Wärmebedarfsberechnung

Zur energieeffizienten Beheizung eines Gebäudes muss der Wärmebedarf ermittelt werden. Nur so kann der optimal passende Heizkessel mit der richtigen Leistung ausgewählt werden. Wir möchten gerne erläutern, wie auch Privatpersonen den richtigen Wärmebedarf ermitteln können, um so Energie einzusparen.

Wärmebedarfsberechnung – Grundlagen

Für ein Einfamilienhaus wird der Heizwärmebedarf gemäß DIN 4108 Teil 6 berechnet. Es sollen bei der Betrachtung alle Verluste und Gewinne eines Gebäudes ermittelt werden, sodass sie gegeneinander aufgerechnet werden können.

Was ist der Wärmebedarf?

Um den Wärmebedarf (Heizwärmebedarf oder auch HWB) zu berechnen, müssen einige Aspekte berücksichtigt werden. Grundsätzlich wird jedoch mit dem Wärmebedarf die energetische Qualität eines Gebäudes bestimmt.

Laut Norm DIN V 4108 bezeichnet der Heizwärmebedarf die rechnerisch ermittelten Wärmeeinträge vom Heizsystem zur Aufrechterhaltung einer bestimmten mittleren Raumtemperatur in einem Gebäude oder einem bestimmten Bereich des Gebäudes. Somit gibt der Wärmebedarf an, welche Menge an Energie innerhalb eines Jahres benötigt wird, um im Gebäude eine bestimmte Raumtemperatur zu erreichen. Dieser Wert wird in Kilowattstunde (kWh) pro Jahr angegeben.

Wärmebedarfsberechnung – die Formel

Um Wärmeverluste eines Raumes und die notwendige Heizleistung zu berechnen, müssen einige komplexe Rechenschritte durchgeführt werden.

Die Norm-Heizlast wird nach DIN EN 128311 berechnet. Profis verwenden dazu eine spezielle Planungssoftware, die alle nötigen Daten einfügt. Dabei werden die Rechtsvorschriften sowie die EnEV berücksichtigt.

Gemäß DIN EN 12831 ist die Norm-Heizlast eines Gebäudes die Summe der Norm-Heizlasten der einzelnen Räume, wobei die Norm-Transmissionsheizlast (ΦT) und die Norm-Lüftungsheizlast (ΦV) addiert werden.

Somit lautet die Formel für die Norm-Heizlast eines Gebäudes (ΦHL):

ΦHL = ΣΦT + ΣΦV

Für den Laien die Formel vereinfacht dargestellt:

Jahres-Heizwärmebedarf = [Gradtagsfaktor x (Transmissionswärmeverlust + Lüftungswärmeverlust)] – [Nutzungsgrad interner Gewinne x (solare Gewinne + interne Gewinne)] in Kilowattstunden pro Jahr.

Welche Faktoren beeinflussen die Wärmebedarfsberechnung?

Dabei müssen jedoch einige Punkte berücksichtigt werden. Dazu gehören:

• Wärmeverluste über die Gebäudehüllflächen (Transmissionswärmeverluste)

• Undichtigkeiten in der Gebäudehülle führen zu Lüftungswärmeverluste

• Sonneneinstrahlung durch Fenster und Türen sorgen für solare Wärmegewinne

• Personen und typische Geräte im Haushalt sorgen für interne Wärmegewinne

Wie kann man den Wärmebedarf berechnen?

Um den Wärmebedarf professionell durch einen Energieberater ermitteln zu lassen, wird dieser das Gebäude in Gruppen unterteilen. Dazu zählen:

Gebäudeteile mit direktem Kontakt zur Gebäudehülle

• Gebäudeteile mit Außenflächen wie Dächer, Fenster, Außentüren sowie die kompletten Außenwände

• Geschossdecken, welche an einen Dachboden grenzen

• Gebäudeteile, die an den Erdboden grenzen wie zum Beispiel Keller und Garagen

• Räume mit einem geringen Wärmebedarf wie zum Beispiel Flure, Wintergärten und Treppenhäuser

Gebäudeteile mit innenliegenden Räumen

• Beheizte und unbeheizte Räume

• Grundrisse des Gebäudes

• Anzahl und Position der Verbindungstüren

• Innenwände und innenliegende Decken

Diese Daten werden mit weiteren Angaben ergänzt:

• Bestimmung des Norm-Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) nach DIN EN ISO 6946

• Berechnung der Norm-Transmissionswärmeverluste

• Berechnung der Norm-Lüftungsverluste

Daten zum Gebäude sammeln

Bevor mit der Wärmebedarfsberechnung für ein Haus begonnen werden kann, müssen ein paar wichtige Daten zum Haus gesammelt werden. Hierbei geht es in erster Linie um das beheizte Gebäudevolumen sowie um die Nutzfläche und die Gradtagszahl.

Die Nutzfläche ergibt sich aus dem Verhältnis von 0,32 x Gebäudevolumen. Die Gradtagszahl dagegen muss regional bestimmt werden. Mit dieser Zahl wird angegeben, wie oft die Außentemperaturen unter der festgelegten Heizgrenztemperatur liegt. Dieser Wert kann aus Tabellen entnommen werden. Ist es in der Region sehr kalt, dann ist der Wert entsprechend hoch.

Nach Möglichkeit sollte an kalten Tagen mit einer Heizleistung von 480 W gerechnet werden.

Gebäudehüllflächen aufnehmen und vermessen

Neben den erwähnten Grunddaten müssen die Gebäudehüllflächen ausgenommen und vermessen werden. Es geht hierbei um die Wände, Böden, Decken, Fenster und Türen, die an das Erdreich, die Außenluft oder an unbeheizte Räume grenzen.

Dach muss für jeden Bauteiltyp die energetische Qualität bestimmt werden. Gemeint ist damit der U-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient). Mit diesem wird angegeben, wie viel Wärme bei einer Temperaturdifferenz von einem Grad durch einen Quadratmeter Bauteil geht. Grenzen Bauteile der Gebäudehülle dabei an unbeheizte Räume, das Erdreich oder an Räume eines anderen Gebäudes, muss das Ergebnis mit verschiedenen Korrekturfaktoren multipliziert werden.

Zusätzlich müssen auch die Verluste von thermisch geschwächten Konstruktionen (Wärmebrücken) berücksichtigt werden.

Ermittlung der Verluste über Hülle und Lüftung

Wenn die Grunddaten vorhanden sind, müssen die Verluste über die Hülle und Lüftung ermittelt werden. Die Summe dieser Transmissionsverluste wird mit folgender Gleichung ermittelt:

• Transmissionswärmeverlust = Summe aus (Korrekturfaktor x U-Wert x Bauteilfläche) + (Wärmebrückenzuschlag x Hüllfläche des Gebäudes)

Aus dem Verhältnis der Luftwechselrate, dem Gebäudevolumen und dem Faktor 0,34 ergeben sich die Lüftungswärmeverluste. Hierzu findet folgende Formel Anwendung:

• Lüftungswärmeverlust = 0,34 x Luftwechselrate x beheiztes Luftvolumen

Wichtig für die Ermittlung des beheizten Gebäudevolumens und der Luftwechselrate sind gemäß Norm genau Vorgaben. Diese hängen mit der Art der Lüftungstechnik zusammen. Es geht dabei um die freie oder die Ventilatoren gestützte Lüftung und ob bereits ein Luftdichtheitstest durchgeführt wurde.

Um den Wärmebedarf zu errechnen, müssen am Ende die beiden Verlustwerte addiert werden:

• Wärmebedarf = Transmissionswärmeverlust + Lüftungswärmeverlust

Solare und interne Wärmegewinne

Sind die Verluste bekannt, müssen die Wärmegewinne berücksichtigt werden. Dadurch wird der Wärmebedarf und somit auch der Energieverbrauch der Heizung gesenkt. Wichtig hierbei sind die solaren und die internen Gewinne.

Für die solaren Gewinne muss die Summe aller transparenten Bauteile gebildet werden. Diese werden danach mit verschiedenen Korrekturfaktoren und spezifischen Einstrahlungswerten der Sonne multipliziert. Die Formel lautet:

• Solare Gewinne = Summe (Einstrahlung x Energiedurchlassgrad der Fenster x Fläche x Korrekturfaktoren) pro Himmelsrichtung

Im nächsten Schritt müssen die internen Wärmegewinne ermittelt werden. Diese bestehen aus dem Produkt eines vorgegebenen Wertes und der Länge der Heizperiode in Tagen. Zum Einsatz kommt folgende Formel:

• Interne Wärmegewinne = 5 x Nutzfläche x Länge der Heizperiode x 0,024

Im Schnitt beträgt die Heizperiode 185 Tage. Mit dem Faktor 0,024 werden die einzelnen Einheiten umgerechnet.

Ergebnis

Im letzten Schritt zur Berechnung des Wärmebedarfs müssen die Gewinne von den Verlusten subtrahiert werden. Die Gleichung dazu lautet:

• Jahres-Heizwärmebedarf = [Gradtagsfaktor x (Transmissionswärmeverlust + Lüftungswärmeverlust)] – [Nutzungsgrad interner Gewinne x (solare Gewinne + interne Gewinne)] in Kilowattstunden pro Jahr.

Dabei ergibt sich der Gradtagsfaktor aus der Gradtagszahl, dem Umrechnungsfaktor 0,024 und dem Korrekturfaktor für die Nachtabsenkung der Heizung. In der standardisierten Berechnung des Wärmebedarfs liegt der Nutzungsgrad interner Gewinne bei 0,95.

Wenn Verbraucher das Ergebnis exakt auf die Nutzfläche ihres Gebäudes angeben wollen, dann müssen sie den Jahres-Heizwärmebedarf im Einfamilienhaus durch die Nutzfläche dividieren. Die Einheit Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr ist das Ergebnis.

Wie kann ich meinen Wärmebedarf reduzieren?

Um den Wärmebedarf im Gebäude zu reduzieren, sollte zügig an eine Modernisierung der Heizung gedacht werden.

In Bezug auf die Investitionskosten einer neuen Heizung ist dies die effizienteste Lösung. Alle anderen Möglichkeiten der Modernisierung rechnen sich erst längerfristig.

Fazit zur Berechnung des Wärmebedarfs

Mit der Berechnung des Wärmebedarfs der Heizungsanlage bilanzieren sich sowohl die Wärmegewinne als auch die Wärmeverluste eines Gebäudes. Gemäß der DIN 4108 Teil 6 kann man den Wärmebedarf berechnen. Dadurch wird ein Vergleich der energetischen Qualität von verschiedenen Gebäuden möglich. Gerade für den Hausbesitzer ist es wichtig durch die Wärmebedarfsberechnung zu erfahren, wie viel Wärme nötig ist, um das ganze Jahr über das Haus entsprechend zu beheizen.  Um die Heizkosten tatsächlich zu berechnen, reicht nicht nur die Wärmebedarfsberechnung, sondern es müssen auch Kenntnisse über die Qualität der Heizung vorhanden sein.

Die Wärmebedarfsberechnung ist sehr kompliziert. Sie kann jedoch mithilfe von Tabellen und Software (Wärmebedarfsrechner) schnell erledigt werden. Um fundierte Ergebnisse zu erhalten, sollte die Wärmebedarfsberechnung von einem Profi durchgeführt werden.