Was bedeutet die Heizlast?

Wie viel Watt muss die Heizung für das Haus liefern?

Der Unterschied zwischen Wärmebedarf und Heizlast

Neben dem Wärmebedarf gibt es auch die Heizlast, die angibt, wie viel Wärme ein Haus bei der tiefsten Außentemperatur in der Region benötigt, um eine festgelegte Raumtemperaturen erreichen zu können. Hier geht es nicht um die Durchschnittsleistung der Heizung sondern wie groß die Heizung ausgelegt werden muss. Die Heizlastberechnung erfolgt nach DIN EN 12831 Beiblatt 1: 2008-07. Das Ergebnis der Betrachtung ist eine Leistung, die mit der Einheit Kilowatt versehen ist.

Die Berechnung im folgenden ist eine Beispiel. Die Heizlast und der Wärmebedarf muss für jedes Haus, jede Region und jeden Bedarf eigens mit einem Experten ausgerechnet werden.

 

Theorie für die Berechnung der Heizlast

Die Norm-Außentemperatur für die Heizlast bestimmen Θe in Grad Celsius [°C]

Norm-Außentemperatur sagt – kurz – aus, wie kalt ist der kalte Tag in einer bestimmten Region. Bielefeld: -12° Grad
Ausführlichere Erklärung: Die Norm-Außentemperatur ist die tiefste Temperatur einer Kälteperiode, welche sich 10 Mal innerhalb von 20 Jahren über einen Zeitraum von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Tagen gehalten haben muss.

Die Norm-Innentemperatur für die Heizlast bestimmen Θint in Grad Celsius [°C]

Norm-Innentemperatur: hängt von der Raumart ab. Im Badezimmer ist diese Temperatur höher als in einem Wohnzimmer. Hier wird definiert, wie warm die Räume geheizt werden ollen. Typisch dafür: 20° Grad.
Die Norm-Außentemperaturen und die jeweilige Zuordnung für windstarke Gegenden sind für Deutschland im Beiblatt 1 der DIN EN 12831

Zum Beispiel: in Grad Celsius [°C]

  • Wohnräume: 20 Grad
  • Schlafräume: 20 Grad
  • Küche: 20 Grad
  • Toiletten: 20 Grad
  • Badezimmer: 24 Grad
  • Treppenraum:  10 Grad
  • Vorräume und Flure:  15 Grad

Mit der Norm-Außentemperatur und der Norm-Innentemperatur wird die Norm-Heizlast für das Gebäude berechnet ΦHL,Geb

ΦHL,Geb = Σi  Φ T,i  + Σi Φ V,i 

i = die Summe aller Räume

Die Formel ermittel ΦHL,Geb für jeden einzelnen Raum (i) und bildet dann die Summe von allem.

Zum Beispiel: in Grad Celsius [°C]

  • Am besten in der EN DIN selbst nach schauen.

 

1. Schauen wir uns zunächst Σi  Φ T,i an – die Berechnung erfolgt in Abhängigkeit von Quadratmeter – Das Ergebnis ist in Watt

Was ist der Norm-Transmissionswärmeverlust Φ T,i  ? Diese wird als Ergebnis die Einheit Watt besitzen.

Ziel: Ermittlung, welche Wärme durch die Wand verloren geht?

Darunter versteht man den Wärmeverlust durch die Wände: Also wie viel Wärme verlässt den Raum durch die Wand. Man muss hier aufpassen, welche Anteile mitberechnet werden. Dieser wird ohne Flüsse zwischen beheizten Räumen berechnet.

Φ T,i = HT * ( Θint – Θe )

i = die Summe aller Räume

( Θint – Θe ) = Temperaturdifferenz

Was ist der Transmissionswärmeverlustkoeffizient  HT ?

Ziel: Ermittlung, wie schnell fließt die Wärme pro Quadratmeter durch die Wände?

Der Transmissionswärmeverlust ist eine der Verlustleistungen, welche bei einem beheizten Gebäude durch Energieabgabe an die Umgebung entsteht. Über alle Flächen des Raumes (einzelnen) wird ermittelt, wie schnell die Wärme pro Quadratmeter durch die Wände fließt: Wand, Fenster, Tür, … Der Koeffizient bedient sich dem U-Wert mit dem ermittelt wird, wie dicht ein bestimmtes Material ist.

HT = Σk Ak * Uk-Wert

 

k = die Summe aller Flächen des Raumes

Ak  =  die Flächen des Raumes in Quadratmeter

Uk-Wert = der Wärmedurchgangskoeffizient
Kurze Erklärung dazu: Er gibt an, wie schnell die Wärme durch die jeweilige Wand / Material fließt. Wie schlecht das jeweilige Material pro Quadratmeter die Wärme isoliert: Wenn er groß ist fließt viel Wärme ab. Wenn er entsprechend klein ist, fließt weniger Wärme ab. Je kleiner der Wert desto mehr isoliert das Material. Der U-Wert wird angegeben in Watt pro Quadratmeter Kelvin (W/m²k).

Beispiel für U-Werte:

  • Fenster: 0,8 … 3,0 Watt/m²k
    0,8 = Passivhaus
    3 = Altbau
  • Außenwand: 0,15 … 1,5 W/m²k
    0,15 = Neubau
    1,5 = Altbau

 

2. Schauen wir uns nun Σi  Φ V,i an – die Berechnung erfolgt in Abhängigkeit von Volumen – Das Ergebnis ist in Watt

Was ist der Norm-Lüftungswärmeverlust Φ V,i  ?
Diese wird als Ergebnis die Einheit Watt besitzen.

Ziel: Berechnung, wie viel Wärme benötigt wird, um die verloren gegangene Luft im Raum aufzuwärmen
Darunter versteht man den Wärmeverlust durch Lüften des Raumes: Also wie viel Wärme wird benötigt, um die Luft die beim Lüften verloren gegangen ist wieder aufzuwärmen? Dieser wird auch ohne Flüsse zwischen beheizten Räumen berechnet.

Φ V = HV * ( Θint – Θe )

 

Was ist der Lüftungswärmeverlustkoeffizient  HV ?

Ziel: Ermittlung, wie viel Luft wird transportiert

HV = V̇̇̇ * ρ * Cp

V̇̇̇ = A * Luftwechselzahl 

A ist das Volumen = Länge des Raumes * Breite des Raumes * Deckenhöhe des Raumes

Luftwechselzahl = 0,5
Im Beispiel: Luftwechselzahl sagt aus, wie oft die Luft im Raum pro Stunde ausgetauscht wird: 0,5 pro Stunde, d.h. Alle 2 Stunden wird der Raum gelüftet. Also 1/2 Liter pro Stunde.

V̇̇̇ = Länge des Raumes * Breite des Raumes * Deckenhöhe des Raumes * 1/2 Liter pro Stunde

 

ρ * Cp = 0,34 Watt pro Stunde je m³k

 

V̇̇̇ = Luftstrom des beheizten Raumes = Volumenstrom m³ / pro Sekunde/pro Stunde

ρ = Dichte der Luft in Kilogram pro m³ , zum Beispiel 6/5 kg pro m³

Cp = spezifische Wärmekapazität für Luft in Joule pro Kilogramm und Kelvin, zum Beispiel 1,0 Kilojoule pro Kilogramm Kelvin

Daraus entsteht = 0,34 Wattstunden pro m² Kelvin für die Energie der Lüftung des Raumes.

 

HV = V̇̇̇ * 0,34 Watt pro Stunde je m³k

 

Merke:

Auslegungsheizlast = Normverlust + Zusatzaufheizleistung

Zusatzaufheizleistung: Wenn einzelne Räume vorhanden sind, die nicht ständig beheizt werden. Wie kühlt ein Raum aus und wie viel Grad muss der Raum wieder erwärmt wird.

Solare gewinne des Passivhauses sowie die internen Gewinne (Watt pro Mensch) müssen bei einem Passivhaus berücksichtigt werden. Auch Objekte, die entsprechend Watt in die Umgebung geben. Diese

 

Beispielrechnung Heizlast

Raum mit den Maßen 4,00 Meter * 5,00 Meter
Geschosshöhe: 2,86 Meter und eine Raumhöhe 2,60 Meter
Es gibt zwei Außenwände und zwei Innenwände sowie ein Fenster mit den Maßen 2,00 x 2,00 Meter
Alle Außenwände (hier stark gedämmter Neubau) = 41 Zentimeter
Alle Innenwände = 12 Zentimeter

 

Luftwechselzahl sagt aus, wie oft die Luft im Raum pro Stunde ausgetauscht wird: 0,5 pro Stunde, d.h. Alle 2 Stunden wird der Raum gelüftet.

A. Welche Wärme geht durch die Außenwände weg?

Dazu wird die Norm-Transmissionswärmeverlust Φ T,i  berechnet. Es wird also nicht geschaut, was zwischen den beheizten Räumen passiert, sondern wie viel Wärme durch die Außenwände geht.

Für den Wärmedurchgang werden die Maße der von Außen und nicht der Innen der Außenwand benötigt inklusive der halben Innenwand-Dicke.

Halben Innenwand-Dicke: 12 cm Innenwand-Dicke : 2 = 6 cm
Man nimmt also von der Innenwand die eigentlich 12 cm dick ist nur noch 6 cm. Auf der anderen Seite nimmt man die 41 cm Außenwand-Dicke und teilt diese jedoch nicht durch 2, da diese Wand insgesamt betrachtet wird.

D.h.

A1) Die 1. Außenwand:

A1a) Norm-Transmissionswärmeverlust Vorab-Rechnung
A1b) Transmissionswärmeverlust
A1c) Ergebnis: Transmissionswärmeverlust

4 Meter Breite Innenwand + 6 cm + 41 cm = 447 cm

A1a) Norm-Transmissionswärmeverlust nach Außen der 1. Außenwand:

Φ T,i = HT * ( Θint – Θe )

i = die Summe aller Räume

Temperaturdifferenz = ( Θint – Θe ) = ( 20 – (- 12 )) = 32 Kelvin

Φ T,i = HT * 32 Kelvin

A1b) Nun muss der Transmissionswärmeverlustkoeffizient der 1. Außenwand ermittelt werden:

 

HT = Σk Ak * Uk-Wert

Fläche A der Wand: 447 cm Außenbreite der Wand * Geschosshöhe 286 cm  = 12,7842 m²

 

Wir verwenden hier in dem Beispiel den U-Wert der Außenwand eines Neubaues: 0,15 W/m²k

dadurch ergibt sich ein

A1c) Ergebnis: Transmissionswärmeverlustkoeffizient von der 1. Außenwand ermittel werden:

HT = 12,7842 m² * 0,15 W/m²k = 1,91763 Watt/k

A2) Die 2. Außenwand:

A2a) Norm-Transmissionswärmeverlust Vorab-Rechnung
A2b) Transmissionswärmeverlustkoeffizient
A2c) Ergebnis: Transmissionswärmeverlustkoeffizient

5 Meter Breite Innenwand + 6 cm + 41 cm = 547 cm

A2a) Norm-Transmissionswärmeverlust nach Außen der 2. Wand: Achtung: Hier ist auch ein Fenster mit den Maßen 2 x 2 Meter verbaut.

Φ T,i = HT * ( Θint – Θe )

i = die Summe aller Räume

Temperaturdifferenz = ( Θint – Θe ) = ( 20 – (- 12 )) = 32 Kelvin

Φ T,i = HT * 32 Kelvin

 

A2b) Nun muss der Transmissionswärmeverlustkoeffizient der 2. Außenwand ermittelt werden:

 

HT = Σk Ak * Uk-Wert

Fläche A der Wand: 547 cm Außenbreite der Wand * Geschosshöhe 286 cm  – (200 cm * 200 cm Fensterfläche) = 15,6442 m² – 4 m² Fenster = 11,6442 m²

 

Wir verwenden hier in dem Beispiel den U-Wert der Außenwand eines Neubaues: 0,15 W/m²k

A2c) Transmissionswärmeverlustkoeffizient von der 2. Außenwand ermittel werden:

HT = 11,6442 m² * 0,15 W/m²k = 1,74663 Watt/k

 

A3) Das Fenster in der 2. Außenwand:

A3a) Norm-Transmissionswärmeverlust Vorab-Rechnung
A3b) Transmissionswärmeverlustkoeffizient
A3c) Ergebnis: Transmissionswärmeverlustkoeffizient

 

5 Meter Breite Innenwand + 6 cm + 41 cm = 547 cm

A3a) Norm-Transmissionswärmeverlust nach Außen des Fensters in der 2. Wand: Achtung: Das Fenster hat die Maße 2 x 2 Meter.

Φ T,i = HT * ( Θint – Θe )

i = die Summe aller Räume

Temperaturdifferenz = ( Θint – Θe ) = ( 20 – (- 12 )) = 32 Kelvin

Φ T,i = HT * 32 Kelvin

 

A3b) Nun muss der Transmissionswärmeverlustkoeffizient des Fensters in der 2. Außenwand ermittelt werden:

 

HT = Σk Ak * Uk-Wert

Fläche A der Wand: 200 cm Fensterbreite in der Wand * Fensterhöhe in 200 cm  = 4 m²

 

Wir verwenden hier in dem Beispiel den U-Wert eines isolierten modernen Fensters eines Neubaues: 0,8 W/m²k

dadurch ergibt sich ein

A3c) Ergebnis: Transmissionswärmeverlust vom Fenster in der 2. Außenwand:

HT = 4 m² * 0,8 W/m²k = 3,2 Watt/k

 

A4) Insgesamte Berechnung des Transmissionswärmeverlust Φ T,i 

Φ T,i = ( Σk Ak * Uk-Wert ) * ( Θint – Θe )

Φ T,i = 32 * ((12,7842 m² * 0,15 W/m²k) + (11,6442 m² * 0,15 W/m²k) + (4 m² * 0,8 W/m²k))

Φ T,i = 32 * ((1,91763 Watt/k) + (1,74663 Watt/k) + (3,2 Watt/k)) = 6,86426 * 32 = 219,65632 Watt = 0,22 Kilowatt

 

B. Welche Wärme geht durch die Lüftung verloren?

B1) Ermittlung des Lüftungswärmeverlustkoeffizient HV
B2) Luftstrom des beheizten Raumes V̇̇
B3) Ergebnis: Ermittlung des Lüftungswärmeverlustkoeffizient HV
B4) Ergebnis: Ermittlung des Norm-Lüftungswärmeverlust Φ V

 

Dazu wird die Norm-Lüftungswärmeverlust Φ V,i  berechnet. Es wird geschaut, wie viel Wärme wir benötigen, um die Luft die beim Lüften verloren gegangen ist wieder aufzuwärmen.

Im Beispiel wenn wir alle 2 Stunden den Raum lüften.

Φ V = HV * ( Θint – Θe )

B1) Ermittlung des Lüftungswärmeverlustkoeffizient HV

HV = V̇̇̇ * ρ * Cp

HV = V̇̇̇ * 0,34 Watt pro Stunde je m³k

B2) Luftstrom des beheizten Raumes V̇̇̇

 

V̇̇̇ = Länge des Raumes * Breite des Raumes * Deckenhöhe des Raumes * 1/2 Liter pro Stunde

V̇̇̇ = 4,00 Meter * 5,00 Meter * 2,6 Meter * 1/2 Liter pro Stunde = 26 m³ pro Stunde

B3) Ergebnis: Ermittlung des Lüftungswärmeverlustkoeffizient HV

HV = 26 m³ pro Stunde * 0,34 Watt pro Stunde je m³k = 8,84 Watt pro Kelvin

B4) Ergebnis: Ermittlung des Norm-Lüftungswärmeverlust Φ V

Φ V = 8,84 Watt pro Kelvin * 32 Kelvin = 282,88 Watt = 0,28 Kilowatt

C) Endergebnis: Norm-Heizlast für das Gebäude berechnet ΦHL,Geb

ΦHL,Geb = Σi  Φ T,i  + Σi Φ V,i 

ΦHL,Geb = 0,22 Kilowatt + 0,28 Kilowatt = 0,5 Kilowatt für diesen einen Raum

Fazit: Der Wärmeerzeuger wird nach der berechneten Heizlast ausgesucht. In diesem Fall wäre die Heizlast 0,5 Kilowatt für diesen einen Raum. Es fehlen nun noch die anderen Räume als auch die Kilowatt für die Warmwasserbereitung. Die Leistung muss so hoch sein, dass die Wärmeverluste, unter anderem über die Gebäudehülle, ausgeglichen werden können und das Gebäude während der Heizsaison angenehm warm ist. Es muss demnach eine vorgegebene Innentemperatur aufrecht erhalten werden.

 

Heizlast und Wärmebedarf nicht verwechseln!

Die Heizlast ist die Leistung der Heizung in Kilowatt (kW), die benötigt wird, um das Gebäude (plus Warmwasser, siehe oben) aufzuheizen. Der Heizwärmebedarf dagegen ist die in Kilowattstunden (kWh) angegebene Energie, die im Verlauf eines Jahres (oder einer Heizperiode) fürs Heizen und Warmwasserbereiten verbraucht wurde. Bis zum Jahr 2004 war mit dem Begriff Wärmebedarf tatsächlich die Heizlast (Leistung) gemeint. Mit der Einführung DIN EN 12831 im Jahr 2004 einigte sich die Fachwelt auf den Begriff Heizlast, damit es nicht zu Verwechslung mit dem Begriff Heizwärmebedarf kommt. Der Heizwärmebedarf (HWB) gibt an, wie viel Wärmeenergie ein Gebäude innerhalb eines Jahres abhängig von seiner zu beheizenden Fläche benötigt, damit in den Räumen eine gewünschte Temperatur erreicht wird. Der HWB wird in Joule/Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr angegeben. Die Einheit lautet J/kW(m²a). Die Angabe der Kilowattstunden ergibt sich aus der Heizleistung, multipliziert mit der Anzahl der Stunden, in welchen geheizt wird.

 

 

Die Berechnung des Heizwärmebedarfs lautet:

Heizwärmebedarf = [Gradtagsfaktor x (Transmissionswärmeverlust + Lüftungswärmeverlust)] – [Nutzungsgrad interner Gewinne x (solare Gewinne + interne Gewinne)] in Kilowattstunden pro Jahr.

 

Gradtagsfaktor = unterscheidet sich von Region zu Region: Diese Zahl kann aus einer Tabelle abgelesen werden. Sie gibt an, an wie vielen Tagen die Außentemperaturen in einer bestimmten Region unter einer spezifischen Heizgrenztemperatur liegen.

Transmissionswärmeverlust = Φ T,i = HT * ( Θint – Θe )

Lüftungswärmeverlust = Φ V = HV * ( Θint – Θe )

Also demnach:

Wärmebedarf = Transmissionswärmeverlust + Lüftungswärmeverlust

Nutzungsgrad interner Gewinne x (solare Gewinne + interne Gewinne) = Die Berechnung berücksichtigt neben den Wärmeverlusten über die Gebäudehülle auch die Wärmeverluste über undichte Stellen von Lüftungsleitungen. Ebenso berücksichtigt der HWB Wärmegewinne durch Sonneneinstrahlung über Fenster und Türen sowie durch Geräte in einem Haushalt.

  • Der Nutzungsgrad interner Gewinne beträgt in der standardisierten Berechnung des Wärmebedarfs 0,95
  • Solare Gewinne = Summe (Einstrahlung x Energiedurchlassgrad der Fenster x Fläche x Korrekturfaktoren) pro Himmelsrichtung
  • Interne Wärmegewinne = 5 x Nutzfläche x Länge der Heizperiode x 0,024: Die Länge der Heizperiode beträgt im Durchschnitt 185 Tage. Der Faktor 0,024 dient der Umrechnung der einzelnen Einheiten.

Beispiel für den obigen Raum bei einer Gradtagsfaktor von 365 und keine Internen Gewinne:

0,5 Kilowatt für diesen einen Raum * 365 =182,5 in Kilowattstunden pro Jahr.

 

 

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