Heizlastberechnung: So entsteht die Heizlast

Berechnung zur Ermittlung der Heizlast im Gebäude

Die Heizlastberechnung ist ein Berechnungsverfahren zur Ermittlung der Heizlast von Gebäuden. Diese gibt an, wie viel thermische Energie einem Raum oder einem Haus zugeführt werden muss, um trotz Verlusten über Hülle und Lüftung eine gewünschte Temperatur aufrechterhalten zu können.

Wie hoch die dabei auftretenden Verluste sind, hängt neben der energetischen Qualität des Gebäudes von der Differenz zwischen Außen- und Innentemperatur ab. Sinkt die Außentemperatur zum Beispiel im Winter, so strömt mehr Wärme über Undichtigkeiten oder Außenbauteile wie Wände, Fenster oder Dachflächen nach außen. Die Heizung muss deshalb mehr leisten. Die individuelle Heizlast beeinflusst auch sehr stark,  ab wie viel Grad Verbraucher heizen müssen.

Heizlastberechnung für die Heizungsplanung

Die Ergebnisse der Heizlastberechnung geben Aufschluss darüber, wie große eine Heizungsanlage zu planen ist. Dabei wirken sie sich nicht nur auf die Leistung des Wärmeerzeugers selbst, sondern auch auf die Größe von Heizflächen wie Heizkörpern oder einer Flächenheizung aus. Sie definieren den Wärmebedarf einzelner Räume und sind somit Grundlage für die Dimensionierung des Rohrnetzes. Darüber hinaus ist die Berechnung der Heizlast auch nötig, wenn ein hydraulischer Abgleich durchgeführt wird.

Da die Ermittlung immer zum Auslegungszeitpunkt (dem Zeitpunkt, an dem die Außentemperaturen besonders niedrig und die nötige Leistung der Heizung sehr hoch ist) stattfindet, eignet sich die Heizlastberechnung nur bedingt zur Ermittlung der Heizkosten. Dafür sind weitere Angaben wie die Gradtagszahl oder Daten zu äußeren und inneren Wärmegewinnen nötig.

Zur Berechnung der Heizlast gibt es zwei Methoden:

Berechnung der Heizlast – einfachte Formel:

Mit der folgenden Formel können Sie die ungefähre Heizlast selbst berechnen und so eine Vorstellung davon bekommen, wie viel Energie zur Beheizung Ihres Hauses notwendig ist.

• Heizleistung  Sie erhalten den Wert für die benötigte Heizleistung in Watt. Um die Heizlast in Kilowatt zu erhalten, teilen Sie das Ergebnis durch 1.000.
• Wohnfläche: Die zu beheizende Fläche in Quadratmetern (m²)
• Heizlast pro m²: Der Heizbedarf in Watt pro Quadratmeter, abhängig vom Baujahr und der Isolierung des Gebäudes. Verwenden Sie folgende Richtwerte:

Beispiel 1:  Angenommen, Sie haben ein altes Haus mit einer Wohnfläche von 150 m² und möchten die überschlägige Heizleistung berechnen. Für das 1985 erbaute Gebäude mit unzureichender Isolierung beträgt die geschätzte Heizlast pro m² etwa 98 W/m².

1. Berechnung der Heizleistung in Watt (W):
   Heizleistung (in W) = 150 m² × 98 W/m²
   Ergebnis: 14.700 W
2. Umrechnung in Kilowatt (kW):
   Heizleistung (in kW) =   14.700 W / 1.000
   Ergebnis: 14,7 kW

Die Heizleistung für das Haus beträgt somit 14,7 kW.

Beispiel 2:  Für ein neues, gut isoliertes Haus aus dem Baujahr 2005 mit derselben Wohnfläche von 150 m² und einer geschätzten Heizlast von 44 W/m² würden Sie wie folgt rechnen:

1. Berechnung der Heizleistung in Watt (W):
   Heizleistung (in W)   = 150 m² × 44 W/m²
   Ergebnis: 6.600 W
2. Umrechnung in Kilowatt (kW):
   Heizleistung (in kW) =  6.600 W  / 1.000
   Ergebnis: 6,6 kW

Die Heizleistung für das Haus beträgt also 6,6 kW.

Detaillierte Berechnung der Heizlast nach DIN EN 12831

Mit der folgenden Methode lässt sich berechnen, wie viel Watt Heizleistung pro Quadratmeter Wohnfläche erforderlich sind, um ein Gebäude effizient zu beheizen. Dieses Verfahren ist auf verschiedene Heizsysteme wie Wärmepumpen sowie Elektro-, Öl- und Gasheizungen anwendbar. Da die Heizlastberechnung komplex ist und sowohl die Gesamtgebäudeheizlast als auch die Last einzelner Räume und der Heizungsanlage umfasst, sollte sie immer von einem Fachbetrieb durchgeführt werden.

Der Ablauf der Heizlastberechnung

Die Heizlastberechnung erfolgt nach einem Standardablauf, der mit der Norm DIN EN 12831 „Heizungsanlagen in Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast“ vorgegeben wird. Sie setzt sich vereinfacht aus der Summe dreier Größen zusammen. Diese sind:

• der Transmissionswärmeverlust
• der Lüftungswärmeverlust
• die Zusatz-Aufheizleistung der Heizlastberechnung

Der Transmissionswärmeverlust

Der  Transmissionswärmeverlust  beschreibt den Wärmeverlust über die Bauteile der Gebäudehülle (Wände, Fenster, Dach, Böden). Er wird raumweise ermittelt, wobei alle Flächen, die entweder nach außen, an weniger beheizte Räume oder an unbeheizte Räume grenzen, berücksichtigt und bewertet werden. Ist der Transmissionswärmeverlust sehr klein, fällt auch die Heizlast klein aus. Der Energiebedarf des Gebäudes ist dann vergleichsweise niedrig.

• Fläche (in m²): Die Fläche des jeweiligen Bauteils (z. B. Wand, Fenster, Dach), durch die Wärme verloren geht.
• U-Wert (in W/m²K): Der U-Wert gibt an, wie viel Wärme durch 1 Quadratmeter des Bauteils bei einer Temperaturdifferenz von 1 Kelvin (K)verloren geht. Ein niedriger U-Wert bedeutet bessere Dämmung.
• Temperaturdifferenz (in K): Der Unterschied zwischen der Innen- und Außentemperatur in Kelvin (K). Größere Unterschiede führen zu höheren Wärmeverlusten.

Beispiel:  Angenommen, eine Wand hat eine Fläche von 10 m², einen U-Wert von 0,5 W/m²K und die Temperaturdifferenz beträgt 20 K (innen 20°C, außen 0°C).

1. Fläche und U-Wert multiplizieren:
   10 m² × 0,5 W/m²K = 5 W/K
2. Ergebnis mit der Temperaturdifferenz multiplizieren:
   5 W/K × 20 K = 100 W

Die Wand verliert somit 100 Watt Wärme durch Transmission.

Der Lüftungswärmeverlust

Der Lüftungswärmeverlust beschreibt den Wärmeverlust, der durch das Lüftungsverhalten auftritt. Er wird im Rahmen der Heizlastberechnung raumweise ermittelt und hängt vom Lüftungsvolumenstrom über Undichtigkeiten sowie Schornsteine oder von dem hygienisch bedingten Mindestluftwechsel ab.

• Luftvolumen (in m³/h): Das Volumen der Luft, die pro Stunde ausgetauscht wird.
• Wärmekapazität der Luft (0,34 Wh/m³K): Ein konstanter Wert, der angibt, wie viel Wärmeenergie erforderlich ist, um 1 Kubikmeter Luft um 1 Kelvin zu erwärmen.
• Temperaturdifferenz (in K): Der Unterschied zwischen der Innen- und Außentemperatur. Größere Unterschiede führen zu höheren Wärmeverlusten.

Beispiel:  Angenommen, der Luftaustausch beträgt 200 m³/h und die Temperaturdifferenz beträgt 20 K (innen 20°C, außen 0°C).

1. Luftvolumen und Wärmekapazität der Luft multiplizieren:
   200 m³/h × 0 ,34 Wh/m³K = 68 Wh/K
2. Ergebnis mit der Temperaturdifferenz multiplizieren:  
   68 Wh/K × 20K = 1.360 W

Der Lüftungswärmeverlust beträgt somit 1.360 Watt.

Die Zusatz-Aufheizleistung der Heizlastberechnung

Die Zusatz-Aufheizleistung der Heizlastberechnung beschreibt die Leistung, die eine Heizungsanlage zum Wiederaufheizen nach einer Heizpause kurzzeitig bereitstellen muss. Sie wird auch raumweise ermittelt und anschließend auf die im Auslegungsfall nötige Heizlast aufgeschlagen.

•   Wärmespeichermasse (in kg): Die Masse der Bauteile im Gebäude, die Wärme speichern können (z. B. Wände, Böden).
• Spezifische Wärmekapazität (in Wh/kgK): Ein konstanter Wert, der angibt, wie viel Wärmeenergie erforderlich ist, um 1 Kilogramm eines Materials um 1 Kelvin zu erwärmen. Für Baukonstruktionen wird oft ein Durchschnittswert von 0,84 Wh/kgK verwendet.
• Temperaturdifferenz (in K): Der Unterschied zwischen der aktuellen Temperatur und der gewünschten Raumtemperatur. Größere Unterschiede führen zu höheren Aufheizleistungen.

Beispiel:  Angenommen, die Wärmespeichermasse beträgt 5000 kg und die Temperaturdifferenz beträgt 10 K.

1. Wärmespeichermasse und spezifische Wärmekapazität multiplizieren:  
   5.000 kg × 0,84 Wh/kgK = 4200 Wh/K
2. Ergebnis mit der Temperaturdifferenz multiplizieren:
   4.200 Wh/K × 10K = 42.000 W

Die Zusatz-Aufheizleistung beträgt somit 42.000 Watt.

Einflussgrößen auf die Heizlast eines Gebäudes

Bei der Heizlastberechnung geht es darum, alle Wärmeverluste eines Gebäudes zu addieren, um dadurch eine zuverlässige Basis für die Planung der Heizungsanlage zu schaffen. Wie hoch die Verluste über Hülle und Lüftung sind, hängt jedoch von zahlreichen gebäudespezifischen Faktoren ab. Die Wichtigsten sind:

• die Wahl der Temperaturen für die Heizlastberechnung
• die U-Werte der Gebäudehülle
• der Luftwechsel der einzelnen Räume
• die Speichermasse des Gebäudes

Wahl der Temperaturen für die Heizlastberechnung

Je nachdem, welche Temperaturen der Heizlastberechnung zugrunde liegen, fällt das Ergebnis höher oder niedriger aus. Um eine ausreichende Wärmeversorgung sicherstellen zu können, gibt die DIN die Norm-Außen- und Innentemperaturen vor.

Die Norm-Außentemperatur beschreibt die tiefste Außentemperatur, die an zwei aufeinanderfolgenden Tagen zehnmal in 20 Jahren gemessen werden konnte. Sie ist abhängig von der jeweiligen Region und beträgt zum Beispiel in Berlin - 14 Grad Celsius. Für die Innentemperaturen, die für die Berechnung der Heizlast angepasst werden können, gibt die Norm Empfehlungen. So sollten zum Beispiel:

• Küchen, Kinderzimmer, Wohn- und Schlafräume mit 20 Grad Celsius beheizt werden
• Bäder mit 24 Grad beheizt werden
• Nebenräume und Flure mit 15 Grad Celsius beheizt werden

U-Werte der Gebäudehülle beeinflussen die Heizlast

Eine weitere Einflussgröße auf das Ergebnis der Heizlastberechnung ist der  U-Wert. Er ist Grundlage der Berechnung des Transmissionswärmeverlusts (des Wärmeverlusts über die Gebäudehülle) 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 mit einem Zuschlag versehen.

Luftwechsel der einzelnen Räume

Neben der Gebäudehülle geht die Wärme eines Raumes auch beim Lüften verloren. Um diesen sogenannten Lüftungswärmeverlust bei der Heizlastberechnung berücksichtigen zu können, muss bekannt sein, wie stark ein Raum durchlüftet wird. Während sich der Wert in modernen und dicht gebauten Häusern in der Regel nach dem hygienisch notwendigen Mindestluftwechsel richtet, wird er in alten Gebäuden mit undichten Fenstern häufig von der freien und unfreiwilligen Durchströmung bestimmt.

Speichermasse des Gebäudes

Planen Bauherren oder Hausbesitzer sogenannte Absenkzeiten, müssen Wärmeerzeuger und Heizflächen 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 auch von der Schwere des Gebäudes ab. Dabei gilt: Je leichter das Haus ist (je weniger massive Bauteile es also hat), desto kleiner fällt der Anteil der Heizlast aus.

Vergleich von Gartenhaus und Kirche

Deutlich wird das am Vergleich von Gartenhaus und Kirche. Das Gartenhaus aus Blech oder Holz hat eine sehr geringe Gebäudemasse. Nimmt die Heizung ihre Arbeit auf, steigt die Temperatur im Innenraum dabei schnell. Eine Kirche hat hingegen eine sehr hohe Gebäudemasse. Bevor es im Raum wohlig warm wird, geht erst einmal viel Energie in die alten und dicken Mauern. Soll die Temperatur schnell steigen, ist hier eine deutlich höhere Aufheizleistung nötig.

Folgen einer falschen oder ungenauen Heizlast

Wird die Heizlastberechnung nicht oder nur überschlägig ausgeführt, kann das negative Folgen für Haus und Hausbesitzer haben. So kann es zum Beispiel passieren, dass die gesamte Heizungsanlage zu groß oder zu klein ausgelegt wird.

Während eine zu knappe Planung zu hohen Einbußen im Komfort und Feuchteschäden führen kann, sorgt eine zu groß dimensionierte Heizung mitunter für zu hohe Heizkosten. Denn diese bewirkt, dass Brennwertkessel möglicherweise nicht im optimalen Bereich arbeiten, Umwälzpumpen zu viel Strom verbrauchen oder der hydraulische Abgleich nur schwierig umgesetzt werden kann.