme galt es zu überprüfen.

Schon gewusst? Es ist sinnvoll elektrische Fußbodenheizungssysteme im Bodenbereich mit einer Fließspachtelmasse einzugießen. Dies vor dem Hintergrund, das beim Einspachteln mittels Fliesenkleber ein deutlich höheres Risiko besteht, den Heizleiter mit dem verwendeten Werkzeug unbeabsichtigt zu beschädigen. Gut geeignet ist z. B. die selbstnivellierende Fließspachtelmasse Sopro FS 15® plus 550, welche sich zudem durch die Wärmeleitfähigkeit von 1,1 W/mK auszeichnet.

Die Anwendung des Floating-Verfahrens umfasste unter anderem den Auftrag im Fließbett, das Erzielen einer 50%igen und einer 65%igen Rückseitenbenetzung der Verlegeware, wie auch das Arbeiten mit einer Mittelbettzahnung. Beim Arbeiten im Kombinierten Verfahren erfolgte der Kleberauftrag auf dem Untergrund jeweils mit gleichartiger Zahnung. Der Rückseitenauftrag auf der Verlegeware war allerdings unterschiedlich: Einmal wurde nur mit einer Kratzspachtelung gearbeitet, bei den anderen Anwendungen erfolgte der Kleberauftrag mit Zahnung, einmal parallel, einmal im Kreuzgang, einmal ungerichtet. Insgesamt ergaben sich so 8 unterschiedliche Testflächen, davon 6 mit einer Mörtelbettdicke im zusammengedrückten Zustand von ca. 3 mm und 2 mit einer Mörtelbettdicke von ca. 6 mm.

Alle Testflächen waren mit Wärmefühlern auf zwei unterschiedlichen Ebenen ausgestattet, so dass exakt zu erkennen war, in welcher Form und Geschwindigkeit die Wärmeweiterleitung stattfand.

Auf der unteren Ebene wurden jeweils unmittelbar über dem Heizleiter auf der Spachtelschicht, sowie mittig zwischen der Schlaufe eines Heizleiters Fühler angeordnet. Auf der oberen Ebene erfolgte die Anordnung der Fühler deckungsgleich.

Die Ansteuerung aller Heizkreise erfolgte anfangs mit gleichem Energieeinsatz

Versuchsverlauf

Das Heizsystem 2 SPM1 wurde mit dem Fußbodenthermostat 3IE von Warmup so gesteuert, dass es bei einer Kerntemperatur von 40°C selbst abschaltet, um eine Schädigung des Heizleiters zu verhindern. In der Folge erreichten fast alle Verlegevarianten eine Oberflächentemperatur von 33-34°C. Diese Temperatur ist in Realität etwas zu hoch. Die DIN EN 1264 begrenzt die maximale Oberflächentemperatur für Aufenthaltszonen aus physiologischen Aspekten heraus auf 29°C, sieht lediglich Ausnahmen für Badbereiche (max. 33°C) und Randzonen (max. 35°C) vor. Nichts desto trotz war die hohe Kerntemperatur bewusst gewählt, um deutlichere Ausschläge zu provozieren.

Tatsächlich waren die Unterschiede bei den im 3 mm dicken Dünnbett verlegten Platten so marginal, dass die Auswirkungen von Messungenauigkeiten diese überwogen haben. Tendenziell entstand jedoch der Eindruck, dass die im Kombinierten Verfahren verlegten Platten einen effizienteren Energieübertrag zuließen. Dies entspricht natürlich der Logik, dass bei der Anwendung des kombinierten Verfahrens, eine bessere Mörtelbettung erzielt wird und daher nicht so viele Lufträume im Kleberbett vorhanden sind. Luft ist bekanntlich im Gegensatz zum Zementmörtel ein deutlich schlechterer Wärmeleiter. Bei den im Versuch vorliegenden, dünnen Kleberbettdicken zeigten sich diese Auswirkung aber als vernachlässigbar gering. Unter dem Aspekt der Energieeffizienz ist dies natürlich erfreulich. Die Eingangsthese konnte diesbezüglich so doch nicht verifiziert werden

Temperaturverlauf 3 mm Kleberbettung (Dünnbett)

Zur Erläuterung: Ab etwa 361 Minuten zeichnen sich bei einigen Mustern wellenförmige Kurvenverläufe ab. Dies ist durch das Einsetzen der Temperaturregelung und das anschließende Aussetzen der Energiezufuhr bedingt.

Es gab allerdings eine Ausnahme, die es in sich hatte. Im Versuch befanden sich auch zwei Modelle mit einer etwas höheren Mörteldicke von 6 mm. Diese kennzeichneten die Anwendung einer Mittelbettkelle einerseits und die parallelen Aufzahnung des Klebers auf Plattenrückseite und Untergrund andererseits. Speziell bei letzterem lagen umfangreiche Hohlräume vor, in Form von ausgeprägten, länglichen Luftkanälen, da hier die Kleberstege unmittelbar aufeinander lagen und nicht zusammengeschoben waren. Hier zeigte sich eine auffallend deutliche Differenz in der Oberflächentemperatur. Diese fiel im Endzustand um ca. 3-4°C geringer aus, als das vollsatt verlegte, mit Mittelbettzahnung hergestellte Modell, welches kaum Hohlräume aufwies. Bei letzterem konnten im Heizverhalten keine nennenswerten Abweichungen zu den im Dünnbett hergestellten Modellen ausgemacht werden.

Zu beachten ist hier auch der Aspekt des Komforts: So konnte z. B. die Oberflächentemperatur von 25°C bei dem Modell mit der vollflächigen Mittelbettbettung etwa 50 Minuten schneller erreicht werden als beim Modell mit den Kleberstegen. Das Erreichen der 30°C-Marke erfolgte sogar erst mit einer Verzögerung von über 2 Stunden! Für den Nutzer stellt das zügigere Erreichen der Temperatur natürlich einen deutlichen Mehrwert dar.

Temperaturverlauf 6 mm Kleberbettung (Mittelbett)

Zur Erläuterung: Ab etwa 340 Minuten zeichnen sich beim Muster der vollflächigen Verlegung ein wellenförmigen Kurvenverlauf ab. Auch hier ist das Erreichen der maximalen Temperatur und das folgende Einsetzen der Temperaturregelung verantwortlich.

Fazit:

Im Fazit ist festzuhalten, dass bei sehr geringen Mörtelbettdicken von lediglich 2-3 mm in Bezug auf die Energieeffizienz und den Heizkomfort keine nennenswerten Unterschiede aus der Bettungstechnik entstehen. Aber schon bei etwas höheren Mörtelschichten von 6 mm hat die vollflächige Bettung maßgeblichen Einfluss auf die Effizienz und den Komfort einer Fußbodenheizung. Alleine schon aus diesem Aspekt heraus sollte sie bei beheizten Konstruktionen immer angestrebt werden – ganz unabhängig von den Notwendigkeiten, welche sich z. B. aus Aspekten der Anhaftung ergeben können. Tatsächlich amortisiert sich schon aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten der Mehrverbrauch an Fliesenkleber im Zug der Nutzung sehr schnell, wenn in die Beheizung einer Konstruktion weniger Energie investiert werden muss.

Autoren: Laars Krüger, Warmup Plc und Thomas-Ken Ziegler, Sopro Bauchemie

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