DIN EN 12831 - Heizungsanlagen in Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast

DIN EN 12831

Heizungsanlagen in Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast

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

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.)

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)

ZVPlan - einfach fördergerecht planen

Luftwechsel + Mindestluftwechsel

Beispiel einer Heizlastberechnung - Dipl.-Ing. Uwe Mayer / Energie-, Gebäudetechnik

Handreichung zur Heizlastberechnung nach DIN EN 12831

Heizlast-Beispielberechnung ausführliches Verfahren

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

DIN EN 12831 Heizlast > ausführliche Verfahren (alt)

Heizlast in Altbauten (Bestandsanlagen)

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.

R_T-Wert - Wärmedurchgangswiderstand

Der R_T-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 [W/(m² . K)] gibt den Wärmestrom durch ein Bautei, das aus einer oder mehreren Materialschicht(en) bestenen kann, an. Dabei sind an der Innen- und Außenseite verschiedene Temperaturen. Es wird die Energiemenge angegeben, die über eine Fläche von 1 m² abgegeben wird, wenn der Temperaturunterschied
zwischen der Innen- und Außenseite 1 K beträgt.

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.

"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:

Q_N,Geb = Q_Ha / ( f_V x b_VH)

Q_N,Geb - Gebäudeheizlast (kW) = / ( x )
Q_Ha - Jahres-Heizwärmeverbrauch (kWh/a)
f_V - Umrechnungsfaktor für andere Orte als Düsseldorf
b_VH - 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

Alte "Schweizer Formel" 2000

Neue "Schweizer Formel" 2007

Die Heizkesseldimensionierung mit der Bemessungsscheibe - Deutschland

Die Heizkesseldimensionierung mit der Bemessungsscheibe - Schweiz

Messen der Gebäudeheizlast über die Brennerlaufzeit

Die Heizlast einer bestehenden Heizungsanlage kann aus den Laufzeiten der Kesselanlage gemessen werden. Die Vorgehensweise ist

Der Messtag muss ein bedeckter Tag mit Außentemperaturen zwischen 0 °C und -5 °C und etwas Wind sein.
Der Wärmeerzeuger darf nicht modulierend oder mehrstufig betrieben werden (Modulation abschalten).
Warmwasserbereitung abschalten.
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 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 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. Der Öldurchsatz könnte auch ausgelitert werden.
Die Thermostaten an den Heizflächen sind die gewünschten Raumtemperaturen einzustellen.
Der Aufheizvorgang des Gebäudes muss abgeschlossen sein (ca. 1 bis 3 Stunden).
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 -12 und -16 °C).
Die gemessenen Werte in diese Excel -Tabelle eintragen. Quelle: HTIP Haus-Technische Informations-Plattform (Dipl. Ing. Werner Bauer)

Eine weitere Methode ist die statistische Heizlastermittlung nach Jagnow/Wolff

Norm-Außentemperaturen + Norm-Innentemperaturen

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Beispiel einer Heizlastberechnung - Dipl.-Ing. Uwe Mayer / Energie-, Gebäudetechnik

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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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