Heizlastrechnung wofür?

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1 Teilprojekt Fallstudien GEOSOL Solare Mikro-Wärmenetze mit saisonaler geothermischer Wärmespeicherung Berechnung der Heizlast von Gebäuden Präsentation vom Ein Forschungsprojekt im Rahmen des Forschungsprogramms Sparkling Science, gefördert vom Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung Heizlastrechnung wofür? Wieviel Öl/Gas/Holz,... braucht dieses Gebäude pro Jahr für Heizung und WW-Bereitung? Wieviel kann durch Sanierung eingespart werden? Welche Leistung muss ein Heizsystem haben, damit die Innentemperatur im Winter angenehm ist?

2 Das Modellsystem Praktische Fallstudie

3 Grundlagen der Heizlastrechnung Begriffe Arbeit, Energie: Leistung, Wärmestrom: Zeichen: W therm, Q P, Q, q Einheit: Joule (1J = 1Ws) Watt (W) kwh (1kWh = 3,6 MJ) konkret: Heizwärmebedarf Heizlast (kw) HWB (kwh/a) (bei T na = z.b. -14 C) Wo steckt 1 Kilowattstunde drin? (Heizwert H u ) 110 Liter Erdgas (Normdruck) 0,13 kg Kohle 0,25 kg Holz (trocken) 0,10 Liter Diesel oder Heizöl 0,11 Liter Benzin 0,16 Liter Ethanol (Spiritus)

4 Wärmetransport Wärmeleitung: fest, flüssig, gasförmig (ruhend).) Transmissionsverluste beim Gebäude Konvektion: flüssig, gasförmig (bewegt).) bei Wärmeverteilsystemen Wärmestrahlung: auch im Vakuum.) Kachelofen, Deckenheizung,... Endenergie und Nutzenergie HWB=10MWh/a 20% Verluste der Heizung Energieverbrauch 12,5MWh/a Holz (=ca. 3,2 t Holz) = Endenergie Jahresnutzungsgrad η N = 0,8 80% Nutzenergie Heizwärmebedarf (HWB) 80% Transmissions- u. Lüftungsverluste

5 Normen: Heizlastrechnung EN 832: Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden - Berechnung des Heizenergiebedarfs - Wohngebäude. ÖNORM B 8135: vereinfachte Berechnung des Wärmeverlustes ÖNORM M 7500: Heizlast von Gebäuden ÖNORM B 7701 ff: Sonnentechnische Anlagen Heizgradtage Heiztage: HT 12 [d] Heizgradtage:HGT 12/20 [K*d] Wiener Neustadt: Seehöhe: 265m Normaußentemperatur -14 C HGT 12/20 = 3235 Kd

6 Heizlastrechnung Heizwärmebedarf eines Gebäudes = + Transmissionswärmeverluste + Lüftungsverluste - innere Gewinne - solar passive Gewinne Heizlastrechnung Transmissionswärmeverluste: Wärmeleitfähigkeit [W/(m*K)] (=Materialkonstante) Wärmedurchgangszahl U [W/(m 2 *K)] (=Bauteilkennwert) Wärmewiderstand R [m 2 *K/W] d 1 d 2 d 3 R = 1/U = 1/ i + 1/ a + d i / i i=1 q T = A*U*(T i -T a ) [W] Heizlast Q T = 0,024*q T *HGT/(T i -T a ) [kwh] Heizwärmebedarf n T a A a q i T i

7 Baustoff Dichte ρ (kg/m 3 ) Wärmeleitfähigkeit λ W/m K) Wärmespeicherzahl s (kj/m 3 K) Spez. Wärme Kapazität cp KJ/kg K Beton , ,96 Leichtbeton , ,96 Gipsplatten 800 0, ,84 Glas (Fensterglas) ,58..1, ,75 Holz (senkrecht zur Faser, Fichte, Kiefer, Tanne ,12.. 0, ,9 Holzfaserplatten 250 0, ,80 Kalkmörtel , ,96 Leichtbauplatten aus min. Holzwolle Ziegelmauerwerk, massiv, außen 200 0,045..0, , ,80..0, ,92 Ziegelmauerwerk, porös , ,92 Ziegelmauerwerk, Hohlziegel 800 0,35..0, ,92 Glaswolle, Schlackwolle 100 0, ,8 Polystyrol, Styropor ,025..0, ,5 Kalksandstein 1, , ,88

8 Beispiel Transmissionswärmeverluste d 1 : 10cm Polystyrol, =0,03 W/mK d 2 : 25cm Hochlochziegel, =0,4 W/mK d 3 : 3cm Gipsputz, =0,31 W/mK 1/ i + 1/ a = 0,17 m 2 *K/W T i = 20 C, T a = -14 C A=100m 2 HGT 12/20 =3235 Kd R=1/U=(0,17+3,33+0,63+0,10) m 2 *K/W= =4,23 m 2 *K/W d 1 d 2 d 3 U=1/R=0,24 W/(m 2 K) A i T i q=(100*0,24*34) W = 816 W Q=(816*3235*24/(34*1000)) kwh= =1863 kwh T a a q Ohne d1: U=1,11 W/(m 2 K) q=3774 W Q=8618 kwh! Heizlastrechnung Lüftungswärmeverluste: Q V =0,024*L V *HGT [kwh]...lüftungswärmeverluste L V = a *c a *n*v N [W/K]...Lüftungs-Leitwert a *c a =0,33 Wh/(m 3 K)...Wärmekapazität der Luft n=0,4 1/h...Luftwechselrate V N [m 3 ]...Netto-Gebäudevolumen Bsp: V N = 250m 3... Q V = 2562 kwh/a

9 Energiekennzahlen Flächenbezogene Energiekennzahl: Flächenbezogener Heizwärmebedarf: HWB BGF = Q h /BGF B [kwh/(m 2 *a)] HWB BGF...Heizwärmebedarf pro Bruttogeschoßfläche Q h...wärmebedarf für die Beheizung BGF B...Bruttogeschoßfläche Energiekennzahlen nach Bauperioden

10 Energiekennzahlen Beispiele Passivhäuser: Baujahr ab ca Energiekennzahl (EKZ) <15 kwh/m 2 a Merkmal: Kontrollierte Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung und Mikro-Kompaktwärmepumpe Achtung: echte Passivhäuser sind auch nach 2000 selten! Energiekennzahlen Beispiele Niedrigenergiehäuser: Baujahr ab ca EKZ ca kwh/m 2 a Merkmal: sehr guter Wärmeschutz (> 10cm, oft 20cm Dämmdicke), sehr gute Fenster (U-Wert < 1,1) Achtung: nicht jedes Gebäude ab 2000 hat Niedrigenergiestandard!

11 Energiekennzahlen Beispiele Gebäude mit Baujahr um 1980 EFH: EKZ ca. 180 kwh/m 2 a MFH: EKZ ca. 90 kwh/m 2 a Merkmal: kein oder geringer Wärmeschutz (max. 5cm Dämmdicke), mittelmäßige Fenster (U-Wert ca. 2,7) Energiekennzahlen Beispiele Gebäude mit Baujahr um 1950 EFH: EKZ ca. 260 kwh/m 2 a MFH: EKZ ca. 150 kwh/m 2 a Merkmal: kein Wärmeschutz, schlechte Fenster (U-Wert > 4) Achtung: Viele Gebäude aus dieser Periode wurden bereits saniert!

12 Energiekennzahlen Beispiele Gebäude mit Baujahr um ca EFH ca. 250 kwh/m 2 a MFH ca. 150 kwh/m 2 a Merkmal: kein Wärmeschutz, schlechte Fenster (U-Wert > 4) Achtung: Viele Gebäude aus dieser Periode wurden bereits saniert! Achtung: Denkmalschutz? Berechnungsbeispiel Frei stehendes Einfamilienhaus, BJ 1970, dauerhaft bewohnt von 2 Personen Öl-Zentralheizung, BJ 1970, schwere Bauweise Fenster/Türe: Alu-Rahmen, 2-scheibig verglast, U-Wert Fenster/Türe = 3,5 W/(m 2 K) Keller unbeheizt, Dachraum unbeheizt und zur Außenluft offen (=nicht konditioniert) Wände: 3 cm Außen-Kalkzementmörtel (K/Z Mörtel) 25 cm Hohlziegelmauerwerk 3 cm Innen-Gipsmörtel Kellerdecke, Dachgeschoßdecke: 3 cm Innen-Gipsmörtel 20 cm Stahlbetondecke 5 cm Estrichbeton Standort: Wr. Neustadt T i =20 C, T na =-14 C Wohnnutzfläche=78,60 m 2 lichte Raumhöhe=2,74 m 2m x 1m außen 9m 1m x 2m 2m x 1m 3,3m inkl. Decken

13 Berechnungsbeispiel Fragen: 1. Wie groß ist die Gebäudeheizlast in kw? 2. Wie groß ist der Heizwärmebedarf in kwh/a? 3. Wie groß ist der Verbrauch an Heizöl in kwh/a bzw. Liter/a? 4. Was kostet die Beheizung + Warmwasserbereitung pro Jahr, wenn der Heizölpreis 1 /Liter (inkl. aller Steuern und Gebühren) beträgt? 5. Wie verändern sich diese Ergebnisse, wenn ein Vollwärmeschutz aus 20 cm dickem Polystyrol plus Fenster- u. Türentausch auf moderne 2- scheibige Wärmeschutzverglasung erfolgt? GEOSOL Danke für Ihre Aufmerksamkeit!