DIN EN Heizungsanlagen in Gebäuden Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast

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1 DIN EN Dipl.Ing. Siegfried Stannek DIN EN Heizungsanlagen in Gebäuden Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast Allgemeines Die Europäische Union beeinflusst immer mehr, bewusst oder unbewusst, unser tägliches Leben oder unsere Arbeitswelt. Die Union soll auch wirtschaftlich immer enger zusammen rücken, dabei wird die Erweiterung und Vertiefung des Binnenmarktes als großes Ziel verfolgt. Die Abschaffung von Handelshemmnissen wird hierbei durch verschiedene Maßnahmen in die Wege geleitet. Die Einführung des Euro gehört dabei heute schon zum täglichen Leben. Neben diesen Veränderungen, welche die ganze Bevölkerung betreffen, gibt es aber vor allem neue Dinge die nur bestimmte Berufsschichten betreffen. Hier ist vor allem das Europäische Normungsinstitut CEN zu nennen. Die Europäische Kommission erteilt an CEN Mandate, zur Schaffung von harmonisierten Normen in allen Bereichen des Verbraucherbedarfes. Alle Mitgliedsstaaten sollen an solchen Normen mitarbeiten, um die nationalen Interessen einzubringen, denn sie haben sich verpflichtet, europäische Normen innerhalb einer Frist in nationale Normen umzusetzen. In diesen Ausführungen soll einen Einblick in eine solche Norm, die DIN EN gegeben werden. Es handelt sich hierbei um ein Regelwerk zum Verfahren zur Berechnung der Norm- Heizlast von Gebäuden. Sie ist im August 2003 erschienen und seitdem gültig. Es fehlte jedoch noch der nationale Anhang, das Beiblatt 1, in dem meteorologische Daten, und bestimmte Faktoren, wie Raumtemperaturen, Luftdurchlässigkeitswerte, Luftwechselraten etc. festgeschrieben werden. Dieses Beiblatt ist dann im März 2004 erscheinen. Da in diesem Beiblatt einige Punkte klärungsbedürftig sind, wird Anfang des Jahres 2005 eine Berichtigung hierzu erscheinen. Diese Norm ersetzt die DIN 4701 Teil 1 bis 3, nach der wir die letzten Jahrzehnte den Wärmebedarf von Gebäuden berechnet haben erschien die erste Ausgabe dieser Norm, die 1983 nochmals überarbeitet wurde, und nach der jeder von uns schon mehr oder weniger oft gearbeitet und gerechnet hat. Es galt jedoch noch eine Übergangsfrist bis zum 31 März Durch das späte erscheinen des nationalen Anhanges wurde diese Übergangsfrist bis zum Ende September 2004 verlängert. Solange konnte mit der alten Norm noch gerechnet werden. Ab dem Oktober 2004 muss also bei der Heizlastberechnung die DIN EN angewendet werden. Mit dieser Übergangsfrist wurde dem Umstand Rechnung getragen, dass die neue Norm in der Fachwelt, durch Schulungen und Informationen, Eingang findet, und angefangene Gebäude mit der DIN 4701 zu Ende geführt werden können. Grundsätzlich ist zu dem neuen Regelwerk zu sagen, dass versucht wurde, sie einfacher zu gestalten. Zwar hat sich die Physik nicht verändert, aber durch veränderte Rechengänge, und neuer internationaler - Begriffe und Formelzeichen ist diese Norm doch gewöhnungsbedürftig. Es sollen hier keine detaillierten Berechnungen gezeigt werden, sondern es sollten nur der Inhalt, die Rechenmethode, die neuen Begriffe und ein paar Besonderheiten erläutert werden

2 Die wichtigsten Inhaltsteile der neuen Norm sind Definitionen, Formelzeichen, Indizes und Einheiten Allgemeine Betrachtung zum Rechenverfahren Die Norm bietet zwei Rechenverfahren an, das ausführliche Verfahren mit Norm-Transmissionswärmeverlust, Norm-Lüftungswärmeverlust, und ein vereinfachtes Verfahren. Anhang A: thermische Behaglichkeit (informativ) Anhang B: Sonderfälle Anhang C: Berechnungsbeispiele Anhang D: Anhaltswerte (entsprechend einem fehlenden nationalen Anhang) Auf die Anhänge wird im Rahmen dieser Ausführung nicht im Einzelnen eingegangen. Definitionen, Formelzeichen Auffallend, zunächst auch verwirrend und vor allem gewohnheitsbedürftig sind in dem neuen Regelwerk die neuen Begriffe und neue Formelzeichen (Bild 1), allein im Titel heißt es Heizlast und nicht Wärmebedarf, wie bisher, aber auch bekannte Begriffe mit neuen Formelzeichen, und auch neue Indizes. DIN EN Neue Begriffe Wärmestrom- bzw. Wärmeverlustkoeffizient H W/K Transmissions-Wärmeverlustkoeffizient H T W/K Lüftungs-Wärmeverlustkoeffizient H V W/K Längenbez. Wärmedurchgangskoeffizient ψ Psi W/mK Wärmebrückenzuschlag f C W/m²K Abschirmungskoeffizient e -- Luftdurchlässigkeitswert n 50 h -1 Korrekturf. Wärmeübergang z. Grundwasser G W -- Parameter für Verluste an das Erdreich B, m Umfang der Bodenplatte P m Tiefe der Bodenplatte unter Erdbodenniveau z m Verschiedene Korrekturfaktoren b,e,f -- Bild 1 Nun ein paar grundsätzliche und allgemeine Anmerkungen zur Norm und zum Rechenverfahren. Der Wärmebedarf ist zur Heizlast geworden, und wird wie bisher raumweise berechnet die Berechnung gilt für alle Standardfälle, diese sind in der Norm wie folgt definiert die Raumhöhe ist begrenzt auf 5 m die Berechnung gilt für die Annahme, dass die Beheizung auf einen stationären Zustand erfolgt, Außerdem wird eine gleichmäßige Temperaturverteilung angenommen die operative Temperatur und die Lufttemperatur sind als identisch angenommen Transmissions-Wärmeverlust Jetzt einiges zu den einzelnen Rechenvorgängen Die Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten erfolgt in gleicher Weise wie bisher, nur dass statt des Kurzzeichens k dieser Wert mit U bezeichnet wird. Die Berechnung selbst ist jedoch nicht mehr in der Norm beschrieben, wie es noch in der DIN 4701 erfolgte. Auch die Außenflächen-Korrekturfaktoren k a und der Sonnen-Korrekturfaktor k s entfallen ersatzlos. Nun zur eigentlichen Berechnung der einzelnen Wärmeverluste eines Raumes oder Gebäudes. Die Berechnung des Transmissionswärmeverlustes erfolgt auf die gleiche Weise wie bisher. Allerdings haben sich, wie ja schon erwähnt, die Bezeichnungen und die Formelzeichen geändert. Aber auch der Rechenverlauf ist ein anderer geworden. Nach der DIN 4701 wurde der Transmissionswärmeverlust Q T direkt berechnet (Bild 2). Er wurde aus - 2 -

3 der Summe aller Außenflächen A, multipliziert mit deren Wärmedurchgangs-Koeffizienten k und der Temperaturdifferenz zwischen innen und außen, gebildet. Wobei natürlich die Außentemperatur auch eine andere sein konnte, wie die klimatische Außentemperatur, etwa bei Angrenzung an andere Räume, Gebäude, oder Erdreich. Bei der neuen Berechnung erfolgt die Berechnung des Transmissions-Wärmeverlustes Φ T über einen Wärmeverlust- Koeffizienten H T, der dann mit der Temperaturdifferenz Theta innen zu Theta außen multipliziert wird. Diese ist hierbei für alle Umfassungsflächen gleich groß. DIN EN Berechnung von Φ V Bei DIN 4701 erfolgt die sofortige Berechnung des Transmissionswärmeverlustes Q T = Σ (A * k * ( ϑ i ϑ a )) [ W ] Bei DIN EN erfolgt die Berechnung des Transmissionswärmeverlustes über Wärmeverlust-Koeffizienten Wenn also, wie schon erwähnt wurde, sich die Physik nicht verändert, muss also der Wärmeverlust-Koeffizient H T dem Produkt aus A mal k entsprechen. Da aber die Differenz zwischen Innen- und Außentemperatur hier für alle Flächen gleich groß ist, muss H T mit entsprechenden Korrekturfaktoren versehen werden. Zuerst werden also alle Wärmeverlust-Koeffizienten H T sämtlicher Umfassungs-flächen des Raumes ermittelt (Bild 3), und DIN EN diese dann aufsummiert. Berechnung H T Diese Summe wird dann mit unbeheizt der Temperaturdifferenz Φ T = Σ H T,e * ( θ int θ e ) zwischen innen und außen θ int θ e multipliziert. Da diese jetzt für H T,e = A * U alle Flächen gleich groß ist, Erdreich ( θ was nicht immer der Fall ist, - int θ e ) für alle Flächen gleich groß nicht alle Flächen sind reine H T,1 * Korrekturfaktor für Verluste an äußere Umgebung Außenflächen muss H T mit entsprechenden Temperatur- H T,2 * Korrekturfaktor für Verluste an unbeheizte Räume Korrekturfaktoren korrigiert werden. Es gibt aber noch H T,3 * Korrekturfaktor für Verluste an das Erdreich weiter Korrekturfaktoren für H T,4 * Korrekturfaktor für Verluste zwischen beheizten Räumen weitere Besonderheiten, die H T,5 * Korrekturfaktor für Verluste durch Wärmebrücken im Einzelnen noch erklärt werden. Niedrig beheizt Bild 3 Σ H T,e * ( θ int θ e ) Es gibt einen Korrekturfaktor für Bild 2 Verluste an die äußere Umgebung Verluste an unbeheizte Räume Verluste an das Erdreich Verluste an niedrig beheizte Nebenräume Verluste über Wärmebrücken Die Norm kennt also einen Verlustfaktor an die äußere Umgebung. Der Faktor e k ist ein witterungsbedingter Korrekturfaktor. Er berücksichtigt meteorologische Einflüsse, wie z.b Feuchtigkeit in Bauteilen, Wind und Temperaturbedingungen usw. wie sie vielleicht in manchen Ländern Einfluss auf den U-Wert des Bauteiles nehmen können. Für Deutschland Φ T = Σ H T,e * ( θ int θ e ) [ W ]

4 ist dies jedoch nicht relevant. Hier wird dieser Faktor grundsätzlich mit 1 angesetzt, er kann also unberücksichtigt bleiben, und wird in den Berechnungsblättern oder Computerprogrammen gar nicht auftauchen. Anders sieht es mit den Verlusten über die Wärmebrücken aus. Diese müssen nach der neuen Norm grundsätzlich berücksichtigt werden. Dabei handelt es sich um Verluste über Schwachstellen in den Baukonstruktionen. Das können Decken sein, die in die Außenwände eingebunden sind, Fenster- und Türleibungen, Dachanschlüsse usw. Je besser die Häuser heute gedämmt werden, umso relevanter werden diese Wärmebrücken für den Gesamtverlust an Wärme. Deshalb sieht die Norm grundsätzlich eine Berechnung dieser Verluste vor. Da sich die einzelne Berechnung solcher Wärmebrücken als sehr umfangreich und aufwendig gestaltet, ist in der Norm auch ein vereinfachtes Verfahren vorgesehen. Hier wird der U-Wert des Bauteils um einen Korrekturwert f C erhöht. Der Wert ist im nationalen Anhang festgelegt, wird dort aber in Übereinstimmung mit anderen Normen als U WB bezeichnet. Unter Berücksichtigung, dass der Faktor e k gleich eins gesetzt wird, lautet die Formel mit Berücksichtigung der Wärmebrücken H T = A * ( U + U WB ) Dieses Verfahren, die Bezeichnung wie auch die Werte entsprechen den Berechnungen der EnEV bzw. der DIN In der Tabelle 3 aus dem Anhang zur Norm (Bild 4), sind die beiden Werte für U WB angegeben, und zwar sind hier pauschal 0,10 für alle Flächen anzusetzen, ohne jeglichen weiteren Nachweis. Bei Berücksichtigung der Ausführungsbeispiele im Beiblatt 2 zur DIN 4108 bei der Bauausführung kann der reduzierte Wert 0,05 eingesetzt werden. Auch die detaillierte Berechnung ist in dieser Tabelle nochmals aufgenommen. Als Basis für die Heizlastberechnung sollte DIN EN Bild 4 Korrekturfaktoren Vereinfachtes Verfahren zur Berücksichtigung der Wärmebrücken ohne bauseitige Berücksichtigung von Wärmebrücken mit bauseitiger Ausführung von Wärmebrücken nach DIN 4108 Bbl. 2 detaillierter Nachweis der Wärmebrückenzuschläge für alle Bauteile (siehe DIN EN Punkt 7.1.1, Formel 3) H T,e = A * (U + U WB ) f C (U WB ) für Außen- Bauteile [W/m²K) f C (U WB ) = [ W/K ] DIN V Punkt mit Bezug auf EN ISO Teile 1 und 2 grundsätzlich der Energiebedarfsausweis nach 13 der EnEV herangezogen werden. Hier ist dieser Wert, aber auch andere Annahmen für das Bauwerk bereits verbindlich festgelegt. 0,10 0,05 Ψ l * l l * e l A k Bemerkungen DIN V Punkt pauschal ohne Nachweis DIN V Punkt mit Bezug auf DIN 4108 Bbl. 2 Der Korrekturfaktor für Verluste an unbeheizte Nebenräume wird mit b u bezeichnet. H T,u,e = A * (U + U WB ) * b u [ W/K ] Er berücksichtigt den Unterschied zwischen der Temperatur des Nebenraumes und der Norm-Außentemperatur. Er wird nach folgender Formel berechnet, θ int - θ u b u = θ int - θ e z.b.: Der Nebenraum hat 5 C und die Normaußentemperatur beträgt -10 Grad, dann ist 20-5 =15 geteilt durch 30 ist = 0,5. Der Verlust wird also um die Hälfte verkleinert, um ihn dann wieder mit der vollen Temperaturdifferenz multiplizieren zu können. Das sieht im Moment - 4 -

5 etwas umständlich aus, aber der Umweg über H T hat auch Vorteile. Die Summe aller H T s ergibt eine Kenngröße für das Gebäude, wie sie auch bei der Berechnung des Energiebedarfsausweises ermittelt wird. Entsprechend dem Standort des Gebäudes kann dann mit den entsprechenden Norm-Außentemperaturen multipliziert werden. Sind die Temperaturen der Nebenräume nicht bekannt, kann der Faktor b u direkt aus der Tabelle 4 des nationalen Anhanges entnommen werden. In dieser Tabelle sind für entsprechende Nebenräume die Werte direkt ablesbar. Entsprechend könnte auch über diesen Faktor die Temperatur des Raumes errechnet werden. Bei der Berechnung von Verlusten über einen beheizten Nachbarraum erfolgt die Berechnung analog wie gerade beim unbeheizten Nachbarraum, wobei der Faktor f ebenfalls die Temperaturunterschiede kompensiert. Auch die Berechnung des Faktors erfolgt analog der vorherigen Formel. Sollten auch hier die Temperaturen der Nachbarräume nicht bekannt sein, weil diese z.b. in einem anderen Gebäude liegen, so lassen sich diese nach den Regeln der Tabelle 5 des Anhanges errechnen oder festlegen. Hinweis: Bei beheizten Nebenräumen wird kein Wärmebrückenzuschlag verwendet. Die Berechnung der Verluste an das Erdreich haben sich gegenüber der DIN 4701 wesentlich verändert, aber, meiner Meinung nach, auch vereinfacht. H T,g = f g1 * f g2 * Σ (A * U equiv ) * G W [ W/K ] In der Formel erscheinen einige neue Faktoren, die ich im Einzelnen vorstellen möchte. Der Faktor f g1 berücksichtigt die jährlichen Schwankungen der Außentemperatur. Der Anhang zur Norm gibt hier einen festen Wert vor, nämlich 1,45. Der Faktor f g2 berücksichtigt die Temperaturdifferenz zwischen Außentemperatur und dem Jahresmittel und wird nach der Formel berechnet: θ int - θ m,e f g2 = θ int - θ e Die Außentemperatur im Jahresmittel findet man in der Tabelle 1 der meteorologischen Daten im Anhang. G W ist der Korrekturfaktor für den Einfluss des Grundwassers. Hier gibt es nur zwei Werte: ist der Abstand zwischen Grundwasser und Bodenplatte kleiner 3 m so ist der Wert 1,15 bei einem größeren Abstand 1,0. Zum Schluss kommt noch der äquivalente Wärmedurchgangskoeffizient U equiv. Er berücksichtigt die Beschaffenheit der Bodenplatte in Abhängigkeit von der Tiefe zum Erdniveau. Hierzu wird eine spezielle Kenngröße B benötigt. Wer schon einmal einen Energiebedarfsausweis nach DIN gerechnet hat, kennt diesen Wert. Er stellt eine Größe in Abhängigkeit von Fläche und Umfang der erdreichberührenden Bodenplatte dar und wird nach der hier gezeigten Formel berechnet: B = A g 0,5 P - 5 -

6 Hierbei ist A g die Fläche der Bodenplatte, und P die Längen der erdreichberührenden Außenwände. Dabei gibt es einige Besonderheiten zu berücksichtigen. Bei einem Einzelhaus ist demnach P der Umfang des Gebäudes, bei einem Reihenendhaus zweimal die Länge plus Gilt für: einmal die Breite, bei - Räume ohne einem Mittelhaus nur P = 2 (l + b) P = 2 l + b P = 2 l Außenwände zweimal die Länge des -U Boden = < 0,5 W/m²K Hauses. Das ganze gilt für den Fall, dass der U- l l l Wert der Bodenplatte Einzelhaus Endhaus Mittelhaus kleiner 0,5 ist, also gut Reihenhaus gedämmt ist. Für b innenliegende Räume, also Räume ohne Außenwände muss auch immer mit der gesamten Grundfläche des Hauses gerechnet werden. b Ist der U-Wert der Bodenplatte P = l + b größer 0,5, so ist der B -Wert P = l grundsätzlich Raumweise zu ermitteln, wobei hierfür das gleiche gilt wie vorher, als l l Umfang wird nur die Summe der Längen der erdreichberührenden Außenwände genommen. b Raumweise für: -U Boden = 0,5 W/m²K Das ganze gilt nur für Bodenplatten, die auf dem Erdreich aufliegen, also nicht unterkellert sind, oder der Keller beheizt ist, nicht wenn die Bodenplatte aufgeständert ist. Der Boden zu unbeheizten Kellern, also Kellerdecken, werden ohne den Einfluss des Wärmeübergangs zum Erdreich berechnet. DIN EN Bild 5 Korrekturfaktoren Äquivalenter Wärmedurchgangskoeffizient U equiv Mit der Größe B bekommt man aus einer Graphik der DIN EN den entsprechenden Wärmedurchgangskoeffizient U equiv Ueqiv,bf [W/m²K] 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 keine Dämmung UBoden = 2 W/m²K UBoden = 1 W/m²K UBoden = 0,5 W/m²K UBoden = 0,25 W/m²K B'-Werte [m] z=0m z = 0 m z = 1,5 m z = 3,0 m Wandelemente In der Norm findet man dann Diagramme, eines davon zeigt Bild 5, in der man dann als Funktion vom B -Wert und dem Wärmedurchgangskoeffizienten der Bodenplatte den äquivalenten U-Wert ablesen kann. Zwischenwerte können gebildet werden. Das hier gezeigte Diagramm gilt für den Fall z = 0, das heißt, die Bodenplatte liegt auf dem Erdreich auf. Das ganze findet man dann noch für die Fälle: z = 1,5 m und 3,0 m sowie für erdreichberührte Wände. Die gleichen Werte wie in den Diagrammen gibt es auch in Tabellenform und für die gleichen Fälle für z = 0, 1,5, 3,0 m und für erdreichberührte Wände. Damit haben wir alle Fälle für die Berechnung der Transmissions-Wärmeverluste betrachtet. In Bild 6 nochmals die Zusammenfassung aller Formeln für die Berechnung des Transmissionswärmeverlustes: - 6 -

7 DIN EN Berechnung von Φ T Zusammenfassung der Berechnung des Transmissionswärmeverlustes Φ T Außenbauteile H T,e = A * (U + U WB ) U WB ist 0,1 oder 0,05 nach nationalem Anhang zu unbeheiztem Raum H T,u,e = A * (U + U WB ) * b u b U aus Tabelle im nationalem Anhang zu beheiztem Nebenraum H T,as = A * U * f f aus Tabelle im nationalem Anhang von erdreichberührenden Flächen H T,g = f g1 * f g2 * Σ (A * U equiv ) * G W f g1 = 1,45 f g2 berechnen G W = 1,15 oder 1,0 U equiv berechnen u. Graphik Φ T = Σ H T * ( θ int θ e ) [ W ] Bild 6 Berechnung des Lüftungswärmeverlustes Auch hier ist die Formel ähnlich wie beim Transmissionswärmeverlust aufgebaut, d.h. es gibt einen Lüftungswärmeverlust-Koeffizient H V für die einzelnen Räume. Φ V = Σ H V * ( θ int θ e ) [ W ] Die Berechnung von H V erfolgt nach der hier gezeigten Formel, wobei Rho die Dichte, und c p die spezifische Wärmekapazität der Luft ist. H V = V * ρ * c p [ W/K ] Wie in der DIN 4701 werden auch hier diese beiden Werte als konstant angenommen, so dass die Formel in der Kurzform lautet: H V = 0,34 * V i [ W/K ] Es muss also nunmehr der Lüftungsvolumenstrom für jeden Raum definiert werden. Jedoch ist das Verfahren völlig anders wie bisher in der DIN 4701, und auch die Ergebnisse lassen sich in keiner Weise mehr vergleichen. Die neue Norm unterscheidet zwar auch zwischen natürlicher Lüftung durch Infiltration und mechanischer Lüftung. Hier jedoch gibt es neben der Anlage mit Abluftüberschuss, also einer Anlage nur mit Absaugung in Bad oder Küche, auch die raumlufttechnische Anlage mit Zu- und Abluft. Hier kann es einen Zuluftüberschuss oder meist ein ausgeglichenes Verhältnis geben. Wie bisher auch, ist in Räumen ohne Lüftungsanlage aus hygienischen Gründen ein Mindestvolumenstrom über einen Mindestluftwechsel vorgeschrieben. Dieser wird über das Raumvolumen, - berechnet auf der Basis der Innenmasse ermittelt. Im Gegensatz zu dem pauschalen Luftwechsel von 0,5 für alle Raumtypen, wird nun eine gerechtfertigte und auch sinnvolle Differenzierung nach Raumtypen im nationalen Anhang vorgenommen, und in Tabelle 6 des Anhanges festgelegt. Dieser Mindestluftwechsel ist als erstes für den Raum zu ermitteln, und wird immer dann als Basis für die Berechnung genommen, wenn durch Infiltration oder andere Lüftungsarten dieser Wert nicht erreicht wird. Darauf komme ich aber noch einmal zurück. V min = n min * V R V R ist logischerweise das Nettoraumvolumen

8 Als nächstes werden die Volumenströme durch natürliche Infiltration für jeden Raum berechnet. Diese sind, wie jeder weiß von der Dichtheit des Gebäudes, der Abschirmung und Lage, sowie der Höhe des Gebäudes abhängig. Die Berechnung erfolgt allerdings nicht mehr so differenziert nach Schachttyp- und Geschosstyp-Gebäuden, sowie angeströmten und nicht angeströmten Fugen. Die Infiltration wird auch nicht mehr an Hand von Fugendurchlass-Koeffizienten berechnet, sondern an Hand der Dichtigkeit des gesamten Gebäudes. Dementsprechend ist auch die Rechenformel aufgebaut. [ m³/h ] V inf = 2 [ m³/h ] * V R * n 50 * e * ε V inf Der n 50 Wert ist die angenommene Luftwechselrate eines Gebäudes bei einer Druckdifferenz von 50 Pascal, und im Anhang aus Tabelle 7 zu entnehmen. Der Abschirmungskoeffizient e ist eine Kenngröße, die am ehesten mit der Hauskenngröße der DIN 4701 vergleichbar ist. Die Größenordnung ist abhängig vom Standort des Gebäudes und der Anzahl der Fenster- oder Türöffnungen des Raumes und kann aus der Tabelle 8 des Anhanges entnommen werden. Die Berechnung mit diesen Tabellenwerten führt allerdings bei großen Räumen mit einer Vielzahl an Fenstern zu unrealistischen hohen Verlusten. In der schon erwähnten Berichtigung zum Beiblatt wird deshalb dort die Originaltabelle aus der Norm vorgeschlagen, und berichtigt werden. Der Höhenkorrekturfaktor Epsilon ist in seiner Bezeichnung und Bedeutung, sowie in den Werten der DIN 4701 angepasst. Nach der Berechnung vom infiltrierten Volumenstrom wird dieser mit dem des Mindestluftwechsels verglichen, wobei der max. Wert in die Berechnung des Lüftungswärmebedarfs eingesetzt wird. Bestimmung der Volumenströme bei einer Raumlufttechnischen Anlage mit Zu- und Abluft. Die errechneten Werten für Mindestluftwechsel und natürlicher Infiltration, bleiben für das Gebäudes auch mit Raumlufttechnischen Anlagen in der gleichen Größenordnung bestehen. Zusätzlich wird eine Abluftanlage installiert, die entsprechende Luftmengen aus dem Gebäude abführt. Zusätzlich gibt es bewusste Zuluftöffnungen mit Ventilatorunterstützung, so dass die Zuluftmenge meist gleich der Abluftmenge ist. Die Temperaturen dieser Zuluft können durch Vorwärmung, oder Wärmerückgewinnung anders sein, wie die Norm-Außentemperatur. Diese Zuluft strömt durch die einzelnen Räume, wird auf diese Raumtemperatur erwärmt und gelangt schließlich in die Räume mit den Ablufteinrichtungen. Da die Zuluft unterschiedliche Temperaturen aufweist, muss diese mit Temperaturkorrekturfaktoren für die Heizlastberechnung multipliziert werden. Das Verfahren ist also genau so, wie vorher bei den Transmissionswärmeverlusten. Fehlen bei der Berechnung detaillierte Angaben zur Raumlufttechnischen Anlage, so darf die Berechnung wie bei einem Gebäude ohne Lüftungsanlage durchgeführt werden. Sind aber solche Angaben vorhanden, so wird die Zuluftmenge zur infiltrierten Menge aufsummiert. V = V inf + V su * f V [ m³/h ] Hierzu ist, wie schon erwähnt, ein Temperatur-Korrekturfaktor einzusetzen, da die Zuluft aus den schon genannten Gründen nicht die thermischen Bedingungen der Außenluft haben muss. Dieser errechnet sich nach der Formel, die wir schon von anderen Korrekturfaktoren kennen, aber mit der Temperatur der entsprechenden Zuluft. Nun kommen wir zur dritten Möglichkeit einen Volumenstrom zu ermitteln, und zwar eine Abluftanlge mit Abluftüberschuss, einer Anlage in der in einem oder mehreren Räumen eine Absaugung installiert wird. Da keine Zuluft mechanisch eingebracht wird, kann diese nur als Infiltration in das Gebäude gelangen, wird in den einzelnen Räumen erwärmt, um dann mit - 8 -

9 einem bestimmten Temperaturniveau in die zu entlüftenden Räume gesaugt wird. Durch die unterschiedlichen Temperaturen ist wiederum eine Temperaturkorrektur notwendig. Da, wie schon gesagt, bei solchen Anlagen die mechanische Zuluft meist gleich Null zu setzen ist, ist die Menge der mechanisch infiltrierten Luft genau so groß, wie der Abluftstrom. Diese mechanisch infiltrierte Luftmenge strömt über die Durchlässigkeit des Gebäudes ein. Hiermit ist die Luftdichtheit der Gebäudehülle und die ev. geplanten natürlichen Öffnungen des Gebäudes gemeint. Wenn keine Angaben über geplante Durchlässigkeit vorhanden sind, wird die gesamte mechanisch infiltrierte Luftmenge im Verhältnis zum Raumvolumen auf die einzelnen Räume aufgeteilt. Diese mechanisch infiltrierte Luftmenge wird dann, es handelt sich ja um nicht vorgewärmte Außenluft, direkt den anderen Luftmengen zugerechnet. DIN EN Berechnung von Φ V Bestimmung der Volumenströme V (Rechenschema) aus min. Luftwechsel n min * V R = V min [ m³/h ] aus Infiltration 2 * V R * n 50 * e * ε = V inf [ m³/h ] Für die Volumenströme, die für den Lüftungswärmebedarf zu Grunde liegen ergibt sich damit das Rechenschema nach Bild 7. Dieses Schema findet sich dann auch in den Formblättern, die im nationalen Anhang zur Dokumentation vorgeschlagen werden. Bild 7 aus mech. Zuluft V su * f V = V su,c [ m³/h ] aus mech. Abluft (aufgeteilt auf alle Räume) Thermisch wirksamer Volumenstrom V mech, inf * f V V = [ m³/h ] [ m³/h ] Zusätzliche Aufheizleistung Ein völlig neues Kapitel in der DIN ist die Berechnung für Räume mit unterbrochenem Heizbetrieb. Solche Räume benötigen nach Norm eine Aufheizleistung, um die geforderte Temperatur nach einer Temperaturabsenkung innerhalb einer bestimmten Zeit wieder zu erreichen. Diese Aufheizleistung wird immer mehr zum Problem, je besser die Gebäude gedämmt, und umso kleiner die installierte Heizleistung wird. Bei einer Auskühlung des Raumes reicht dann diese Leistung nicht aus, um den Raum in einer annehmbaren Zeit wieder aufzuheizen. Diese Aufheizleistung ist abhängig von: Wärmekapazität der Bauelemente geforderten Aufheizzeit Temperaturabfall während der Absenkphase Eigenschaft des Regelsystems Eine zusätzliche Aufheizleistung ist nicht notwendig, wenn die Anlagentechnik sicherstellt, dass die Absenkung in den kältesten Tagen nicht stattfindet (durchgehender Heizbetrieb), oder die Reserven anderweitig gesichert sind (Anhebung der Systemtemperaturen) Diese zusätzliche Aufheizleistung lässt sich berechnen, muss aber grundsätzlich mit dem Bauherrn vereinbart werden. Die Norm sieht für die zusätzliche Aufheizleistung eine vereinfachte Rechenmethode vor. Diese gilt für: - 9 -

10 Wohngebäude Temperaturabsenkung < 8 h keine leichte Bauweise Nicht-Wohngebäude Temperaturabsenkung <48 h Nutzungsdauer ca. 10 h je Tag Norminnentemperatur 20 C bis 22 C Hierbei ist die Aufheizleistung Φ RH,i = A i * f RH [ W ] Dabei ist A i die Fußbodenfläche des beheizten Raumes in Quadratmetern f RH der Korrekturfaktor in Abhängigkeit der Aufheizzeit und der angenommenen Absenkung der Raumtemperatur während der Absenkperiode, und kann aus Tabellen des nationalen Anhangs entnommen werden. Der Innentemperaturabfall kann nach DIN EN 832, oder überschlägig nach dem nationalen Anhang bestimmt werden. Vereinfacht kann jedoch angenommen werden, dass der Innentemperaturabfall am Ende einer Absenkphase in schweren, gut wärmegedämmten und luftdichten Gebäuden im Falle einer Nachtabsenkung (Wohngebäude, 8h unterbrochener Betrieb ca. 1 bis 2 K betragen kann. Bei Wochenendabschaltung (z.b. Bürogebäude oder Urlaubsunterbrechung in Wohngebäuden) kann von 3 bis 7 K ausgegangen werden. Das Bild 8 zeigt eine Graphik für den Korrekturfaktor f RH, die aus einer solchen Tabelle abgeleitet ist, und wir sehen, dass dieser Aufheizfaktor ganz erhebliche Größen annimmt, je nach Innentemperaturabfall, Bauweise des Gebäudes und gewünschter Aufheizzeit. Diese Graphik ist entnommen für den Fall einer Gebäudemasse der mittleren Schwere, (gilt auch für schwere Bauweise), und einer Luftwechselrate von 0,1 je Stunde. Hierbei wird angenommen, dass während der Aufheizphase nur ein sehr geringer Luftwechsel (über Fugen u.ä.) gegeben ist. Man kann daraus entnehmen, dass die Wiederaufheizleistung bei einer gewünschten Aufheizzeit von ca. 1 Stunde eine Größenanordnung von bis zu 50 Watt je m² erreichen kann. DIN EN Berechnung von Φ RH Wiederaufheizfaktor [W/m²] Bild Luftwechselrate n = 0,1 h -1 Gebäudemasse mittelschwer Temperaturabfall 1K Temperaturabfall 2K Temperaturabfall 3K Temperaturabfall 4K Temperaturabfall 5K Temperaturabfall 6K Aufheizleistung 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Aufheizzeit [h] Bei einer Annahme, dass die Heizlast selbst in einem Raum ca. 45 W/m² beträgt, liegt die zusätzlich zu installierende Heizleistung bei einer Abkühlung von 2K und einer Aufheizzeit von 1 Stunde bei über 20 W/m², und damit fast 50 % der Nettoheizlast. Bei solchen Größenordnungen ist es unsere Pflicht, bei Planungsgesprächen darauf hinzuweisen, den Auftraggeber umfassend zu informieren und ev. an andere Lösungsmöglichkeiten zu denken. Eine Vereinbarung, und damit Beratung, mit dem Auftraggeber schreibt die Norm ja zwingend vor

11 Gesamtheizlast Nun haben wir alle Komponenten, um die Heizlast für die einzelnen Räume und das Gebäude oder Gebäudeteil zu bestimmen. Bei der Bestimmung der Heizlast für einen Raum, gibt es im nationalen Anhang den Begriff der Netto-Heizlast. Dieser ergibt sich aus der Summe aller Transmissions- und Lüftungswärmeverluste dieses Raumes. Wird hierzu noch die zusätzliche Aufheizleistung dazugezählt, ergibt sich die Norm-Heizlast. Sind für den Raum keine Zusatz-Heizlasten mit dem Auftraggeber vereinbart, ist natürlich die Nettoheizlast gleich der Norm-Heizlast, die dann die Grundlage für die Heizflächenauslegung ist. Bei der Bestimmung der Norm-Heizlast für ein Gebäude bzw. einer Gebäudeeinheit sind noch einige Besonderheiten zu berücksichtigen. Die Norm-Heizlast ist zwar wiederum die Summe aller Transmissionswärmeverluste des Gebäudes, der Lüftungswärmeverluste und der zusätzlich benötigten Aufheizleistungen, falls diese vereinbart wurden. Dies ist dann die Grundlage für die Dimensionierung des Wärmeerzeugers. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass der Wärmefluss innerhalb des Gebäudes oder zwischen Gebäudeteilen nicht berücksichtigt wird. Die Besonderheit liegt bei der Ermittlung des Lüftungswärmeverlustes. Bei der Berechnung des Lüftungswärmeverlustes für die einzelnen Zonen oder Räume wurde bei der natürlichen Infiltration immer der ungünstigste Fall angenommen. Deshalb ist die Summierung der jeweiligen Raumwerte nicht richtig, weil dieser ungünstigste Fall nur in Teilen des Gebäudes gleichzeitig auftritt. Aus diesem Grund wird der Luftvolumenstrom für das gesamte Gebäude gesondert berechnet. Wie Eingangs schon erwähnt, war das Ziel dieser neuen Norm, die Berechnung der Heizlast von Gebäuden möglichst einfach zu gestalten. Deshalb ist zusätzlich auch ein vereinfachtes Verfahren für die Berechnung vorgesehen. Dieses Verfahren führt durch andere Randbedingungen zu höheren Ergebnissen. Da die Erfassung der einzelnen Hüllflächen eines Raumes auch hier erfolgen muss, ist damit der Arbeitsaufwand fast identisch. Da jeder für die Berechnung ein entsprechendes Software-Programm nutzen wird, ist die Daseinsberechtigung dieses Verfahrens m. E. in Frage gestellt, soll aber hier kurz erläutert werden. Dieses Verfahren unterliegt folgenden Bedingungen es gilt für Wohngebäude bis zu 3 Wohneinheiten bei einer Luftdichtheit von unter n50 = 3 h-1 es werden nur Außenflächen gerechnet, keine Innenverluste Räume mit höherem Temperaturniveau erhalten Korrekturfaktor Wärmebrückenzuschlag grundsätzlich UWB = 0,10 W/m²K Bemassung der Räume sind Außenmasse In der DIN Abschnitt C.1.3 ist vorgesehen, für das ausführliche Verfahren bei den Bauteilabmessungen die Bauteilinnenmaße zu verwenden

12 Im nationalen Anhang jedoch, wird von dieser Festlegung abgewichen. Auch bei der ausführlichen Methode werden als Länge und Breite die äußeren Rohbaumaße bzw. einschließlich der halben Innenwanddicke in die Rechnung eingesetzt. In Bild 9, wie man es auch in der Norm findet, sieht man, wie diese Außenmaße einzusetzen sind. DIN EN Vereinfachtes Rechenverfahren Transmissioswärmeverlust. Die DIN EN lässt ein vereinfachtes Rechenverfahren zu: Abmessungen der Räume sind Außenmasse Nach nationalem Anhang auch für das ausführliche Verfahren Bild 9 Der Bezugspunkt für die vertikalen Maße ist der Abstand zwischen den Geschossoberflächen, wobei die Dicke des Kellerbodens vernachlässigt wird. Der Bezugspunkt für die Innenwände ist für die horizontalen Maße der Abstand der Wandmitten, d.h. bei Innenwänden wird die Hälfte der Wanddicken berücksichtigt. Auch beim Vereinfachten Verfahren gibt es wie beim ausführlichen Verfahren entsprechende Temperatur- Korrekturfaktoren für den Diese sind in der Tabelle 11 im Anhang als Temperatur-Korrekturfaktor f k für Wärmeverluste an verschiedene Umgebungsbereiche nach außen festgehalten. Er berücksichtigt die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur im vorliegenden Fall und der Norm- Außentemperatur. Und dann gibt es noch den Temperatur-Korrekturfaktor f θ für Räume mit einem höheren Temperaturniveau als die angrenzenden Räume, und damit werden die Wärmeverluste zu den angrenzenden Räumen kompensiert. Wobei der Faktor 1,5 nur zum Tragen kommt, wenn die Temperaturdifferenz größer oder gleich 4 K ist. Formblätter Um die Berechnung zu dokumentieren und auch nachvollziehbar zu machen, werden im nationalen Anhang Formblätter vorgeschlagen, in welche die Gebäudedaten und die Rechenergebnisse eingetragen werden. In der DIN 4701 gab es bisher ein einziges Formblatt. In der neuen Norm sind es für das ausführliche Verfahren 5, und für das vereinfachte Verfahren 4 Blätter. In der Anlage sind 2 Blätter für das ausführliche Verfahren vorgestellt. Im Formblatt 1 werden die allgemeinen Gebäudedaten eingetragen, sowie alle Werte, welche als Parameter für die Berechnung der einzelnen Räume erforderlich sind und für alle Räume gleichermaßen zutreffen. Im Formblatt zwei werden die Vereinbarungen mit dem Bauherrn festgehalten, dabei geht es um die Raumtemperaturen, Luftwechselraten und Wiederaufheizzeiten. Das Formblatt 3 ist das eigentliche Berechnungsblatt für die raumweise Berechnung der Norm-Heizlast

13 Das Formblatt 4 zeigt die Zusammenfassung der berechneten Räume. Alle relevanten Werte sind übersichtlich in der Zusammenfassung aufgelistet. Im Formblatt 5: geschieht die Gebäudezusammenstellung zur Ermittlung der Wärmedurchgangskoeffizienten und der Norm-Heizlast Die Formblätter für das vereinfachte Verfahren sind analog aufgebaut. Sie finden diese Formblätter im nationalen Anhang der Norm, auch mit einer Beschreibung oder Bedienungsanleitung. Natürlich haben auch alle namhaften Softwarehäuser für diese neue Norm entsprechende Programme erstellt, in die auch der nationale Anhang und seine Berichtigungen laufend eingearbeitet werden. Schlussbemerkung Nun noch ein paar Hinweise was sich denn nach der neuen Norm im Endergebnis gegenüber der DIN 4701 verändern wird. Sicherlich ist der Unterschied von Haus zu Haus verschieden, aber ein gewisser Trend lässt sich sicherlich ableiten. Die Tendenz beim Transmissions-Wärmeverlust geht sicherlich nach oben. Allein die Tatsache, dass es einen festen Wärmebrückenzuschlag gibt, und dass die Außenmasse der Bauteile zur Berechnung herangezogen werden, muss es einen erhöhten Transmissionswärmeverlust geben. Auch der Lüftungswärmeverlust kann leicht ansteigen, allein durch die Tatsache, dass der Mindestluftwechsel in bestimmten Räumen höher anzusetzen ist wie früher. Diese beiden Erhöhungen der Ergebnisse werden bei üblichen Häusern in einer Größenordnung liegen, die den entfallenen Zuschlagsfaktor aus DIN 4701 Teil 3 zum Teil wieder ersetzt. Speziell die Wiederaufheizleistung wird jedoch zu einer Erhöhung der Heizlast für ein Gebäude führen. Im Großen und Ganzen ist die neue Norm mit Sicherheit nicht komplizierter wie die alte DIN 4701, sondern stellt eher eine Vereinfachung dar. Gerade der Bereich des Lüftungswärmebedarfs, und dem Transmissionsverlust an Erdreichberührte Flächen vereinfacht sich erheblich. Sicherlich sind die neuen Begriffe und Zeichen gewöhnungsbedürftig, aber es wird sein wie beim Euro, man gewöhnt sich schnell daran. Ingenieurberatung S. Stannek Pronathstraße 15 Neuhausen Tel.: +49 (0) beratung@s-stannek.de

14 Berechnung der Norm-Heizlast nach DIN EN (ausführliches Verfahren) Projekt-Nr.: Datum: Seite: Projekt-Bez.: Allgemeine Daten (Gebäudekenngrößen) Gebäudetyp Gebäudelage -Einfamilienhaus ( ) -gute Abschirmung ( ) -Mehrfamilienhaus, Nicht- ( ) -moderate Abschirmung ( ) wohngebäude -keine Abschirmung ( ) Gebäudemassen Qualität der Luftdichtheit der Gebäude - cwirk (falls aus DIN V 4108 vorhanden) Wh/m³K -leicht ( ) -sehr dicht ( ) -mittel ( ) -dicht ( ) -schwer ( ) -wenig dicht ( ) Temperaturen -Norm-Außentemperatur θ e = C -Jahresmittel der Außentemperatur θ me = C -Norm-Innentemperatur gemäß Norm ( ) gemäß seperater Liste Formblatt 2 ( ) Gebäude Erdreich - Länge l Geb = m - berührter Umfang P = m - Breite b Geb = m - Parameter B' = m - Grundfläche A Geb = m² - Grundwassertiefe T = m - Anzahl Geschosse n = - - Tiefe der Bodenplatte z = m - Geschosshöhe h G = m - Faktor per. Schwankung θ e f g1 = - - Deckendicke d = m - Faktor Einfluss Grundwasser G W = - - Gebäudehöhe h Geb = m - Gebäudevolumen V e,geb = m³ Lüftung Luftdurchlässigkeitswert aus Gebäudelage und Fensterdichte n 50 = h -1 Gleichzeitig wirksamer Lüftungswärmeanteil ξ = - Wirkungsgrad des verwendeten Wärmerückgewinnungssystems (Herstellerangabe) η V = - Zusatz-Aufheizleistung durch unterbrochenen Heizbetrieb global ( ) raumweise ( ) -beheiztes Netto-Gebäudevolumen V netto,geb = m -Wärmeverlustkoeffizient ΣH T,Geb = m -Dauer der Absenkphase t Abs = m² -Luftwechsel während der Absenkphase (0,1-0,5 fach) n Abs = - -Temperaturabfall nach Absenkphase nach 6.2 oder Annahme θ RH = m -Aufheizzeit t RH = m -Luftwechsel während der Aufheizzeit (0,1-0,5 fach) n RH = m -Wiederaufheizfaktor f RH = m³

15 Berechnung der Norm-Heizlast nach DIN EN (ausführliches Verfahren) Projekt-Nr.: Datum: Seite: Projekt-Bez.: Geschoss-Nr.: Raum-Nr.: Bez.: Wohneinheit: Norm-Innentemperatur θ int = C Mindest-Luftwechselrate n min = h -1 Raumdaten Infiltration Raumlänge l R = m Luftwechselrate n 50 = h -1 Raumbreite b R = m Koeffizient Abschirmklasse e = - Raumfläche A R = m² Höhe über Erdreich h = m Geschosshöhe h G = m Höhenkorrekturfaktor ε = - Deckendicke d = m Mechanische Lüftung Raumhöhe h R = m Zuluftvolumenstrom V su = m³/h Raumvolumen V R = m³ Abluftvolumenstrom V ex = m³/h Erdreich = Temperatur Zuluft θ su = C Tiefe unter Erdreich z = m Temperatur-Rduktionsfaktor f V = - B'-Wert raumweise ( ) B' = m Zusatzheizung Wiederaufheizfaktor f RH = W/m² Transmissionswärmeverlust Orientierung Kurz-Bezeichnung Begrenzungsfläche Anzahl Breite Höhe bzw. Länge Bruttofläche Abzugsfläche Nettofläche Korrekturwert für Wärmebrücke Wärmeverlustkoeffizient Korrigierter Wärmedurchgangskoeffizient Wärmeverlust an angrenzende Temperatur Korrekturfaktor Transmissions- Wärmeverlust Wärmedurchgangskoeffizient Typ n b h/l A A abz A' U U WB U c /U equiv e/g θ u /θ b e k /b u H T Φ T - m m m² m² m² W/m²K W/m²K W/m²K b/u C f i /f g2 W/K W Transmissionswärmeverlust H T und Φ T Lüftungswärmeverlust Bestimmung Luftvolumenstrom aus minimalem Luftwechsel V min = aus natürlicher Infiltration V inf = thermisch wirksamer mech. Zuluftvolumenstrom V su * f V = Abluftüberschuss V mech,inf = thermisch wirksamer Luftvolumenstrom V therm = V i H V Φ V m³/h W/K W Lüftungswärmeverluste H V und Φ V Φ HL,Netto Netto-Heizlast ( W/m² / W/m³) = Zusatz-Heizlast unterbrochener Heizbetrieb = Φ RH Norm-Heizlast = Φ RH

16 Transmissionswärmeverlust Orientierung Kurz-Bezeichnung Begrenzungsfläche Anzahl Breite Höhe bzw. Länge Bruttofläche Abzugsfläche Nettofläche Wärmedurchgangskoeffizient Korrekturwert für Wärmebrücke Typ n b h/l A A abz A' U U WB U c /U equiv e/g θ u /θ b e k /b u H T Φ T - m m m² m² m² W/m²K W/m²K W/m²K b/u C f i /f g2 W/K W O AW 1 5,35 2,86 15,30 15,30 0,34 0,05 0,39 e 5, S AW 1 3,35 2,86 9,58 1,43 8,15 0,34 0,05 0,39 e 3, AF 1 1,01 1,42 1,43 1,43 1,40 0,05 1,45 e 2,07 71 S IW 1 1,28 2,86 3,66 2,28 1,38 0,34 0,05 0,39 u 0,80 0,43 15 IT 1 1,01 2,26 2,28 2,28 2,10 0,05 2,15 u 0,80 3, W IW 1 1,37 2,86 3,92 3,92 1,28 1,28 b 15 0,15 0,75 25 H FB 1 5,35 4,63 24,77 24,77 0,58 0,05 0,31 g 9 0,38 4, Wärmeverlust an angrenzende Temperatur Korrekturfaktor Korrigierter Wärmedurchgangskoeffizient Wärmeverlustkoeffizient Transmissions- Wärmeverlust Transmissionswärmeverlust H T und Φ T 20, Beispiel eines ausgefüllten Berechnungsblattes