Heizlastberechnung

Die DIN EN 12831 regelt das Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast in Gebäuden und hat in Deutschland im April 2004 die bis zu diesem Zeitpunkt gültige DIN 4701 abgelöst. Länderspezifische Parameter und nationale Eingabedaten werden in den jeweilgen "nationalen Anhängen" geregelt. Der zur Zeit in Deutschland gültige nationale Anhang wurde im Juli 2008 veröffentlicht.

Die Grundzüge des Berechnungsverfahrens stellt die Berechnung der Norm-Transmissionswärmeverluste und der Norm-Lüftungswärmeverluste dar.

In den Norm-Transmissionswärmeverlusten sind die Wärmeverluste nach außen aufgrund der Wärmeleitung durch die umschließenden Flächen sowie der Wärmefluss aufgrund Wärmeleitung zwischen beheizten Räumen mit unterschiedlichen Temperaturen enthalten.

In den Norm-Lüftungswärmeverlusten sind die Wärmeverluste nach außen aufgrund der Lüftung oder Infiltration durch die Gebäudehülle enthalten

Die Heizlastberechnungen ergeben theoretische Werte. Bei der Heizflächenauslegung (z. B. Fußbodenheizung und/oder Wandflächenheizung) muss man die Fläche ermitteln, die wirklich Wärme in den Raum abgibt. Hier müssen dann Einrichtungsgegenstände (z. B. Einbauküche, Einbauschränke, Sitzmöbel), die bodengleich vorhanden sind, berücksichtigt werden. Die Flächen von einer Badewanne und/oder Duschwanne können mitgerechnet werden, wenn z. B. einer Fußbodenheizung die Rohre auch darunter verlegt werden.
Hier liegt auch der Grund, nach dem Einzug bzw. nach der Einrichtung ein Thermischer Abgleich durchgeführt werden muss, denn ein Hydraulischer Abgleich wird nach den theoretischen Einstellwerten der Heizlastberechnung (Raumheizlast) durchgeführt.

Die Praxis zeigt, dass die Ermittlung der Raumheizlast nach der normierten Heizlastberechnung DIN EN 12831 bei hocheffizienten Gebäuden (z. B. Heizlast im Passivhaus) zu extrem überdimensionierten Auslegungen führt. Mit der extrem hohen Energieeffizienz, die beim Passivhaus erreicht wird, wird der Heizwärmebedarf mit um 10 bis 20 kWh/(m²a) eigentlich völlig unbedeutend in Bezug auf die davon ausgehende Ressourcen- und Umweltbelastung. In einem funktionierenden Passivhaus ist der Verbrauch für Heizung automatisch vernachlässigbar gering (ca. ein Zehntel des sonst üblichen Verbrauches). Feldmessungen haben gezeigt, dass nicht nur in der Berechnung, sondern auch in der praktischen Baunutzung diese 90%ige Einsparung tatsächlich erreicht wird. Dies ist bei Einhaltung der baulichen und technischen Qualitäten des Passivhausstandards statistisch gesichert. Entscheidend ist dabei ausschließlich, dass ein funktionierendes Passivhaus erreicht wird. Unter diesen Umständen ist es nicht mehr wichtig, wie hoch die Jahresbedarfswerte im Einzelnen sind, weil der Passivhausstandard schon von sich aus einen extrem niedrigen Verbrauch garantiert, der eine dauerhaft ökonomisch und ökologisch vertretbare Versorgung "behagliche Räume" sicherstellt.

Ab April 2020 ist die DIN/TS 12831-1:2020-04 in Kombination mit der DIN EN 12831:2017 gültig. Ohne diesen Nationalen Anhang konnte bisher die DIN nicht angewendet werden bzw. führte zu viel zu hohen Heizlasten. Die Berechnung der Heizlast für Trinkwassererwärmungsanlagen wurde in die neue Normenreihe integriert.

Die Heizlastberechnung ist für die Auslegung des Wärmerzeugers und der Raumheizflächen notwendig. Alle Parameter müssen mit dem Bauherren festgelegt und schriftlich vereinbahrt werden. Außerdem geht die Berechnung davon aus, dass alle Räume nach den festgelegten Faktoren betrieben werden.

Der Gesamt-Normwärmeverlust eines beheizten Raumes setzt sich zusammen aus: Norm-Transmissionswärmeverluste

• Wärmeverluste an die äußere Umgebung
• Wärmeverluste durch unbeheizte Nachbarräume
• Wärmeverluste an das Erdreich
• Wärmefluss zwischen beheizten Zonen unterschiedlicher Temperatur

Norm-Lüftungswärmeverluste

• Wärmeverluste durch natürliche Belüftung (durch hygienisch Mindest-Luftvolumenstrom oder durch Infiltration durch die Gebäudehülle)
• Wärmezufuhr durch mechanische Belüftung (durch Zuluftnacherwärmung und oder durch Unterdruck-Abluftanlagen)

Wärmezufuhr für Räume mit unterbrochenem Heizbetrieb, benötig eine zusätzliche Aufheizleistung (wird eigentlich im Wohnungsbau nicht eingeplant)

Unterlagen für die Berechnung: Lageplan mit Angaben von

•  Himmelsrichtung
• Windanfall
•  Höhe der Nachbargebäude
•  geografische Lage zur Bestimmung der Abschirmungsklasse

Gebäudeplan Grundrisse Geschossgrundrisse

•  Baubemaßung
•  Nutzungsangaben
• Temperaturangaben
•  Nummerierung der Räume

Gebäudeschnitt

• Lichte Raumhöhen
• Geschosshöhen
• Deckendicken
• Höhe der Brüstungen

Baubeschreibung (Schichtenaufbau der Bauelemente, Fenster, Türen)

Untersuchungen haben ergeben, dass die Wärmeerzeuger (und hier vor allen Dingen die Ölkessel) 1,8 bis 2,0mal größer dimensioniert wurden als notwendig. Hier war der Hintergrund wohl der "Angstfaktor", ein schnelleres Aufheizen bei der Trinkwassererwärmung oder bei Ölkessel die Möglichkeit einer niedrigen Einstellmöglichkeit. Auch die Raumheizlasten werden immer wieder nur "geschätzt" und nicht fachgerecht berechnet.

Die Folgen können sein,
- dass Brennwertkessel nicht im optimalen Arbeitsbereich gefahren werden
- dass Wärmepumpen zu groß ausgelegt werden
- dass die Umwälzpumpen zu groß ausgelegt werden
- dass die Rohrleitungen und Heizflächen zu groß ausgelegt werden
- dass ein hydraulischer Abgleich schwierig wird
- dass der Grundpreis von Energieversorgungsunternehmen (Gas, Fernwärme, Strom) zu hoch angesetzt wird

Außerdem wird oftmals nicht zwischen der Summe der Raumheizlasten und der Gebädeheizlast unterschieden. Wenn alle Raumheizlasten zusammengerechnet werden, dann ist am Ende der Wärmeerzeuger zu groß.

Hier muss beachtet werden, dass der Wärmefluß innerhalb der thermischen Hülle (zwischen den beheizten Räumen) für die Transmission und die Lüftung nicht berücksichtigt wird. Bei der Berechnung des Normalfalls (natürliche Lüftung, keine zusätzliche Aufheizleistung) ist die Gebäudeheizlast kleiner als die Summe der Raumheizlasten, weil nur der Transmissionswärmeverlust nach außen durch die Gebäudehülle und 50 % der Lüftungswärmeverluste berücksichtigt werden.

Mit der DIN EN 12831 Beiblatt 2 - 2012-05 - Heizungsanlagen in Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast - Vereinfachtes Verfahren zur Ermittlung der Gebäude-Heizlast und der Wärmeerzeugerleistung - kann die Heizlast von Gebäuden im Bestand, z. B. für einen Kesseltausch, näherungsweise ermittelt werden.

Die einfache Ermittlung der Heizlast der einzelnen Räume müssen nach dem gültigen ausführlichen Verfahren (Beiblatt 1) berechnet werden.

Inhaltsverzeichnis des Beiblatts 2 der DIN EN 12831
1 Allgemeines
2 Verweisungen
3 Begriffe, Symbole und Abkürzungen
4 Darstellung der Verfahren
4.1 Allgemeines
4.2 Hüllflächenverfahren
4.3 Verbrauchsverfahren
4.3.1 Lastgangmessung
4.3.3 Auswertung der monatlichen Verbrauchsdaten
4.3.4 Vereinfachtes Verfahren mittels Jahresendenergieverbrauch
4.3.5 Vereinfachte Bestimmung der Wärmeerzeugerleistung für Heizung und Trinkwassererwärmung
- Anhang A (informativ) Vereinfachte Bestimmung der Wärmedurchgangskoeffizienten U
- Anhang B (informativ) Vereinfachte Datenaufnahme der Bauteilflächen
- Anhang C (informativ) Vereinfachte Bestimmung der Temperaturkorrekturfaktoren
- Anhang D (informativ) Vereinfachte Ermittlung des Warmwasserbedarfs in Gebäuden
- Anhang E (informativ) Beispielberechnung

Hüllflächenverfahren

Mit dem Hüllflächenverfahren wird durch Vereinfachungen die Gebäudeheizlast aus der Summe der Transmissions- und Lüftungswärmeverluste ermittelt. Die Ermittlung entspricht physikalisch dem Rechengang der "normalen" Heizlastberechnung.

So werden z. B.
- bei unbekannten U-Werten anhand von Typologiewerten nach Bauteilaltersklassen entsprechende Tabellen aus Anhang A entnommen
- ein pauschaler Wärmebrückenzuschlag (U_WB von 0,10 W/m²·K) eingesetzt
- die Raumtemperatur für ein Gebäude einheitlich mit 20 °C angenommen, wenn keine andere Temperaturen vereinbart werden
- vereinfachte Temperaturkorrekturfaktoren in Abhängigkeit der Einbausituation, für z. B. Bauteile, die an unbeheizte Nachbarräume oder an Erdreich grenzen, verwendet
- geometrische Vereinfachungen, z. B. Übermessen von Erkern oder Gauben
- Flächen mit ähnlichen U-Werten und Temperaturkorrekturfaktoren zusammengefasst. Es werden aber die Norm-Außentemperaturen eingesetzt und keine Wärmequellen, z. B. solare Wärmegewinne, berücksichtigt

Die Temperaturkorrekturfaktoren f_x sind der Tabelle C.1 zu entnehmen. In der Tabelle A.2 "Pauschalwerte für Wärmedurchgangskoeffizienten" sind die U-Werte abgestuft in 8 Baualtersklassen von 1918 bis 1995 gelistet. Im Anhang A ist eine Methode zur Bestimmung des U-Wertes durch einfache Temperaturmessungen aufgeführt. Hier ist die Genauigkeit der Temperaturmessung besonders wichtig, damit der U-Wert einigermaßen genau berechnet werden kann.
Folgende Temperaturen sind zu messen.
- Innentemperatur t_int
- Außentemperatur t_e
- Wandinnentemperatur t_si

In der Tabelle A.1 sind die Übergangswiderstände R (Wandinnenflächen R_si = 0,13 m²·K/W) angegeben.

Der Lüftungswärmebedarf wird über den Außenluftwechsel, der sich aus der angenommenen Dichtheit des Gebäudes ergibt, errechnet. Dazu muss das Volumen errechnet und die Dichtheit des Gebäudes (dicht [n = 0,25 h^-1], weniger dicht [n = 0,5 h^-1] und undicht [n = 1,0 h^-1]) geschätzt werden. Zur Berechnung des Lüftungswärmebedarfs wird die Norm-Außentemperatur (DIN EN 12831) des jeweiligen Ortes eingesetzt.

Zu diesem Verfahren gibt es verschiedene Computer-Rechenprogramme, aber eine Handrechnung mit dem Formular des Beiblattes 2 ist für kleine Objekte ohne weiteres möglich.

Referenzausführung nach der EnEV 2014 (Wohngebäude-Neubau)
Bauteil	U-Wert/Uw-Wert W/(m²K)
Außenwand (einschließlich Einbauten, z. B. Rollladenkästen) Geschossdecke gegen Außenluft	0,28
Außenwand gegen Erdreich Bodenplatte Wände und Decken zu unbeheizten Räumen	0,35
Dach oberste Geschossdecke Wände zu Abseiten	0,20
Fenster Fenstertüren	1,3
Dachflächenfenster	1,4
Lichtkuppeln	2,7
Außentüren	1,8

Anforderungen nach der EnEV 2014 (Wohngebäude-Altbau)
Bauteil	U-Wert/Uw-Wert W/(m²K)
Außenwand - WDVS Außenwand - Vorhangfassade Außenwand - Kerndämmung	0,24
Innendämmung	0,35
Kellerwände - Perimeterdämmung Kellerwände - Innendämmung	0,30
Kellerdecke Aufdeckendämmung Unterdeckendämmung	0,30
Kellerboden Innendämmung	0,50
Steildach (Zwischensparren- Untersparren- und Aufsparrendämmung)	0,24
Oberste Geschossdecke (begehbare und nicht-begehbar)	0,24
Flachdach (Warmdach, Kaltdach, Umkehrdach)	0,20
Fenster - normal	1,30
Fenster - Nur-Verglasung	1,10
Dachflächenfenster	1,40
Glasvorhangfassade	1,50
Glasdach/Wintergarten	2,00
Fenster - Sonderverglasung	1,60
Außentüren	1,80

Im September 2017 wurde die DIN EN 12831-1 "Energetische Bewertung von Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast - Teil 1: Raumheizlast" und die DIN EN 12831-3 "Energetische Bewertung von Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast - Teil 3: Trinkwassererwärmungsanlagen, Heizlast und Bedarfsbestimmung" in Kraft getreten. Jetzt ist auch der Nationaler Anhang - Heizlast DIN SPEC 12831-1 veröffentlicht und wieder zurückgezogen.

Ab April 2020 ist die DIN/TS 12831-1:2020-04 in Kombination mit der DIN EN 12831:2017 gültig. Ohne diesen Nationalen Anhang konnte bisher die DIN nicht angewendet werden bzw. führte zu viel zu hohen Heizlasten. Die Berechnung der Heizlast für Trinkwassererwärmungsanlagen wurde in die neue Normenreihe integriert.

Dadurch sind viele Berechnungsgrundlagen der alten DIN ungültig.

Die DIN/TS 12831-1 "Verfahren zur Berechnung der Raumheizlast - Teil 1: Nationale Ergänzungen" in Kombination mit DIN EN 12831-1 "Energetische Bewertung von Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast - Teil 1: Raumheizlast" beschreibt die Ermittlung der Heizlast eines Gebäudes oder Raumes und ist Ausgangspunkt für die Auslegung von Heizflächen, Rohrleitungen und Wärmeerzeugern. Dieses Normendoppel ersetzt alle bisher bekannten Teile der DIN EN 12831.