Der Wärmeverlust eines Gebäudes: Heizlast berechnen
Jeder Heizungsfachmann kennt diesen Lehrsatz: „Je mehr Wärme aus dem Gebäude verloren geht, desto mehr Energie muss ihm zugeführt werden, um den Verlust wieder wettzumachen. Nur das Gleichgewicht zwischen Energiezufuhr und Wärmeverlust gewährleistet, dass die Raumtemperatur im Gebäude auf dem gewünschten Niveau gehalten wird.“ Auf dieser Grundlage wird die Heizungsanlage berechnet. Dazu muss die Heizlast des Gebäudes bestimmt werden. Die Heizlast gibt an, welche Wärmeleistung ein Gebäude unter Norm-Auslegungsbedingungen benötigt, um die festgelegten Raumtemperaturen zu halten.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Heizlast gibt an, wie viel Wärme ein Gebäude bei Auslegungsbedingungen verliert – sie ist die Basis der Heizungsauslegung.
- Berechnet wird sie raumweise nach DIN EN 12831-1 (mit nationaler Ergänzung DIN/TS 12831-1), nicht per grober Faustformel.
- Sie umfasst Transmissions- und Lüftungswärmeverluste; eine zusätzliche Aufheizleistung kommt nur bei unterbrochenem Betrieb hinzu.
- Falsch berechnet drohen Komfortverlust und Feuchteschäden (zu klein) oder hohe Kosten und ineffizienter Betrieb (zu groß).
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Die Heizlastberechnung erfolgt nach der Norm DIN EN 12831-1 „Energetische Bewertung von Gebäuden – Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast – Teil 1: Raumheizlast“, ergänzt durch die nationale Ergänzung (Technische Spezifikation) DIN/TS 12831-1. In die Berechnung der Heizlast fließen zahlreiche Faktoren ein. Sie alle nehmen Einfluss darauf, wieviel Energie dem Gebäude zugeführt werden muss, um dessen spezifische Wärmeverluste auszugleichen.
Formel zur Berechnung der Heizlast
ΦHL = ΦT + ΦV + ΦRH
Die Heizlast ΦHL wird aus der Summe der Transmissionswärmeverluste ΦT und Lüftungswärmeverluste ΦV plus der zusätzlichen Aufheizleistung ΦRH errechnet. Die Einheit ist Watt (W).
Bei der Ermittlung der Heizlast ist es jedoch üblich, in einem Gebäude Raum für Raum vorzugehen. Die raumweise Heizlast ΦHL,i wird mit der Formel
ΦHL,i = ΦT,i + ΦV,i + ΦRH,i
berechnet. Dann summiert man die einzelnen Heizlastwerte der Räume zur Gesamtheizlast des Gebäudes auf.
ΦHL = ΣΦT,i + ΣΦV,i + ΣΦRH,i
Der Transmissionswärmeverlust
Der Transmissionswärmeverlust ΦT beschreibt den Wärmeverlust über sämtliche Bauteile der Gebäudehülle. Hierbei werden alle Flächen, die entweder nach außen, an weniger beheizte oder an unbeheizte Räume grenzen, bewertet. Der Transmissionswärmeverlust ΦT,i wird ebenfalls pro Raum berechnet. Die Formel lautet:
ΦT,i = (HT,ie + HT,iue + HT,ig + HT,ij) x (Θint,i – Θe)
Der Transmissionswärmeverlust ΦT,i eines Raums wird dabei durch die Multiplikation der Summe der einzelnen Transmissionswärmeverlustkoeffizienten mit der Differenz der Innen- und Außentemperatur ermittelt. Bei den Transmissionswärmeverlustkoeffizienten handelt es sich im Einzelnen um:
HT,ie
Transmissionswärmeverlustkoeffizient zwischen dem beheizten Raum (i) und der äußeren Umgebung (e) durch die Gebäudehülle.
HT,iue
Transmissionswärmeverlustkoeffizient vom beheizten Raum (i) an die äußere Umgebung (e) durch den unbeheizten Raum (u).
HT,ig
Transmissionswärmeverlustkoeffizient des Erdreichs vom beheizten Raum (i) an das Erdreich (g).
HT,ij
Transmissionswärmeverlustkoeffizient eines beheizten Raumes (i) an einen benachbarten beheizten Raum (j), der ein abweichendes Temperaturniveau hat.
Θint,i bezeichnet die Norm-Innentemperatur Θ des beheizten Raumes (i).
Θe bezeichnet die Norm-Außentemperatur.
Die Norm-Außentemperatur ist die für den Standort angesetzte Auslegungsaußentemperatur. In Deutschland wird sie regional nach DIN/TS 12831-1 bestimmt; maßgeblich sind Norm-Klimadaten, nicht ein frei gewählter Extremwert.
Die Innentemperaturen können je nach Wärmeempfingen gewählt werden. Die DIN EN 12831-1 gibt jedoch Empfehlungen:
- Küchen, Kinderzimmer, Wohn- und Schlafräume 20°C
- Bäder 24°C
- Nebenräume und Flure 15°C
Der Lüftungswärmeverlust
Der Lüftungswärmeverlust ΦV beschreibt den Wärmeverlust, der durch das Lüftungsverhalten auftritt. Um diesen sogenannten Lüftungswärmeverlust bei der Heizlastberechnung ermitteln zu können, muss bekannt sein, wie stark ein Raum durchlüftet wird. Während sich der Wert in modernen Häusern in der Regel nach dem hygienisch notwendigen Mindestluftwechsel (Lüften) richtet, wird er in alten Gebäuden mit undichten Fenstern häufig von der freien und unfreiwilligen Durchströmung bestimmt.
ΦV = HV x (Θint – Θe)
Der Lüftungswärmeverlust ΦV,i wird raumweise ermittelt und hängt vom Lüftungsvolumenstrom über Undichtigkeiten oder Lüften sowie der Temperaturdifferenz von Innen nach Außen ab.
ΦV,i = HV,i x (Θint,i – Θe)
Der Lüftungswärmeverlust ΦV,i eines Raums ergibt sich somit aus:
HV,i
Lüftungswärmeverlustkoeffizient
Θint,i
Innentemperatur des beheizten Raumes (i)
Θe
Außentemperatur
Die zusätzliche Aufheizleistung
Die zusätzliche Aufheizleistung der Heizlastberechnung beschreibt die Leistung, die eine Heizungsanlage zum Wiederaufheizen nach einer Heizpause kurzzeitig bereitstellen muss. Viele Heizungsanlagen werden mit sogenannte Absenkzeiten geplant. In diesem Fall müssen Heizungen eine Leistungsreserve bereithalten. Diese ist nötig, um die Raumtemperaturen nach der Heizpause schnell wieder auf den gewünschten Wert zu bringen. Wie groß die sogenannte Wiederaufheizleistung bei der Heizlastberechnung sein muss, hängt neben der Dauer der Heizpause vor allem von der Bauweise des Gebäudes ab.
ΦRH = A x fRH
Die zusätzliche Aufheizleistung ΦRH,i wird wie alle anderen Werte auch raumweise ermittelt und anschließend auf die im Auslegungsfall nötige Heizlast aufgeschlagen.
ΦRH,i = Ai x fRH
Diese vereinfachte Methode zur Bestimmung der zusätzlichen Aufheizleistung für einen beheizten Raum setzt sich aus den folgenden Werten zusammen:
Ai
Fußbodenfläche des beheizten Raumes (i).
fRH
Korrekturfaktor in Abhängigkeit der Aufheizzeit und der angenommenen Absenkung der Raumtemperatur während der Absenkperiode.
Weitere Einflussgrößen auf die Heizlast eines Gebäudes
Bei der Heizlastberechnung geht es darum, alle Wärmeverluste eines Gebäudes zu addieren. Wie hoch die Verluste über Hülle und Lüftung sind, hängt auch von zahlreichen gebäudespezifischen Faktoren ab. Die Wichtigsten sind:
- die U-Werte der Gebäudehülle
- die Speichermasse des Gebäudes
Der U-Wert ist Grundlage für die Berechnung des Transmissionswärmeverlusts und gibt an, wie viel Wärme bei einer Temperaturdifferenz von einem Grad Celsius über einen Quadratmeter eines Bauteils strömt. Der U-Wert muss für alle Flächen ermittelt werden, die in die Berechnung eingehen. Das sind unter anderem:
- Außenwände an Luft und Erdreich
- Fenster
- Außentüren
- Dachflächen
- Decken oder Böden zu weniger oder unbeheizten Räumen
- Innentüren zu weniger oder unbeheizten Räumen
Um auch konstruktionsbedingte Verluste (sogenannte Wärmebrücken) berücksichtigen zu können, werden die U-Werte der Bauteile daher mit einem Zuschlag versehen. Der Energieausweis kann Hinweise auf die energetische Qualität der Gebäudehülle geben, ersetzt aber nicht die bauteilweise Ermittlung der U-Werte für Außenwand, Fenster, Dach, Boden und angrenzende unbeheizte Bereiche. Liegt kein Energieausweis oder Bauteilnachweis vor, werden für ein überschlägiges Verfahren beispielsweise U-Werte nach Baualter, Konstruktion oder Materialaufbau angesetzt sowie die Abkühlungsflächen aus Größe und Bauart des Gebäudes ermittelt.
Bei Neubauten und beim Heizungstausch ist eine Heizlastberechnung fachlich die Grundlage für die Dimensionierung von Wärmeerzeuger und Heizflächen. Vertraglich kann sie über die VOB/C ATV DIN 18380 relevant sein; gesetzlich fordert § 60c des Gebäudemodernisierungsgesetzes (GModG, bisher GEG) eine raumweise Heizlastberechnung beim hydraulischen Abgleich nach Einbau wassergeführter Heizungen in Gebäuden mit mindestens sechs Wohnungen oder sonstigen selbständigen Nutzungseinheiten. Für staatliche Förderungen – etwa im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) – ist die Dimensionierung der Anlage anhand einer Heizlastermittlung nach DIN EN 12831 beziehungsweise der hydraulische Abgleich nach Verfahren B regelmäßig nachzuweisen.
Wird die Heizlastberechnung nicht oder nur überschlägig ausgeführt, kann dies negative Folgen für Haus und Hausbesitzer haben. Die gesamte Heizungsanlage kann infolge zu groß oder zu klein ausgelegt werden. Eine zu geringe Auslegung führt zu hohen Einbußen im Komfort und im schlimmsten Fall zu Feuchteschäden. Eine zu groß dimensionierte Heizung führt zu hohen Heizkosten. Im schlimmsten Fall arbeitet der Brennwertkessel nicht korrekt.
Folgen einer falsch berechneten Heizlast
| Aspekt | Heizlast zu niedrig | Heizlast zu hoch |
|---|---|---|
| Hauptfolge | Räume werden an kalten Tagen nicht ausreichend warm | höhere Anschaffungs- und Heizkosten |
| Im schlimmsten Fall | Feuchte- und Schimmelschäden | Kessel/Wärmepumpe takten, arbeiten ineffizient |
| Ursache | Wärmeverluste unterschätzt | Sicherheitszuschläge zu hoch angesetzt |
| Abhilfe | raumweise Berechnung nach DIN EN 12831-1 | raumweise Berechnung nach DIN EN 12831-1 |
Von der Heizlast zur passenden Heizung
Aus der ermittelten Heizlast leitet sich die nötige Heizleistung des Wärmeerzeugers und die Auslegung der Heizflächen ab. Zusammen mit dem jährlichen Energiebedarf und den zu erwartenden Heizkosten ergibt sich das Gesamtbild für die Heizungsplanung. Die raumweise Heizlastberechnung selbst gehört wegen ihrer Komplexität in die Hand eines Fachbetriebs.
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