DIN EN 12831

Heizungsanlagen in Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik

Abkürzungen im SHK-Handwerk

Bosy-online-ABC

Die Norm-Heizlast wird für das Gebäude und die Räume durchgeführt. Alle Parameter müssen mit dem Bauherren festgelegt und schriftlich vereinbahrt werden. Außerdem geht die Berechnung davon aus, dass alle Räume nach den festgelegten Faktoren betrieben werden. Die festgelegten Temperaturen können nur bei einer gleichmäßigen Beheizung aller Räume gewährleistet werden.
Die Auslegungsheizlast dient zur Auslegung des Wärmeerzeugers bzw. der Raumheizflächen einer Heizungsanlage.
Quelle: Recknagel/Prof. Dr.-Ing. Ernst-Rudolf Schramek
Die Norm-Heizlast eines beheizten Raumes setzt sich zusammen aus:
Norm-Transmissionswärmeverluste
  •  Wärmeverluste an die äußere Umgebung
  •  Wärmeverluste durch unbeheizte Nachbarräume
  •  Wärmeverluste an das Erdreich
  •  Wärmefluss zwischen beheizten Zonen unterschiedlicher Temperatur
Norm-Lüftungswärmeverluste
  •  Wärmeverluste durch natürliche Belüftung (durch hygienisch Mindest-Luftvolumenstrom oder durch Infiltration durch die Gebäudehülle)
  •  Wärmezufuhr durch mechanische Belüftung (durch Zuluftnacherwärmung und oder durch Unterdruck-Abluftanlagen)
Wärmezufuhr für Räume mit unterbrochenem Heizbetrieb, benötig eine zusätzliche Aufheizleistung (wird eigentlich im Wohnungsbau nicht eingeplant, kann aber bei dem Einsatz einer Wärmepumpe notwendig werden.)
Die Auslegungsheizlast dient zur Auslegung des Wärmeerzeugers bzw. der Raumheizflächen einer Heizungsanlage. Sie setzt sich aus der Norm-Heizlast eines Gebäudes bzw. Raumes und der zusätzliche Aufheizleistung, die nach der DIN EN 12831 berechnet werden, zusammen. Bei der Auslegung einer Wärmepumpe können auch die Abschaltzeiten des E-Versorgers in die Berechnung eingehen.
 Die notwendigen Daten werden in den Formblättern G 1 bis G 3, V und R zusammengefasst.
Unterlagen für die Berechnung:
Lageplan mit Angaben von
  •  Himmelsrichtung
  •  Windanfall
  •  Höhe der Nachbargebäude
  •  geografische Lage zur Bestimmung der Abschirmungsklasse
Gebäudeplan Grundrisse
Geschossgrundrisse
  •  Baubemaßung
  •  Nutzungsangaben
  •  Temperaturangaben
  •  Nummerierung der Räume
Gebäudeschnitt
  • Lichte Raumhöhen
  • Geschosshöhen
  • Deckendicken
  • Höhe der Brüstungen
Baubeschreibung (Schichtenaufbau der Bauelemente, Fenster, Türen)
Normen und Regelwerke zu Heizlast
DIN EN 12831 - Beiblatt 2 - 2012-05
ZVPlan - einfach fördergerecht planen
Luftwechsel + Mindestluftwechsel
Beispiel einer Heizlastberechnung - Dipl.-Ing. Uwe Mayer / Energie-, Gebäudetechnik
Heizlast-Beispielberechnung ausführliches Verfahren

DIN EN 12831 Heizlast > vereinfachte Verfahren ohne Passwort (alt)

DIN EN 12831 Heizlast > ausführliche Verfahren (alt)
Berechnung der Norm-Heizlast nach DIN EN 12 831: Vereinfachtes Verfahren (alt) - Matthias Fischer, BK Porz
Heizlast in Altbauten (Bestandsanlagen)

Begriffe in der DIN EN 12831
Die Norm-Berechnungswerte sind grundsätzlich mit dem Bauherrn schriftlich festzulegen.
Norm-Außentemperatur Die Norm-Außentemperatur gibt die Lufttemperatur für Regionen in Deutschland an, in denen das tiefste Zweitagesmittel, das 10-mal in 20 Jahren erreicht oder unterschritten wurde und ist in der Tabelle 1 nationalen Anhang NA der DIN EN 12831 für Städte mit mehr als 20.000 Einwohnern aufgelistet. Orte, die dort nicht enthalten sind, werden mit dem Wert des nächstgelegenen in der Tabelle aufgeführten Ortes ähnlicher klimatischer Lage angesetzt. Außerdem kann zur Festlegung der Außentemperatur die Isothermenkarte (Bild 1 nationalen Anhang NA der DIN EN 12831) und die Übersicht über die Klimazonen und Jahresmittel der Außentemperatur in Deutschland (Tabelle 3 der DIN 4710). Die angegebenen Temperaturen sind Anhaltswerte, die aufgrund witterungsbedingter Gegebenheiten auch unterschritten werden können.
Bei Gebäuden mit einer hohen thermischen Zeitkonstante kann die Außentemperatur in Abhängigkeit von der Zeitkonstante nach Tabelle 2 nationalen Anhang NA der DIN EN 12831 um den Wert (ab 100 m 1 bis 4 K) korrigiert (erhöht) werden. Diese korrigierte Außentemperatur wird dann als Norm-Außentemperatur für die Berechnung der Transmissionswärmeverluste verwendet. Auch die Lüftungswärmeverluste können mit diesen Werten gerechnet werden, da bei diesen Gebäuden der Einbau einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung notwendig wird. Außerdem wird angenommen, dass bei Norm-Außentemperatur im Heizbetrieb die Gebäudeinnentemperatur innerhalb von drei Tagen um nicht mehr als 1 K absinkt.
Norm-Innentemperatur Die Norm-Innentemperaturen sind grundsätzlich mit dem Bauherrn festzulegen, da die Temperaturen in der Tablle 4 nationalen Anhang NA der DIN EN 12831nur Anhaltswerte sind und zugrundegelegt werden, wenn keine Abmachungen schriftlich bestehen.
Wärmeleitzahl - Wärmeleitfähigkeit (Lambda-Wert)
Der Lambda-Wert [W/(m . K)] dient als Vergleichswert unterschiedlicher Baustoffe (Mauerwerk, Putze, Dämmstoffe) und ist die Grundlage für die Berechnung des  R-Wertes bzw U-Wertes (alt k-Zahl). Er gibt an, wie viel Wärme in einer Stunde durch 1 m2 Fläche einer 1 m dicken Materialschicht geleitet wird. Der Temperaturunterschied der Oberflächen beträgt dabei genau K (1 °C).
Je kleiner die Wärmeleitzahl eines Stoffes ist, desto besser ist die Dämmwirkung des Materials bzw. desto weniger Wärme geht durch.
RT-Wert - Wärmedurchgangswiderstand
Der RT-Wert [(m2 . K)/W] definiert die Dämmwirkung von Materialien und Bauteilen.
Je höher der Wärmedurchgangswiderstand ist, desto geringer ist die Dämmwirkung einer Baustoffes.

U-Wert - Wärmedurchgangskoeffizient
Der U-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient  U - alte Bezeichnung > k-Wert bzw. k-Zahl) ist ein Maß [W/(m²K)] für den Wärmedurchgang durch ein Bauteil. Mit dem U-Wert wird die Leistung pro eines Bauteils angebeben, die auf einer Seite benötigt wird, um eine Temperaturdifferenz von 1 Kelvin aufrecht zu erhalten.

Der Wärmedurchgangskoeffizient U ist der Kehrwert vom Wärmedurchgangswiderstand RT [(K·m²)/W]

Je kleiner der U-Wert ist, desto weniger Wärme wird durch ein Bauteil geleitet.

Der U-Wert beschreibt aber nur die Wärmeleitung im stationären Fall. Instationäre Vorgänge (Wärme- und Feuchtetransport), Speicherung oder Wärmestrahlung werden dabei nicht berücksichtigt.

Für die Heizlastberechnung nach DIN 12831 wird der U-Wert für mehrschichtige Bauteile notwendig. Dazu werden die Summe der einzelnen Wärmedurchlasswiderstände R1
ermittelt.

R1 = d1 / l1

R- Wärmedurchlasswiderstand der Schicht 1 [m²K/W]
d1 - Dicke der Schicht 1 [m]
l- Wärmeleitzahl der Schicht 1 (= spezifische Wärmeleitfähigkeit) [W/mK]

Rges = Rsi + R1 + R2 + ... + Rn + Rsa

Rges - gesamter Wärmedurchgangswiderstand [m²K/W]
R1 .2... - Wärmedurchgangswiderstand einer Schicht [m²K/W]
Rsi - innerer Wärmeübergangswiderstand [m²K/W]
Rsa - äußerer Wärmeübergangswiderstand [m²K/W]
Die Werte Rsi und Rsa beschreiben die Übergangsbedingungen an den Bauteiloberflächen und sind in Tabellen für verschiedene BauteilkonsteIIationen angegeben (z. B. senkrechte Außenwand - Rsa = 0,04 m²K/W, senkrechte Innenwand - Rsa = 0,13 m²K/W, ).

U-Wert > U = 1 / Rges

Der U-Wert gilt eigentlich nur bei stationären Bedingungen (die Außen- und Innentemperaturen ändern sich nicht). Bei veränderlichen Bedingungen (z. B. Temperaturänderungen, Feuchtigkeit, Windgeschwindigkeit) beeinflussen die Speicherfähigkeit das Verhalten des Bauteils. Deswegen streiten die Experten immer wieder über die Gültigkeit des U-Werts. Die Speichermasse des Bauteils hat aber nur sehr wenig Einfluss.
Luft hat eine sehr gute Dämmwirkung, was aber nur bei einer wirklich stehenden Luftschicht (z. B. eingeschlossene Luft in Dämmstoffen) gilt. In unbelüfteten Luftschichten bildet sich eine Konvektion (Luftströmung), die einen Ausgleich zwischen warm und kalt verursacht. Je breiter die Luftschicht, desto größer ist die Ausgleichsströmung.
Die Luftschicht in einer hinterlüfteteten Außenwand und die äußere Bauteilschicht wird bei der Berechnung des U-Wertes nicht mitgerechnet.
Richtwerte bei senkrechten Luftschichten (unbelüftet): 5 mm Luftschicht - Wärmewiderstand RL 0,12 m²K/W, 10 mm Luftschicht - Wärmewiderstand RL 0,15 m²K/W, 40 mm bis 200 mm Luftschicht - Wärmewiderstand RL 0,18 m²K/W.
Die Berechnung bei gemischten Schichten (z. B. Holzständer- und Dachkonstruktionen mit eingelegter Dämmung) ist nicht einfach. Hier wird meistens mit mittleren Wärmeleitzahlen gerechnet. Wenn für jeden Flächenanteil der dazugehörige U-Wert berechnet wird, ist dies ein verhältnismäßig hoher Aufwand, der meistens keinen Genauigkeitsvorteil ergibt.

Berechnung von U-Werten - Tobias Mayer


Relevanten Größen für den U-Wert
Quelle: Passivhaus Institut

U-Wert - Fenster
Der U-Wert Uw (window) (alt: kF [Fenster-k-Wert]) eines Fensters wird durch die Bestandteile Verglasung, Rahmen und Randverbund beeinflusst. Für die Bestimmung gibt es die DIN EN 10077. Die Werte nach dieser Norm haben sich als realistisch herausgestellt - durch die Norm werden auch Wärmebrücken durch den Abstandhalter der Isolierverglasung berücksichtigt.
In die Berechnung des Fenster-U-Wertes Uw nach DIN EN 10077 gehen ein

  • der Verglasungs-U-Wert Ug und die Fläche der Verglasung Ag
  • der U-Wert des Rahmens Ur und die Projektionsfläche des Rahmens Af
  • der Wärmebrückenverlustkoeffizient am Glasrand Psig (der im wesentlichen durch den Randverbund bestimmt wird) und die Länge lg des Glasrandes
  • dazu kommt der Wärmebrückenverlustkoeffizient durch den Einbau des Fensters in der Außenwand PsiEin und die Länge lEin des Einbaurandes.

Um sich nicht über die Eigenschaften des Fensters zu täuschen, ist es entscheidend, alle oben genannten Wärmeverluste zu berücksichtigen. Dies erfolgt nach der Formel

Gerade die Wärmebrücke am Rand der Verglasung spielt eine große Rolle; wenn man sie vernachlässigt, sind die Ergebnisse viel zu optimistisch.
Quelle: Fenster U-Wert - © Passivhaus Institut - Dr. Wolfgang Feist

Tabelle - Fenster Uw-Werte– WERU GmbH


Wärmebrücken
In Altbauten wurde auf die Bedeutung bzw. Vermeidung von Wärmebrücken (fälschlicherweise auch Kältebrücken genannt) nicht besonders geachtet. An diesen Stellen in den Bauteilen an einem Gebäude kann die Wärme aufgrund der  höheren Wärmeleitfähigkeit gegenüber der umgebenen Bauteile Wärme schneller nach außen abfließen.
Man unterscheidet zwischen zwei verschieden Wärmebrückenarten.
Durch die Geometrie eines Gebäudes ergeben sich geometrische Wärmebrücken. Dabi stehen z. B. der Innenfläche eines Bauteils eine größere Außenfläche gegenüber, über die Wärme abgegeben wird. Diese  Wärmebrücken können z. B. Außenwandecken, Wand- und Deckenabschlüsse oder Wandvorsprüngen sein.
Bauteile mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit,  die gedämmten Außenwände durchdringen (z. B. Balkone) werden konstruktive Wärmebrücken genannt
Wärmebrücken können die Bausubstanz gefährden, führen zu einem hohen Energieverbrauch und haben einen Einfluss auf die Behaglichkeit. Der  Grund liegt in der niedrige Oberflächentemperatur an der Stelle der Innenwand  mit einer Wärmebrücke. Außerdem kann sich an diesen kalten Flächen durch Kondensation der Raumluftfeuchte Schwitzwasser bilden, was zu  Schimmelbildung führen kann.
Auslegungsheizlast
Die Auslegungsheizlast dient zur Auslegung des Wärmeerzeugers bzw. der Raumheizflächen einer Heizungsanlage. Sie setzt sich aus der Norm-Heizlast eines Gebäudes bzw. Raumes und der zusätzliche Aufheizleistung, die nach der DIN EN 12831 berechnet werden, zusammen. Bei der Auslegung einer Wärmepumpe können auch die Abschaltzeiten des E-Versorgers in die Berechnung eingehen.
Die Auslegungsheizlast wird nach dieser Formel berechnet
Die Norm-Berechnungswerte sind grundsätzlich mit dem Bauherrn schriftlich festzulegen.
Wiederaufheizlast - Zusatzaufheizleistung
Die Normheizlast ist "nur" für den "normalen" Heizbetrieb (ständige und gleichmäßige Beheizung aller in der Berechnung vorgesehenen beheizten Räume) ausgegelegt. Die DIN EN 12831 sieht aber für den "unterbrochenem Heizbetrieb" (abgesenkter Betriebes ["Nachtabsenkung"] bzw. Nachtabschaltung) eine "Zusatzaufheizleistung" vor. Meistens wird bei der Heizlastberechnung diese Aufheizleistung nicht berücksichtigt, weil dadurch die Leistung des Wärmererzeugers und die Raumheizlasten und entsprechend die Heizflächen für den "normalen Betrieb" zu groß ausgelegt werden und sich die Wärmeabgabe der Heizflächen evtl. als Fremdwärme bemerkbar machen. Da aber zunehmend die Heizung für das gesamte Gebäude oder einige Räume zeitweise abgesenkt oder sogar total abgeschaltet werden, wird die Zusatzaufheizleistung wieder aktuell.
Für die Berechnung der Zusatzaufheizleistung müssen die Absenkzeiten und Absenktemperaturen mit dem Bauherrn ausführlich vereinbart werden. Der Zuschlag kann auch Raumweise festgelegt werden. Die zusätzliche Aufheizleistung in der DIN EN 12831 2008-07 berücksichtigt
  • in welcher Zeit die normale Raumtemperatur wieder erreicht werden soll
  • die Temperaturabsenkung während der Absenkphase
  • den Luftwechsel (n = 0,1 h-1 oder 0,5 h-1)
  • die Gebäudemasse
Die Einteilung der Gebäudemasse
l - leichte Gebäudemasse  (abgehängte Decken und aufgeständerte Böden, Wände in Leichtbauweise)
s - mittelschwere/schwere Gebäudemasse  (Betondecken und –böden in Verbindung mit Mauerwerk oder Betonwänden)
Die Ermittlung des Wiederaufheizfaktors fRH aufgrund des Nutzungsprofils erfolgt entsprechend den Tabellen 12 und 13. Im Fall fRH = 0 ist die vorhandene Heizleistung ausreichend. Bei den grau hinterlegten Werten wird eine vorgegebene Stütztemperatur von 15 °C erreicht. Zwischenwerte sind linear zu interpolieren.
Das Verfahren mit dem Nutzungsprofil ist nur möglich, wenn folgenden Voraussetzungen zutreffen
  • das Gebäude hat ein höheres Wärmeschutzniveau aufweist (mindestens nach Wärmeschutzverordnung 1995)
  • die mittlere Raumhöhe liegt unter 3,5 m
  • der Außenluftwechsel während der Aufheizphase ist geringfügig (= 0,3 h-1)
  • die minimal zulässige Temperatur in der Absenkphase (Stütztemperatur) beträgt 15 °C
Bei abweichenden Randbedingungen (z. B. niedriges Wärmeschutzniveau bei Altbauten) muss in jedem Fall eine Ermittlung des Wiederaufheizfaktors in Abhängigkeit des Innentemperaturabfalls erfolgen. Dabei ist gegebenenfalls eine überschlägige Ermittlung des Innentemperaturabfalls auf der Basis der DIN EN 832 angegebenen Beziehungen notwendig.
Die Ermittlung des Wiederaufheizfaktors fRH aufgrund des Innentemperaturabfalls erfolgt entsprechend den Tabellen 14 und 15. Zwischenwerte sind linear zu interpolieren. Ist der Innentemperaturabfall nicht bekannt, kann er überschlägig auf der Basis der DIN EN 832 ermittelt werden.
Infiltration Exfiltration
Ein Teil der Norm-Heizlast der Räume beinhaltet Lüftungswärmeverluste durch die natürliche Lüftung bzw. ventilatorgestützte Lüftungsanlagen.
Natürlich belüftete Räume
Die Lüftungswärmeverluste für natürlich belüftete Räume wird folgendermaßen berechnet:

Bei der Berechnung der Norm-Heizlast eines Gebäudes wird der gleichzeitig wirksame Lüftungswärmeanteil bei der Bestimmung des anzurechnenden infiltrierten Luftvolumenstroms und somit auch für die Lüftungswärmeverluste pauschal mit 0,5 angesetzt. Sonderfälle (z. B. Hallen oder Gebäude mit nur einem Raum) kann dieser Wert auch mit 1 bzw. nach einem dem konkreten Fall angepasstem Wert gesetzt werden.
Bei der Bestimmung des anzurechnenden Mindestluftvolumenstroms wird die Summe der raumweise ermittelten Werte und somit auch die Lüftungswärmeverluste halbiert. Dies entspricht einem Außenluftwechsel von nmin,Geb = 0,25 h-1 bezogen auf das gesamte Gebäude.
Mechanisch belüftete Räume
Die Ermittlung der Lüftungswärmeverluste für Räume mit ventilatorgestützten Lüftungsanlagen wird folgendermaßen berechnet:

In dem Wert sind die Anteile aus mechanischem Abluftvolumenstromüberschuss von außen und Überströmung aus Nachbarräumen enthalten.

Der Luftvolumenstrom, der durch Undichtheiten an Fenstern und der Gebäudehülle entsteht, wird über die Begriffe Infiltration (Eindringen kalter Außenluft) und  Exfiltration (Entweichen warmer Innenraumluft) definiert. Auch in anderen Fachbereichen werden die Begriffe "Infiltration" und "Exfiltration" verwendet, so z. B. in der Wassertechnik bei dem Einsickern von Oberflächen- bzw. Flusswasser in das Grundwasser und in der Abwassertechnik bei dem Einsickern von Oberflächenwasser in das Kanalsytem oder Entweichen von Abwasser in das Oberflächenwasser. Aber auch Leckluftvolumenströme durch Undichtigkeiten aus Luftleitungen einer lüftungstechnischen Anlage können einer Infiltration in die Räume führen.
Vor der Kanalnetzberechnung muss der notwendige Luftvolumenstrom ermittelt werden. Dieser richtet sich nach der Art der Anlage (Außenluft/Fortluft-, Umluft-, Abluftanlage) bzw. danach, welche Aufgaben die Anlage (z. B. Lüften, Heizen, Kühlen) erfüllen soll. Immer wieder kann man feststellen, dass eine lüftungstechnische Anlage ausschließlich über den/die Luftwechsel bzw. Luftrate, ja teilweise sogar nur über den Mindestluftwechsel ausgelegt wird. Dadurch sind zwar die Anforderungen der Hygiene erfüllt, aber alle anderen Möglichkeiten einer Lüftungsanlage sind dann nicht mehr machbar. Außerdem kann es vorkommen, dass durch die Infiltration oder Exfiltration die notwendigen Luftmengen nicht mehr passen oder für die einzelnen Räume nicht ausreichend sind. Auch kann durch eine zu geringe Luftmenge die Luftführung in den Räumen unzureichend sein.
Berechnung des Luftvolumenstroms durch Undichtigkeiten (Infiltration) nach DIN EN 832
Der Windanfall am Haus und der Auftrieb im Gebäude führen durch die auftretenden Druckdifferenzen zu einer Durchströmung von Fugen in der Gebäudehülle. In der Regel werden die unteren Geschosse durch Infiltration belastet und die oberen Geschosse bzw. Dachbereich mit Exfiltration. Eine Infiltration von außen nach innen führt zu einem erhöhten Heizwärmebedarf und zu Zugerscheinungen durch kalte Luft. Dabei bleiben die Bauteile normalerweise trocken.
Bei einer Durchströmung von innen nach außen (Exfiltration) kann es zu Bauschäden kommen. Warme, feuchte Luft kondensiert an den kalten Stellen im Bauteil, wodurch Feuchteschäden (Frostschäden, Schimmelpilzbildung) auftreten können.
Die Dichtheit eines Gebäudes mit dem Blower-Door-Messverfahren nach der DIN 13 829 - 2001-02 (Verfahren A - Gebäude im Nutzungszustand oder Verfahren B - Prüfung der Gebäudehülle) festgestellt.
Schwachpunkte und mögliche Undichtigkeiten - Luftdichte Gebäudehülle
Quelle: Hessische Energiespar-Aktion
Durch Undichtigkeiten in der Gebäudehülle können erhebliche Wärmeverluste und Feuchteschäden auftreten. So können durch undichten Bauausführungen mit Heizwärmeverluste zwischen 5 und 50 kWh/m2 Wohnfläche pro Jahr gerechnet werden.
Empfehlungen zur Sicherstellung einer Gebäudedichtheit:
  •  Dichtungskonzept aufstellen, mit einer genauen Festlegung der
    Dichtungsebenen und Materialien
  •  Durchdringungen in der Gebäudehülle gering halten, vorhandene Wand- und Deckendurchführen luftdicht ausführen
  •  Anschlüsse von flächigen Folien (z. B. Dachdämmung) sind besonders zu prüfen und "abzunehmen“
  •  Durchführen einer Blower-Door-Messung mit evtl. erforderlichen Nachbesserungen
 
.
Berechnung des Luftvolumenstromes durch Undichtheiten (Infiltration) nach DIN-EN 832 (14.01.03)

Mit der DIN EN 12831 Beiblatt 2 - 2012-05 - Heizungsanlagen in Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast - Vereinfachtes Verfahren zur Ermittlung der Gebäude-Heizlast und der Wärmeerzeugerleistung - kann die Heizlast von Gebäuden im Bestand, z. B. für einen Kesseltausch, näherungsweise ermittelt werden.
Die einfache Ermittlung der Heizlast der einzelnen Räume müssen nach dem gültigen ausführlichen Verfahren (Beiblatt 1) berechnet werden.

Inhaltsverzeichnis des Beiblatts 2 der DIN EN 12831
1 Allgemeines
2 Verweisungen
3 Begriffe, Symbole und Abkürzungen
4 Darstellung der Verfahren
4.1 Allgemeines
4.2 Hüllflächenverfahren
4.3 Verbrauchsverfahren
4.3.1 Lastgangmessung
4.3.3 Auswertung der monatlichen Verbrauchsdaten

4.3.4 Vereinfachtes Verfahren mittels Jahresendenergieverbrauch
4.3.5 Vereinfachte Bestimmung der Wärmeerzeugerleistung für Heizung und Trinkwassererwärmung

- Anhang A (informativ) Vereinfachte Bestimmung der Wärmedurchgangskoeffizienten U
- Anhang B (informativ) Vereinfachte Datenaufnahme der Bauteilflächen
- Anhang C (informativ) Vereinfachte Bestimmung der Temperaturkorrekturfaktoren
- Anhang D (informativ) Vereinfachte Ermittlung des Warmwasserbedarfs in Gebäuden
- Anhang E (informativ) Beispielberechnung
 

Bei einer Heizkesselsanierung ist es immer wieder notwendig die aktuelle Heizlast für die Wärmeerzeugerleistung zu ermitteln. Besonders bei älteren Gebäuden gibt es in den meisten Fällen keine Unterlagen über die Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Werte [alt: k-Werte]). Erfahrungsgemäß sind die alten Heizkessel erheblich überdimensioniert und die Gebäude energetisch verbessert (Außendämmung, neue Fenster) worden. Deswegen sollte nicht die Heizleistung des alten Kessels ohne Überprüfung übernommen werden.
Für diesen Zweck stellt die DIN EN 12831 das Beiblatt 2 - 2012-05 zur Ermittlung der Heizlast ein Hüllflächenverfahren und zwei Verbrauchsverfahren zur Verfügung.

Hüllflächenverfahren
Mit dem Hüllflächenverfahren wird durch Vereinfachungen die Gebäudeheizlast aus der Summe der Transmissions- und Lüftungswärmeverluste ermittelt. Die Ermittlung entspricht physikalisch dem Rechengang der "normalen" Heizlastberechnung.
So werden z. B.

- bei unbekannten U-Werten anhand von Typologiewerten nach Bauteilaltersklassen entsprechende Tabellen aus Anhang A entnommen
- ein pauschaler Wärmebrückenzuschlag (UWB von 0,10 W/m²·K) eingesetzt

- die Raumtemperatur für ein Gebäude einheitlich mit 20 °C angenommen, wenn keine andere Temperaturen vereinbart werden
- vereinfachte Temperaturkorrekturfaktoren in Abhängigkeit der Einbausituation, für z. B. Bauteile, die an unbeheizte Nachbarräume oder an Erdreich grenzen, verwendet
- geometrische Vereinfachungen, z. B. Übermessen von Erkern oder Gauben
- Flächen mit ähnlichen U-Werten und Temperaturkorrekturfaktoren zusammengefasst. Es werden aber die Norm-Außentemperaturen eingesetzt und keine Wärmequellen, z. B. solare Wärmegewinne, berücksichtigt
Die Temperaturkorrekturfaktoren fx sind der Tabelle C.1 zu entnehmen. In der Tabelle A.2 "Pauschalwerte für Wärmedurchgangskoeffizienten" sind die U-Werte abgestuft in 8 Baualtersklassen von 1918 bis 1995 gelistet. Im
Anhang A ist eine Methode zur Bestimmung des U-Wertes durch einfache Temperaturmessungen aufgeführt. Hier ist die Genauigkeit der Temperaturmessung besonders wichtig, damit der U-Wert einigermaßen genau berechnet werden kann.
Folgende Temperaturen sind zu messen.
- Innentemperatur tint
- Außentemperatur te
- Wandinnentemperatur tsi

In der Tabelle A.1 sind die Übergangswiderstände R (Wandinnenflächen Rsi = 0,13 m²·K/W) angegeben.
Der Lüftungswärmebedarf wird über den Außenluftwechsel, der sich aus der angenommenen Dichtheit des Gebäudes ergibt, errechnet. Dazu muss das Volumen errechnet und die Dichtheit des Gebäudes (dicht [n = 0,25 h-1], weniger dicht [n = 0,5 h-1] und undicht [n = 1,0 h-1]) geschätzt werden. Zur Berechnung des Lüftungswärmebedarfs die Norm-Außentemperatur (DIN EN 12831) des jeweiligen Ortes eingesetzt.
Zu diesem Verfahren gibt es verschiedene Computer-Rechenprogramme (z. B. ELROND - Heizung), aber eine Handrechnung mit dem Formular des Beiblattes 2 ist für kleine Objekte ohne weiteres möglich.

Grafisches Verfahren (Messung des Energieverbrauchs über eine längere Zeitspanne und grafische Auswertung)


Auswertung des Jahresendenergieverbrauchs (Erfassung Jahresbrennstoffverbrauchs)


"Schätzeisen"
Die Heizlast eines Gebäudes und der Räume muss grundsätzlich nach der DIN EN 12831 rechtssicher berechnet werden. Wenn in Altbauten (Bestandsanlagen) keine Unterlagen vorhanden sind und/oder die Wandaufbauten und Fenstergüte bzw. -dichte nicht bekannt sind, so gibt es verschiedene Methoden, die Gebäudeheizlast zur Auslegung des Wärmeerzeugers zu ermitteln (zu schätzen).

Spezifische Heizlast
Für die Sanierung bzw. der Optimierung von Heizungsanlagen in sanierten Altbauten werden z. B. für den hydraulischen Abgleich die Heizlasten der Räume benötigt, damit die Heizflachen angepasst werden können und eine Rückrechnung der Massenströme durchgeführt werden kann.
In vielen Fällen wurde die Gebäudeheizlast zur Kesselauslegung geschätzt. Hierbei werden die spezifische Heizlast mit der beheizten Gebäudefläche multipliziert. Dabei sollte immer auf das Wort "geschätzt" geachtet werden, denn die Tabellenwerte weichen ja nach dem Standort, der Dichtheit und der Bauform des Gebäudes, den Raumtemperaturen und dem Dämmzustand voneinander ab. Für die Auslegung einer Wärmepumpe ist diese Schätzung überhaupt nicht zu gebrauchen.
Auch eignet sich diese Schätzmethode nicht zur Bestimmung von Heizflächen einzelner Räume, da hier der Einfluß der einzelnen Faktoren, wie z. B. der Anteil der Außenflächen, der Wärmeverluste zu Innenräumen, die Raumsolltemperatur und die Raumtemperaturen der angrenzenden Räume einen wesentlich höheren Einfluss auf die Heizlast haben. Trotzdem wurde mit diesen Werten "gerechnet".
Gebäudeart
bis 1958
1959-68
1969-73
1974-77
1978-83
1984-94
ab 1995
Einfamilienhaus, freistehend
180
170
150
115
95
75
60
Reihenendhaus
160
150
130
110
90
70
55
Reihenmittelhaus
140
130
120
100
85
65
50
Mehrfamilienhaus < 8 WE
130
120
110
75
65
60
45
Mehrfamilienhaus > 8 WE

120

110
100
70
60
55
40
Quelle: Viessmann - hat für jeden Wärmeschutzstandard Richtwerte zurKesseldimensionierung für Praktiker herausgegeben: Kälteste Außentemperaturen, die in den letzten 20 Jahren zehnmal zwei Tage lang erreicht wurden.
              •  KFW-60-Häuser: ca. 50 W/m²  
              •  KFW-40-Häuser: ca. 40 W/m² 
              •  Passivhäuser: ca. 15 W/m² 

Wenn der Jahres-Energieverbrauch eines Gebäudes bekannt ist, kann die Hilfe der Vollbenutzungsstunden geschätzt werden.

Vollbenutzungsstunden für Überschlagsrechnungen, gültig für Düsseldorf

Gebäudeart
Vollbenutzungsstunden (h/a)
Einfamilienhaus
2100
Mehrfamilienhaus
2000
Bürohaus
1700
Krankenhaus
2400
Schule, einschichtiger Betrieb
1100
Schule, mehrschichtiger Betrieb
1300
Quelle: VDI 2067 Blatt 2 (Dez.93)
Die Gebäudeheizlast wird über die Formel:

QN,Geb = QHa / ( fV x bVH)

              •  QN,Geb - Gebäudeheizlast (kW) = / ( x )
              •  QHa - Jahres-Heizwärmeverbrauch (kWh/a)
              •  fV - Umrechnungsfaktor für andere Orte als Düsseldorf
              •  bVH - Vollbenutzungsstunden für Düsseldorf
Excel - Tabelle zur Abschätzung der Heizlast aus dem Jahresenergieverbrauch

"Schweizer Formel"
      •   Unter 800 m ü M mit Warmwasser: Jährlicher Oelverbrauch in Liter/300
      •   Unter 800 mü M ohne Warmwasser: Jährlicher Oelverbrauch in Liter/265
      •   Über 800 m ü M mit Warmwasser: Jährlicher Oelverbrauch in Liter/330
      •   Über 800 m ü M ohne Warmwasser: Jährlicher Oelverbrauch in Liter/295
Ermittlung der Heizleistung für Sanierungen
Neue "Schweizer Formel" 2007
Die Heizkesseldimensionierung mit der Bemessungsscheibe - Deutschland
Die Heizkesseldimensionierung mit der Bemessungsscheibe - Schweiz

Auslastungsmessung - Messen der Gebäudeheizlast über die Brennerlaufzeit

Vor einem Austausch eines Wärmeerzeugers (besonders bei dem Einbau von Wärmepumpen) sollte besonders in älteren Häusern oder in Häusern ohne Bauunterlagen die Heizlast (Wärmebedarf) ermittelt werden. In den meisten Fällen wurden die Kessel erheblich überdimensioniert ("Zitterzuschlag") oder überhaupt nicht berechnet. Die Folge waren unnötiges Takten ("Kuhschwanzheizung") und ein unwirtschaftlicher Betrieb.
Da eine Berechnung nach DIN EN 12831 aufgrund fehlender Unterlagen sehr aufwendig oder teilweise unmöglich ist, kann die Heizlast an der bestehenden Heizungsanlage aus den Laufzeiten der Kesselanlage gemessen werden. Aber für die Auslegung der Heizflächen, der Rohrnetzberechnung und dem hydraulischem Abgleich muss die Raumheizlast immer gerechnet werden.
Die Vorgehensweise ist
  •    Der Messtag muss ein bedeckter Tag mit Außentemperaturen unter +5 °C (besser sind AT zwischen 0 °C und -5 °C und etwas Wind sein. Die Messung kann auch nach dem Sonnenuntergang durchgeführt werden. Auf jeden Fall darf keine Fremdwärme das Heizen beeinflussen.
  •    Der Wärmeerzeuger darf nicht modulierend oder mehrstufig betrieben werden (Modulation abschalten)
  •    Trinkwassererwärmung abschalten oder vorher aufheizen
  •    Ermittlung der tatsächlichen Leistung des Wärmeerzeugers:
    • Bei Gaskesseln den Gasdurchsatz am Gaszähler über eine Minute ablesen und mit dem Brennwert des Gases (kWh/m³) multiplizieren. Der Brennwert ist in der Gasrechnung oder auf der Homepage des Gasversorgers zu finden. Der Brennwert ist mit den Faktor 0,9 auf den Heizwert umzurechnen. Der errechnete Wert ist mit dem feuerungstechnischen Wirkungsgrad aus dem Schornsteinfegerprotokoll zu multiplizieren.
    • Bei Ölkesseln ist die eingestellte Nennbelastung auf dem Einstellprotokoll des Brenners der Wartungsfirma zu finden. Ansonsten sollte bei der nächsten Wartung nachgefragt werden. Sollte die eingestellte Kesselleistung nicht zu ermitteln sein, ist der mittlere Wert der auf dem Typenschild angegebenen Nennleistungsbereich anzunehmen. Besser wäre es in diesem Fall, den tatsächlichen Öldurchsatz auszugelitern, was aber nur durch einen Fachbetrieb erfolgen sollte. Die Umrechnung ist wie bei dem Gaskessel durchzuführen.
  •       Die Thermostatventile oder die Raumregler (ERR) müssen auf die üblichen Raumtemperaturen eingestellt und alle Räume einige Stunden (ca. 1 bis 3 Stunden) beheizt worden sein. Der Aufheizvorgang des Gebäudes muss abgeschlossen sein.
  •    Die Lüftung (Fensterlüftung oder kontrollierte Lüftung) sollte, wie es täglich üblich ist, ausgeführt werden.
  •    Messen der Außentemperatur.
  •    Messen der Lauf- und die Stillstandszeiten der Kesselanlage (über ca. 3 Stunden) mit einer Stoppuhr.
  •    Errechnen des Anteils der Kessellaufzeiten an der gesamten Messdauer.
  •    Errechnen der Differenz aus der mitteren gewünschten Raumtemperatur und der vorhandenen Außentemperatur.
  •    Errechnen der Differenz aus der mitteren gewünschten Raumtemperatur und der Normaußentempertur nach DIN EN 12831 für den Standort der Anlage (zwischen -10 und -16 °C).
  •    Die gemessenen Werte in eine Excel -Tabelle oder Programm eintragen
Auslastungsmessung-Excel -Tabelle HTIP Haus-Technische Informations-Plattform (Dipl. Ing. Werner Bauer)
Auslastungsmessung - © Martin Havenith & © System Integration Beitzke

Eine weitere Methode ist die statistische Heizlastermittlung nach Jagnow/Wolff

Untersuchungen haben ergeben, dass die Wärmeerzeuger (und hier vor allen Dingen die Ölkessel) 1,8 bis 2,0mal größer dimensioniert wurden als notwendig. Hier war der Hintergrund wohl der "Angstfaktor", ein schnelleres Aufheizen bei der Trinkwassererwärmung oder bei Ölkessel die Möglichkeit einer niedrigen Einstellmöglichkeit. Auch die Raumheizlasten werden immer wieder nur "geschätzt" und nicht fachgerecht berechnet.
Die Folgen können sein,
- dass Brennwertkessel nicht im optimalen Arbeitsbereich gefahren werden
- dass Wärmepumpen zu groß ausgelegt werden
- dass die Umwälzpumpen zu groß ausgelegt werden
- dass die Rohrleitungen und Heizflächen zu groß ausgelegt werden
- dass ein hydraulischer Abgleich schwierig wird
- dass der Grundpreis von Energieversorgungsunternehmen (Gas, Fernwärme, Strom) zu hoch angesetzt wird


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Norm-Außentemperaturen + Norm-Innentemperaturen
Luftwechsel + Mindestluftwechsel
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Energetisch relevante Kennwerte eines Gebäudes

Geschichte der Wärmebedarfsberechnung DIN 4701
1929
Erste Ausgabe im Jahre der Gründung des Fachnormenausschusses für Heizung. Die Berechnungsgrundlagen gelten im Grunde heute noch. Die Norm enthielt neben den Klimatafeln für eine Vielzahl deutscher und österreichischer Orte auch umfangreiche Tabellen von Wärmeleitzahlen von Baustoffen, Wärmedurchgangszahlen sowie die Berechnung von Kesseln und Heizkörpern.
1947
Zweite Ausgabe. Die Angaben über Kessel und Heizkörper wurden auf-grund der sich entwickelnden Vielfalt der Modellreihen herausgenommen und in eigenen Normen (DIN 4702, DIN 4703) aufgenommen.
1959
Dritte Ausgabe mit der Anpassung der Wärmedurchgangszahlen an die moderneren Baustoffe und neu entwickelte Wand- und Deckenkonstruk-tionen, genauere Berücksichtigung des Windeinflusses und Reduzierung der Sonderfälle.
1983
Vierte Ausgabe. Die Norm wurde erstmals geteilt in Teil 1 (Grundzüge des Berechnungsverfahrens) und Teil 2 (Tabellenwerte, Parameter). Die wesentlichen Änderungen betreffen die Berücksichtigung neuer Erkennt-nisse der Gebäudedurchströmung, insbesondere von Hochhäusern, sowie den Wegfall bestimmter Zuschläge z.B. Betriebsunterbrechung und Himmelsrichtung bzw. Einführung neuer Zuschläge, z.B. zur Korrektur des Wärmedurchgangskoeffizienten k. Aufgrund der negativen Erfahrungen mit der Energiekrise bestand des Bestreben, den Wärmeverlust physikalisch so genau wie möglich zu berechnen und somit enthielt die Norm praktisch keine Sicherheitsreserven. So wurde die Speicherfähigkeit des Gebäudes durch eine Außentemperaturkorrektur berücksichtigt, die Norm-Außentemperatur im Durchschnitt um 2 - 3 K nach oben korrigiert, die Hauskenn-größen gesenkt und der gleichzeitig wirksame Lüftungswärmeanteil für den Gebäudelüftungswärmeverlust eingeführt. Im Ergebnis ergab sich eine deutlich gesenkter Wärmebedarf von ca. 20 - 25%.
1995
Normenentwurf aufgrund der Wiedervereinigung Deutschlands. Im wesentlichen wurde Tabelle 1 der Norm-Außentemperaturen um die der neuen Bundesländer ergänzt. Weiterhin wurde die Außentemperatur-Korrektur aufgrund der - wie sich herausstellte - fehlenden Sicherheitsreserven gestrichen und der Berechnungsgang für Erdreich berührte Bauteile überarbeitetet. Der Normenentwurf wurde nur noch als Gelbdruck veröffentlicht, da bereits das europäische Normungsvorhaben bestand.
2003
Einführung der DIN EN 12831, August 2003 - Heizungsanlagen in Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast - . Für DIN 4701 gilt - in Verbindung mit dem deutschen nationalen Anhang, Beiblatt 1 - eine Übergangsfrist bis Oktober 2004.
2008
DIN EN 12831 Beiblatt 1, Juli 2008 - Heizsysteme in Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast - Nationaler Anhang NA
Quelle: Seminarteam-Hans-Markert

Der Wärmeleistungsbedarf für Raumheizung wurde bislang nach DIN 4701-1 bis DIN 4701-3 "Wärmebedarfsberechnung“ bestimmt. Diese Norm ist durch die DIN EN 12831 in Verbindung mit der deutschen Umsetzung in Beiblatt 1 ersetzt.
Kurzer Rückblick auf bisherige Normen
Die „Wärmebedarfsberechnung“ wurde in der Zeit von 1929 bis 2004 in der DIN 4701 genormt. In den Ausgaben von 1929, 1944/47 und 1959 war der Berech-nungsgang nahezu identisch, nur einzelne Randwerte für die Berechnung wurden dem Stand des Wissens angepasst. Die 1959 berechneten Heizlasten sind leicht geringer als die Werte von 1944/47, aber etwa 20…30% höher verglichen mit der Ausgabe der Norm von 1983/89, da mit höheren Ansätzen für den Luftaustausch und größeren Zuschlägen für Räume mit kalten Wandflächen sowie niedrigeren Außentemperaturen gerechnet wurde.
Die Ausgabe der DIN 4701 von 1983 erfolgte zunächst in zwei Teilen und brachte zahlreiche Änderungen (Berücksichtigung der Bauschwere, Mindestluftwechsel, Teilbeheizung der Nachbarräume) mit sich. Mit dem nachtäglich in Kraft getretenen Teil 3 der DIN 4701 konnte bei der Heizflächenbemessung ein Sicherheitszuschlag von 15% pauschal angesetzt werden, wenn der Wärmeerzeuger die Vorlauftemperatur im Bedarfsfall nicht steigern kann. Diese Option wurde eingerichtet, weil es in der Praxis wegen der knappen Leistungsbemessung zur Unter-versorgung kam.
Es kann davon ausgegangen werden, dass die Leistungsbemessung nach DIN 4701-1 und DIN 4701-2 (1983) vor Inkrafttreten des dritten Teils, d.h. ohne 15% Zuschlag auf die Raumheizflächen, etwa das rechnerische Minimum für die Heizlast bedeutet. Sowohl mit den Normausgaben der früheren Ausgaben der Heizlastberechnung als auch mit der neuen europäischen Norm ergeben sich größere Normleistungen, also installierte Heizkörperflächen und Wärmeerzeugerleistungen. Die bedeutet, dass die untere Leistungsgrenze für einen behaglichen Anlagenbetrieb abgesteckt werden kann: sie liegt etwas oberhalb der Normwerte von 1983.
Quelle: Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik - Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Ernst-Rudolf Schramek
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