Methodik der Heizlastberechnung für Niedrigstenergiehäuser

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1 Methodik der Heizlastberechnung für Niedrigstenergiehäuser DI Markus Leeb DI Simon Handler Ao.Univ.Prof. DI Dr. Thomas Bednar Institut für Hochbau und Technologie Forschungsbereich für Bauphysik und Schallschutz

2 Niedrigstenergiehaus Was ist ein Niedrigstenergiehaus? - Geringer Heizwärmebedarf - Geringe Heizlast - Minimierung der Abgabe und Verteilverluste - Hocheffiziente Wärmebereitstellung mit minimalen Systemtemperaturen im Heizkreis

3 Methodik der Heizlastberechnung - Definition Definition der Heizlast: Die Heizlast ist jener Wärmestrom, der benötigt wird um in einem Gebäude oder einem Raum eine festgelegte operative Raumtemperatur unter Auslegungsbedingungen einhalten zu können. Entwicklung der Heizlastberechnung: - stationäre Berechnung nach ÖNORM EN bzw. ÖNORM H erweiterte stationäre Berechnung* - dynamische Simulation * [Bisanz 1999] Bisanz, C.: Heizlastauslegung im Niedrigenergie- und NEH, 1. Auflage, Darmstadt, Januar 1999

4 Methodik der Heizlastberechnung - Definition Raumheizlast - für die Auslegung der Wärmeabgabesysteme (Heizkörper usw.)

5 Methodik der Heizlastberechnung - Definition Raumheizlast - für die Auslegung der Wärmeabgabesysteme (Heizkörper usw.) Wohnungsheizlast - für die Auslegung der Heizregister

6 Methodik der Heizlastberechnung - Definition Raumheizlast - für die Auslegung der Wärmeabgabesysteme (Heizkörper usw.) HW Wohnungsheizlast - für die Auslegung der Heizregister Gebäudeheizlast - für die Auslegung des Wärmebereitstellungssystems (Heizkessel usw.) WB

7 Methodik der Heizlastberechnung ÖNORM H 7500 Heizlast Bilanzierung der Verluste eines Raumes QHL,Raum = QT,ie + QT,iu + Qinf + Q hyg( + Q RH) Raumheizlast = Transmissionsverluste + Infiltrationsverluste + Lüftungsverluste (Anlage) Q hyg Q inf Q T,ie (+ zusätzliche Aufheizleistung) Q T,iu

8 Methodik der Heizlastberechnung ÖNORM H 7500 Heizlast Bilanzierung der Verluste eines Raumes QHL,Raum = QT,ie + QT,iu + Qinf + Q hyg( + Q RH) - extrem kalter Tag ohne solare Einstrahlung (?) - keine inneren Lasten (?) Berechnete Heizlast ist zu hoch!

9 Methodik der Heizlastberechnung ÖNORM H 7500 Heizlast Bilanzierung der Verluste eines Raumes QHL,Raum = QT,ie + QT,iu + Qinf + Q hyg( + Q RH) - Überdimensionierung der Wärmeabgabesysteme - höhere Systemtemperaturen - Überdimensionierung der Wärmebereitstellungssysteme effizienter Betrieb der TGA-Anlage ist nicht möglich!

10 Methodik der Heizlastberechnung erweitertes Modell Erweiterung: + Trennung von Bauphysik und Gebäudetechnik in der Berechnung + Berücksichtigung von inneren Lasten (z.b. 1 Person, 1 Kühlschrank) + Berücksichtigung von solarer Einstrahlung + Einführung von zwei Auslegungsklimaszenarien + Berücksichtigung von Verteilverlusten (Gebäudeheizlast) realistischere Auslegungsbedingungen!!! geringere Heizlast!!! effizienterer Betrieb von haustechnischen Anlagen möglich!!!

11 Methodik der Heizlastberechnung Randbedingungen Auslegungsklima 1: extrem kalter Tag mit Sonnenstrahlung Auslegungsklima 2: mäßig kalter Tag ohne direkte Sonnenstrahlung Innentemperatur: Ti = 22 C für Wohnräume Analog zur Methode des PHI für Passivhäuser in Deutschland!

12 Methodik der Heizlastberechnung Randbedingungen Auslegungsklima 1 extrem kalter Tag mit Sonnenstrahlung Auslegungsklima 2 mäßig kalter Tag ohne direkte Sonnenstrahlung

13 Methodik der Heizlastberechnung erweitertes Modell bauphysikalische Heizlast Bilanzierung der Verluste und Gewinne eines Raumes ohne TGA Q = Q + Q + Q + Q Q Q HL,Bph T,ie T,iu inf hyg sol il Heizlast = Transmissionsverluste Q sol Q inf + Infiltrationsverluste + Lüftungsverluste Q hyg Q il Q T,ie - Solare Einstrahlung - Innere Lasten Q T,iu

14 Methodik der Heizlastberechnung Beispiel Berechnung der bauphysikalischen Raumheizlast für: - einen Altbau - ein NEH Ermittlung der Heizlast über: - dynamische Raumsimulation - Berechnung nach ÖNORM H erweitertes stationäres Modell Vergleich der Ergebnisse

15 Dynamische Raumsimulation Heizlast Altbau

16 Methodik der Heizlastberechnung Beispiel Vergleich - Heizlast Altbau q HL Simulation Klima 1 q HL Simulation Klima 2 q HL H7500 q HL neues Model Klima 1 q HL neues Modell Klima 2 W/m² Verluste Gewinne q TGA q il q sol q V q T

17 Dynamische Raumsimulation Heizlast NEH

18 Methodik der Heizlastberechnung Beispiel Vergleich - Heizlast NEH W/m² q HL Simulation Klima 1 q HL Simulation Klima 2 q HL H7500 q HL neues Modell Klima 1 q HL neues Modell Klima Verluste Gewinne q TGA q il q sol q V q T

19 Methodik der Heizlastberechnung erweitertes Modell Heizleistung - TGA Leistung der Wärmeabgabesysteme QHL,TGA = QWA,Raum + QWA,FS + Qrück,WT + QWA,NHR Q rück,wt Q WA,Raum Q WA,FS Q WA,NHR Lufttemperatur

20 Methodik der Heizlastberechnung Fall 1 Bedingung die Leistung der Wärmeabgabesysteme muss die Heizlast abdecken Q HL,Bph = Q HL,TGA Q + Q + Q + Q Q Q = Q + Q + Q + Q T,ie T,iu inf hyg sol il WA,Raum WA,FS rück,wt WA,NHR ohne Lüftungsanlage: Q sol Q inf Q hyg Q il Q WA,Raum Q T,ie Q T,iu

21 Methodik der Heizlastberechnung Fall 2 Bedingung die Leistung der Wärmeabgabesysteme muss die Heizlast abdecken Q HL,Bph = Q HL,TGA Q + Q + Q + Q Q Q = Q + Q + Q + Q T,ie T,iu inf hyg sol il WA,Raum WA,FS rück,wt WA,NHR Q rück,wt Q sol Q inf Q hyg Q il Q WA,Raum Q T,ie Q WA,FS Q T,iu

22 Methodik der Heizlastberechnung Fall 3 Bedingung die Leistung der Wärmeabgabesysteme muss die Heizlast abdecken Q HL,Bph = Q HL,TGA Q + Q + Q + Q Q Q = Q + Q + Q + Q T,ie T,iu inf hyg sol il WA,Raum WA,FS rück,wt WA,NHR Q rück,wt Q sol Q inf Q hyg Q il Q T,ie Q WA,FS Q WA,NHR Q T,iu

23 Methodik der Heizlastberechnung Fall 4 Bedingung die Leistung der Wärmeabgabesysteme muss die Heizlast abdecken Q HL,Bph = Q HL,TGA Q + Q + Q + Q Q Q = Q + Q + Q + Q T,ie T,iu inf hyg sol il WA,Raum WA,FS rück,wt WA,NHR Q rück,wt Q sol Q inf Q hyg Q il Q WA,Raum Q T,ie Q WA,FS Q WA,NHR Q T,iu

24 Methodik der Heizlastberechnung Beispiel Abdeckung der Heizlast durch die TGA q FS q WT q NHR q Raum Heizlast Heizlast Nennleistung Heizlast Nennleistung Heizlast Nennleistung W/m² Heizlast Nennleistung

25 Ausbildung 25

26 Umweltmonitoring und Klimaanpassung Effiziente Nutzung von stofflichen Ressourcen Klimaneutrale Energie -erzeugung, -speicherung und -verteilung Energieaktive Siedlungen und Infrastrukturen Nachhaltige Technologien, Produkte und Produktion Nachhaltige und emissionsarme Mobilität Dr. Gudrun Weinwurm Koordination / Projektmanagement Tel.:

27 Heating Load - Determination of effective outdoor conditions T et P south P east/west P north 01.Feb C 60 W/m² 23 W/m² 9 W/m² very cold, sunny 21. Jan -4.0 C 6 W/m² 6 W/m² 6 W/m² mild, cloudy

28 Viele verschiedenen Räume Orientirung Bauweisen Wetterdatensatz mit Heizlastfall (typische Periode mit dem passenden Zweitagesmittelwert) Annahmen zur Nutzung Berechnung der HL durch Simulation Rückrechnung auf T und Psol Pintern und

29 Gebäudeheizlast - Verteilverluste Summe Raumheizlast mit beheizten Nachbarn Verteilverluste bis dato unberücksichtigt Für Niedrigstenergiegebäude: Summe Raumheizlast mit beheizten Nachbarn ist deutlich kleiner als die Gebäudeheizlast

30 Methodik der Heizlastberechnung erweitertes Modell Heizleistung - TGA Leistung der Wärmeabgabesysteme QHL,TGA = QWA,Raum + QWA,FS + Qrück,WT + QWA,NHR Heizleistung = Wärmeabgabe im Raum (Radiatoren, Fußbodenheizung, ) + Wärmeabgabe Frostsicherung + Wärmerückgewinnung Wärmetauscher + Wärmeabgabe Nachheizregister

31 Methodik der Heizlastberechnung ÖNORM H 7500 Auslegungsklima: Normaußentemperatur Te = -13 C Psol = 0 W/m² extrem kalter Tag ohne Sonnenstrahlung das niedrigste Zweitagesmittel das in 20 Jahren 10 Mal überschritten wird NAT für Standort Wien maximale solare Einstrahlung (Süden) Innentemperatur: Ti = 20 C für Wohnräume Ti = 24 C für Bäder (?)

32 Methodik der Heizlastberechnung Randbedingungen Auslegungsklima 1: Te = -13 C Psol = 60 W/m² extrem kalter Tag mit Sonnenstrahlung NAT für Standort Wien maximale solare Einstrahlung (Süden) Auslegungsklima 2: Te = -4 C Psol = 6 W/m² mäßig kalter Tag ohne direkter Sonnenstrahlung für Standort Wien solare Einstrahlung Innentemperatur: Ti = 22 C für Wohnräume Ti = 24 C für Bäder (?)

33 Bauordnung W/m² q V q Simulation Klima 1 q Simulation Klima 2 q HL H7500 q HL neues Modell Klima 1 q HL neues Modell Klima 2 q raum q HL 50 W/m² W/m² 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 q q ilsol q T q FS q WT q NHR ,00 30,00 20,00 10,00 0,00-10,00

34 Bauordnung