Anlagenplanung
Bestimmung der Heizlast von Räumen
Frage Unser Kälte-Klima-Fachbetrieb wurde gebeten, ein Angebot für eine VRF-Anlage zum Kühlen und Heizen eines Bürogebäudes abzugeben. Für die Abschätzung der Kosten und die Auswahl der Innengeräte ist je Raum die Heiz- und Kühllast überschlägig zu ermitteln. Für die Berechnung der Kühllast haben wir in der Firma ein spezielles Programm. Für die Bestimmung der Heizlast haben wir dagegen keine Berechnungssoftware und das Rechenverfahren nach DIN EN 12831 erscheint uns zu kompliziert. Wie kann ich die Heizlast je Raum in möglichst kurzer Zeit ermitteln?
Antwort Eine Möglichkeit ist, den Auftraggeber in die Pflicht zu nehmen. Auf die Frage Wer muss die Heiz- und Kühllast berechnen?“ gibt es folgende Antwort:
In der VOB/C DIN 18380 (Heizungsanlagen und zentrale Wassererwärmungsanlagen) und DIN 18379 (Raumlufttechnische Anlagen) steht dazu (jeweils aktuelle Fassung der DIN vom September 2016): Zu den für die Ausführung nötigen, vom Auftraggeber zu übergebenden Unterlagen gehören z. B. Berechnungen für Heiz- und Kühllast“. Die Regelung, dass der Auftraggeber dem Auftragnehmer die Berechnung für Heiz- und Kühllast übergeben muss, wurde in der Fassung der Norm vom September 2016 neu aufgenommen.
Der Auftragnehmer muss die Angaben aber prüfen. Dazu steht in DIN 18380: Der Auftragnehmer hat bei der Prüfung der vom Auftraggeber gelieferten Planungsunterlagen und Berechnungen u. a. hinsichtlich der Beschaffenheit und Funktion der Anlage insbesondere zu achten auf:
die Heizlast,
die Wärmeleistung der Wärmeerzeuger und Heizflächen …“
In der Praxis liefert der Auftraggeber in vielen Fällen keine Berechnung und erwartet, dass die Kälte-Klima-Fachfirma eine überschlägige Berechnung durchführt.
Es ist für den Fachbetrieb von Vorteil, wenn der Auftraggeber schriftlich auf seine Pflichten hingewiesen wurde. Sofern der Auftraggeber die Heiz- und Kühllast nicht zur Verfügung stellen kann, könnte die Kältefirma anbieten, eine überschlägige Er-mittlung der Heizlast durchzuführen. Diese vereinfachte Berechnung ist dann aber nicht so genau, wie die nach VOB Teil C vorgesehene Berechnung nach den dort genannten Normen (für Heizlast DIN EN 12831). Der Auftraggeber sollte diesem Vorgehen schriftlich zustimmen.
Ganz wichtig ist auch, dass die von dem Auftraggeber vorgegebenen Randbedingungen festgehalten werden. Das sind beispielsweise Angaben zum Außenwandaufbau. Besonders wichtig sind Informationen dazu, bis auf welche Temperatur bei einer Büronutzung die Raumtemperatur am Wochenende fallen kann (Sollwert im abgesenkten Betrieb der Innengeräte) und wie schnell Montag früh die Aufheizung erfolgen soll. Die Aufheizleistung ist insbesondere bei modernen Bürogebäuden mit großer Bauschwere (Betondecken und Betonwänden) und einer Außendämmung wesentlich. Es sollte auch festgehalten werden, wie lange die Beheizung unterbrochen wird, wenn das VRF-Außengerät abtaut.
Für eine vereinfachte Bestimmung der Heizlast für ein Gebäude mit vielen Räumen ist das folgende Vorgehen möglich, das auch geeignet ist, um die vom Auftraggeber übergebenen Berechnungen eines Ingenieurbüros zu überprüfen.
In den Räumen innerhalb eines Gebäudes gibt es große Unterschiede bezüglich der spezifischen Heizlast in W/m2FB (je m2 Fußbodenfläche.) Dieser Effekt ist in Bild 1 veranschaulicht. Ein Raum mit drei Außenflächen verliert über diese Wärme an die Außenluft und hat in einem Beispielgebäude eine spezifische Heizlast von 80 W/m2FB. Ein Raum mit einer Außenfläche weist dagegen nur eine spezifische Heizlast von 30 W/m2FB auf. Ein Raum mit zwei Außenflächen wird dann eine spezifische Heizlast aufweisen, die ungefähr dem Mittelwert aus den oben genannten Werten entspricht.
Wenn in einem Gebäude mit 30 Räumen die Heizlast für jeden Raum berechnet werden muss, könnte man eine detaillierte Berechnung der spezifischen Heizlast für den ungünstigsten Raum (z. B. mit drei Außenflächen) und eine für den günstigsten Raum (eine Außenfläche) durchführen. Die Ergebnisse werden dann auf alle anderen Räume übertragen.
Die Schwierigkeit bei der detaillierten Berechnung der Heizlast eines Raumes ist, dass das Rechenverfahren in der dafür geltenden Norm DIN EN 12831 sehr kompliziert ist. Insbesondere ist der Zusammenhang zwischen dem Berechnungsverfahren und der thermodynamischen Grundgleichung für den Wärmetransport durch eine Wand nur schwer zu erkennen.
Für viele Ingenieure, Techniker oder Meister ist es einfacher, die thermodynamischen Grundgleichungen zu nutzen (Methode 1), die sie in ihrer Ausbildung kennengelernt haben.
Wärmebrückeneffekte berücksichtig man damit allerdings anders als in DIN EN 12831 (Methode 2). Da man bei beiden Vorgehensweisen als Abmessungen Bruttomaße nutzt (z. B. Höhe = lichte Raumhöhe plus Deckenstärke), berücksichtigt man damit einen zusätzlichen Wärmeverlust für die geometrischen Wärmebrücken (z. B. Außenwandecke).
Nachfolgend wird kurz das Verfahren über die thermodynamischen Grundgleichungen erläutert (Methode 1): Bei der detaillierten Berechnung der Heizlast eines Raumes sind Transmissionswärmeverlust, Lüftungswärmeverlust und Aufheizleistung zu berechnen. Methode 1 ermöglicht die effektive Durchführung in Form einer Excel-Tabelle.
Die Transmission berechnet man für jede Außenfläche mit der Formel: (1)Es müssen nur die Raumumschließungsflächen berechnet werden, die an die Außenluft grenzen oder an Räume mit wesentlich niedrigerer Temperatur (z. B. Keller, Dachboden). Für die Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) stehen im Internet kostenlose Programme zur Verfügung.
Für den Lüftungswärmeverlust nutzt man die Formel: (2)Für Büros und Wohnräume geht man von einem stündlichen Luftwechsel von 0,5 1/h aus.
Die Aufheizleistung wird mit der Formel (3)berechnet. Die Bezugsfläche ist die Fußbodenfläche. Werte für den Wiederaufheizfaktor fRH sind in DIN EN 12831 Beiblatt 1 in einer Tabelle enthalten. Somit wird auch bei Methode 1 die Aufheizleistung genau nach DIN EN 12831 berechnet.
Für die Berechnung des Transmissions- und Lüftungswärmeverlustes kann das kostenlose Programm DanBasic V benutzt werden. Dies kann auf der Internetseite von Danfoss heruntergeladen werden und bietet auch für den Fall, dass man den Außenwandaufbau nicht kennt, für bestimmte Baujahre des Gebäudes übliche U-Werte der Außenwand an. So wurde z. B. in der Wärmeschutzverordnung von 1995 ein Mindestwert für den U-Wert der Außenwand vorgeschrieben. Das Programm bietet dann für die Baujahre nach 1995 diesen U-Wert an. Auch die Norm-Außentemperaturen für viele deutsche Städte sind in dem Programm enthalten.
Die beschriebenen Zusammenhänge gelten auch für ein Gebäude mit einer Luft/Wasser-Wärmepumpe und Fußbodenheizung oder Platten-Heizkörpern in den Räumen.
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