Heizungs-ABC: Heizlast berechnen (2) – Rechenverfahren

Im ersten Heizungs-ABC-Beitrag zur Heizlast ging es zunächst darum, den technischen Begriff zu erklären und seine Bedeutung als Kennwert zur Dimensionierung einer Heizung zu verstehen. Wir haben dort bereits geschrieben, dass es mehrere Rechenverfahren gibt, mit denen ihr die Heizlast berechnen könnt. Diese Rechenwege wollen wir euch heute näher vorstellen.

Heizlast berechnen nach der Norm DIN EN 12831

Grundlagenwissen zur Norm-Heizlast

Die europäische Norm DIN EN 12831“Heizungsanlagen in Gebäuden – Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast“ legt ein für Europa einheitliches Berechnungsverfahren fest, um die sogenannte Norm-Heizlast (Formelzeichen _HL, gesprochen: „Phi HL“) zu ermitteln. Die Norm-Heizlast wird dabei als die Wärmezufuhr verstanden, die unter Norm-Auslegungsbedingungen nötig ist, um eine vereinbarte Norm-Innentemperatur zu erzielen. Die genormte Rechenvorschrift richtet sich insbesondere an diejenigen, die Heizungsanlagen dimensionieren, darunter Planer, Heizungsbauer und Heizungsbetreiber.

Nach der DIN EN 12831, so ist es in der Freien Enzyklopädie Wikipedia zu lesen, beruhe die Berechnung der Norm-Heizlast zur Heizungs-Dimensionierung

• entweder auf einer raum- oder raumzonenweisen Basis, um einzelne Heizflächen auszulegen,
• oder auf Basis des gesamten Gebäudes / der gesamten Heizungsanlage zur Auslegung des Wärmeerzeugers.

Die einzelnen Werteparameter und Faktoren fürs Berechnen der Norm-Heizlast stehen in den so genannten Anhängen der DIN EN 12831 wie Beiblatt 1. Der Anhang D enthalte demnach auf nationaler Ebene bestimmbare Faktoren sowie Standardwerte, wenn keine nationalen verfügbar seien. Wichtig: Laut der Wiki fielen Heizungen, die gemäß der DIN EN 12831 von 2003 dimensioniert würden, zu groß aus. Deshalb habe es 2008 eine neue Ausgabe des nationalen Beiblatts mit konkreten Werten für Norm-Außentemperaturen inklusive einer Zuordnung zu windstarken Gegenden für über 500 Orte in Deutschland gegeben. Rechne man mit deren Werten, käme man der Wikipedia zufolge auf Ergebnisse, die nahe denen der alten deutschen Norm DIN 4701 lägen. Für Berlin wird beispielsweise die Norm-Außentemperatur minus 14 Grad Celsius (°C) genannt, für Stuttgart minus 12 °C.

Die eingangs bereits erwähnten Norm–Auslegungsbedingungen gelten demnach für Standardgebäude,

• deren Raumhöhe maximal fünf Meter betrage
• für die anzunehmen sei, dass sie bei Norm-Bedingungen beheizt würden.

Die Heizlast des Gebäudes summiert sich wie in Teil 1 zur Heizlast herausgestellt aus sämtlichen

• Transmissionswärmeverlusten (Formelzeichen _T, gesprochen: „Phi T“)
• Lüftungswärmeverlusten (Formelzeichen _V, gesprochen: „Phi V“)
• und der Wiederaufheizleistung der einzelnen Räume, die auf eine bestimmte Norm-Außentemperatur (tiefste Temperatur einer Kälteperiode, die sich zehnmal innert zwanzig Jahren während eines Zeitraums von wenigstens zwei aufeinander folgenden Tagen hielt) und eine vereinbarte Norm-Innentemperatur (abhängig von der Art der Raumnutzung) bezogen wird (Formelzeichen _RH, gesprochen: „Phi RH“).

Die Heizung muss demzufolge so ausgelegt werden, dass sie in der Lage ist, bei der Norm-Außentemperatur die vereinbarte Innentemperatur im Raum zu erzielen.

Genormte Heizlast berechnen

Es ist in der Praxis gängig, die Heizlast für einzelne Räume oder Raumzonen zu berechnen, also ?_HL,i (gesprochen: „Phi HL für einen beheizten Raum i“). Die Summe der Heizlast der einzelnen Räume /Raumzonen ergibt dann die Heizlast des gesamten Gebäudes. Ihr kommt so auf die Zahl und die Leistung einzelner Heizkörper und könnt den Wärmeerzeuger entsprechend dimensionieren.

Zur Berechnung der „raumweisen Heizlast“ nehmt ihr folgende Formel:

_HL,i = (_T,i + _V,i) + _RH,i

Norm-Transmissionswärmeverluste berechnen

Für die Formel braucht ihr den Norm-Transmissionswärmeverlust _T für einen beheizten Raum (i), also _T,i. Der wiederum ergibt sich aus der Formel:

_T,i = (H_T,ie + H_T,iue + H_T,ig + H_T,ij) x (_int,i – _e)

Dabei sind gemäß DIN EN 12831:

H_T,ie: der sogenannte Transmissionswärmeverlustkoeffizient zwischen beheiztem Raum (i) und äußerer Umgebung (e) durch die Gebäudehülle angegeben in der Einheit Watt pro Kelvin [W/K]

H_T,iue: der sogenannte Transmissionswärmeverlustkoeffizient vom beheizten Raum (i) an die äußere Umgebung (e) durch den unbeheizten Raum (u) angegeben in W/K

H_T,ig: der sogenannt stationäre Transmissionswärmeverlustkoeffizient des Erdreichs vom beheizten Raum (i) an das Erdreich (g) angegeben in W/K

H_T,ij: der sogenannte Transmissionswärmeverlustkoeffizient eines beheizten Raumes (i)

• an einen benachbarten beheizten Raum (j) innerhalb einer Gebäudeeinheit
• oder einen beheizten Raum einer angrenzenden Gebäudeeinheit,

der infolge kontrollierten Heizens ein abweichendes Temperaturniveau hat, angegeben W/K

_int,i: die sogenannte Norm-Innentemperatur ? (Theta) des beheizten Raumes (i) angegeben in °C

_e: die sogenannte Norm-Außentemperatur ? (Theta) angegeben in °C

Norm-Lüftungswärmeverluste berechnen

Als Nächstes braucht ihr den Normlüftungswärmeverlust ?_V,i zur Berechnung der raumweisen Heizlast. Ihn errechnet ihr so:

_V,I = H_V,I x (_int,I – _e)

Dabei sind gemäß DIN EN 12831:

H_V,i: der sogenannte Norm-Lüftungswärmeverlustkoeffizient angegeben in W/K

_int,i: siehe oben

_e: siehe oben

Wiederaufheizleistung berechnen

Es fehlt euch noch die extra Aufheizleistung für den beheizten Raum ?_RH,i, um die raumweise Heizlast zu berechnen. Nach einer vereinfachten Methode ergibt sie sich aus der Formel:

_RH,i = A_i mal f_RH

Dabei sind gemäß DIN EN 12831:

A_i: die Fußbodenfläche des beheizten Raumes (i) in Quadratmetern [m²]

f_RH: der sogenannte Korrekturfaktor in Abhängigkeit der Aufheizzeit und der angenommenen Absenkung der Raumtemperatur während der Absenkperiode in Watt pro Quadratmeter (W/m²)

Kritische Betrachtung der Norm-Heizlast-Berechnung

In der Wiki wird diese Berechnung der Norm-Heizlast kritisiert, weil sie Effekte wie

• innere und solare Gewinne (Energieeinträge durch Sonne, Mensch, Geräte),
• ausgleichende Speicherwirkung von Bauteilen
• sowie Nutzungseinflüsse, darunter die Gleichzeitigkeit von Normauslegungstemperatur (meist nachts) und Absenkbetrieb, mittlere statistische Abwesenheit einiger Bewohner in großen Wohneinheiten und nur teilweise normgerechte Beheizung und Lüftung aller Räume

unberücksichtigt lasse und eine Überdimensionierung die Folge sein könne.

Gemäß der DIN EN 12831 werde zur Berechnung der Norm-Heizlast der „worst case“ angenommen. Das könne bei optimal gedämmten Gebäuden mit Niedrigenergie- oder Passivhausstandard, deren aktivierte Speichermasse sich zusätzlich dämpfend auf Temperaturschwankungen auswirke, oft zu überdimensionierter und unausgelasteter Heiztechnik führen.

Alternative Wege zum Heizlast berechnen

Nun lässt sich die Heizlast nicht nur wie oben vorab ermitteln, um darauf basierend die Heizung zu dimensionieren, sondern auch anhand des Energieverbrauchs des Gebäudes über eine längere Zeitspanne hinweg.

Statistisch die Heizlast berechnen

Nach Jagnow/Wolff sei das Heizlast berechnen ganz einfach: Aus dem Energieverbrauch einzelner Monate werde, so schreibt die Wiki, eine durchschnittliche Leistung für jeden Monat in Kilowatt (kW) ermittelt.

Das Verfahren sei demnach unabhängig von Klimaschwankungen und es ließen sich damit außerdem die sogenannte Heizgrenze (in Deutschland nach DIN 4108 T6 und VDI 2067: 15 °C) und der Warmwasserleistungsbedarf eines Gebäudes berechnen. Das Ergebnis sei abhängig von den Nutzungsgewohnheiten, wobei man die jedoch bei größeren Gebäuden mit mehreren Nutzern statistisch mitteln könne.

Die Durchschnittsleistung werde gegen die Durchschnittstemperatur des Monats in ein Diagramm eingetragen. So ergebe sich eine Punktwolke, durch die sich eine sogenannte Näherungsgerade ziehen lasse. Der abzulesende Wert dieser so genannten Regressionsgeraden bei der Normauslegungstemperatur (beispielsweise minus 10°C) sei der Wikipedia zufolge die Norm-Heizlast.

Wichtig: Beachten müsse man dabei, dass die Normheizlast auf dem Heizwärmebedarf basiere, während die Heizlast nach Jagnow/Wolff  anhand des Heizenergiebedarfs berechnet werde. Der statistisch ermittelte Wert sei demnach in Abhängigkeit vom Nutzungsgrad des Wärmeerzeugers höher als die Normheizlast.

Eine “Schweizerische” Art zum Heizlast berechnen

Das Schweizer Bundesamt für Energie schlage laut der Wiki zum Heizlast berechnen nach Weiersmüller vor und komme damit für Wohnbauten mit Kesselleistungen, die kleiner als 100 kW sind, auf gute Ergebnisse. Die Berechnung der Heizlast erfolge aus dem Jahresverbrauch und einer sogenannten abgeschätzten Jahresheizzeit. In einem Rechenbeispiel sehe das das Hezlast berechnen dann so aus:

Ein Wohnhaus habe einen jährlichen Verbrauch von 90.000 kWh für Heizung und Warmwasser. Für das Schweizer Mittelland liege diese Zeit bei ungefähr 3.000 Stunden (h). Die benötigte Kesselleistung betrage demnach: 90.000 kWh/3.000 h = 30 kW.

Folgende Umrechnung werde dabei zugrunde gelegt: Ein Liter Heizöl entspreche etwa einem Kubikmeter (m³) Gas beziehungsweise etwa 10 kWh = sogenanntes Heizöläquivalent.

Wichtig: Komme die Berechnungsweise in Deutschland zur Anwendung, werde anstelle der Jahresheizzeit die Anzahl der Kessel-Volllaststunden verwendet. Je nach energetischem Standard (Altbau, sanierter Altbau, Neubau) und Standort würden von Kesselherstellern für Wohngebäude zwischen 1.600 und 2.100 Volllaststunden genannt.

Was passiert, wenn die Heizlast nicht oder falsch berechnet wurde?

Es klang oben bereits an, dass eine falsch berechnete Heizlast zu Fehldimensionierungen, insbesondere Überdimensionierungen, der Wärmeerzeuger / Heizung führen könne. Die schon benannten Wolff/Jagnow haben für Deutschland Untersuchungen angestellt und dabei herausgefunden,  dass die Heizkessel  hierzulande 1,8 Mal größer dimensioniert wurden als nötig, steht bei Wikipedia.

Das gehe mit höheren Anschaffungskosten und größeren Effizienzeinbußen und damit höheren Betriebskosten einher. Zu nennen seien demnach auch,

• dass die Umwälzpumpen zu groß ausfielen und zu viel Energie verbrauchen würden
• dass moderne Brennwertkessel nicht im optimalen Arbeitspunkt gefahren würden.
• dass von Energieversorgungsunternehmen  oft ein Grundpreis auf Basis der Heizlast oder Leistung des Wärmeerzeugers berechnet werde. Das bedeutet, dass ihr bei falscher Heizlastangabe oder falscher Dimensionierung für die nicht benötigte Leistung bezahlen würdet.

Grafik: Doreen Brumme