Fußbodenheizung

Eine Fußbodenheizung wärmt einen Raum über seinen Boden. Heiße Gase eines Feuers oder warmes Wasser ziehen durch einen Hohlraum, Kanäle oder Rohre unter dem Boden, der sich auf ganzer Fläche erwärmt und seine Wärme sanft und gleichmäßig abgibt. Beheizte Böden erscheinen im 4. und 3. Jahrhundert v. Chr. in griechischen Bädern auf Sizilien und in Häusern in Korea; heutige Anlagen pumpen warmes Wasser durch Rohre im Boden.

Was es ist

Eine Fußbodenheizung legt die Wärmequelle unter den Boden, statt eines offenen Herdes oder eines Ofens im Raum. Der Boden selbst wird zu einer großen, mäßig warmen Fläche. Er wärmt die Füße und die Luft gleich darüber, und er wärmt Menschen und Gegenstände im Raum durch Strahlung, ohne heiße Stellen und ohne Rauch im Inneren.

Es gibt drei Hauptformen. Beim römischen Hypokaustum steht der Boden auf Pfeilern über einem Hohlraum, und heiße Gase aus einem Ofen außerhalb des Raums strömen durch diesen Raum und in Zügen in den Wänden nach oben. Beim koreanischen Ondol zieht der Rauch eines Feuers, das an einer Seite des Raums brennt, durch Kanäle unter einem Boden aus flachen Steinen und entweicht durch einen Schornstein auf der anderen Seite. Bei heutigen Warmwasseranlagen erwärmt ein Kessel oder eine Wärmepumpe Wasser, das eine Pumpe durch Rohrschleifen im Boden und wieder zurück treibt.

Wie es funktioniert

Beim Ondol zieht der Rauch des Feuers unter dem Steinboden von der Feuerstelle zum Schornstein auf der anderen Seite.

Ein Feuer erhitzt die Luft darüber, und heiße Gase steigen auf und strömen zu einem Ausgang. Unter einem Hypokaustenboden verteilen sie sich im Hohlraum zwischen den Pfeilern, streichen an der Unterseite der Bodenplatten entlang und erwärmen sie und entweichen dann durch hohle Tonkacheln in den Wänden, die auch die Wände wärmen. Vitruv verlangt, den Unterboden vom Ofen aus ansteigen zu lassen, sodass eine hineingeworfene Kugel zur Ofenöffnung zurückrollen würde: Das Gefälle hilft Flamme und heißen Gasen, das hintere Ende des Raums zu erreichen.

Das Ondol nutzt denselben Zug auf einem engeren Weg. Das Feuer brennt in einer Feuerstelle tiefer als der Raum, und die Gase ziehen durch Kanäle unter schweren Steinen, die Wärme speichern und sie weiter abgeben, wenn das Feuer heruntergebrannt ist. In beiden Systemen gleicht dickes Mauerwerk die Wärme aus, doch der Boden nahe dem Feuer bleibt der wärmste.

Ein Warmwasserboden trägt die Wärme mit Wasser statt mit Rauch. Das Wasser wird in einem Kessel oder einer Wärmepumpe erwärmt und durch lange, dicht verlegte Rohrschleifen in einem Estrich oder einer Betonplatte gepumpt, von einem Verteiler aus und wieder zurück. Eine Dämmschicht unter den Rohren lenkt die Wärme in den Raum statt in den Untergrund. In einem vom US-Energieministerium untersuchten Haus lagen die Rohre auf Hartschaum über der Betonplatte, bedeckt von einem gegossenen Gipsestrich unter Fliesenböden.

So geht’s

Warmes Wasser, das durch eine Schlauchschleife unter einer Fliese fließt, wärmt die ganze Fliese, und die Dämmung darunter hält die Wärme.

Ein kleiner Versuch zeigt, wie warmes Wasser einen Boden heizt. Man braucht eine glasierte Bodenfliese aus Keramik von etwa 30 Zentimetern Seitenlänge, eine etwas größere Hartschaumplatte aus Polystyrol, zwei Meter durchsichtigen Aquarienschlauch, einen kleinen Kunststofftrichter, zwei Krüge und ein Küchenthermometer.

Legen Sie den Schlauch im Zickzack auf das Polystyrol, die Bögen etwa vier Zentimeter auseinander, lassen Sie beide Enden über den Rand hinausragen und halten Sie ihn mit Klebestreifen fest. Legen Sie die Fliese darauf. Stecken Sie den Trichter in ein Schlauchende und führen Sie das andere in einen Krug, der tiefer steht als die Platte. Lassen Sie warmes Leitungswasser in den anderen Krug laufen und prüfen Sie es mit dem Thermometer: Es darf nicht wärmer als 40 °C sein. Gießen Sie es langsam in den Trichter und halten Sie den Fluss einige Minuten in Gang. Legen Sie die Hand flach auf die Fliese, zuerst dort, wo das Wasser eintritt, dann am anderen Ende: Sie wird zuerst nahe dem Trichter warm, dann auf der ganzen Fläche. Wiederholen Sie den Versuch mit der Fliese auf einem kalten Stein oder einem Metalltablett statt auf Polystyrol und vergleichen Sie, wie warm sie wird.

Geschichte und Entwicklung

Beheizte Böden tauchen in der griechischen Welt im 4. und 3. Jahrhundert v. Chr. auf. Gilbert-Charles Picard datiert das Prinzip bei den Griechen spätestens in den Beginn des 4. Jahrhunderts v. Chr., mit Kanälen unter einem Teil des Raums. In Gela auf Sizilien, in Bädern, die nach der Neugründung der Stadt durch Timoleon entstanden und mit ihr 282 v. Chr. zerstört wurden, brannte das Feuer in einer kleinen Kammer mit zwei Gängen, deren Mauern den Boden eines darüberliegenden Raums trugen. In Fregellae in Latium besaßen Bäder des frühen 2. Jahrhunderts v. Chr. bereits ein voll ausgebildetes Hypokaustum mit Ofen und auf Pfeilern ruhenden Böden. In Pompeji entstand der beheizte Badetrakt der Stabianer Thermen erst in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts. Römische Autoren schrieben Gaius Sergius Orata, der zu Beginn des 1. Jahrhunderts v. Chr. auch Austernbänke bei Baiae anlegte, die Einführung solcher schwebenden Böden in Italien zu. Vitruv gibt um 25 v. Chr. die Anleitung: ein zum Ofen geneigter Unterboden aus Platten, Pfeiler aus achtzölligen Ziegeln, in mit Haaren vermischtem Lehm gesetzt, und darüber zwei Fuß große Platten, die den Boden tragen.

In Nordostasien führte man den Rauch auf andere Weise unter die Böden. Kim Jae Youn findet Ondols in der Krounovka-Kultur in Primorje, im Nordosten Koreas und in der Mandschurei. Die koreanische Denkmalbehörde datiert frühe Ondols an Fundorten zwischen dem 3. Jahrhundert v. Chr. und dem 1. Jahrhundert n. Chr. Im Süden Koreas, an den Fundorten Bangiri und Neukdo, fanden sich L- und U-förmige Ondols aus Steinplatten auf dem Hausboden, und Kim führt ihr Auftreten auf Einflüsse der Krounovka-Kultur zurück. Beim späteren koreanischen Ondol speist ein Ofen, der Agungi, Züge unter dem Raum, die mit dünnen, flachen Steinen, den Gudeul, abgedeckt sind.

Ein moderner Warmwasserboden: Rohre mit warmem Wasser im Estrich, darunter Dämmung, die die Wärme nach oben lenkt.

Die Heizung mit heißem Wasser kam viel später. 1831 ließ Angier March Perkins, ein in London tätiger amerikanischer Ingenieur, ein geschlossenes System patentieren, in dem Wasser, eingeschlossen in einer Schleife aus engem, etwa zollstarkem Schmiedeeisenrohr, von einem Ofen erhitzt wurde und unter Druck umlief. Die hohen Drücke beunruhigten die Versicherer, die zeitweise den Schutz entzogen, und er führte ein sichereres System mit mittlerem Druck ein. In den Vereinigten Staaten verlegte Frank Lloyd Wright Rohrschleifen im Sand unter der Betonbodenplatte des 1937 fertiggestellten Jacobs House in Madison, Wisconsin, und nannte das Ergebnis „gravity heat“. Die Rohre wurden zuerst mit Dampf gefüllt; später sah Wright Wasser vor. Heutige Anlagen folgen derselben Idee mit Rohrschleifen auf einer Dämmung, bedeckt von Estrich.