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Heizkesseldimensionierung
Seit dem
1. Oktober 2004 muss die Größe von Heizkesseln nach einer neuen EU-Norm
berechnet werden, der EN 12 831. Das führt zu Kesseln, die um 20 bis
40 Prozent größer sind, als sie nach der deutschen Vorgängernorm sein
müssten!
Bisher
gab es dafür die deutsche Norm DIN 4701, die seit 1. Oktober 2004 durch
die europaweit gültige Norm EN 12 831 ersetzt wurde. Das Rechenverfahren
soll hier kurz in seinen Grundzügen vorgestellt werden und auch die
Abweichung der neuen von der alten Norm.
Die notwendige
Heizleistung wird nach DIN 4701 für das Gebäude dadurch bestimmt, dass
die Heizleistung für jeden einzelnen Raum des Hauses errechnet wird.
Die Summe ergibt dann die für das Gebäude insgesamt notwendige Leistung.
Die Heizleistung für jeden Raum errechnet sich aus der Wärmeleitungsgleichung
für jede Wand: Die Wärmeverluste sind das Produkt aus Fläche mal Wärmedurchgangskoeffizient
(früher: K-Wert, jetzt: U-Wert) mal Temperaturdifferenz. Hinzu addiert
werden die Lüftungswärmeverluste.
Die neue
EU-Norm geht ebenso modular vor: Die Verlustwerte der Einzelbauteile
werden zunächst raumweise addiert und dann zum Gebäudegesamtwert zusammengefasst.
Im ersten Schritt werden die U-WERTe mit den Flächen des Bauteils multipliziert.
Man erhält den auf die Temperaturdifferenz bezogenen Norm-Wärmeverlust
H des Bauteils in Watt pro Kelvin, der durch die Temperaturdifferenz
dividierte Wärmeverlust. Addiert wird der Lüftungswärmeverlust. Dann
wird H mit der Temperaturdifferenz zwischen außen und innen multipliziert.
Daraus erhält man den Wärmeverlust in Watt. Für das Gesamtgebäude und
die tiefste Außentemperatur entspricht dies der erforderlichen Heizleistung.
Neu in
der EU-Norm ist ein Aufheizfaktor. Diese zusätzliche Leistung wird benötigt,
wenn zum Beispiel nach einer NACHTABSENKUNG innerhalb einer kürzeren
Zeit die Norminnentemperatur wieder erreicht werden soll.
Den Berechnungen
liegen die Norm-Außentemperaturen am Gebäudeort zugrunde, die im Beiblatt
für alle deutschen Städte mit mehr als 20.000 Einwohnern aufgeführt
sind. Das sind die Tiefsttemperaturen, auf die die Heizung auszulegen
ist.
Unterschiede
Die neue
EU-Norm kommt gegenüber der deutschen Vorgängernorm zu um 20 bis 40
Prozent höheren GebäudeHEIZLASTen und damit größeren Heizkesseln. Das
hat folgende Ursachen:
- EN
12831 verwendet die Außenmaße des Gebäudes, die Vorgängernorm dagegen
Innenmaße
- EN
12831 macht einen Wärmebrückenzuschlag
- Die
Außentemperatur-Korrektur der deutschen Norm ist weggefallen
- Der
Mindestlüftungswärmeverlust wird nicht wie in der deutschen Norm mit
dem Gleichzeitigkeitsfaktor um die Hälfte reduziert.
Die
schon bisher deutlich zu großen Heizkessel werden unter Berufung auf
die neue Norm noch größer werden und den Energieverbrauch anwachsen
lassen. Die alte und auch die neue Norm gehen von der Forderung
aus, dass auch an den wenigen extrem kalten Tagen des Jahres das ganze
Haus gemütlich warm sein muss. Ob man dafür mit höheren Heizkosten bezahlen
will ist jeweils individuell zu beantworten.
Leider
müssen Installateure Heizungsanlagen nach dieser EU-Norm auslegen, es
sei denn Sie als Besitzer des Gebäudes und Betreiber der Heizungsanlage
widersprechen dem und verlangen ausdrücklich (schriftlich!) eine bedarfsorientierte
Auslegung des Heizungskessels nach überschlägiger Berechnung!
Überschlägige
Berechnung
Die Heizlast
beziehungsweise der bezogene Wärmeverlust H kann für Altbauten auch
aus dem gemessenen Verbrauch ermittelt werden. In der Praxis wird oft
auch mit Überschlagszahlen gearbeitet (siehe Tabelle unten).
Für einen Neubau sind je nach Geometrie 40 bis 60 Watt je Quadratmeter
Wohnfläche notwendig. Ein Einfamlienhaus mit 205 qm braucht danach eine
Heizung mit 8,2 bis 12,3 kw Leistung. In einem konkret raumweise durchgerechneten
Beispiel ergibt sich für ein Beispielhaus dieser Größe nach DIN 4701
eine Leistung von 6,8 kw und nach EN 12831 9,6 kw.
Der Wärmebedarf
eines Hauses oder Raumes ist eine sich stündlich verändernde Größe.
Sie hängt ab von äußeren Klimabedingungen wie Außentemperatur, Bewölkung,
Windstärke, Niederschlag, Sonneneinstrahlung und der im Haus erwünschten
Temperatur. Um Ihren Raum bei niedriger Außentemperatur angenehm zu
temperieren, muss Ihre Heizquelle stets so viel Wärme nachliefern, wie
durch Wände, Ritzen und Fenster wieder abfließt: die Heizlast.
Stellen
Sie sich das ruhig bildlich wie ein Küchensieb vor, in das Sie oben
Wasser – also Wärme – hineingießen, das unten durch die Löcher wieder
hinausläuft. Wer dauerhaft dämmt, verringert die Löcher im Sieb und
braucht weniger nachgießen. Die maximale Heizlast, auf die Sie Ihre
Heizung einstellen sollten, herrscht bei der kältesten Außentemperatur,
die in den letzten 20 Jahren zehnmal andauernd über zwei Tage erreicht
wurde. Diese „Auslegungstemperatur" können Sie der Karte entnehmen.
Wenn die
gewünschte Raumtemperatur gleich der Außentemperatur ist, dann wird
keine Wärme mehr benötigt. Man spricht auch von der Heizgrenztemperatur.
Auch die Menschen im Haus und der in Wärme umgewandelte Strom, der verbraucht
wird, heizen das Haus mit und senken die Heizgrenztemperatur. Die Leistung
des Heizkessels, gemessen in Kilowatt (kW), muss auch im Fall größter
Kälte das Haus noch warm bekommen, also die größte Heizlast des Hauses
abdecken. Der Kessel würde dann ohne Unterbrechung dauernd heizen.
Für den
großen Rest des Jahres läuft die Heizung nur einen Bruchteil der Zeit,
weil der Wärmebedarf viel geringer ist. Die Heizung läuft also die allermeiste
Zeit im Stop-and-Go und verbraucht dadurch unnötig viel Energie. Je
geringer die Kesselleistung, um so länger sind die Brennerlaufzeiten
und um so effizienter arbeitet die Heizung. Es hört sich paradox an,
aber die beste Heizungsanlage geht nie aus.
Wenn Sie
bei größter Kälte im Wohnzimmer statt mit 21°C zum Beispiel mit 19°C
Innentemperatur auskommen oder dann nicht das ganze Haus beheizen müssen,
dann kommen Sie mit einer wesentlich geringeren Kesselleistung aus.
Selbstverständlich
sind dies Werte für Gebäude oder jegliche Sanierungsmassnahmen seit
Ihrer Erbauung. Wenn z.B. in ein freistehendes Einfamilienhaus von 1970
im Jahr 1999 neue Fenster und im Jahr 2001 eine Außendämmung eingebracht
wurden, so ist der Wert von 150 Watt je qm nicht mehr anzusetzen. Allerdings
kann man auch nicht ganz den guten Wert von 60 Watt je qm für Gebäude
ab 1995 ansetzen, da z.B. die Dachisolierung noch im alten Zustand ist
oder die Kellerdecke nicht den heutigen Ansprüchen entspricht. Aber
mit einem Wert von 70 bis 75 Watt je qm liegt man bei korrekter Ausführung
der Fenster- und Dämmarbeiten richtig. Und das bedeutet ganz pauschal,
dass die Kesselleistung mindestens um 50 % reduziert werden kann und
dass sich zumindest der Verbauch an Heizöl oder Erdgas für den Heizungsbereich
fast halbiert haben müßte (der Lüftungswärmebedarf - nach DIN mit 50
% anzusetzen - ist trotz neuer Fenster und Außendämmung nicht halbiert
worden!).
Konventionelle
Ermittlung des Wärmebedarfs
Die herkömmliche
Größenbestimmung des Wärmebedarfs geht davon aus, dass ein Haus neu
zu bauen ist.
Das Verfahren zur Berechnung des Wärmebedarfs ist in der DIN 4701 genormt,
die jetzt von der DIN EN 12831 ersetzt wird. Die Berechnung erfolgt
mit PC-Programmen.
Schneller geht es mit einer Faustformel: Quadratmeterzahl des Hauses
x spezifischer Wärmebedarf = Wärmebedarf (nach DIN 12831: Heizlast)
= Kesselleistung.
Beispiel: 100 Quadratmeter Neubau, 100 x 60 = 6.000 Watt = 6 kW(vergleiche
Tabelle).
Heizlast
messen mit vorhandener Heizung
Da es heute
fast kein Haus ohne Heizungsanlage gibt, kann man über die Laufzeiten
der vorhandenen Heizung auch die individuelle Heizlast des Hauses bestimmen.
Wir sind auf der Suche nach dem Faktor f, um den die eingestellte Brennerleistung
kw zu groß ist. Die passende Leistung P ist dann P = f x kw.
Die eingestellte Brennerleistung kw Ihrer Heizung finden Sie auf dem
Arbeitsbericht des Servicetechnikers. Notfalls nehmen Sie die mittlere
bis obere Kesselleistung. Bei Gasbrennern kann man die Leistung ermitteln,
indem man bei ständig laufendem Brenner (Schornsteinfeger-Einstellung)
den Energieverbrauch über einen Zeitraum am Gaszähler abliest und durch
die verflossene Zeit dividiert.
Beispiel:
Kessel und Brenner liefern 30 kW, der Kessel ist um den Faktor f = 0,75
zu groß. Die richtige Leistung ist also 0,75 x 30 = 22,5 kW.
Der Faktor
f lässt sich errechnen aus dem Verhältnis zwischen momentanen Leistungsbedarf
q und der momentanen Brennerzeit-Auslastung s. Beide Größen können Sie
rasch durch eine Messung ermitteln:
Zuerst
bestimmen Sie den momentanen Leistungsbedarf q: Ein guter Messtag hat
unter -0° Celsius, ein sehr guter Messtag unter -5°C, dazu einen bedeckten
Himmel und wenig Wind.
Zunächst
misst man die Außentemperatur Ta (z.B. 0°C). Die Differenz zur gewünschten
Raumtemperatur Tr (z.B. 20°C) wird ins Verhältnis gesetzt zur oben bestimmten
maximalen Temperaturspreizung TS (z.B. Vorlauf 70°C minus Rücklauf 40°C
= TS 30°C). Daraus kann man errechnen, welchen Prozentsatz q der maximalen
Wärmeleistung der Kessel gerade bereitstellen muss: q = (Tr-Ta)/TS
Beispiel:
Ta = 0°, Tr = 20°, TS = 30° und damit q = 0,67.
Nun messen
Sie die momentane Brennerzeit-Auslastung s. Benötigt werden die Lauf-
und Stillstandszeiten des Brenners in etwa einer Stunde ohne Warmwasserbereitung
und nach der Aufheizphase, wenn alle Räume auf Solltemperatur sind.
Die Solltemperatur
einzelner Räume wurde in der DIN 4701 unter `Norm-Innentemperatur für
beheizte Räume in Wohnhäusern´ festgelegt, mit Hilfe dieser Tabelle
werden seit Jahrzehnten die Heizkörpergrößen eines Raumes ausgelegt:
|
Wohn-
und Schlafräume
|
+ 20°C |
| Küchen |
+
20°C |
| Bädezimmer |
+
24°C |
| WC |
+
20°C |
| Vorräume
und Flure |
+
15°C |
| Treppenräume
(falls beheizt) |
+
10°C |
Man stellt
sich für eine Zeit K mit der Stoppuhr neben die Heizung. Während dieser
Zeit ist der Brenner L Minuten lang in Betrieb und M Minuten lang aus.
Sie können mehrere Zyklen nehmen, um so genauer wird Ihr Ergebnis. K
= L + M
Messen
Sie danach noch einmal die Außentemperatur. Sollte diese sich geändert
haben, nehmen Sie den Mittelwert beider Außentemperatur-Messungen.
Dann ist
die momentane Brennerzeit-Auslastung s = L / K . (der Wert L
wird in der Rechnung also 2 x benötigt!)
Beispiel:
K = 30 Minuten, L = 10 Minuten. Rechnung: s = 10 / 30 = 0,33
Daraus
ergibt sich nun der Faktor f = s / q.
q haben
wir weiter oben ausgerechnet, der Beispiel-Wert ist 0,67.
Beispiel:
Der Brenner war bei Ihrer Messung nur zu einem Drittel (0,33) ausgelastet
und hat in dieser Zeit zwei Drittel (0,67) des Leistungsbedarfs erbracht.
Daraus ergibt sich f = 0,33 / 0,66 = 0,5. Der Kessel ist also um das
Doppelte zu groß eingestellt. Statt 30 kw braucht der Kessel nur eine
Leistung von P = 0,5 x 30 = 15 kw.
Grenzen
der Leistungsminderung
- Kommen
Sie berechnungsmäßig unter 14 kw, bekommen Sie bei Ölbrennern das
Problem, dass Sie diese heute nur mit Tricks zwischen 10 und 14 kw
betreiben können, weil es keine Düsen gibt, die weniger als ein Liter
Öl pro Stunde versprühen können. Nur zwei Fabrikate schaffen mit einem
zweistufigen Brenner Werte von 8 bis 14 kw.
- Bei
der Warmwasserbereitung brauchen Sie sich weniger Sorgen zu machen
als immer behauptet wird. Denn auch ein 10 kw Brenner schafft es,
einen 300 Liter Speicher in 60 bis 90 Minuten nachzuladen. Das macht
man natürlich außerhalb der Heizzeit. Wenn man den Speicher mehr als
einmal am Tag nachladen muss, ist es deshalb sinnvoll, parallel das
Heizen und Warmwasserladen zu ermöglichen (zwei Pumpen, kein Umschaltventil).
Elektrische Warmwasserbereiter arbeiten auch mit 2, 6 oder 9 kw.
- Kommen
Sie unter 11 kw, entfällt die Messung des Schornsteinfegers – sogar
dann, wenn Sie fürs Warmwassser bis zu 28 kw benötigen (möglich bei
Gasbrennern mit interner Umschaltung, auch als Durchlauferhitzer).
Heizung
drosseln und Energie sparen
Ergibt
die obige Abschätzung, dass die bereitgestellte Heizleistung wesentlich
zu hoch ist, dann kann man folgendes tun:
-
Neuanschaffung eines kleineren Kessels
- Die
Brennerleistung anpassen. Nicht bei allen Kesseln ist die Leistung
verringerbar
Fazit
bzw. Praxis
Eigentlich
alle Brennwertgeräte bzw. Brennwertkessel funktionieren heute modulierend,
d.h. sie passen sich dem tatsächlich benötigten Wärmebedarf
des Gebäudes an. Wichtig bei der Auslegung bzw. Dimensionierung
ist, dass der Warmwasserbedarf gedeckt wird und dass der Heizkessel
soweit heruntermoduliert, dass auch die bei einem gut bis sehr gut gedämmten
Gebäude nur minimale Heizlast bei Außentemperaturen von ca.
+10° bis +15° wirtschaftlich erfolgen kann.
Niedertemperaturheizkessel
im Leistungsbereich bis ca. 100 kw werden quasi nicht mehr installiert,
und auch im höheren Leistungsbereich ist die Zahl stark sinkend.
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