Lüftungswärmeverlust zur Berechnung der Heizlast

Der Lüftungswärmeverlust bildet die Verluste ab, die durch das Lüften entstehen, sodass ein zusätzlicher Lüftungswärmebedarf entsteht - die erforderliche Wärmeleistung, um die von außen eindringende Kaltluft aufzuwärmen.

Er ist damit eine der entscheidenden Größen zur Berechnung der Heizlast gemäß DIN EN 12831.

Was ist die Heizlast?

Die Heizlast beschreibt, wie viel Wärme ein Gebäude benötigt, um auch bei geringen Außentemperaturen eine gewisse Raumtemperatur beibehalten zu können. Die Berechnung der Heizlast dient dazu, die Größe von Wärmeerzeugern, aber auch der Heizflächen und der Dimensionierung des Rohrnetzes zu ermitteln.

Die Heizlastberechnung folgt einem standardisierten Ablauf und hängt von verschiedenen gebäudespezifischen Größen ab. Sie gibt letztlich an, wie viel Energie dem Gebäude zugeführt werden muss, um die Temperatur im Innern konstant zu halten.

Heizlastberechnung nach DIN EN 12831

Der Ablauf der Heizlastberechnung ist seit 2004 in DIN EN 12831 festgehalten. Diese hat damit die DIN 4701 abgelöst. Im Zuge dessen wurden neue Formelzeichen, Indizes und Begriffe eingeführt, während einige der bis dato geltende Regularien entfielen.

Die DIN legt die Norm-Auslegungsbedingungen fest, damit eine Norm-Innentemperatur erreicht wird. Die Norm beschreibt das Berechnungsverfahren auf einer raum- und zonenweisen Basis zur Auslegung einzelner Heizflächen, sowie auf Basis der gesamten Anlage zur Auslegung des Wärmeerzeugers.

Alle erforderlichen Werteparameter und Faktoren, die teilweise auch auf nationaler Ebene festgelegt werden, sind in der Norm enthalten.

Benötigte Daten für die Heizlastberechnung sind:

  • meteorologische Daten, d. h. Norm-Außentemperatur und das Jahresmittel der Außentemperatur

  • die Norm-Innentemperatur

  • Gebäudedaten:

    • Luftvolumen der einzelnen Räume in m³

    • Fläche der einzelnen Bauteile in m²

    • Wärmedurchgangskoeffizienten der Bauteile in W / m²*K

    • längenbezogener Wärmedurchgangskoeffizient jeder linearen Wärmebrücke in W / m*K

    • Länge linearer Wärmebrücken in m

Faktoren der Heizlastberechnung

Drei wichtige Größen ergeben in ihrer Summe die Heizlast:

  • der Transmissionswärmeverlust, der den Wärmeverlust über die Bauteile der Gebäudehülle beschreibt. Die Ermittlung erfolgt raumweise unter Berücksichtigung aller Flächen, die an nicht oder wenig beheizte Räume grenzen, die in ihrer Summe mit den U-Werten multipliziert werden. Das Ergebnis wiederum wird multipliziert mit der Differenz aus Innen- und Norm-Außentemperatur.

  • der Lüftungswärmeverlust, der den durch das Lüftungsverhalten auftretenden Wärmeverlust beschreibt. Auch dieser wird raumweise ermittelt und hängt von verschiedenen Faktoren ab.

  • die Zusatz-Aufheizleistung der Heizlastberechnung beschreibt die zusätzliche Leistung, die eine Heizungsanlage nach einer Heizpause wieder aufbringen muss. Die Ermittlung erfolgt raumweise und wird auf die nötige Heizlast aufgeschlagen.

Die Normheizlast entspricht dann einem Temperaturreduktionsfaktor, der mit der Summe von Transmissions- und Lüftungswärmeverlust multipliziert wird.

Lüftungswärmebedarf und -verlust

Die Ermittlung des Lüftungswärmeverlustes eines Raumes bestimmt sich durch den Volumenstrom, multipliziert mit der spezifischen Wärmekapazität, Dichte der Luft und mit der Differenz aus Innen- und Norm-Außentemperatur. Als Formel sieht die Berechnung wie folgt aus:

 

Fomel zur Bestimmung des Lüftungswärmeverlustes

V entspricht dabei dem Luftvolumenstrom des beheizten Raums in m³/s, p der Dichte der Luft bei der Temperatur θint in kg/m³. cp bildet hingegen die spezifische Wärmekapazität der Luft bei θint in KJ/kg*K ab.

In einem vereinfachten Verfahren wird dabei einfach mit dem Raumvolumen V und einer minimalen Luftwechselrate n von 0,5 (Standard) bis hin zu 2,0 (Besprechungsraum) gerechnet, wodurch sich folgender Lüftungswärmeverlust ergibt:

Lüftungswärmeverlust

Für die Ermittlung des Lüftungswärmeverlustkoeffizienten werden damit folgende Daten benötigt:

  • Mindestluftwechselrate je Stunde

  • Luftwechselzahl bei 50 Pa Druckunterschied zwischen Innenräumen und dem Außenbereich je Stunde

  • Infiltration aufgrund Undichtigkeiten in der Gebäudehülle unter Berücksichtigung von Windgeschwindigkeiten in m³/s

  • Zuluftrate in m³/s

  • Abluftrate in m³/s

  • Wirkungsgrad des Wärmerückgewinnungssystems bezüglich der Abluft

Einflussgrößen auf die Heizlast

Durch die Addition aller Wärmeverluste lässt sich die Heizungsanlage planen. Die Verluste, die über die Gebäudehülle auftreten, hängen dabei von verschiedenen Faktoren ab:

  • der Wahl der Temperaturen für die Berechnung, wobei die DIN-Norm-Außen- und Innentemperaturen vorgibt.

    • Die Norm-Außentemperatur ist die tiefste Außentemperatur, die in 20 Jahren zehn Mal an zwei aufeinanderfolgenden Tagen gemessen wurde. Damit hängt diese von der Region ab.

    • Für die Innentemperaturen gibt die Norm Empfehlungen zwischen 20°C im Wohnbereich und Nebenräumen mit 15°C.

  • U-Werte der Gebäudehülle, die angeben, wie viel Wärme bei einer Temperaturdifferenz von 1°C und einen m² des Bauteils strömt. Damit muss er einzeln für alle Flächen berechnet werden, die relevant für die Ermittlung des Transmissionswärmeverlustes sind.

  • der Luftwechselrate einzelner Räume, die von der Durchlüftung einzelner Räume abhängt. Bei Produktionshallen mit offenen Toren kann diese beispielsweise sehr hoch sein.

  • der Speichermasse des Gebäudes, d. h. die Speicherfähigkeit von Wärme, während die Heizung heruntergefahren wird. Je schwerer und massiver das Gebäude dabei ist, desto größer fällt die Aufheizleistung aus.

Grundsätzlich spielen natürlich auch die Lage des Gebäudes und die Bauweise allgemein eine Rolle bei der erforderlichen Heizlast.

Heizlast und Wärmebedarf

Der Begriff des Wärmebedarfs wird seit 2004 als Heizlast bezeichnet, um eine Verwechslung mit dem Begriff des Heizwärmebedarfs aus der EnEV zu vermeiden. Dieser dient dazu, die Energieeffizienz eines Gebäudes zu ermitteln, während die Heizlast in Watt angegeben wird und eine Aussage über die Dimensionierung von Wärmeerzeugern und Heizflächen trifft. Vergleichbar ist das mit dem Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs (Heizwärmebedarf) und der PS-Leistung des Fahrzeugs (Heizlast).

Folgen einer falschen Heizlastermittlung

In vielen Fällen sind Heizungsanlagen größer dimensioniert als es nötig wäre. Damit einher gehen nicht nur unnötig hohe Anschaffungskosten, sondern auch die laufenden Betriebskosten fallen höher aus als erforderlich.

Brennwertkessel werden nicht im Optimum gefahren, Umwälzpumpen verbrauchen zu viel Energie und der Grundpreis von Energieversorgern fällt unter Umständen höher aus als es angemessen wäre.

Die Berechnung der Heizlast als Ganzes sowie des Lüftungswärmeverlustes als Teilkomponente der Gesamtrechnung sind komplexe Rechnungen, die eine Vielzahl verschiedener Daten erfordern. Dennoch ist die Ermittlung relevant, um eine ausreichende, aber nicht überdimensionierte Heizungsanlage planen und Betriebskosten damit optimieren zu können. Wenden Sie sich mit Ihrem Anliegen bei Neu- und Bestandsbauten deshalb am besten an Fachpersonen, die sowohl über die erforderliche Expertise als auch eine geeignete Software verfügen.