Kapitel 1: Wärmebedarfsberechnung / u-wert (Version 2.1)

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1 Kapitel 1: (Version 2.1) Inhaltsverzeichnis Kapitel Ziel Grundlagen BBT-Reglement Haustechnikplaner Lüftung Clima. Suisse-Modell-Lehrgang Einleitung Allgemeine Informationen SIA-Empfehlung 384/ EDV-Berechnung oder Handmethode Bestimmung über spezifische Zahlen / Kontrollgrössen Einzusetzende Raumabmessungen Gebäude mit Lüftungsanlagen Vorgehen Zusammenstellung der Berechnungsgrundlagen u-werte berechnen Vorbereiten der Pläne Ausfüllen des Formulars 1 (Zusammenstellung) Berechnung des Wärmebedarfes pro Raum Zusammenstellung der Resultate Kontrolle der Resultate Praktische Beispiele: u-wert Hilfsformular zur u-wert-bestimmung Praktisches Beispiel: Wärmeleistungsbedarf Grundlagen Gesuchte Daten Pläne zur Aufgabe Checkliste...8 Clima-Suisse / SSHL Seite 1 von 9

2 1.1 Ziel Grundlagen zur Ermittlung des Wärmeleistungsbedarfs kennen und anhand eines einfachen Beispiels praktisch anwenden. Die Hilfsmittel kennen und zielgerichtet einsetzen können. 1.2 Grundlagen BBT-Reglement Haustechnikplaner Lüftung Art. 5, Praktische Arbeiten und Berufskenntnisse, Drittes Lehrjahr Wärmedurchgangswerte für Bauteile sowie den Wärmeleistungsbedarf von Gebäuden und einzelnen Räumen berechnen Clima. Suisse-Modell-Lehrgang 6. Semester, Ausbildungsinhalt (Seite 19) Der Stift entwirft auf Grund von Bauplänen und technischen Angaben einfache Lüftungsanlagen und berechnet deren Leistungsdaten. Er beachtet die gültigen Normen, Vorschriften und Richtlinien bei der Planung und Ausführung von einfachen Lüftungs- und Klimaanlagen. 1.3 Einleitung Unter dem Wärmeleistungsbedarf eines Gebäudes oder Raumes wird die Energiemenge verstanden, welche dem Raum zugeführt werden muss, um eine bestimmte Temperatur konstant zu halten. Es handelt sich um eine statische Berechnung. Der Wärmeleistungsbedarf setzt sich zusammen aus dem Transmissions-Wärmeleistungsbedarf und den Lüftungsverlusten. der Lüftungsspezialist die Kenntnisse, wie eine solche Berechnung durchzuführen ist! Das vorliegende Kapitel soll in kurzer Form die wichtigsten Punkte zur Wärmebedarfsberechnung aufzeigen. Es ergänzt die SIA- Empfehlung mit Hinweisen und Tips aus der Praxis. Detaillierte Informationen müssen der Empfehlung selbst entnommen werden. 1.4 Allgemeine Informationen SIA-Empfehlung 384/2 Die Empfehlung SIA 384/2 bildet die Grundlage für Berechnungen zur Ermittlung eines Wärmebedarfs. Sie wird ergänzt durch ein Anwendungsbeispiel mit Erläuterungen (SIA 384/21). Nebst der detaillierten Erklärung des Berechnungsganges sind in der Empfehlung auch viele nützliche Tabellen zu finden. In einem Anhang werden zusätzliche Erläuterungen zu verschiedenen Themen aufgeführt, welche in Spezialfällen zu Hilfe genommen werden können EDV-Berechnung oder Handmethode Zur Ermittlung des Wärmebedarfs existieren einige Software-Lösungen. Diese Programme erleichtern die Arbeit, vor allem bei komplexen Gebäuden mit vielen Räumen. Die Berechnung mit einem EDV-Programm soll aber nur von Personen durchgeführt werden, welche mit den theoretischen Grundlagen des Berechnungsganges vertraut sind! Eine Prüfung der Daten ist zwingend notwendig, da infolge von Tippfehlern rasch mal ein Resultat um einige Kommastellen falsch ausgegeben wird... Muss nur ein Raum gerechnet werden, kann dies rasch und sicher von Hand geschehen. Die wenigen Daten können problemlos per Taschenrechner errechnet werden man erspart sich in diesem Fall ein aufwendiges eintippen von verschiedensten Grundlagendaten! Bestimmung über spezifische Zahlen / Kontrollgrössen Erfahrene Berufsleute können wie bei vielen Berechnungen auch hier mit spezifischen Werten rasch und einfach überschlagsmässige Werte errechnen. Beim Wärmeleistungsbedarf wird dabei häufig auf Zahlen pro Kubikmeter beheizten Raum [W/m 3 ] oder pro Quadratmeter beheizte Bodenfläche [W/m 2 ] zurückgegriffen. Viele Firmen legen sich auch interne Erfahrungsbibliotheken an, welche für die Abschätzung von ersten Werten verwendet werden. Clima-Suisse / SSHL Seite 2 von 9

3 1.4.4 Einzusetzende Raumabmessungen Gemäss Seite 23 der SIA-Empfehlung müssen die folgenden Raumabmessungen eingesetzt werden: - Böden und Decken lichte Raummasse - Wände Innen und Aussen lichte Raummasse mal Geschosshöhe (OK Boden bis OK Boden) - Fenster Mauerlichtmasse - Türen Mauerlichtmasse Gebäude mit Lüftungsanlagen Die Lüftungsverluste durch Fugen von Fenstern und Türen sind einzurechen, wenn die Lüftungs- und Klimaanlagen nicht während der ganzen Benützungszeit der Räume bzw. des Gebäudes in Betrieb sind (Beispielsweise in einem Restaurant), aber bestimmte Raumtemperaturen während dieser Zeit garantiert werden müssen. Je nach Art der Anlage (nur ABL, Klimaanlage, Druckverhältnisse der Anlage usw.) müssen detaillierte Angaben vorhanden sein, bevor mit der Wärmebedarfsberechnung begonnen werden kann. Ausführliche Angaben zu den massgebenden Lüftungsverlusten pro Raum sind unter Ziffer 5.7 und 5.8 der Empfehlung zu finden. Clima-Suisse / SSHL Seite 3 von 9

4 1.5 Vorgehen Zusammenstellung der Berechnungsgrundlagen Bevor mit der Berechnung begonnen werden kann, sind folgende Grundlagen zu beschaffen: - Grundrisspläne (Massstab 1:100 oder besser grösser, Baukonstruktionen müssen ersichtlich sein) - Schnittplan mit Raumhöhen, Fensterhöhen, Angaben zur Terrainhöhe - Baukonstruktionsdaten (Aufbau der Wände und Böden, mit u-wert falls bereits vorhanden) - Angaben zum Standort des Gebäudes - Informationen über die Gebäudenutzung (Temperaturen, interne Wärmequellen usw.) - SIA-Empfehlung 384/2, Formulare, Hilfsblätter, EDV-Software usw u-werte berechnen Die Baukonstruktionen werden durch den Architekten angegeben. Auf dieser Basis wird durch die HLK-Fachleute der u-wert der Bauteile berechnet. In einigen Fällen rechnet der Architekt die Werte auch gleich selbst aus es lohnt sich also, bei den entsprechenden Sachbearbeitern des Architekturbüros nachzufragen. Zur einfachen Bestimmung von u-werten sind durch das Bundesamt für Energiewirtschaft (BEW) gute Hilfsdokumente erarbeitet worden. Mit diesen Heften (Achtung: es gibt eine Ausgabe für Umbauten und ein weiteres Exemplar für Neubauten!) kann der u-wert rasch und einfach bestimmt werden Vorbereiten der Pläne Um bei den Berechnungen rasch und zielgerichtet vorgehen zu können, müssen die Pläne vor dem Beginn der Arbeiten vorbereitet werden. Pro Raum wird ein Kreis eingezeichnet und darin die Raumnummer sowie die Innentemperatur eingetragen (siehe auch praktisches Beispiel auf Seite 8) Ausfüllen des Formulars 1 (Zusammenstellung) Dieses Formular wird als Zusammenstellung der wichtigsten Grundlagendaten für die weiteren Berechnungen benötigt. Basis für die einzutragenden Werte bilden die unter Punkt aufgeführten Dokumente Berechnung des Wärmebedarfes pro Raum Mit Hilfe des Formulars Nummer zwei sowie den Grundriss- und Schnittplänen wird nun pro Raum der Wärmeleistungsbedarf errechnet. Vorzugsweise werden die Formulare mit Bleistift ausgefüllt, da so Korrekturen (zum Beispiel bei der Änderung von Fensterabmessungen durch den Architekten) einfach nachgetragen werden können Zusammenstellung der Resultate Die ermittelten Wärmebedarfsleistungen pro Raum werden zum Schluss im Formular 3 (Zusammenstellung der Wärmeleistungsbedarfs-Werte) eingetragen. Mit Hilfe dieses Blattes kann zum Schluss die Heizkörperdimensionierung gemacht und / oder der Wärmeerzeuger dimensioniert werden Kontrolle der Resultate Die letzten beiden Spalten des Formulars 3 enthalten Kontrollgrössen, mit welchen ein einfacher Plausibilitätstest der errechneten Werte vorgenommen werden kann. Die erste Spalte gibt den spezifischen Wärmeleistungsbedarf pro Kubikmeter Rauminhalt und Kelvin Temperaturdifferenz an, während in der zweiten Spalte der für Lüftungszeichner einfach zu interpretierende Luftwechsel eingetragen wird. Clima-Suisse / SSHL Seite 4 von 9

5 1.6 Praktische Beispiele: u-wert Sämtliche Angaben betreffend der Baustoff-Kennwerte wurden der SIA-Empfehlung 381/1 (Baustoff-Kennwerte) entnommen. Skizze Aufbau Bauteil 1: Boden gegen Aussenluft Bezeichnung Stärke λ ρ Zementüberzug 6 cm W/mK 2200 kg/m 3 Beton (Stahlbeton) 20 cm W/mK 2400 kg/m 3 Korkplatten (Dämmung) 6 cm W/mK 120 kg/m 3 Verputz 1 cm W/mK 1800 kg/m 3 Innentemperatur 20 C Aussentemperatur -8 C Bauteil 2: Aussenwand (2-Schalen-Mauerwerk) Bezeichnung Stärke λ ρ Sichtbackstein 12 cm W/mK 1400 kg/m 3 Steinwolleplatten (Dämmung) 8 cm W/mK 50 kg/m 3 Modulbackstein 10 cm W/mK 1100 kg/m 3 Verputz 1.5 cm W/mK 1800 kg/m 3 Innentemperatur 22 C Aussentemperatur -11 C Bauteil 3: Innenwand (gegen unbeheizt) Bezeichnung Stärke λ ρ Innenputz 1 cm W/mK 1400 kg/m 3 Kalksandstein 18 cm W/mK 1800 kg/m 3 Schaumglasplatten 5 cm W/mK 140 kg/m 3 Innentemperatur 20 C Aussentemperatur 5 C Bauteil 4: Aussenwand (Innen mit Täfer) Bezeichnung Stärke λ ρ Täfer (Buche) 1 cm W/mK 750 kg/m 3 PUR-Platten (Dämmung) 8 cm W/mK 40 kg/m 3 Kalksandstein 20 cm W/mK 2000 kg/m 3 Innentemperatur 18 C Aussentemperatur -9 C Clima-Suisse / SSHL Seite 5 von 9

6 1.7 Hilfsformular zur u-wert-bestimmung Bezeichnung des Bauteils: Schicht Baustoff Berechnung Nr. Beschreibung Dicke (m) α oder λ 1/α oder d/λ t * Temper. - Lufttemperatur innen (t i ) Wärmeübergang innen (α i ) - - Wärmeübergang aussen (α a ) - - Lufttemperatur aussen (t a ) Wärme-Durchlass-Widerstand (R total ) u-wert (= 1/R) m 2 K/W W/m 2 K * Formeln zur Berechnung der Temperatur-Differenzen: Wärmeübergangs-Koeffizient α: c ti t 1 k a = 1 = c α Temperatur-Verlauf (grafisch) Massstab: t oder: d t = c λ Clima-Suisse / SSHL Seite 6 von 9

7 1.8 Praktisches Beispiel: Wärmeleistungsbedarf Dieses Beispiel ist als Schulbeispiel gedacht und enthält bewusst keine Spezialfälle (Räume mit Wänden im Erdreich, Massenberechnungen, Berechnungen von Temperaturen in unbeh. Räumen). Viele Werte werden den Schülern bereits vorgegeben, um ein zielgerichtetes Arbeiten zu ermöglichen Grundlagen Meteostation Name Zürich SMA SIA 384/2, Tabelle 1 Meereshöhe Station 569 [m] SIA 384/2, Tabelle 1 Lage Meteostation frei SIA 384/2, Tabelle 1 t a der Station -8 [ C] SIA 384/2, Tabelle 1 Windklasse II SIA 384/2, Tabelle 1 Kritische Windricht. NE SIA 384/2, Tabelle 1 Gebäude Standort Zürich aus Grundrissplan Himmelsrichtungen gemäss Plänen aus Grundrissplan Höhe über Meer 600 [m] aus Grundrissplan Lage geschützt gemäss Angabe Architekt Windklasse Geb. I Berechnung SIA 384/2, Ziffer 2.22 Cheminée nicht vorhanden gemäss Angabe Architekt Grundrisstyp 3 gemäss SIA 384/2, Ziffer 5.24 Verluste V Geb keine gemäss SIA 384/2, Ziffer 5.5 Personenbelegung normal gemäss SIA 384/2, Ziffer 5.1 mech. ABL-Anlagen keine gemäss SIA 384/2, Ziffer 5.7 Rolladenkastenfakt gemäss SIA 384/2, Ziffer 5.42 Lüftungsverlust v F 1.4 gemäss SIA 384/2, Tabelle 12 Interne Wärme keine gemäss Angabe Bauherrschaft Masse Innentüren 1.63 x 2.26 [m] gemäss Angabe Architekt Baukonstruktionen (wurden durch Architekten angegeben) Beschreibung Gebäudeteil Bezeichnung u-wert a F -Wert Böden Obergeschosse B1 1.1 [W/m 2 K] - Aussenwand 36.5 [cm] AW1 0.4 [W/m 2 K] - Fenster Doppelverglasung IV 2.6 [W/m 2 K] 0.2 [m 3 /h. m. Pa 2/3 ] Innentüren IT 2.0 [W/m 2 K] - Innenwand 24 [cm] IW1 1.6 [W/m 2 K] - Innenwand 12 [cm] IW2 2.5 [W/m 2 K] Gesuchte Daten - Wärmeleistungsbedarf Raum Wärmeleistungsbedarf Raum 402 Clima-Suisse / SSHL Seite 7 von 9

8 1.8.3 Pläne zur Aufgabe (Achtung: kein Massstab, sämtliche Masse sind der Vermassung zu entnehmen!) 1.9 Checkliste Clima-Suisse / SSHL Seite 8 von 9

9 Grundlagen Schulstoff Kapitel u-wert-berechnung (Wärmelehre) Recknagel 2.4 Berechnung und Auslegung der Heizungsanlagen Berechnung des Wärmebedarfs (Achtung: nach DIN 4701) Impulsprogramm - Notwendige Unterlagen Diverses Merkblatt BEW: u-werte und g-werte von Fenstern (EDMZ-Form d) Richtlinien - SIA-Empfehlung 342/2 Wärmeleistungsbedarf von Gebäuden - SIA-Empfehlung 381/1 Baustoff-Kennwerte - Grundrisspläne (1:100 oder besser grösser, Baukonstruktionen müssen ersichtlich sein) - Schnittplan mit Raumhöhen, Fensterhöhen und Angaben zur Terrainhöhe - Baukonstruktionsdaten (Angabe durch Architekt) - Angaben über Lage und Standort des Gebäudes - Informationen über Nutzung des Gebäudes und der Räume (Temperaturen!) - SIA-Empfehlung 384/2, Formulare, Hilfsblätter, EDV-Software Vorgehensweise 1. Berechnungsgrundlagen zusammenstellen 2. u-wert-berechnungen durchführen, falls noch nicht vorhanden 3. Raumtemperaturen in die Pläne eintragen, evtl. Baukonstruktionen anfärben 4. Formular 1 ausfüllen (Zusammenstellung Bauteile, Uebersicht usw.) 5. Berechnung des Wärmeleistungsbedarfs pro Raum (je Raum Formular 2) 6. Zusammenstellung der Resultate (Formular 3) 7. Kontrolle der Resultate (z.bsp. mit spezifischen Werten) Hinweise und Tips An der Fachhochschule Haustechnik (früher ZTL, Technikum Luzern) wurde eine einfache Software mit dem Namen SIA38x entwickelt, welche sich für die Berechnung des Wärmeleistungsbedafes nach SIA384/2 wie auch für den Kühlleistungsbedarf nach SIA382/2 verwenden lässt. Unter folgender Internet-Adresse kann das Programm heruntergeladen werden: //ftp.ztl.ch/pub/idea/sia38x Clima-Suisse / SSHL Seite 9 von 9