Die Heizlast ist physikalisch eine Leistung, also Energie (Arbeit) pro Zeiteinheit, und wird in Watt gemessen. In der Bautechnik wurde dieser Begriff geprägt
, um die erforderliche Wärmezufuhr zu definieren, die zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Temperatur in einem Raum nötig ist.
Die Heizlast ist daher abhängig von der Lage des Gebäudes, von der Bau- und Konstruktionsart der Gebäudeumfassungsflächen, die an der Wärmeübertragung beteiligt sind, und von der Nutzungsart der einzelnen Räume. Der Parameter der Heizlast bestimmt die Notwendigkeit und die Art der Maßnahmen für den Wärmeschutz sowie die Auslegung der Heizungsanlage.
Da die Heizlast in so vielen Hinsichten ein bestimmender Parameter ist, wurde die Art und Weise ihrer Ermittlung in der DIN EN 12831-1 zu einer Norm erhoben. Für ältere, bestehende Gebäude kann die Heizlast zum Teil einfacher und zugleich genauer auf eine statistische Weise ermittelt werden, als dies durch bauphysikalische Methoden vorgeschrieben wird.
Was ist die Heizlast?
Einfach ausgedrückt repräsentiert die Heizlast den Wärmeverlust eines Gebäudes. Dabei spielt die Gebäudedämmung eine entscheidende Rolle. Bei schlechter Dämmung einer Immobilie geht mehr Wärme (in kürzerer Zeit) nach außen verloren, entsprechend mehr muss die Heizung dagegen anarbeiten, um eine optimale Raumtemperatur einzuregeln, das ist jedem plausibel.
Rein statistisch lässt sich konstatieren, dass ältere, noch nicht modernisierte Häuser eine größere Heizlast aufweisen als jüngere Gebäude. Was ebenfalls sehr logisch ist: Je größer die Wohnfläche, desto mehr muss geheizt werden. Aber Vorsicht: Relativ gesehen haben kleine Häuser mehr Außenflächen als große Häuser, das bedeutet, dass die Heizkosten pro Quadratmeter Wohnfläche bei kleinen Häusern meistens deutlich höher ausfallen als bei größeren Gebäuden.
Berechnung der Heizlast nach EN 12831
Zur konkreten Bestimmung der Heizlast gibt es die DIN EN 12831. Sie soll im Sinne des Klimaschutzes verhindern, dass durch falsche Heizleistungen unnötige Energieverluste entstehen, also zusätzliche Wärme in die Atmosphäre entweicht. Eine häufige Ursache sind zum Beispiel falsch dimensionierte Umwälzpumpen. Auch der Grundpreis basiert bei vielen Energieversorgungsunternehmen auf der berechneten Heizlast.
Durch die EN 12831 wird unter Norm-Auslegungsbedingungen die erforderliche Wärmezufuhr, die zur Aufrechterhaltung einer Norm-Innentemperatur gewährleistet sein muss, mathematisch definiert. Diese Richtlinie stellt für ganz Europa eine einheitliche Basis für alle Planer, Betreiber und Hersteller von Wärmeversorgungsanlagen.
Beschreibung der zugrunde liegenden Berechnungen
In die Berechnungen müssen die Temperaturen des Außen- und des Innenraums, also auch die Temperaturdifferenz zwischen innen und außen, einfließen. Abhängig beziehungsweise angetrieben von diesem Temperaturgradienten ergeben sich alle Transmissions- (∑ Φt) und Lüftungswärmeverluste (∑ Φv). Hinzu kommt noch die Wiederaufheizleistung für jeden einzelnen Raum (∑ Φrh).
Φhl = ∑ Φt + ∑ Φv + ∑ Φrh (gesamte Heizlast Φhl)
Bezogen auf einen bestimmten Raum ist die Normheizlast (Φ) als das Produkt aus dem „Temperaturreduktionsfaktor“ (F) und der Summe aus dem Lüftungswärmeverlust und dem Transmissionswärmeverlust definiert:
Φ = FΔΦ * (Φ T + Φ V)
In den Transmissionswärmeverlust fließen alle Umfassungsflächen A ein, die aber mit ihren sogenannten U-Werten zu korrigieren sind, multipliziert mit der jeweiligen Differenz zwischen der Rauminnentemperatur Θint und der Norm-Außentemperatur Θe:
Φt = ∑ A∗Uk ∗ (Θint − Θe)
Der Lüftungsverlust bestimmt sich durch einen Volumenstrom dV/dt, der mit der Dichte ρ der Luft, ihrer spezifischen Wärmekapazität cp und wiederum mit der oben eingeführten Temperaturdifferenz zu multiplizieren ist:
Φv = dV/dt ∗ cp∗ρ ∗ (Θint − Θe)
Das vereinfachte Verfahren ersetzt den Volumenstrom durch das Raumvolumen selbst und verwendet folgende feste Zahlenwerte:
Φv = V ∗ 0,5∗0,34 ∗ (Θint − Θe) in Watt pro Kelvin und Kubikmeter
Statistische Ermittlung der Heizlast nach Jagnow/Wolff
Beispiel für eine statistische Heizlastermittlung
Für viele (ältere) Gebäude ist der reale Energieverbrauch seit Jahren bekannt und daher eine Durchschnittsleistung in Kilowatt leicht bestimmbar. Darüber hinaus können in der Regel auch die reine Heizleistung und der Warmwasserleistungsbedarf voneinander abgegrenzt werden. Was hier relativ deutlich einfließen kann, das sind zum Beispiel geänderte Nutzungsgewohnheiten, wenn eine Wohnung durch Umzüge andere Bewohner bekommt.
Bei diesem statistischen Verfahren wird in einer Grafik die Durchschnittsleistung der Durchschnittstemperatur jedes Monats gegenübergestellt. Es ist plausibel, dass bei geringerer Temperatur eine höhere Leistung erforderlich ist, das bedeutet, es lässt sich (mit etwas gutem Willen) ein linearer Zusammenhang zwischen den beiden Größen konstruieren. Durch die etwas schwankenden Messpunkte in der Grafik wird eine statistisch definierte Ausgleichgerade gelegt (Stichwort: lineare Regression).
Diese sogenannte Regressionsgerade wird gegebenenfalls bis zur Normauslegungstemperatur von zum Beispiel −10 °C extrapoliert, um an dieser Stelle die Norm-Heizlast für diese Außentemperatur ablesen zu können. Wer bei der Grafik eine höhere Auflösung erreichen möchte, kann dieses Verfahren so auch auf die Tagesmitteltemperaturen anstelle der Monatswerte anwenden. Statistisch (real) ermittelte Werte sind übrigens etwas größer als die theoretische Normheizlast.
Heizlastermittlung nach Weiersmüller
Diese Methode verwendet das Schweizer Bundesamt für Energie, weil es insbesondere für Wohngebäude mit Kesselleistungen kleiner als 100 Kilowatt gute, realistische Ergebnisse liefert. Zugrunde gelegt werden hierbei der Jahresverbrauch und die (abgeschätzte) Jahresheizzeit. Wir möchten die Methode an einem einfachen Beispiel erläutern:
Der Jahres-Energieverbrauch für Warmwasser und Heizung eines Wohnhauses liegt bei 90.000 Kilowattstunden. Im Schweizer Mittelland liegt die gesamte Heizzeit im Durchschnitt bei ungefähr 3.000 Stunden, das entspricht 125 Tage durchgehenden Heizungsbetriebs. Die benötigte Kesselleistung ergibt sich dann zu: 90.000 Kilowattstunden pro 3.000 Stunden = 30 Kilowatt.
Zur groben Orientierung: Ein Liter Heizöl entspricht vom Heizwert her ungefähr einem Kubikmeter Gas und 10 Kilowattstunden (Stichwort: Heizöläquivalent).
In Deutschland wird nicht die Jahresheizzeit betrachtet, sondern vielmehr die Kessel-Volllaststunden. Die Kesselhersteller gehen hierbei meistens von Werten zwischen 1.600 und 2.100 Stunden aus, wobei dies natürlich vom energetischen Standard des jeweiligen Gebäudes abhängt (Alt- oder Neubau, sanierter Altbau, Standort).
Folgen einer falsch bestimmten Heizlast
Hierzu sind zunächst überhöhte, unnötige Heizkosten zu nennen. In der Tat sind sehr viel Heizungsanlagen in Deutschland völlig überdimensioniert. Gemäß der Untersuchungen von Jagnow/Wolff fallen hierzulande die Heizkessel im Durchschnitt um den Faktor 1,8 zu groß aus. Gerade bei den sogenannten Passivhäusern wird im Zuge der Heizlastbestimmung oft vom „worst case scenario“ ausgegangen und auf Basis der DIN EN 12831 ein viel zu großer Wert berechnet. Daraus ergeben sich deutlich zu hohe Anschaffungs- und Betriebskosten bei den Heizanlagen. Gut beraten ist derjenige, der von Anfang an auf die folgenden Fehlerquellen achtet:
- Zu leistungsstarke Umwälzpumpen verbrauchen zu viel Energie.
- Die modernen Brennwertkessel arbeiten oft nicht auf ihrem optimalen Arbeitspunkt.
- Bei falscher Angabe der Heizlast oder zu großer Leistung des Wärmeerzeugers bezahlt der Verbraucher sehr oft einen deutlich zu hohen Grundpreis an das Energieversorgungsunternehmen.
In größeren Wohnkomplexen wird nur selten eine statistische, mittlere Abwesenheit der Bewohner in Betracht gezogen, die aber eine nicht zu unterschätzende Auswirkung auf den Betrieb von Lüftungs- und Heizanlagen hat. Die allgegenwärtige Überdimensionierung der Anlagen ist tatsächlich eine Folge noch fehlender Forschungsergebnisse auf diesem weiten Feld. Wenn wir den Klimaschutz ernst nehmen, müssen wir auf diesem Gebiet weiter fortschreiten und besser werden.
In diesem Zusammenhang möchten wir nochmals auf die hochwärmegedämmten Gebäude im Standard der Niedrigenergie- oder Passivhäuser verweisen. Deren aktive Speichermassen zur Wärmedämmung wirken sich hinsichtlich der Glättung von Temperaturschwankungen besonders effektiv aus, was aber bei der Heranziehung der DIN EN 12831 zur Heizlastbestimmung in der Praxis gar keine Berücksichtigung findet.
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