Die neue Heizlastberechnung nach DIN EN 12831

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1 Prof. Dr.-Ing. Dieter Wolff Die neue Heizlastberechnung nach DIN EN Seminar des IHV, Großburgwedel 26. Februar Tagesplan 1. Einleitung: Was ist anders, was ist neu? 2. Verknüpfung mit der EnEV 3. Verknüpfung von europäischer Norm und nationalem Beiblatt 4. Berechnungsablauf in der Übersicht 5. Benötigte Daten 6. Berechnungskennwerte im Detail 7. Beispiel Gebäude ohne mechanische Lüftung 8. Beispiel Lüftungssysteme im Vergleich 9. Hinweis auf Software 10. Fragen? Diskussion! 2

2 Was ist anders? Was ist neu? 3 Wann kommt die Norm? Die Norm (Beiblatt 1) tritt am 1. April 2004 mit einer Übergangsfrist bis zum 1. Oktober 2004 in Kraft. Übersicht wichtiger neuer Formelzeichen Wärmedurchgangskoeffizient: k U Wärmestrom: Q & Φ Phi Temperatur: ϑ Θ Theta Luftwechsel: β n 4

3 Begriffe und Indizes 5 Quelle: IKZ, 21/2003 Neue Gleichungen für bekannte Zusammenhänge 6 Quelle: IKZ, 21/2003

4 Weitere neue Begriffe 7 Quelle: IKZ, 21/2003 Was entfällt? 8 Quelle: IKZ, 21/2003

5 Außenmaße 9 Zusammenhang mit der EnEV Berechnung mit Außenmaßen Verwendung der U-Werte nach europäischen Normen Berücksichtigung von Wärmebrücken Berücksichtung der Gebäudedichtheit 10

6 Verknüpfung von europäischer Norm EN und nationalem Anhang Beiblatt 1 11 Verknüpfung von europäischer Norm und nationalem Anhang EN Deutsches Beiblatt 1 1 Anwendungsbereich 1 Anwendungsbereich 2 Normative Verweisungen 3 Definitionen und Formalzeichen 4 Grundzüge des Berechnungsverfahrens 5 Allgemeine Betrachtungen 5.1 Berechnungsverfahren für einen beheizten Raum 5.2 Berechnungsverfahren für eine Gebäudeeinheit oder ein gesamtes Gebäude 5.3 Vereinfachtes Berechnungsverfahren 12

7 Verknüpfung von europäischer Norm und nationalem Anhang EN Deutsches Beiblatt 1 6 Benötigte Angaben 2 Tabellen für Eingabedaten und Parameter zur Heizlastberechnung 6.1 Meteorologische Daten 2.1 Meteorologische Daten 6.2 Norm-Innentemperatur 2.2 Norm-Innentemperatur 6.3 Gebäudedaten 2.3 Gebäudedaten 7 Gesamt-Normwärmeverluste eines beheizten Raumes Standardfall 7.1 Norm-Transmissionswärmeverluste 2.4 Norm-Transmissionswärmeverluste 7.2 Norm-Lüftungswärmeverluste 2.5 Norm-Lüftungswärmeverluste 7.3 Räume mit unterbrochenem Heizbetrieb 2.6 Räume mit unterbrochenem Heizbetrieb 8 Norm-Heizlast 8.1 Norm-Heizlast eines beheizten Raumes 2.7 Netto-Heizlast und Norm-Heizlast 8.2 Norm-Heizlast einer Gebäudeeinheit bzw. 2.8 Gleichzeitig wirksamer Lüftungswärmeanteil eines Gebäudes durch Infiltration 13 Verknüpfung von europäischer Norm und nationalem Anhang EN Deutsches Beiblatt 1 9 Vereinfachtes Berechnungsverfahren 2.9 Vereinfachte Berechnungsmethode 9.1 Norm-Wärmeverluste eines beheizten Raumes 9.2 Norm-Heizlast für einen beheizten Raum 9.3 Gesamte Norm-Heizlast für eine Gebäudeeinheit oder ein Gebäude 3 Formblätter 3.1 Ausführliches Verfahren 3.2 Vereinfachtes Verfahren 4 Muster der Formblätter 14

8 Verknüpfung von europäischer Norm und nationalem Anhang B EN Deutsches Beiblatt 1 A Grundlegende Randbedingungen für behagliche Innenraumbedingungen Berechnungsverfahren für Norm- Wärmeverluste in Sonderfällen C Beispielrechnung 5 Beispielrechnung 5.1 Ausführliches Verfahren 5.2 Vereinfachtes Verfahren D Anhaltswerte zu den Berechnungen nach den Abschnitten 6 bis 9 15 Berechnungsablauf 16

9 Berechnungsgang 17 Berechnungsgang 18

10 Benötigte Daten Meteorologische Daten Norm-Innentemperatur Gebäudedaten 19 Randbedingungen für U-Werte 20

11 Randbedingungen für U-Werte 21 Benötigte Daten Daten zur Dichtheit und Lüftung 22

12 Detaillierte Berechnung 23 Schema Φ i ΦT,i H T, ie H T,iue H T,ig H T,ij Θ int Θ e Φ V,i HV,i Θ e Θ int V min, i V inf,i V su,i V mech,inf,i Φ RH,i 24

13 Gesamter Normwärmeverlust eines beheizten Raumes (Standardfall): (1) > Gleichung 2 > Gleichung Norm-Transmissionswärmeverluste eines Raumes (2) > Gleichg. 3/4 > Gleichung 5 > Gleichung 8 > Gleich. 10 > Beiblatt T.2 > Beiblatt T.1 26

14 Beiblatt Tabelle 1a (Auszug) 27 Beiblatt: Isothermenkarte 28

15 Beiblatt Tabelle 2 29 Schema Φ i ΦT,i H T, ie H T,iue H T,ig H T,ij Θ int Θ e Φ V,i HV,i Θ e Θ int V min, i V inf,i V su,i V mech,inf,i Φ RH,i 30

16 Direkte Wärmeverluste an die Umgebung (3) Oder einfacher: H T,ie = A (U + f ) k k c (4) 31 Direkte Wärmeverluste an die Umgebung > andere Normen > Geb. maß > andere Normen 32

17 Direkte Wärmeverluste an die Umgebung >Außenmaß > Beiblatt: 1,0 > Beiblatt T.3 33 Beiblatt Tabelle 3 34

18 Schema Φ i ΦT,i H T, ie H T,iue H T,ig H T,ij Θ int Θ e Φ V,i HV,i Θ e Θ int V min, i V inf,i V su,i V mech,inf,i Φ RH,i 35 Wärmeverluste durch unbeheizte Räume (5) > Beiblatt T.4 Ermittlung: Berechnung mit Gleichung 6 oder 7 (hier nicht erläutert) oder aus Tabellen Weitere Größen: siehe oben 36

19 Beiblatt Tabelle 4 37 Schema Φ i ΦT,i H T, ie H T,iue H T,ig H T,ij Θ int Θ e Φ V,i HV,i Θ e Θ int V min, i V inf,i V su,i V mech,inf,i Φ RH,i 38

20 Wärmeverluste an das Erdreich (8) > Beiblatt: 1,45 > Beiblatt T.1 > Geb. maß >Bild 3 6/ T >Beiblatt: 1,00 bei 1m 1,15 bei <1m Beiblatt Tabelle 1b (Auszug) 40

21 Beiblatt Tabelle 5 41 Wärmeverluste an das Erdreich: Bodenplatte U equiv,k = f (U Boden (9),B' und z) > Geb. maß > Geb. maß Z: 0 m oder 1,5 m oder 3 m 42 Raumweise Berechnung getrennt: Räume ohne Außenwände, Räume mit gut gedämmtem Boden und alle anderen Räume

22 Norm Bild 3 43 Norm Tabelle 4 44

23 Wärmeverluste an das Erdreich: Wände an Erdreich U equiv,bw = f (U Wand und z) Ablesen der Werte aus ähnlichen Bildern wie für Böden Weitere Elemente: unbeheizter Keller und hochgeständerte Bodenplatte werden behandelt wie unbeheizte Räume nach Gleichung 5 45 Schema Φ i ΦT,i H T, ie H T,iue H T,ig H T,ij Θ int Θ e Φ V,i HV,i Θ e Θ int V min, i V inf,i V su,i V mech,inf,i Φ RH,i 46

24 Wärmeverluste an andere beheizte Räume (10) Hier: Keine Berücksichtigung von Wärmebrücken! > Beiblatt T.5 > Geb. maß 47 > andere Normen Beiblatt Tabelle 5 48

25 Schema Φ i ΦT,i H T, ie H T,iue H T,ig H T,ij Θ int Θ e Φ V,i HV,i Θ e Θ int V min, i V inf,i V su,i V mech,inf,i Φ RH,i 49 Schema Φ i ΦT,i H T, ie H T,iue H T,ig H T,ij Θ int Θ e Φ V,i HV,i Θ e Θ int V min, i V inf,i V su,i V mech,inf,i Φ RH,i 50

26 Norm-Lüftungswärmeverluste eines Raumes (11) andere Werte siehe Gleichung 2 > Gl. 12/13 (12) (13) > siehe unten 51 >0,34Wh/m³K Mindest-Luftvolumenstrom (16) > Beiblatt T.6 > Geb. maße Vereinfacht: V i =V e 0,8 Typische Werte für n: 0,5 (Standard) 1,5 (WC) 2,0 (Schlaf- und Besprechungsraum) h -1 52

27 Beiblatt Tabelle 6 53 Schema Φ i ΦT,i H T, ie H T,iue H T,ig H T,ij Θ int Θ e Φ V,i HV,i Θ e Θ int V min, i V inf,i V su,i V mech,inf,i Φ RH,i 54

28 Volumenstrom aus Infiltration (17) > Beiblatt T.7 > Beiblatt T.8 > Beiblatt T.9 Typische Werte: n 50 = 2 9 h -1 e i = 0 0,09 ε = 1,0 bis 4 Geschosse sonst nach Höhe h: (h/10) 4/9 55 Beiblatt Tabelle 7 56

29 Beiblatt Tabelle 8 57 Beiblatt Tabelle 9 58

30 Schema Φ i ΦT,i H T, ie H T,iue H T,ig H T,ij Θ int Θ e Φ V,i HV,i Θ e Θ int V min, i V inf,i V su,i V mech,inf,i Φ RH,i 59 Volumenstrom für Gebäude ohne mechanische Lüftung (14) >Gl. 17 >Gl

31 Volumenstrom für Gebäude mit mechanischer Lüftung (15 bzw. Beiblatt Gl. 1) >Gl. 17 > siehe unten > siehe unten > siehe unten > siehe unten Temperaturkorrektur: > Berechnung 61 Volumenstrom für Gebäude mit mechanischer Lüftung Mindestluftwechsel: auch hier gilt: V i V min,i Zuluftvolumenstrom: 62

32 Volumenstrom für Gebäude mit mechanischer Lüftung Überschuss Abluftvolumenstrom: (18) > konkrete Werte In Wohngebäuden ist der Wert meist 0. Sonst Ermittlung des Abluftüberschusses für das gesamte Gebäude und Aufteilung des Gesamtwertes auf die Zulufträume. Verteilung über das Verhältnis der Undichtheiten der einzelnen Räume oder über das Verhältnis der Volumina. (19) 63 Schema Φ i ΦT,i H T, ie H T,iue H T,ig H T,ij Θ int Θ e Φ V,i HV,i Θ e Θ int V min, i V inf,i V su,i V mech,inf,i Φ RH,i 64

33 Schema Φ i ΦT,i H T, ie H T,iue H T,ig H T,ij Θ int Θ e Φ V,i HV,i Θ e Θ int V min, i V inf,i V su,i V mech,inf,i Φ RH,i 65 Schema Φ i ΦT,i H T, ie H T,iue H T,ig H T,ij Θ int Θ e Φ V,i HV,i Θ e Θ int V min, i V inf,i V su,i V mech,inf,i Φ RH,i 66

34 Räume mit unterbrochenem Heizbetrieb Aufheizleistung optional! nicht notwendig bei durchgehendem Heizbetrieb an den kältesten Tagen (Regelung). Bedarf einer gesonderten Vereinbarung mit dem Auftraggeber. Berechnung über Simulation oder nach Gleichung (20) > Geb. maße Typische Werte abhängig von: > Beiblatt T.10 Innentemperaturabfall nach Nachabsenkung (1 2K) oder Wochenendabsenkung (3 7K) Gebäudemasse (leicht, mittel, schwer) Wiederaufheizzeit in Stunden 67 Werte: W/m² Beiblatt Tabelle 10a 68

35 Beiblatt Tabelle 10b 69 Zuschlagfaktoren Zuschlagfaktoren f RH für Wiederaufheizung von Wohnbauten (maximale Nachtabsenkung 8 h) Zuschlagfaktor frh, in [W/m²] leichte Bauart, Auskühlung um 1K mittelschwere Bauart, Auskühlung um 2K schwere Bauart, Auskühlung um 3K maximale Wiederaufheizzeit, in [h] 70

36 Mögliche Überdimensionierung mögliche Überdimensionierung von Heizflächen nach EN Gebäude mit schwerer Bauart, Absenkung 3 K, Aufheizung in 1 h Überdimensionierung, in [%] Gebäude mit mittlerer Bauart, Absenkung 2 K, Aufheizung in 2 h Gebäude mit leichter Bauart, Absenkung 1 K, Aufheizung in 4 h Heizlast des Raumes ohne Zuschlag, in [W/m²] 71 Schema Φ i ΦT,i H T, ie H T,iue H T,ig H T,ij Θ int Θ e Φ V,i HV,i Θ e Θ int V min, i V inf,i V su,i V mech,inf,i Φ RH,i 72

37 Normheizlast eines Raumes (21) > Gleichung 2 > Gleichung 11 > Gleichung Schema Φ i ΦT,i H T, ie H T,iue H T,ig H T,ij Θ int Θ e Φ V,i HV,i Θ e Θ int V min, i V inf,i V su,i V mech,inf,i Φ RH,i 74

38 Normheizlast eines Gebäudes oder Gebäudeteils (22) ohne mechanische Lüftung: mit mechanischer Lüftung: 75 Vereinfachtes Verfahren Gilt nur für Wohngebäude mit n 50 3,0 h -1 und 3 Wohneinheiten 76

39 Beispiel für ein Gebäude ohne mechanische Lüftung 77 Gebäude Die Beispielberechnung wird für die Räume Wohnen, Schlafen und Bad eines Einfamilienhauses (Gebäude aus DIN V und DIN V ) nach dem ausführlichen und dem vereinfachten Verfahren durchgeführt. Raum Wohnen und Bad werden mit einer Wiederaufheizzeit ( = 2 Stunden) berechnet, Raum Schlafen nicht. 78

40 Gebäude 79 U-Werte 80

41 Allgemeine Beschreibung und Temperaturen 81 Beiblatt Tabelle 1a (Auszug) 82

42 Allgemeine Beschreibung und Temperaturen 83 Beiblatt Tabelle 7 84

43 Ermittlung des Wiederaufheizfaktors 85 Ermittlung des Wiederaufheizfaktors 86

44 Ermittlung des Wiederaufheizfaktors 87 Beiblatt Tabelle 10a 88

45 Beiblatt Tabelle 10b 89 Ermittlung des Wärmebrückenzuschlags Vereinbarungen 90

46 Wärmeverluste an Erdreich 91 Wärmeverluste an Erdreich 92

47 Norm Bild 3 93 Norm Tabelle 4 94

48 Wärmeverluste an Erdreich 95 Wärmeverluste an Erdreich 96

49 Werte für Norm-Lüftungswärmeverlust 97 Beiblatt Tabelle 6 98

50 Beiblatt Tabelle 7 99 Beiblatt Tabelle 8 100

51 Beiblatt Tabelle Werte für Norm-Lüftungswärmeverlust 102

52 Ausfüllen der Formblätter G1 Gebäudedaten 103 Ausfüllen der Formblätter G1 Gebäudedaten 104

53 Ausfüllen der Formblätter G1 Gebäudedaten 105 Ausfüllen der Formblätter V Vereinbarungen 106

54 Ausfüllen der Formblätter R3 Raumheizlast Wohnen 107 Ausfüllen der Formblätter R3 Raumheizlast Wohnen 108

55 Ausfüllen der Formblätter R3 Raumheizlast Wohnen Alle anderen Räume analog 109 Ausfüllen der Formblätter G 2 Gesamtheizlast 110

56 Ausfüllen der Formblätter G 2 Gesamtheizlast 111 Ausfüllen der Formblätter G 3 Übersicht 112

57 Ausfüllen der Formblätter G 3 Übersicht 113 Beispiel mit mechanischer Lüftung 114

58 Gebäude Im Folgenden: Keine Berechnung von Transmission, Nur Vorstellung der Berechnung bei verschiedenen Lüftungsmöglichkeiten 115 Ohne mechanische Lüftung 116

59 Ohne mechanische Lüftung 117 Zwangsbelüftung mit einem Wärmetauscher 118

60 Zwangsbelüftung mit einem Wärmetauscher 119 Zwangsentlüftung, einfacher Abzug 120

61 Zwangsentlüftung, einfacher Abzug 121 Übersicht der Heizlasten Ohne mechanische Lüftung Zwangsbelüftung mit einem Wärmetauscher Zwangsentlüftung, einfacher Abzug 122

62 Software 123 Software 124

63 Fragen? Diskussion! 125

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