Normenstatus
Im September 2017 ist die Normenreihe DIN EN 12831 „Energetische Bewertung von Gebäuden – Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast“ novelliert worden. In diesem Zuge ist die Berechnung der Heizlast für Trinkwassererwärmungsanlagen in die Normenreihe integriert worden. Die DIN EN 12831 regelt in Teil 1 die Berechnung der Raumheizlast. In Teil 3 wird die Bedarfsbestimmung von Trinkwassererwärmungsanlagen und deren Heizlast beschrieben. Teil 1 ersetzt die DIN EN 12831 aus dem Jahr 2003 und Teil 3 ersetzt die DIN EN 15316-3-1 von 2007. Wie die alte Norm, kann auch die Berechnung der Raumheizlast nach DIN EN 12831-1 nicht ohne nationale Ergänzung erfolgen. Im Oktober 2018 ist daraufhin der Entwurf der nationalen Ergänzung als DIN SPEC 12831-1 erschienen. Die DIN SPEC 12831-1 soll die Beiblätter der alten Heizlastberechnung ersetzten. In einer Pressemitteilung vom November 2017 des DIN1 empfiehlt der Normenausschuss bis zum Erscheinen der finalen Fassung der DIN SPEC 12831-1 die verfügbaren Beiblätter mit Bezug auf die DIN EN 12831-2003 weiterhin zu nutzen. Die Einspruchsfrist für die DIN SPEC 12831-1 endete im Januar 2019, sodass mit einem Erscheinen der finalen Fassung nicht vor dem Sommer zu rechnen ist.
Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die neue Heizlastnorm frühestens ab Sommer 2019 zum Einsatz kommt und man bis dahin nach den bestehenden Verfahren rechnen sollte.
Grundlagen
Nach der DIN EN 12831-1 wird die Norm-Heizlast als der Wärmestrom definiert, der erforderlich ist, um die Norm-Innentemperatur unter Norm-Außenbedingungen zu erreichen. Unter dieser Definition kann als Norm-Heizlast nur die Raumheizlast ohne die Heizlast von Trinkwassererwärmungsanlagen verstanden werden. Weil der Name der Normenreihe DIN EN 12831 „Energetische Bewertung von Gebäuden – Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast“ lautet und in Teil 1 die Raumheizlast und in Teil 3 die Heizlast von Trinkwassererwärmungsanlagen beschreiben werden, ist die Definition der Norm-Heizlast nicht vollständig bzw. missverständlich. Da sich dieser Artikel ausschließlich mit Teil 1 der DIN EN 12831 beschäftigt, wird in diesem Artikel der Begriff Heizlast für die Heizlast ohne Trinkwassererwärmung verwendet.
Die Berechnung der Heizlast ist ein stationäres Verfahren – das bedeutet, die Randbedingungen sind zeitlich konstant und es wird ein thermisch eingeschwungener Zustand der Bauteile des Gebäudes vorausgesetzt. Somit unterscheidet sich die Heizlastberechnung deutlich von der Kühllastberechnung nach VDI 2078, die mit einem dynamischen Ansatz arbeitet. Für die Heizlastberechnung werden Auslegungsbedingungen vorgegeben, die eine Extremsituation beschreiben und die nur in den seltensten Fällen erreicht wird. Dies hat zur Folge, dass das mit den Ergebnissen der Heizlastberechnungen dimensionierte Heizungssystem fast ausschließlich in Teillast betrieben wird. Die Heizlast ist daher nicht zur Schätzung des Energiebedarfs geeignet, sondern ausschließlich zur Dimensionierung von Heizungssystemen.
Für die Dimensionierung lassen sich Heizungssysteme in drei Bereiche aufteilen:
- Wärmeabgabesysteme
- Wärmeerzeuger
- Wärmeverteilsysteme
Zu den Wärmeabgabesystemen gehören in erster Linie Heizkörper und Flächenheizungen. Wenn Lüftungsgeräte mit Luftaufbereitung im Gebäudekonzept vorgesehen sind, können die Lufterhitzer der Geräte einen Teil der Heizlast abdecken und sind dann ebenfalls Bestandteil der Wärmeabgabesysteme. Heizkessel und Wärmeübergabestationen, z. B. ein Fernwärmeanschluss zählen zu den Wärmeerzeugern. Das Rohrsystem mit seinen eingebauten Komponenten, wie Pumpen und Ventilen, gehört zu den Wärmeverteilsystemen.
Gebäudeeinheit und Lüftungszone
Mit der neuen DIN EN 12831-1 werden die Begriffe Gebäudeeinheit und Lüftungszone eingeführt.
Eine Gebäudeeinheit ist ein Teil eines Gebäudes, der üblicherweise von einer Partei genutzt wird und in dem die Wärmezufuhr vom Benutzer individuell geregelt werden kann. Die Gebäudeeinheit beschreibt somit Miet- und Eigentumsverhältnisse innerhalb eines Gebäudes, wobei die jeweilige Partei keinen Einfluss auf die Temperatur der anderen Gebäudeeinheiten hat. Wenn Räume gemeinsam von mehreren Parteien genutzt werden, gehören sie keiner Gebäudeeinheit an. In einem Mehrfamilienhaus ist somit jede Wohnung eine Gebäudeeinheit und das Treppenhaus gehört keiner Gebäudeeinheit an.
Eine Lüftungszone besteht aus Räumen, die aufgrund ihrer Auslegung eine direkte oder indirekte Luftverbindung aufweisen. Aus der Definition lässt sich ableiten, dass zwischen Lüftungszonen auslegungsgemäß kein Luftaustausch stattfindet und daher ein Raum nicht Teil von zwei Lüftungszonen sein kann. Außerdem setzt die Heizlastberechnung nach dieser Definition ein Lüftungskonzept für das Gebäude voraus. Eine Lüftungszone muss nicht einer Gebäudeeinheit entsprechen. Je nach Anwendungsfall kann eine Gebäudeeinheit aus mehreren Lüftungszonen bestehen oder eine Lüftungszone aus mehreren Gebäudeeinheiten.
In einem Mehrfamilienhaus, bei dem jede Wohnung über ein eigenes Wohnungslüftungsgerät versorgt wird, sind die Gebäudeeinheiten und Lüftungszonen identisch. Wenn aber die Abluft zentral über das Treppenhaus abgeführt wird, hat das Gebäude mehrere Gebäudeeinheiten, aber nur eine Lüftungszone. Anders in einem Industriegebäude, bei dem zwischen den Büros, der Produktion und der Kantine kein Luftaustausch vorgesehen ist, und diese Bereiche mit eigenständigen Lüftungssystemen betrieben werden; hier hat das Gebäude eine Gebäudeeinheit und drei Lüftungszonen.
Neue Klimadaten
Mit der DIN SPEC 12831-1 sind die Referenzorte und deren Klimadaten überarbeitet worden. Mit der neuen Norm wird jedes deutsche Postleitzahlengebiet zu einem Referenzort mit Klimadaten. Durch dieses Vorgehen hat sich die Anzahl der Referenzorte von 524 auf 8.199 erhöht. Des Weiteren sind die Norm-Außen- und Jahresmitteltemperaturen angepasst worden und werden nun mit einer Nachkommastelle angegeben. In den meisten Fällen liegen die Norm-Außentemperaturen höher als der Wert für die alte Heizlastberechnung (siehe Tabelle 1). Durch die höhere Anzahl an Referenzorten ergeben sich für Stadtzentren höhere Norm-Außentemperaturen als für die Randbezirke und das Umland. Dieser Effekt wird in der Abbildung 1 für Düsseldorf verdeutlicht.
Beispielgebäude
Die Berechnung der Raumheizlast soll anhand eines kleinen Beispielgebäudes mit dem Standort Aachen (PLZ 52072) verdeutlicht werden. Aus der DIN SPEC ergeben sich für den Standort Aachen eine Norm-Außentemperatur von -8,6 °C und eine Jahresmitteltemperatur von 10,5 °C. In Abbildung 2 ist eine Ansicht des Gebäudes dargestellt. Das Gebäude ist ein Mehrfamilienhaus mit vier Wohnungen, die jeweils 78 m² groß sind und sich auf zwei Geschosse verteilen. Ein unbeheiztes Kellergeschoss ist ebenfalls Teil des Gebäudes und das Treppenhaus wird ebenfalls als unbeheizt betrachtet. Jede Wohnung ist mit einer kontrollierten Wohnraumlüftungsanlage ausgestattet und das Lüftungskonzept ist nach DIN 1946-6 erstellt. In Abbildung 3 sind der Grundriss des Erdgeschosses und die Volumenströme des Lüftungskonzepts für eine Wohnung dargestellt. Aus den Nutzungsverhältnissen ergibt sich, dass jede der vier Wohnungen einer Gebäudeeinheit entspricht, die zugleich auch eine Lüftungszone ist. Kellerräume und Treppenhaus sind keiner Gebäudeeinheit zugeordnet.
Raumheizlast
Die Heizlast nach DIN EN 12831-1 kann für das Gebäude, die Gebäudeeinheiten und die Räume berechnet werden. Allgemein ermittelt sich die Heizlast aus den Transmissionswärmeverlusten, den Lüftungswärmeverlusten, den zusätzlichen Aufheizleistungen und den Wärmegewinnen:
Die zusätzlichen Aufheizleistungen können erforderlich sein, wenn ein unterbrochener Heizbetrieb vorgesehen ist und die Norm-Innentemperatur wieder in einer bestimmten Zeit erreicht werden soll. In vielen Fällen kann auf die zusätzliche Aufheizleistung verzichtet werden, wenn das Regelsystem eine Temperaturabsenkung an den kältesten Tagen verhindert oder die Wärmeverluste während der Absenkung vernachlässigbar gering sind. Dahingegen legt die nationale Ergänzung für Deutschland mit der DIN SPEC 12831-1 fest, dass keine Wärmegewinne von Menschen, Maschinen oder solarer Einstrahlung berücksichtigt werden dürfen. Für Deutschland ergibt sich somit die Heizlast im Regelfall wie folgt:
Transmissionswärmeverluste
Der Berechnungsansatz der Transmissionswärmeverluste hat sich gegenüber der vorherigen DIN EN 12831 nicht verändert. Sie berechnen sich weiterhin aus den Wärmeübertragungskoeffizienten (WÜK) der beheizten Räume und der Temperaturdifferenz aus Norm-Innentemperatur und Norm-Außentemperatur. Aufgrund der Definition der Gebäudeeinheit ist eine Art von WÜK hinzugekommen und somit ergeben sich fünf Arten von WÜK, je nachdem wohin der Wärmeverlust wirksam wird:
- Direkt nach außen HT,ie
- An angrenzende Räume HT,ia
- Durch unbeheizte Räume HT,iae
- An angrenzende Gebäudeeinheiten HT,iaBE
- Ans Erdreich HT,ig
Bei der Berechnung der Transmissionswärmeverluste eines Raums werden alle fünf WÜK berücksichtigt. Bei der Bilanzierung der Gebäudeeinheit werden die Wärmeverluste an angrenzende Räume nur innerhalb einer Gebäudeeinheit wirksam, daher entfallen die WÜK an angrenzende Räume. Auf Gebäudeebene werden die zusätzlichen Wärmeverluste der Gebäudeeinheiten nicht berücksichtigt. Für die Räume, die Gebäudeeinheiten und das Gebäude ergeben sich die Berechnungsformeln für die Transmissionswärmeverluste wie folgt:
Die Norm-Innentemperaturen sind unverändert geblieben. Es werden Beispielsweise weiterhin 20 °C für Wohnräume und 24 °C für Badezimmer in der Berechnung angesetzt. Die Norm-Außentemperatur ergibt sich aus den Klimadaten des Referenzortes und kann durch eine Höhenkorrektur oder die Berücksichtigung der Zeitkonstanten des Gebäudes angepasst werden. Die Höhenkorrektur ist ab einer Differenz von 200 m zwischen der Höhe des Gebäudestandortes (Erdreichoberkante) zu der Höhe des Referenzortes durchzuführen. Die Höhe des Referenzortes ist bei den Klimadaten mit angegeben. Die Berücksichtigung des Einflusses der Zeitkonstante des Gebäudes ist optional. Die Zeitkonstante des Gebäudes beschreibt, wie lange ein Gebäude benötigt, um auszukühlen und wird ebenfalls für die Berechnung der zusätzlichen Aufheizleistung verwendet. Wenn der Einfluss der Zeitkonstante berücksichtigt werden soll, wird die Norm-Außentemperatur angehoben. Die Erhöhung ist auf 4 °C begrenzt.
Bei der Berechnung der WÜK haben sich nur Details gegenüber der alten Heizlastberechnung geändert. Die Temperatur-Reduktionsfaktoren der alten Heizlast (bu , ƒg2 oder ƒij ) werden durch den Temperaturanpassungsfaktor ƒix,k ersetzt. Dieser Faktor beinhaltet weiterhin die Anpassung aufgrund der Temperatur auf der anderen Seite des Bauteils und erweitert diesen um eine Korrektur für Räume mit einer Höhe von mehr als vier Metern. Bei dem WÜK ans Erdreich wird der Einfluss des Grundwassers ab einem Abstand von 1 m zur Bodenplatte berücksichtigt (bisher 3 m). Außerdem ist das vereinfachte Verfahren zur Berechnung des äquivalenten Wärmedurchgangskoeffizienten überarbeitet worden. Dadurch haben sich die Anwendungsgrenzen leicht verändert.
Temperatur der angrenzenden Gebäudeeinheit
Aus der Definition der Gebäudeeinheit ergibt sich, dass der Nutzer keinen Einfluss auf die Temperatur der benachbarten Gebäudeeinheit hat. Hier legt die Heizlastberechnung die konservative Annahme zugrunde und betrachtet die benachbarte Gebäudeeinheit als unbeheizt. Für die Berechnung des für diese Situation neu eingeführten WÜKs: An angrenzende Gebäudeeinheiten ist ein eigenständiger Rechengang notwendig, an dessen Anfang die Ermittlung der Temperatur der angrenzenden Gebäudeeinheit im unbeheizten Zustand steht. Die DIN EN sowie die DIN SPEC beschreiben dafür gleiche Verfahren auf Grundlage einer stationären Wärmebilanz. Das Verfahren berechnet die Temperatur im unbeheizten Zustand aus den WÜK der an die Gebäudeeinheit angrenzenden Bauteile und der Temperaturen der angrenzenden Bereiche, sowie einer Mindesttemperatur der benachbarten Gebäudeeinheit aufgrund von Temperaturregelungs- oder Frostschutzeinrichtungen:
Die Temperaturen der angrenzenden Bereiche ergeben sich aus Tabelle 2. Die Mindesttemperatur begrenzt die Temperatur der unbeheizten Gebäudeeinheit nach unten. In der Regel haben Heizungsanlagen eine Frostschutzfunktion, die ein zu starkes Auskühlen der Räume verhindert. In der Berechnung wird der Standardwert von 5 °C als Mindesttemperatur verwendet, wenn die Mindesttemperatur der Frostschutzeinrichtung unbekannt ist. Die DIN SPEC erlaubt auch höhere Mindesttemperaturen zu definieren, wenn die Temperaturregelung einen Vorgabewert hat, den Sie einhalten soll.
In Abbildung 4 sind die angrenzenden Temperaturen des Beispielgebäudes für die Gebäudeeinheit EG-Links dargestellt.
- Die Außenwände grenzen an die Außenluft und die angrenzende Temperatur beträgt Norm-Außentemperatur (hier θj = -8,6 °C)
- Das Treppenhaus und der Keller sind planmäßig unbeheizt. Für diese Hüllflächen ergibt sich als angrenzende Temperatur die Jahresmitteltemperatur (hier θj = 10,5 °C).
- Die Innenwand der Küche und die Geschossdecke grenzen an regulär genutzte Räume, und es werden die Norm-Innentemperaturen der angrenzenden Räume genutzt (hier θj = 20 °C)
Unter der Annahme, dass die Mindesttemperatur der Frostschutzvorrichtung nicht bekannt ist (θu,min = 5 °C), ergibt sich für die dargestellte Gebäudeeinheit eine Temperatur im unbeheizten Zustand von θu =10,3 °C. Für die zweite Gebäudeeinheit im Erdgeschoss ergibt sich die gleiche Temperatur. Aufgrund des Daches ist die Fläche, die direkt an den Außenbereich grenzt, für die Gebäudeeinheiten im Obergeschoss größer. Die Temperatur im unbeheizten Zustand ist daher niedriger und liegt bei 7,1 °C.
Um solche Temperaturen in der Gebäudeeinheit im realen Gebäude zu erreichen, muss die Heizung in der betrachteten Gebäudeeinheit über mehrere Tage bei Norm-Außentemperaturen ausgeschaltet sein (stationärer Ansatz). Die berechneten Heizlasten der Räume werden durch die Berücksichtigung der unbeheizten benachbarten Gebäudeeinheit gegenüber der alten Heizlastberechnung ansteigen. Da die Nutzer der anderen Gebäudeeinheiten aber keinen Einfluss auf die Temperaturregelung der benachbarten Gebäudeeinheit haben, ist der Ansatz auf der sicheren Seite. Die Frage ist, wie sich die Berechnung der Temperatur der unbeheizten benachbarten Gebäudeeinheit in der Praxis etablieren wird. Durch einen Vorgabewert der Mindesttemperatur für die Temperaturregelung lassen sich die höheren Raumheizlasten abfedern, es ist aber noch nicht (gerichtlich) geklärt, ob bei einer Heizungsanlage mit einer Einzelraumregelung, z. B. über Thermostatventile in einem Mehrfamilienhaus, ein höherer Temperaturwert als bei der Frostschutzeinrichtung vereinbart werden darf.
Lüftungsverluste
Mit der neuen DIN EN 12831-1 ist der Berechnungsansatz der Lüftungswärmeverluste überarbeitet worden. Der neue Ansatz vereinheitlicht den Berechnungsablauf und unterstützt verschiedenste Arten von Lüftungskonzepten. Es sind erstmals, die gerne im Wohnungsbau verwendeten, Außenluftdurchlässe in den Berechnungsablauf integriert. Wie vorher beschrieben, müssen für die Berechnung der Heizlast Lüftungszonen definiert werden. Lüftungszonen können nur mit einem vorliegenden Lüftungskonzept definiert werden. Das hat zur Folge, dass z. B. für ein Wohngebäude vor der Heizlastberechnung ein Lüftungskonzept nach DIN 1946-6 erstellt werden muss.
Grundsätzlich teilen sich die Lüftungswärmeverluste in drei Arten auf:
- Verluste aus Leckagen, Außenluftdurchlässen und dem Mindestluftwechsel ΦV,env/min,i (Räume) bzw. ΦV,leak/min,i (Zonen)
- Verluste durch Zuluft ΦV,sup,i
- Verluste durch Überströmung ΦV,transfer,ij
Für die Räume, die Lüftungszonen und das Gebäude ergeben sich die Lüftungswärmeverluste nach folgenden Berechnungsformeln:
Jede Art der Lüftungswärmeverluste berechnet sich mit der Dichte und spezifischer Wärmekapazität der Luft, dem jeweiligen Volumenstrom, der Temperaturdifferenz aus der mittleren Lufttemperatur des Raums und der jeweiligen Temperatur der eindringenden Luft:
Bei den Verlusten aus Leckagen, Außendurchlässen und dem Mindestluftwechsel handelt es sich um Luft, die durch die Gebäudehülle in das Gebäude strömt. Die Temperatur der Luft entspricht in dem Fall der Norm-Außentemperatur. Bei den Verlusten durch Zuluft wird die Außenluft mit einem Wärmerückgewinnungssystem vorgewärmt. Für die Berechnung der Lüftungswärmeverluste durch Zuluft wird die Temperatur der Zuluft nach der Wärmerückgewinnung genutzt. Die Verluste durch Überströmen werden mit der Lufttemperatur des Raums, aus dem die Luft strömt, berechnet.
Volumenstrom durch Leckagen, Außendurchlässe und Mindestluftwechsel
Neben der Definition der Lüftungszonen ist die Berechnung des Volumenstroms durch die Gebäudehülle die größte Änderung der DIN EN 12831-1. Das Konzept sieht vor, dass zuerst der Außenluftvolumenstrom der Zone berechnet wird. Anschließend wird der Außenluftvolumenstrom auf die Räume der Zone aufgeteilt. Des Weiteren wird erstmals der Volumenstrom, der durch große Öffnungen in der Gebäudehülle strömt, in der Berechnung berücksichtigt. Unter große Öffnungen werden z. B. Tore in Industriegebäuden verstanden, die regelmäßig geöffnet werden, und deren Kaltlufteinfall nicht durch konstruktive Maßnahmen (automatische Türen, Verladeschleusen, usw.) verhindert wird. Große Öffnungen verursachen hohe Lüftungswärmeverluste. Sie sollten nur in Ausnahmefällen und in Vereinbarung mit dem Bauherrn berücksichtigt werden. Auch wenn das Lüftungskonzept nach 1946-6 eine Fensterlüftung vorsieht, was einem regelmäßigen Öffnen entspricht, fallen Fenster nicht unter die Definition von großen Öffnungen. Der Mindestluftwechsel berechnet sich weiterhin aus dem Innenvolumen des Raums und der Mindestluftwechselrate nmin. Die Mindestluftwechselrate für Küchen ist in der DIN SPEC auf den Wert 0,5 min-1 vereinheitlicht worden. Vorher wurde bei Küchen ≤20 m³ der doppelte Wert angesetzt.
Der Volumenstrom aufgrund von Leckagen, Außendurchlässen und dem Mindestluftwechsel berechnet sich also aus den Volumenströmen durch die Gebäudehülle, aus großen Öffnungen, dem Mindestvolumenstrom und den technischen Volumenströmen.
In Abbildung 5 ist eine Übersicht über den Ablauf der Berechnung des Außenluftvolumenstroms in den Raum durch die Gebäudehülle skizziert. Jedes Rechteck entspricht einer Berechnungsformel und die Pfeile zeigen an, in welche Berechnung der jeweilige Wert einfließt. Als Eingangsparameter werden die folgenden Volumenströme benötigt:
- Zuluft qv,sup
- Abluft qv,exh
- Abgeführte Luft aufgrund von Verbrennung oder technischen Prozessen qv,comb
- Auslegung der Außenluftdurchlässe qv,ATD, design
- Aufgrund der Undichtigkeit des Gebäudes qv,env,50
Die ersten vier Volumenströme sind Teil des Lüftungskonzepts, und der Volumenstrom aufgrund der Undichtigkeit des Gebäudes kann aus einer Tabelle in der DIN SPEC entnommen werden oder mit der gemessenen Luftwechselrate bei 50 Pa ( n50 ). berechnet werden. Die Eingangsvolumenströme werden im Berechnungsablauf zu dem Außenluftvolumenstrom durch die Außenhülle für die Lüftungszone zusammengeführt und anschließend auf die einzelnen Räume aufgeteilt. Weil die Vorstellung und Diskussion aller Berechnungsformeln aus der Abbildung den Rahmen dieses Artikels sprengen würde, und zudem kein Erkenntnisgewinn daraus folgen würde, wird an dieser Stelle darauf verzichtet.
Zum besseren Verständnis der Berechnung sind in Abbildung 5 die Ergebnisse der Volumenströme für das Badezimmer dargestellt. Um in dem Beispiel die Effekte einer unbalancierten Lüftung darzustellen, ist das Lüftungskonzepts manuell so angepasst worden, dass die Summen der Zuluft- und Abluftvolumenströme nicht gleich sind. Die Abluftvolumenströme sind in Summe 4 m³/h größer als die Zuluftvolumenströme. Die Abweichung ist so klein, dass der Anpassungsfaktor ƒe,z noch nahezu 1 beträgt. Der Außenluftvolumenstrom durch die Gebäudehülle qv,env,z ist aber trotzdem um den Wert der Abweichung größer als der Außenluftvolumenstrom durch zusätzliche Infiltration qv,inf–add,z. In der Tabelle 3 sind die Außenluftvolumenströme der Räume einer Lüftungszone dargestellt. Die Summe der aufgeteilten Außenluftvolumenströme durch die Gebäudehülle der Räume entspricht nicht dem Außenluftvolumenstrom durch die Gebäudehülle der Zone ( qv,env,z ), dieser Wert wird mit der Summe des Außenluftvolumenstroms durch Undichtigkeiten und Außenluftdurchlässe ( Σqv,leak+ATG,i ) erreicht. Die Erhöhung der Volumenströme durch die Berechnungsformeln ist nachvollziehbar, aber die Begründung, warum die Volumenströme der Räume, wie in diesem Beispiel, sich gegenüber dem Volumenstrom der Lüftungszone fast verdoppeln, ist uns nicht ersichtlich.
Realistischere Lüftungswärmeverluste
Die gezeigten Änderungen der Berechnung der Lüftungswärmeverluste versuchen den neusten Stand der Technik wiederzugeben. Seit dem Erscheinen der alten Heizlast im Jahr 2003 sind durch die EnEV die Transmissionswärmeverluste immer geringer geworden, und die Dichtheit der Gebäude hat so zugenommen, dass häufig der Feuchteschutz des Gebäudes durch zusätzliche Lüftung sichergestellt werden muss. Der zusätzliche Lüftungsvolumenstrom kann mit Außenluftdurchlässen erreicht werden, diese werden häufig im Neubau von Wohngebäuden eingesetzt. Die Infiltration von Außenluftdurchlässen kann nicht über die Gebäudedichtheit berechnet werden und wird in der alten Norm nicht berücksichtigt. Der neue Berechnungsansatz schließt diese Lücke. Außerdem ist der Anteil der Lüftungswärmeverluste an der gesamten Heizlast durch die steigenden Anforderungen der EnEV immer größer geworden, aus diesem Grund ergibt sich die Anforderung, die Lüftungswärmeverluste genauer zu bestimmen. Dies ist nur mit dem Lüftungskonzept zu erreichen, weil das Lüftungskonzept die geplanten Gegebenheiten des Gebäudes beschreibt. In der Praxis muss sich aber noch einspielen, dass ein Lüftungskonzept zur Heizlastberechnung notwendig ist.
Aufheizzuschläge
Wenn ein unterbrochener Heizbetrieb vorgesehen ist, können Aufheizzuschläge berücksichtigt werden. Weil der Wärmeerzeuger in der Regel durch die Trinkwassererwärmung höhere Reserven hat, und eine Überdimensionierung zu hohen energetischen Verlusten im Teillastbereich führt, sollten die Aufheizzuschläge nur in Einzelfällen für die Dimensionierung des Wärmeerzeugers genutzt werden. Die Aufheizzuschläge werden in erster Linie dazu verwendet, die Wärmeübergabe- und Wärmeverteilkomponenten zu dimensionieren. Wenn durch regelungstechnische Maßnahmen sichergestellt wird, dass der unterbrochene Heizbetrieb bei Außentemperaturen um den Auslegungspunkt verhindert wird, kann auf die Aufheizzuschläge ganz verzichtet werden.
Der Aufheizzuschlag wird aus der Bodenfläche des Raums und der spezifischen Aufheizleistung berechnet:
Beim Verfahren zur Berechnung der spezifischen Aufheizleistung sind keine Änderungen gegenüber der alten Norm vorgenommen worden. Die spezifische Aufheizleistung wird aus einer Tabelle entnommen, in der unter anderem die Faktoren des Temperaturabfalls am Ende des unterbrochenen Heizbetriebs, die Wiederaufheizzeit und die Wärmekapazität des Gebäudes berücksichtigt werden.
Dimensionierung Wärmeerzeuger und Wärmeverteilsystem
Bei der Dimensionierung es wichtig zu verstehen, dass die Gebäudeheizlast weder der Summe der Raumheizlasten noch der Summe der Heizlasten der Gebäudeeinheiten entspricht. Der Unterschied ergibt sich, weil der WÜK an angrenzende Gebäudeeinheiten nicht in der Gebäudeheizlast bilanziert wird. Für die Auslegung des Wärmeverteilsystems kann der Unterschied deutliche Auswirkungen haben. Wenn eine zentrale Heizung für das gesamte Gebäude vorgesehen ist, erfolgt die Dimensionierung des Wärmeerzeugers mit der Gebäudeheizlast (plus ggf. Trinkwassererwärmung), und auch das Wärmeverteilsystem muss außerhalb der Gebäudeeinheiten mit den reduzierten Heizlasten ausgelegt werden.
Auch wenn die Wärmeerzeugung dezentral für jede Gebäudeeinheit vorgesehen ist, ist die Heizleistung (ohne Trinkwassererwärmung) für den Wärmeerzeuger immer noch geringer als die Summe der Raumheizlasten. Dies ist dem oben bereits beschriebenen Umstand geschuldet, dass bei Räumen durch einen normativen Aufschlag höhere Infiltrationsvolumenströme angesetzt werden als in der Zone.
Vergleich zur alten Heizlast
Für das vorgestellte Gebäude wird die Heizlast nach dem neuen und alten Berechnungsverfahren durchgeführt. Um den Einfluss der Temperatur der unbeheizten benachbarten Gebäudeeinheiten abzuschätzen, werden zwei Berechnungen durchgeführt, bei der einmal die Mindesttemperatur θu,min = 5 °C (nur Frostschutzeinrichtung) und einmal θu,min = 15 °C beträgt. Für den Gebäudestandort beträgt die Norm-Außentemperatur nach der DIN SPEC θe = -8,6°C, in der alten Heizlast wird mit eine Norm-Außentemperaturθu,min = -12°C gerechnet. Damit die Ergebnisse der alten und neun Heizlast besser vergleichbar sind, wird eine weitere Berechnung mit der neuen Heizlast durchgeführt, in der die Norm-Außentemperatur an den Wert der alten Heizlastberechnung angeglichen wird. In der alten Heizlastberechnung werden Räume einer Nachbarwohnung im selben Gebäude nicht als unbeheizt betrachtet, aus diesem Grund ist dieser Ansatz nicht in die Berechnung der alten Heizlast eingegangen. Weil der Ansatz, die Nachtbarwohnung als unbeheizt zu betrachten, Bestandteil der neuen Heizlast ist, wird bei der Vergleichsrechnung mit der gleichen Norm-Außentemperatur eine Mindesttemperatur von θu,min = 15 °C verwendet. Die Randbedingungen beider Berechnungen sind somit nicht identisch, aber Sie entsprechen einer Standardberechnung nach den Regeln der jeweiligen Norm mit der gleichen Norm-Außentemperatur.
In Abbildung 6 ist die Heizlast des Gebäudes für die vier beschriebenen Betrachtungen dargestellt. Wie in den Formeln der Transmissionswärmeverluste gezeigt, fließen in die Berechnungen für das Gebäude, die Gebäudeeinheiten und der Räume eine unterschiedliche Anzahl an Wärmeübertragungskoeffizienten ein. In der Gebäudeheizlast fließen die Verluste zur unbeheizten benachbarten Gebäudeeinheit nicht mit ein. Diese Verluste werden nur bei den Raumheizlasten und der Heizlasten der Gebäudeeinheiten berücksichtigt. Der Volumenstrom der Lüftungswärmeverluste durch Infiltration der Räume ist größer als der Volumenstrom der Lüftungszone (vgl. Tabelle 3). Der Effekt der beiden Faktoren auf die Heizlast wird in Abbildung 6 anhand der Gebäudeheizlast, der Summe Heizlasten der Gebäudeeinheiten und der Summe der Raumheizlasten des gesamten Gebäudes dargestellt.
Bei der Gebäudeheizlast haben die unterschiedlichen Mindesttemperaturenθu,min keinen Einfluss auf das Ergebnis der Transmissionsverluste, aber durch unterschiedlich zugrunde liegenden Norm-Außentemperaturen wird das Ergebnis maßgeblich beeinflusst. Bei den Berechnungen 3 und 4 der Gebäudeheizlast wird ersichtlich, dass die Lüftungswärmeverluste für dieses Gebäude mit der neuen Heizlastberechnung um ca. 0,5 kW größer werden, was einen Anstieg der Lüftungswärmeverluste von 17 % bedeutet. Durch die höhere Norm-Außentemperatur ist die Gebäudeheizlast der neuen Heizlastberechnung aber niedriger als bei der alten Heizlastberechnung. Dieses ändert sich, wenn die Summen der Heizlasten der Gebäudeeinheiten und der Räumeheizlasten betrachtet werden. Bei diesen Betrachtungen ist die Heizlast nach der alten Berechnung am geringsten. Dieses ist vor allem auf die unbeheizten benachbarten Gebäudeeinheiten zurückzuführen. Der Einfluss der Mindesttemperatur θu,minist am besten zwischen den Berechnungen 1 und 2 zu erkennen. Das Anheben der Mindesttemperatur reduziert die Transmissionsverluste um etwas weniger als 2 kW, was einer Reduzierung von 14 % entspricht. Die Lüftungswärmeverluste der Räume steigen gegenüber den Lüftungsverlusten der Gebäudeeinheiten an und sind auch im Vergleich mit der alten Heizlastberechnung größer.
In Abbildung 7 werden die Raumheizlasten der Wohnung EG-Rechts für die vier Berechnungen dargestellt. Vor allem in der Küche, die an zwei Gebäudeeinheiten grenzt, sind die Transmissionsverluste gegenüber der alten Heizlast größer. Die Raumheizlasten der Berechnung 2 entsprechen annähernd dem Wert der alten Heizlast. Hier gleichen sich die Verluste durch den Ansatz der unbeheizten benachbarten Gebäudeeinheiten und der höheren Norm-Außentemperatur fast aus.
Fazit
Die neue Heizlastberechnung trägt den rechtlichen und dadurch baulichen Veränderungen der letzten 15 Jahre Rechnung. Die höheren Anforderungen der EnEV führten dazu, dass die Einhaltung des Feuchteschutzes wichtiger geworden ist und Lüftungswärmeverluste einen größeren Anteil an der Gesamtheizlast haben. Außerdem will die Heizlastberechnung den später tatsächlichen Betrieb des Gebäudes berücksichtigen. Hierfür werden die Gebäudeeinheit und die Lüftungszone eingeführt. Damit jeder Raum einer Gebäudeeinheit und einer Lüftungszone zugewiesen werden kann, sind zu Beginn der Erstellung der Heizlastberechnung mehr Informationen vom Bauherrn erforderlich als bisher.
Die Anpassungen der neuen Heizlastberechnung führen dazu, dass die Ergebnisse im Vergleich zu der alten Heizlastberechnung abweichen werden. Der Unterschied ist stark von dem jeweiligen Gebäude und Standort abhängig. In dem vorgestellten Beispiel steigen die Transmissionswärmeverluste der Räume durch die angrenzenden Gebäudeeinheiten an, da diese in der neuen Heizlastberechnung als unbeheizt betrachtet werden. Bei Gebäuden, die nur eine Gebäudeeinheit haben, z. B. Einfamilienhäuser, treten keine Verluste an eine angrenzende Gebäudeeinheit auf. Die Transmissionsverluste des ganzen Gebäudes werden durch die höheren Norm-Außentemperaturen eher niedriger sein als bei der alten Heizlastberechnung. In der Praxis werden die Definition der Gebäudeeinheiten und die Festlegung der Mindesttemperaturen die entscheidenden Faktoren für die Beeinflussung der Transmissionswärmeverluste sein.
Werden die Änderungen der Heizlastberechnung unter dem Aspekt des Eingabeaufwands betrachtet, führt nur die Zuweisung der Räume zu den Gebäudeeinheiten und Lüftungszonen zu einem geringen Mehraufwand. Die vorgestellten Berechnungen werden im Programm automatisch durchgeführt, sodass der Nutzer genauso schnell die Heizlasten erhält und mit der Auslegung der Heizkörper oder Fußbodenheizungssystemen fortfahren kann.
Die neue Heizlastberechnung tritt erst mit dem Erscheinen der nationalen Ergänzung DIN SPEC 12831-1 in Kraft. Hiermit ist frühestens im Sommer 2019 zu rechnen. Bis dahin sollten Sie wie gewohnt mit der aktuell gültigen Heizlastberechnung weiterarbeiten. Allen LINEAR Softwarepflegekunden wird die neue Heizlastberechnung kostenlos zum Erscheinen der DIN SPEC mittels Update zur Verfügung gestellt.
