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Wärme und thermische Behaglichkeit bei Menschen

Wir verbringen im Alltag bis zu 90 Prozent des Tages in geschlossenen Räumen – sei es zum Wohnen, zum Arbeiten oder auch in der Freizeit. Gerade deshalb müssen Architektur und Gebäudetechnik alle Stücke spielen. Wärme und Behaglichkeit sind so individuell wie jeder einzelne Mensch, denn jeder spürt sie anders. Empfindet der eine den Raum als angenehm und behaglich, ist dem anderen noch zu kühl oder bereits zu warm. 

Um dieses komplexe Thema etwas besser zu verstehen, blicken wir etwas tiefer in die Thematik. 

Was ist Wärme?

Wärme gibt an, wie viel thermische Energie von einem Körper auf einen anderen übertragen wird. Kommen sich zwei Körper mit unterschiedlicher Temperatur nahe bzw. in Kontakt, überträgt stets jener Körper mit der höheren Temperatur, diese zum Körper mit der niedrigeren Temperatur. Diese übertragene Energie ist die Wärme. Die Einheit für Energie ist ein Joule (1 J).

Wie wird thermische Behaglichkeit definiert?

Die thermische Behaglichkeit beschreibt, wie wohl sich ein Mensch in einem Raum fühlt. 

Was bedeutet eigentlich Behaglichkeit?

Wer mit der Temperatur, der Feuchte und Luftbewegung im Raum zufrieden ist fühlt sich wohl – also thermisch behaglich. Natürlich beeinflusst der Mensch durch seine Kleidung und seine Aktivität die Behaglichkeit ebenfalls. 

Für den menschlichen Körper ist es wichtig, dass er genauso viel Wärme abgeben kann, wie er selbst erzeugt: Der Körper muss die Wärme nach allen Seiten hin gleichmäßig abgeben. Dann fühlt er sich wohl.

Welche Faktoren beeinflussen die thermische Behaglichkeit des Menschen?

Einflussfaktoren des Raumes

4.1. Temperatur der Raumluft
4.2. Temperatur der Oberflächen
4.3. Verteilung der Lufttemperatur
4.4. Luftbewegung
4.5. Luftfeuchte
4.6. Bekleidung der Menschen
4.7. Aktivitäten der Menschen

4.1. Temperatur der Raumluft

Nach DIN EN ISO 7730 sind Raumtemperaturen von 20 bis 24 °C erlaubt. Am behaglichsten gelten jedoch 22 °C. Sind die Temperaturen im Raum unter 20 °C wird es unbehaglich. 

Verglichen mit Konvektionsheizungen, wie Heizköper, kann die Raumlufttemperatur bei Flächenheizsysteme dank Strahlungswärme um bis zu 2 °C abgesenkt werden. Trotzdem fühlen wir uns im Raum wohl. 

Werden während der heißen Sommermonate die Räume gekühlt, fühlt sich der Mensch bei einer Flächenkühlung durch den Strahlungsaustausch bereits bei ca. 26 °C behaglich. Im Vergleich dazu: Wer mit einer Klimaanlage kühlt, muss den Raum auf etwa 23 °C runterkühlen, um dasselbe Wohlbefinden zu erreichen.

Extreme Temperaturunterschiede innerhalb des Raumes bringen den Wärmehaushalt des Menschen aus dem Gleichgewicht. Die Folge: Wir fühlen uns unbehaglich. Starke Temperaturdifferenzen entstehen beispielsweise durch große kalte Fensterflächen oder schlecht isolierte Außenwände. Auch ein Heizkörper kann als unangenehm empfunden werden, da er einseitig hohe Wärme abstrahlt.

4.2. Temperatur der Oberflächen

Die Oberflächentemperatur aller Raumflächen beeinflusst stark, ob wir uns wohlfühlen oder nicht. Flächenheizungen übertragen die Wärme und Kühle über die Wand, den Boden und die Decke und geben sie als Strahlungswärme bzw. -kühle an den Raum ab. So wird der Raum gleichmäßig warm oder kühl. Wer die Flächenheizung bzw. – kühlung in WandBoden und/oder Decke installiert, erreicht eine optimale Mischung aus Raumluft- und Flächentemperatur. 

Die Oberflächentemperaturen bei Flächenheizungen betragen zwischen 24 und 34 °C. Aufgrund der Strahlungswärme kann die Raumtemperatur bei diesen Heizsystemen, verglichen zu Heizkörpern und anderen Konvektionsheizungen, geringer gewählt werden.

Übrigens: Strahlungswärme wird vom Menschen genauso angenehm empfunden wie Sonnenwärme.

4.3. Verteilung der Lufttemperatur

Für eine angenehm behagliche Raumlufttemperatur ist eine gleichmäßige Temperaturverteilung wichtig. Besonders der Temperaturunterschied der Luft zwischen den Füßen und dem Kopf darf maximal 1 °C betragen. Die Lufttemperatur in 10 cm Höhe über dem Fußboden sollte nicht geringer als 21 °C sein. 

Bei beispielsweise Heizkörpern steigt die warme Luft auf, kühlt ab und fällt als kalte Luft wieder am Boden ab. Die Temperaturdifferenz beträgt etwa 5 °C, der Mensch fühlt sich unbehaglich.

Eine Flächenheizung arbeitet mit Strahlungswärme: Die Wärmestrahlen breiten sich im rechten Winkel zur Fläche aus. Treffen die Wellen auf einen festen Körper – auf Einrichtungsgegenstände, auf den Fußboden oder auf einen menschlichen Körper – werden sie in Wärme umgewandelt. Die festen Körper geben die aufgenommene Energie wieder als Wärme an den Raum ab.

4.4. Luftbewegung

Die Geschwindigkeit der Luft beeinflusst wesentlich, ob wir uns im Raum wohlfühlen oder nicht. Während dem Menschen Luftbewegungen im Freien kaum stört, können diese in geschlossenen Räumen rasch als störend empfunden werden. Denn: Strömt kühle Luft aus einer Richtung, wird sie als unangenehm wahrgenommen. Vor allem bei Klimaanlagen im Sommer ist dies besonders stark zu spüren. Dasselbe gilt für schlecht isolierte Glasflächen im Winter. Übersteigt die Luftgeschwindigkeit in einem Raum 0,3 m/s spricht man von Zugluft. 

Durch den Strahlungsaustausch gibt es bei Flächenheizungen und -kühlungen nahezu keine Luftbewegung. 

In der Nähe von großen Fensterflächen gibt es oft unerwünschte und unbehagliche Luftbewegungen, den sogenannten Kaltluftabfall: Sind die Außentemperaturen tiefer als die Raumtemperaturen kühlt die Luft an der Grenzschicht zwischen Raum und Glas ab und beginnt zu sinken. Um diesen Kaltluftabfall vorzubeugen, muss der Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) der Fenster so gering wie möglich gehalten werden (≤ 0,9 W/m²K) oder/und mit thermischen Elementen entgegengewirkt werden. Zum Beispiel mit Bodenkanalheizungen, Fußbodenheizungen bis in die Randzonen oder gut geplante Wand- bzw. Deckenheizungen. 

4.5. Luftfeuchte

Die Luftfeuchte ist der in der Luft enthaltene Wasserdampf. Neben der Temperatur beeinflusst die Luftfeuchte unser Wohlbefinden wesentlich. Sprechen wir darüber, wie wohl wir uns in einem Raum fühlen bzw. über dessen Luftfeuchte, dann reden wir über die relative Feuchte – sie wird in Prozent angegeben und der Wert sollte zwischen 40-60 % liegen. Wird dieser unterschritten, können die Augen und Schleimhäute austrocknen. Übersteigt die relative Luftfeuchte die 60 % Marke, ist dies ebenso unbehaglich. 

Luft hat die physikalische Eigenschaft, dass sie bei hohen Temperaturen mehr Wasser aufnehmen kann als bei tiefer. 

4.6. Bekleidung von Menschen

Natürlich wird die Behaglichkeit auch wesentlich durch die Art der Bekleidung beeinflusst. Wer sich in einem zu kühlen Raum befindet, muss sich zusätzliche Kleidung überziehen. In einem zu warmen Raum wird man sich eher leicht bekleidet aufhalten. 

4.7. Körperliche Arbeit

Neben der Bekleidung, beeinflussen wir unser Wohlbefinden auch dadurch, ob wir uns im Raum bewegen oder ruhig vorm PC oder Fernseher sitzen. Wer sich bewegt, hat eine größere körperliche Wärmeabgabe als ein ruhender Mensch.

Behaglichkeit entsteht nicht allein durch eine bestimmte Lufttemperatur. Ebenso wichtig ist die Temperatur aller den Raum umhüllenden Flächen.
Die Variotherm Wandheizung gibt nach allen Seiten gleichmäßig warme Strahlungswärme ab.

Wie kann die thermische Behaglichkeit berechnet werden?

Damit das Wohlbefinden von Personen in Innenräumen in etwa vorausgesagt werden kann, wurden die „Komfort-Werte“ PMV und PPD eingeführt.

PMV steht für „Predicted Mean Vote“ und bedeutet die erwartete durchschnittliche Empfindung. Es ist ein Wert, der den Grad der Behaglichkeit oder Unbehaglichkeit beschreibt. 

PPD steht für „Predicted Percentag of Dissatisfied“ und gibt den Prozentsatz der erwarteten unzufriedenen Personen an.

Der PMV-Index gibt an, wie eine größere Personengruppe das Wohlbefinden in einem Raum im Durchschnitt subjektiv bewertet – wobei die einzelnen Personen die gleiche Kleidung tragen und derselben Aktivität nachgehen. 

Der PMV-Index lässt sich auch mit Geräten messen und mit modernen Computeranwendungen berechnen. Er ist dimensionslos zwischen -3 und +3 und steht in direktem Bezug zum PPD-Index.

Wie lautet die Norm für die thermische Behaglichkeit?

Die thermische Behaglichkeit wird nach der europäischen Norm EN ISO 7730 bestimmt.