Heizlasten in Altbauten

Bestandsanlagen

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
Abkürzungen im SHK-Handwerk
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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).

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)


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

Witterungsbereinigung

Wenn man die Jahresverbrauchswerte miteinander vergleichen will, dann muss die Witterung an dem jeweiligen Standort des Gebäudes des jeweiligen Jahres beachtet werden. Bei einer Untersuchung einer langfristigen Entwicklung des Energiebedarfs müssen die jährlichen Verbräuche erst witterungsbereinigt werden. Die Gradtage wurden eingeführt, um die klimatischen Unterschiede bewerten zu können. Sie werden für jeden einzelnen Tag berechnet und für das ganze Jahr aufaddiert. Hier wird davon ausgegangen, dass erst bei Außentemperaturen von unter 15°C geheizt werden muss. Für diese Tage wird die mittlere Außentemperatur bestimmt und die Differenz zu 20 °C gebildet.
Die Gradtage für ein Jahr sind demnach die Summe der Temperaturdifferenzen (20 °C minus mittlerer Außentemperatur) aller Gradtage für diesen Zeitraum. Je größer der Wert der Gradtage (gemessen in Kelvintagen pro Jahr) ist, desto kälter war es im betreffendem Zeitraum und desto höher ist der Heizenergiebedarf.

Die Gradtage werden vom Deutschen Wetterdienst (dwd) für viele Orte in Deutschland ermittelt. Aber auch viele Energieversorger bestimmen die Gradtage. In Nordrhein-Westfalen veröffentlicht die EnergieAgentur.NRW regelmäßig aktuelle Werte für vier repräsentative Standorte.

Die Höhe der Wärmeverbrauch in einem durchschnittlichen Jahr kann über das Verhältnis der aktuellen Gradtage zum langjährigem Mittel berechnet werden.

EVH = EVgH · Gm/G


EVH - bereinigter Heizenergieverbrauch [kWh/a]
EVgH - außentemperaturabhängiger Heizenergieverbrauch [kWh]
G - Gradtage [K · d]
Gm = langjähriges Mittel der Jahresgradtage in [K · d/a]

Gradtagzahlen und Gradtage - dwd
Gradtagzahl - Heizgradzahl
Gradtagzahlen


"Schweizer Formel" (Daumen-Formel)
  •   Unter 800 m ü M mit Warmwasser: Jährl. Oelverbrauch in Litern/300 bzw. kWh/3.000
  •   Unter 800 mü M ohne Warmwasser: Jährl. Oelverbrauch in Litern/265 bzw. kWh/2.650
  •   Über 800 m ü M mit Warmwasser: Jährl. Oelverbrauch in Litern/330 bzw. kWh/3.300
  •   Über 800 m ü M ohne Warmwasser: Jährl. Oelverbrauch in Litern/295 bzw. kWh/2.950
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

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

Heizlastberechnung DIN EN 12831
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