Heizlastberechnung – Alles, was du wissen musst

Die Heizlastberechnung ist entscheidend, um sicherzustellen, dass dein Heizsystem effizient und effektiv funktioniert. In diesem Artikel erfährst du, wie eine raumweise Heizlastberechnung nach DIN EN 12831 durchgeführt wird, warum sie wichtig ist und wie du dadurch deine Heizkosten optimieren kannst.

Das Wichtigste in Kürze 📌

• 🔥Heizlastberechnung ist das Verfahren zur Ermittlung der benötigten Heizleistung eines Gebäudes, basierend auf verschiedenen Faktoren wie Gebäudegeometrie, Isolierung und Klima, um eine effiziente und effektive Beheizung sicherzustellen.
• 🧑‍⚖️Die Heizlastberechnung erfolgt nach der DIN EN 12831, die sicherstellt, dass alle relevanten Umstände berücksichtigt und die Heizsysteme korrekt dimensioniert werden.
• 💸Eine genaue Berechnung hilft, die Energieeffizienz zu maximieren und die Heizkosten zu senken.
• 🏡Besonders wichtig ist die Heizlastberechnung bei Neubauten, umfangreichen Renovierungen und der Umstellung auf erneuerbare Heizsysteme, wie z.B. bei einer Wärmepumpe.

Grundlagen der Heizlastberechnung

Bevor wir direkt eine Heizlastberechnung durchführen, solltest du einige Informationen kennen:

Was genau ist Heizlast?

Die Heizlast ist die Menge an Energie, die benötigt wird, um einen Raum oder ein Gebäude auf eine gewünschte Temperatur zu bringen und zu halten. Sie wird in Watt (W) gemessen und ist entscheidend für die richtige Dimensionierung und Auslegung von Heizsystemen.

Um die Heizlast zu berechnen, werden Faktoren wie die Raumgröße, die Qualität der Isolierung, die Anzahl und Art der Fenster, das Raumklima und die gewünschte Innentemperatur berücksichtigt. Eine korrekte Heizlastberechnung stellt sicher, dass das Heizsystem effizient arbeitet, indem es genau genug Wärme liefert, um den Raum bei minimalen Energiekosten komfortabel zu halten. Dies verhindert Überdimensionierung der Heizkörper, was zu einem unnötig hohen Energieverbrauch führen würde.

Normen und Richtlinien

Die DIN EN 12831 ist eine europäische Norm, die standardisierte Methoden für die Heizlastberechnung in Wohn- und Gewerbegebäuden bietet. Sie sorgt für Genauigkeit durch klare Anweisungen zur Datenerfassung, berücksichtigt klimatische Bedingungen und physikalische Gebäudeeigenschaften wie Isolation, Fensterflächen und Baumaterialien, um den realistischen Heizbedarf zu bestimmen. Diese Norm ist entscheidend für die Auslegung effizienter Heizsysteme, die den gesetzlichen Energieeffizienzvorschriften entsprechen und den Komfort sowie die Anforderungen der Nutzer erfüllen.

Für eine vereinfachte Berechnung der Heizlast kannst du dir auch unseren Artikel zur Heizkörperauslegung durchlesen.

So geht eine Heizlastberechnung (nach DIN 12831)

Schritt 1: Gebäudedaten und Raumdaten erfassen

Zunächst werden alle relevanten Daten des Gebäudes und der einzelnen Räume gesammelt. Dazu gehören:

• Raumgrößen (Länge, Breite, Höhe)
• Gebäudegeometrie und Orientierung (Himmelsrichtung der Bauteile)
• Fenstergrößen und -orientierung
• Baumaterialien und deren Wärmedämmwerte (U-Werte)
• Standort des Gebäudes, um klimatische Bedingungen zu berücksichtigen

Beispiel Wohnzimmer:

• Raumgröße: 20 m² (5 m x 4 m)
• Deckenhöhe: 2,5 m
• Raumvolumen: 50m³
• Fensterflächen: 4 m²
• Innentürfläche: 1,7 m²
• Außenwandfläche: 18,5 m²
• Innenwandfläche: 23,3 m²
• Deckenfläche: 20 m²
• Bodenfläche: 20 m²
• Standort: Berlin (mittlere Außentemperatur im Winter: -10°C)
• Gewünschte Raumtemperatur: 20°C

Schritt 2: Wärmedurchgangskoeffizienten bestimmen

Der Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) jedes Bauteils (Wände, Fenster, Decken, Fußböden) muss ermittelt werden. Der U-Wert misst, wie gut ein Bauteil Wärme leiten kann. Je geringer der U-Wert, desto besser ist die Wärmeisolierung des Bauteils. Dies bedeutet, dass weniger Wärme durch das Material verloren geht, was die Energieeffizienz des gesamten Gebäudes erhöht.

Ein niedriger U-Wert ist somit entscheidend für eine effektive Wärmedämmung.

Der U-Wert wird in Watt pro Quadratmeter Kelvin (W/m²K) ausgedrückt und zeigt, wie viel Wärme durch ein Bauteil pro Quadratmeter und pro Grad Temperaturunterschied zwischen innen und außen hindurchgeht.

2.1 Wärmeleitfähigkeit bestimmen

Um zum U-Wert zu gelangen, musst du wissen, aus welchen Schichten und Materialien ein Bauteil besteht und wie hoch die Wärmeleitfähigkeit (λ) für jedes Material ist. Diese Werte findest du in Tabellen in der DIN-Norm.

Beispiel Wohnzimmer Außenwand:

2.2 Wärmedurchlasswiderstand bestimmen

Im nächsten Schritt wird der Wärmedurchlasswiderstand jeder Schicht (R) berechnet. Der Wärmedurchlasswiderstand ist ein Maß dafür, wie gut ein Bauteil oder Material Wärmeenergie blockieren oder widerstehen kann. Er wird in W/m²K angegeben. Dafür teilst du die Dicke der Schicht (d) in Metern durch den λ-Wert des Materials:

R = d / λ

Beispiel Wohnzimmerwand:

R-Innenputz = 0,015 / 0,8 = 0,01875

Alle R-Werte eines Bauteils werden dann addiert, um den gesamten Wärmedurchlasswiderstand (Rtotal) des Bauteils zu erhalten.

Rtotal = R1 + R2+ …

Beispiel Wohnzimmerwand:

Rtotal = 0,01875 + 0,35 + 0,0049 + 0,02 = 0,39365

2.3 U-Wert berechnen

Der U-Wert des Bauteils ist letztendlich der Kehrwert des gesamten Wärmedurchlasswiderstands RtotalR zuzüglich der Widerstände der inneren (Rinnen) und äußeren Oberflächen (Raußen) des Bauteils (diese sind in der Regel standardisiert in Normen wie der DIN EN ISO 6946). Rinnen entspricht meistens 0,13 W/m²k und Raußen 0,04 W/m²K.

U = 1 / (Rtotal + Rinnen + Raußen)

U-Wert Berechnung Beispiel Wohnzimmer Außenwand:

U = 1 / (0,39365 + 0,13 + 0,04) = 1,7742 W/m²K

Schritt 3: Transmissionswärmeverluste berechnen

Nachdem du den U-Wert bestimmt hast, können wir die Transmissionswärmeverluste berechnen. Die Transmissionswärmeverluste (QT) geben in Watt an, wie viel Wärme durch die Bauteile eines Gebäudes aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen Innen- und Außenbereichen verloren geht.

Die Transmissionswärmeverluste werden mit folgender Formel berechnet:

QT= U x A x ΔT

wobei:

• U = der Wärmedurchgangskoeffizient ist (in W/m²K),
• A = die Fläche des Bauteils (in m²),
• ΔT = der Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außentemperatur (in K).

Beispiel Wohnzimmer Außenwand:

• U-Wert der Außenwand: 1,7742 W/m²K
• Fläche der Außenwand: 18,5 m²
• Temperaturunterschied (ΔT): 20°C − (−10°C) = 30K

QT = 1,7742 x 18,5 x 30 = 984,681 Watt

Das bedeutet, dass durch die Außenwand des Wohnzimmers aufgrund von Transmission insgesamt etwa 985 Watt an Wärme verloren gehen.

Um die gesamten Transmissionswärmeverluste des Wohnzimmers zu berechnen, musst du diesen Schritt für alle Bauteile wie Fenster, Decke, Boden und Innenwände wiederholen und die Ergebnisse addieren. Diese Summe gibt dir ein vollständiges Bild des Wärmeverlusts durch die Gebäudehülle des Wohnzimmers.

Schritt 4: Lüftungswärmeverluste berechnen

Lüftungswärmeverluste entstehen, wenn warme Innenluft beim Lüften durch kältere Außenluft ersetzt wird. Die Lüftungswärmeverluste (QV) können mit der folgenden Formel berechnet werden:

QV = 0,34 x n x V x ΔT

wobei:

• 0,34 = der spezifische Wärmeverlustkoeffizient der Luft in W/m³K ist
• n = die Luftwechselrate pro Stunde (wie oft die Luft in einem Raum innerhalb einer Stunde ausgetauscht wird)
• V = das Volumen des Raums in Kubikmetern (m³)
• ΔT = der Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außentemperatur in Kelvin (K)

Beispiel Wohnzimmer:

• Raumvolumen: 50 m³
• Geschätzte Luftwechselrate: 0,5 (halber Luftwechsel pro Stunde, typisch für Wohnräume)
• Temperaturunterschied (ΔT): 20°C − (−10°C) = 30K

Berechnung der Lüftungswärmeverluste:

QV = 0,34 x 0,5 x 50 x 30 =255 Watt

Das bedeutet, dass durch Lüftung im Wohnzimmer etwa 255 Watt an Wärme verloren gehen.

Um die gesamten Lüftungswärmeverluste des Wohnzimmers zu ermitteln, solltest du diese Methode auf alle Quellen potenzieller Undichtigkeiten oder geplanter Lüftungsöffnungen anwenden. Die Summe dieser Berechnungen gibt dir ein genaues Bild davon, wie viel Wärme durch Lüftung tatsächlich verloren geht.

Schritt 5: Gesamte Heizlast berechnen

Nachdem die Transmissions- und Lüftungswärmeverluste berechnet wurden, ist der nächste Schritt die Bestimmung der Gesamtheizlast für jeden Raum. Die Heizlast eines Raumes gibt an, wie viel Wärmeenergie benötigt wird, um den Raum auf einer konstanten und angenehmen Temperatur zu halten, trotz der Wärmeverluste, die durch Transmission und Lüftung entstehen.

Die Gesamtheizlast QH eines Raumes kann durch Addition der Transmissions- und Lüftungswärmeverluste berechnet werden :

QH = QT + QV

Beispiel Wohnzimmer:

QH = 985 + 255 + = 1.240 Watt

Das bedeutet, dass die Gesamtheizlast für das Wohnzimmer etwa 1.240 Watt beträgt, um den Raum bei den gegebenen Bedingungen auf einer angenehmen Temperatur zu halten.

Um die Heizanforderungen für dein gesamtes Haus zu bestimmen, wiederhole diesen Prozess für jeden Raum unter Berücksichtigung seiner spezifischen Eigenschaften und Verlustwerte. Summiere die Heizlasten aller Räume, um die gesamte Heizlast des Gebäudes zu ermitteln. Diese Information ist entscheidend für die Auswahl und Dimensionierung des Heizsystems.

Schritt 7: Dokumentation und Überprüfung

Dokumentiere alle Berechnungen sorgfältig und überprüfe die Angaben auf Übereinstimmung mit den Vorgaben der DIN EN 12831. Es ist immer ratsam, einen Fachmann zur Überprüfung und Validierung der Ergebnisse heranzuziehen.

Weitere Faktoren die berücksichtigt werden müssen:

Bei unserer Beispielrechnung handelt es sich lediglich um die Basis einer Heizlastberechnung. Weitere Faktoren nehmen noch zusätzlich Einfluss auf die tatsächliche Heizlast. Diese sind jedoch sehr individuell und sollten von einem Profi berechnet werden.

Gebäudeausrichtung und Windstärke

Die Ausrichtung des Gebäudes und die Windstärke beeinflussen die Heizlast ebenfalls. Analysiere dafür die Gebäudelage. Gebäude in windigen Gebieten oder auf Hügeln sind stärkerem Wind ausgesetzt, was die Heizlast erhöhen kann. Diese Faktoren werden bei der Berechnung der Lüftungswärmeverluste mit einbezogen. Es gibt den Höhenkorrekturwert und den Abschirmwert.

Der Höhenkorrekturwert (Kh) passt die Luftwechselrate an, basierend auf der geografischen Höhe des Gebäudes. Je höher die Lage, desto windiger ist es. Außerdem ist die Luft dünner und transportiert weniger Sauerstoff. Ein typischer Wert für Kh ist beispielsweise 1,02 bei 200 Metern Höhe.

Der Abschirmwert (e) berücksichtigt, wie gut das Gebäude vor Wind geschützt ist. Ein gut abgeschirmtes Gebäude hat niedrigere Lüftungswärmeverluste als ein Gebäude ohne Abschirmung. Die Abschirmklassen reichen von "gut geschützt" (z. B. durch andere Gebäude oder natürliche Barrieren wie Bäume) bis "schlecht geschützt" (freistehend ohne signifikanten Windschutz). Zusätzlich zählen Öffnungen wie Fenster und Türen. Hier gibt es neben der DIN auch noch lokale Koeffizienten die beachtet werden müssen.

Ein Beispiel Koeffizient für eine moderate Abschirmung mit einer Öffnung nach Westen wäre 0,03 e.

Zusätzliche Aufheizleistung nach Nichtheizung

Die zusätzliche Aufheizleistung (fRH), oft auch als Aufheizzuschlag bezeichnet, ist ein wichtiger Aspekt bei der Heizlastberechnung für Gebäude. Sie bezieht sich auf die zusätzliche Energiemenge, die benötigt wird, um ein Gebäude oder einen Raum schnell auf eine gewünschte Temperatur zu bringen, nachdem die Heizung eine Zeit lang ausgeschaltet war oder die Innentemperatur aus anderen Gründen gesunken ist.

Dafür muss die thermische Masse des Gebäudes berücksichtigt werden. Sie beeinflusst, wie lange es dauert, wenn die Heizung eingeschaltet wird. Gebäude mit hoher thermischer Masse (wie solche mit Betonwänden) speichern mehr Wärme, aber benötigen auch mehr Energie zum Aufheizen.

Danach muss die Differenz zwischen der niedrigsten Temperatur, die im Gebäude erwartet wird (z.B. nach einer Nacht ohne Heizung), und der Zieltemperatur ermittelt werden. Diese Temperaturdifferenz ist entscheidend für die Berechnung der Aufheizleistung.

Beispielberechnung:

Für unser Beispiel setzen wir die Wärmespeichermasse des gesamten Gebäudes auf etwa 5.000 kg an, was realistisch für die thermische Masse des Raumes sein könnte. Die Spezifische Wärmekapazität dieser Masse beträgt 0,84 Wh/kgK (ein Durchschnittswert). Dieser Wert gibt an, wie viel Wärmeenergie erforderlich ist, um 1 Kilogramm eines Materials um 1 Kelvin zu erwärmen.

Die Temperatur reicht von 15°C bis 20°C, was eine Differenz von 5 K ergibt.

Multipliziere nun die Wärmespeichermasse mit der spezifischen Wärmekapazität:

5.000 kg x 0,84 Wh/kgK = 4.200 Wh/K

Dann multiplizieren wir das Ergebnis mit der Temperaturdifferenz:

4.200 Wh/K x 5K = 21.000 W

Wärmebrücken

Wärmebrücken sind Bereiche in der Gebäudehülle, die aufgrund konstruktiver Details oder Materialwechsel eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Sie können die Heizlast signifikant erhöhen und oft Komforteinbußen verursachen. Typische Wärmebrücken befinden sich an Anschlussstellen von Bauteilen, Durchdringungen der Gebäudehülle und bei Materialübergängen.

Um die Heizlast genau zu berechnen, ist es wichtig, diese Wärmebrücken zu identifizieren und ihren Einfluss zu quantifizieren. Die DIN EN ISO 6946 bietet Methoden zur Berechnung des zusätzlichen Wärmeverlusts durch Wärmebrücken. In der Praxis sollten Orte, wo z.B. Außenwände auf Fenster, Türen oder andere Bauteile treffen, besonders beachtet werden. Die zusätzlichen Verluste durch Wärmebrücken müssen zur ermittelten Basisheizlast hinzugefügt werden, um die tatsächliche benötigte Heizleistung zu bestimmen.

Beispiel Fenster in Außenwand:

Angenommen, wir haben ein Fenster in einer Außenwand, und die Laibung des Fensters stellt eine typische Wärmebrücke dar.

• 30 cm Betonwand mit einer Wärmeleitfähigkeit von λ = 2,1 W/mK
• Fensterfläche (A) = 0,15 m²
• Temperaturdifferenz = 30 K

U-Wert Wärmebrücke = λ / Dicke

2,1 / 0,3 m = 7 W/m²K

Wärmeverlust Q = U x A x ΔT

Q = 0,15 m² x 30 K x 7 W/m²K = 31,5 Watt

Sicherheitszuschläge

Die Norm empfiehlt, Sicherheitszuschläge in der Heizlastberechnung zu berücksichtigen, um auf unvorhersehbare Kälteeinbrüche oder Änderungen in der Raumnutzung vorbereitet zu sein. Diese Zuschläge helfen sicherzustellen, dass das Heizsystem auch unter extremen Bedingungen genügend Kapazität hat. Ein Sicherheitszuschlags liegt üblicherweise zwischen 10% und 20%.

Feuchtigkeitsproduktion

Feuchtigkeit in Innenräumen, die durch Kochen, Duschen oder auch durch die Atmung der Bewohner entsteht, spielt eine wichtige Rolle in der Heizlastberechnung. Erhöhte Luftfeuchtigkeit kann die thermischen Eigenschaften eines Raumes beeinflussen, da feuchte Luft mehr Energie speichert als trockene Luft. Dies kann dazu führen, dass mehr Energie benötigt wird, um eine angenehme Raumtemperatur zu erhalten, besonders in gut isolierten Gebäuden.

Es ist daher empfehlenswert, Faktoren wie die Anzahl der Personen im Haushalt, die Nutzung der Räume und die lokale Klimabedingungen in die Berechnungen einzubeziehen. Zu beachten ist auch, dass eine adäquate Lüftung erforderlich ist, um Kondensation und Schimmelbildung zu vermeiden, was die Raumluftqualität und den Komfort weiter verbessert.

Häufige Fehler bei der Heizlastberechnung

Um die Effizienz und Wirtschaftlichkeit deines Heizsystems zu gewährleisten, ist es entscheidend, gängige Fehler bei der Heizlastberechnung zu vermeiden. Dies sind einige der häufigsten Fehler:

• Fehlerhafte Raumdaten: Ungenaue Messungen der Raumgrößen, Fensterflächen oder Deckenhöhen können zu erheblichen Fehlern in der Berechnung führen.
• Vernachlässigung von Bau- und Dämmmaterialien: Nicht berücksichtigte Materialspezifikationen oder das Ignorieren der Dämmqualität verfälschen die Berechnung der U-Werte und damit der Transmissionswärmeverluste.
• Über- oder Unterschätzung der Luftwechselrate: Die Annahme einer zu hohen oder zu niedrigen Luftwechselrate führt dazu, dass die Lüftungswärmeverluste nicht korrekt berechnet werden.
• Ignorieren von Wärmebrücken: Wärmebrücken, die durch konstruktive Besonderheiten entstehen, werden oft nicht adäquat in die Berechnungen einbezogen, was die Heizlast erhöhen kann.
• Mathematische Fehler: Einfache Rechenfehler oder falsche Formelanwendungen können zu erheblichen Abweichungen in den Ergebnissen führen.
• Nutzerverhalten: Unterschiedliches Heiz- und Lüftungsverhalten der Bewohner kann die tatsächliche Heizlast im Vergleich zur berechneten signifikant verändern.

Fazit: Optimierung des Heizsystems durch präzise Heizlastberechnung

Die korrekte Berechnung der Heizlast ist entscheidend für die Effizienz und Wirtschaftlichkeit von Heizsystemen. Durch die Anwendung der DIN EN 12831 und die Berücksichtigung aller relevanten Faktoren – von der Isolierung über Wärmebrücken bis hin zur Feuchtigkeitsproduktion – können Heizsysteme optimal dimensioniert werden. Dies garantiert nicht nur eine angenehme Raumtemperatur, sondern trägt auch zur Reduzierung der Energiekosten bei.

Sicherheitszuschläge und die genaue Erfassung von Umgebungsbedingungen wie Windstärke und Gebäudeausrichtung helfen zusätzlich, das System auf unvorhersehbare Änderungen vorzubereiten. Ein fachkundiges Vorgehen und die Vermeidung häufiger Fehler sorgen für eine langfristige Zufriedenheit und eine nachhaltige Nutzung der Energieressourcen.