Die Praxis zeigt, dass die Ermittlung der Raumheizlast nach der normierten Heizlastberechnung
DIN EN 12831 bei hocheffizienten Gebäuden (z. B. Passivhaus)
zu extrem überdimensionierten Auslegungen führt. Mit der extrem hohen Energieeffizienz, die beim
Passivhaus erreicht wird, wird der Heizwärmebedarf mit um 10 bis 20 kWh/(m²a) eigentlich völlig unbedeutend
in Bezug auf die davon ausgehende Ressourcen- und Umweltbelastung. In einem funktionierenden Passivhaus ist der Verbrauch für Heizung
automatisch vernachlässigbar gering (ca. ein Zehntel des sonst üblichen Verbrauches).
Feldmessungen haben gezeigt, dass nicht nur in der
Berechnung, sondern auch in der praktischen Baunutzung diese 90%ige Einsparung tatsächlich erreicht wird. Dies ist bei Einhaltung
der baulichen und technischen Qualitäten des Passivhausstandards statistisch gesichert. Entscheidend ist dabei ausschließlich, dass ein funktionierendes
Passivhaus erreicht wird. Unter diesen Umständen ist es nicht mehr wichtig, wie hoch die Jahresbedarfswerte im Einzelnen sind, weil der Passivhausstandard schon von sich aus
einen extrem niedrigen Verbrauch garantiert, der eine dauerhaft ökonomisch und ökologisch vertretbare Versorgung "behagliche Räume" sicherstellt.
Bei der Planung und dem Bau von Passivhäusern sind folgende Grundsätze zu beachten:
Damit ein optimaler passiver Solarenergiegewinn erreicht wird, sind eine südliche Ausrichtung, aktive Verschattung und ein reduzierter Fensterrahmenanteil Voraussetzungen. Dabei kann besonders bei freistehenden Einfamilienhäusern ein erhöhter Dämmaufwand vermieden werden. Im Geschosswohnungsbau und bei anderen kompakten Gebäudeformen kann der Passivhaus-Standard auch ohne Südorientierung erreicht werden.
Die Außenhülle muss rundum sehr gut wärmegedämmt werden. Kanten, Ecken, Anschlüsse und Durchdringungen müssen besonders sorgfältig geplant und ausgeführt werden, um Wärmebrücken zu vermeiden. Alle nicht lichtdurchlässigen Bauteile der Außenhülle des Hauses sind so gut gedämmt, dass sie einen Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) kleiner als 0,15 W/(m²K) haben, das sagt aus, je Grad Temperaturunterschied und Quadratmeter Außenfläche gehen höchstens 0,15 Watt verloren. Je kompakter eine Gebäudehülle bebaut ist, desto leichter und kostengünstiger lässt sich der Passivhaus-Standard verwirklichen. Viele halten diese Bauform für "gewöhnungsbedürftig".
Die Fenster (Verglasung und Fensterrahmen) sollen einen U-Wert von 0,80 W/(m²K) nicht überschreiten. Hierfür sind besondere Fensterrahmen mit Wärmedämmung erforderlich. Die Verglasungen haben einen g-Wert um 50 % (g-Wert [Gesamtenergiedurchlassgrad für Solarenergie]). Die Fenster müssen wärmebrückenfrei in die Dämmebene der Wandkonstruktionen eingebaut werden.
Die Undichtigkeiten durch unkontrollierte Fugen in der Gebäudehülle darf beim Blower-Door-Verfahren mit Unter- und Überdruck von 50 Pascal nicht größer als 0,6 Raumluftvolumen pro Stunde sein. Durch eine weitere Verbesserung der Luftdichtheit kann auch die Heizlast durch weniger Lüftungswärmebedarf gesenkt werden. Viele Passivhäuser erreichen Drucktestergebnisse von 0,3 bis 0,4 Raumluftvolumen pro Stunde.
Die Außenluft kann über einen Erdwärmetauscher (in der Erde verlegte Lüftungskanäle), durch einen Luftbrunnen und/oder einer Luft-Wärmepumpe in das Haus geführt werden; selbst an kalten Wintertagen wird die Luft so bis auf eine Temperatur von über 5 °C vorerwärmt. Im Sommer ist auch eine Kühlung möglich.
Aus der Fortluft wird über einen Wärmetauscher in der kontrollierten Wohnungslüftung (KWL) Wärme zurückgewonnen. Dabei sollten mindestens 80 % der Wärme der Außenluft wieder zugeführt werden. Für die Lüftung darf allerdings nur ein geringer Stromverbrauch eingesetzt werden. Eine KWL ist notwendig, um in solchen luftdichten Häusern eine gute Luftqualität und behagliche Räume zu gewährleisten.
Die Trinkwassererwärmung sollte über alternative Energien, so z. B. durch eine thermische Solaranlage, einen Holzkessel oder eine Luft-Wärmepumpe, erfolgen. Dabei ist der Einsatz eines Pufferspeichers sinnvoll.
Die Reduzierung des Strombedarfs vermeidet eine unnötige Erwärmung der Räume im Sommer. Kühlschrank, Herd, Tiefkühltruhe, Lampen und Waschmaschine als hocheffiziente Stromspargeräte sind ein Muss für ein Passivhaus. Zum Trocknen der Wäsche sollte kein Abluft- oder Kondensations-Wäschetrockner verwendet werden, sondern die herkömmliche Wäscheleine oder ein Trockenschrank sollten wiederentdeckt werden.
Wärmebedarf und Energieverbrauch eines Passivhauses |
|
|---|---|
Kriterium |
Höchstwert |
Heizwärmebedarf |
≤ 15 kWh/m² pro Jahr |
Heizlast |
≤ 10 W/m² |
U-Wert Außenbauteile |
≤ 0,15 W/m² |
U-Wert Fenster/Verglasungen |
≤ 0,8 W/m² |
Luftdichtheit |
≤ 0,6/h bei 50 pa |
Primärenergiebedarf |
≤ 60 kWh/m² |
Quelle: Passivhaus Institut GmbH |
|
Gesamtkonzept optimieren
Damit der Passivhausstandard erreicht wird, müssen alle vorgenannten
Komponenten gut aufeinander abgestimmt werden. Deshalb sollte
bei der Planung und Ausführung grundsätzlich ein erfahrener
Architekt hinzugezogen werden.
Bei der Planung der Beheizung eines Passivhauses (im Volksmund "Thermoskanne") sollte man das "Brett vor dem Kopf" ein wenig weiter wegnehmen oder ein Loch reinbohren. Eine Heizlastberechnung nach DIN EN 12831 ist hier nicht anwendbar, weil die Ergebnisse der Heizlast viel zu hoch sind, weil z. B. keine solaren Gewinne, Gewinne aus Abwärme elektrischer Geräte und durch anwesende Personen berücksichtigt werden. Lohnt es sich wirklich, bei den geringen Heizlasten ein wassergeführtes Heizsystem einzubauen? Wäre nicht ein luftgeführtes System sinnvoller? Eine Kontrollierte Wohnungslüftung (KWL) ist sowieso erforderlich. Mit einem Solar-Luftkollektor ist auch eine Beheizung des Hauses möglich. Es bieten sich auch Luft-Luft-Wärmepumpen oder Standheizungen an. Bei einer guten Planung dieser lüftungstechnischen Anlage sind sogar verschiedene Raumtemperaturen und eine Kühlung möglich.
Die Berechnung der Heizlast in Passivhäuser
hat einige Besonderheiten.
Es werden solare Gewinne, Gewinne
aus Abwärme elektrischer Geräte und durch anwesende Personen berücksichtigt.
Es werden zwei auslegungsrelevante Tage anhand der jeweiligen Wetterdaten die benötigte
tagesmittlere Heizleistung bestimmt. Die auslegungsrelevanten Tage werden dabei durch die
Südfensterflächen vorgegeben, da die Hauptfensterfläche von Passivhäusern in der Regel nach
Süden orientiert ist. Der höhere Wert der beiden Heizleistungen ist die Heizlast des
Gebäudes. Danach werden Formeln und Wetterdaten für die Berechnung
der Heizleistungen der beiden Auslegungstage bestimmt. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass die benötigten
Gebäudedaten (z. B. Luftwechsel, Geometrie) aus dem
PHPP-Verfahren übernommen werden können, dadurch wird die Datenerfassung bedeutend erleichtert.
Ein Vorschlag zur Heizlastauslegung im Passivhaus
- Carsten Bisanz, Dirk Mangold, Wolfgang Feist, Johannes Werner
Heizlast in Passivhäusern
– Validierung durch Messungen - Passivhaus Institut GmbH
Nutzerhandbuch für Passivhäuser - Passivhaus Institut GmbH
Dynamisches Verhalten und Wärmeübergabeverluste von Flächenheizungen
Jürgen Schnieders, Passivhaus Institut
Passivhaus-Projektierungspaket (PHPP) - Passivhaus Institut GmbH
Konstruktionshandbuch für Passivhäuser - Passivhaus Institut Dr. Wolfgang Feist
Passivhaus: So funktioniert das Heizen und Belüften - Bosch Thermotechnik GmbH
Passivhausfenster
Das Passivhaus-Projektierungspake (PHPP) umfasst alles, um ein sicher funktionierendes Passivhaus planen zu können. Es ergibt zuverlässige Ergebnisse für:
- Heizwärmebedarf pro Jahr [kWh/(m²a)] und maximale Heizlast [W/m²]
- Kühlbedarf pro Jahr [kWh/(m²a)] und maximale Kühllast [W/m²] (bei aktiver Kühlung)
- Sommerkomfort bei passiver Kühlung: Übertemperaturhäufigkeit [%]
- Bedarf an "Erneuerbarer Primärenergie" (PER) pro Jahr und Primärenergiebedarf (PE) aller Energiedienstleistungen im gesamten Gebäude [kWh/(m²a)]
- Abschätzung der jährlichen Gewinne an erneuerbarer Energie [kWh/(m²Grunda)]
- Förderfähigkeit eines Passivhauses als KfW-Effizienzhaus 40 oder 55
- EnEV-Energieausweis für Wohngebäude
Im Jahr 1998 erschien das auf Excel basierende Passivhaus-Projektierungspaket (PHPP) zum ersten Mal und wurde seither ständig weiterentwickelt. Kern des Tools sind Rechenblätter für Heizwärmebilanzen (Jahres- und Monatsverfahren), für Wärmeverteilung und -versorgung sowie für Strom- und Primärenergiebedarf. Für die praxisorientierte Planung von Effizienzprojekten weltweit wurden wichtige Module sukzessive ergänzt: u.a. Berechnung von Fensterkennwerten, Verschattung, Heizlast und Sommerverhalten, Kühl- und Entfeuchtungsbedarf, Lüftung für große Objekte und Nichtwohngebäude, Berücksichtigung von erneuerbaren Energiequellen sowie EnerPHit-Zertifizierung (Altbausanierung). Das PHPP wird fortlaufend anhand von Messwerten und neuen Forschungsergebnissen validiert und erweitert.
Im Rahmen wissenschaftlicher Begleitforschungen wurden an mehreren hundert Objekten Messergebnisse mit Berechnungsergebnissen verglichen. Dabei konnte durchweg eine hohe Übereinstimmung zwischen dem mit dem PHPP ermittelten Bedarf und dem durch wissenschaftliche Messprojekte festgestellten Verbrauch festgestellt werden. Bei sorgfältiger Gebäudeeffizienzplanung mit dem PHPP ist somit kein "Performance-Gap" (Differenz zwischen Planungszielgrössen und Messungen im Betrieb) feststellbar. > Mehr dazu
 |
Sonnenbahn
im Verlauf der Jahreszeiten |
Quelle:
Sonnenhaus-Institut e.V. |
|
|
|
 |
Nutzbarer
Solarertrag für ein Sonnenhaus in % vom Maximum in Abhängigkeit von der Orientierung der Kollektorfläche |
Quelle:
Sonnenhaus-Institut e.V. |
|
Passivhausfenster
Die Schwachstellen in den sehr gut gedämmten Passivhäusern sind immer die Fenster und Eingangstüren. Inzwischen gibt es passivhausgeeignete Fenster, die nicht nur einen sehr guten (Uw-Wert haben, sondern auch eine höhere Behaglichkeit in unmittelbarer Fensternähe herstellen (kein Kaltlufteinfall) und im Winter mehr passiv nutzbare Sonnenenergie in die dahinterliegenden Räume bringen, als Wärme durch sie verloren geht. Der Wärmedurchgangskoeffizient des Fensters (Uw-Wert) darf nicht größer als 0,8 W/(m²K) sein, um bei üblichen Auslegungsbedingungen (-10 °C außen, 20 °C innen) eine innere Oberflächentemperatur von mindestens 17 °C zu erhalten. Dies wird durch die Abstimmung der Fensterfläche gemittelten Wärmeverluste erreicht. Diese errechnen sich aus dem Verlust durch die Verglasung (Ug-Wert [Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung]), dem Regelverlust durch den Rahmen (Uf-Wert) und dem Wärmebrückenverlust durch den Randverbund (bestimmt durch den Wärmebrückenverlustkoeffizienten des Anschlusses Glas/Rahmen. Der Fenstereinbau muss luftdicht und wärmebrückenfrei erfolgen. Zunächst ist auf einen flächigen wärmebrückenfreien Anschluss des Fensters in der umlaufenden Dämmebene der Außenwand und auf einen lückenlosen Übergang von der Dichtebene des Fensters (Innenoberfläche des Rahmens) an die Dichtebene der Außenwand (welche durch den Putz, durch eine Werkstoffplatte oder durch eine Dichtbahn [Folie/Kraftpapier] gegeben ist). Um Wärmebrücken zu vermeiden, ist es erforderlich, dass bei Passivhäusern die Fenster und Fenster-Türen in der Dämmebene liegen.  Die Montage der Passivhausfenster sollte nur durch Fachpersonal (z. B. Fensterbauer, Tischler)
erfolgen!
Beispiel eines Passivhausfensters
Passivhausfenster - Martin Schindler Fenster Handel |
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. |
1998 |
Da die normierte Wärmebedarfsberechnungen bzw. Heizlastberechnungen bei hocheffizienten Gebäuden (z. B. Passivhaus) zu extrem überdimensionierten Auslegungen führte, erschien im Jahr 1998 das auf Excel basierende Passivhaus-Projektierungspaket (PHPP) zum ersten Mal und wurde seither ständig weiterentwickelt. Kern des Tools sind Rechenblätter für Heizwärmebilanzen (Jahres- und Monatsverfahren), für Wärmeverteilung und -versorgung sowie für Strom- und Primärenergiebedarf. Für die praxisorientierte Planung von Effizienzprojekten weltweit wurden wichtige Module sukzessive ergänzt: u.a. Berechnung von Fensterkennwerten, Verschattung, Heizlast und Sommerverhalten, Kühl- und Entfeuchtungsbedarf, Lüftung für große Objekte und Nichtwohngebäude, Berücksichtigung von erneuerbaren Energiequellen sowie EnerPHit-Zertifizierung (Altbausanierung). Das PHPP wird fortlaufend anhand von Messwerten und neuen Forschungsergebnissen validiert und erweitert. Im Rahmen wissenschaftlicher Begleitforschungen wurden an mehreren hundert Objekten Messergebnisse mit Berechnungsergebnissen verglichen. Dabei konnte durchweg eine hohe Übereinstimmung zwischen dem mit dem PHPP ermittelten Bedarf und dem durch wissenschaftliche Messprojekte festgestellten Verbrauch festgestellt werden. Bei sorgfältiger Gebäudeeffizienzplanung mit dem PHPP ist somit kein "Performance-Gap" (Differenz zwischen Planungszielgrössen und Messungen im Betrieb) feststellbar. > Mehr dazu |
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 | |
2014 |
Norm-Entwurf der DIN EN
12831-1:2014-11 - Heizungsanlagen und wasserbasierte Kühlanlagen
in Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast -
Teil 1: Raumheizlast; Deutsche Fassung prEN 12831-1:2014. Diese DIN wurde zurückgezogen. |
Im September 2017 wurde die DIN EN 12831-1 "Energetische Bewertung von
Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast - Teil 1: Raumheizlast" und die DIN EN 12831-3 "Energetische Bewertung von Gebäuden
- Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast - Teil 3: Trinkwassererwärmungsanlagen, Heizlast und Bedarfsbestimmung" veröffentlicht. Die Norm ist schon gültig, aber für die Anwendung fehlen noch die nationale Daten. Da die Novellierung der DIN SPEC 12831-1 2018-10 - Entwurf Verfahren zur Berechnung der Raumheizlast - Teil 1 Nationale Ergänzungen zur DIN EN 12831-1 ist noch nicht abgeschlossen ist, empfiehlt das Deutsche Institut für Normung (DIN) die Nutzung der "alten" Heizlast bis zur Veröffentlichung
der nationalen Beiblätter (voraussichtlich Anfang 2019). Die neue Norm führte bei vielen Beteiligten für Verunsicherung, da diese Heizlastnorm auf nationale
Beiblätter angewiesen ist, die erst 2019 veröffentlicht werden. |
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 |
 |
 |
| Videos
aus der SHK-Branche |
SHK-Lexikon |
 |
 |
