Heizenergiebedarf
Der Heizbedarf gibt an, welche thermische Energie zum Heizen notwendig ist. Für bautechnische Anwendungen steht speziell die Größe Heizenergiebedarf (Qh, HEB) zur Verfügung.
Heizbedarf
Der Heizbedarf ist eine Größe der Energie (Wärmemenge) und wird in Joule (J), auch Kilojoule (kJ) oder Megajoule (MJ), oder (messtechnisch veraltet, in der Technik aber noch verbreitet) in Kilowattstunden (kWh) bzw. Megawattstunden (MWh) angegeben (1 kWh = 3,6 MJ). Er bemisst sich also aus
- Heizbedarf = thermische Leistung in Kilowatt (kW) × Heizzeit in Stunden (h)
Es ist zweckdienlich, den Heizbedarf auf eine Heizperiode (bzw. ein Jahr) zu bemessen, und gibt den Jahresenergiebedarf dann in Joule bzw. Kilowattstunden pro Jahr (kWh/a) bzw. Watt, in Einheiten der Leistung (Physik), den vom Heizsystem auf das Gebäude übertragenen Wärmestrom, bzw. die notwendige Heizlast. Auch monatliche Angaben sind üblich.
Für die wirtschaftliche Rechnung interessant ist der Heizstoffbedarf, daher rechnet man Heizbedarf in Einheiten der Heizmittelmenge um:
- Heizbedarf = Heizwert (in J oder kWh/m3 oder kg) × Heizmittelmenge (Gewicht oder Volumen, in Einheiten Kilogramm kg, Tonnen t, Kubikmeter m3, Liter l oder ähnlichem, je nach Material)
Damit ergibt sich die nötige Versorgungsmenge. Für die Vergleichsrechnung steht hier etwa das Heizöläquivalent (oe) oder die Steinkohleeinheit (SKE) zur Verfügung.
An der Dimension der Größe, Fläche×Masse÷Zeit2 (L2·M·T−2), ist zu sehen, dass neben dem Baukörper im Besonderen die Zeit in der zweiten Potenz eingeht. Natürlich ist der Energiebedarf einerseits für ein Gebäude typisch, schwankt aber andererseits enorm mit den Witterungsverhältnissen des Jahres, daher gibt man neben dem aktuellen Heizbedarf auch einen mittleren Heizbedarf an, der sich aus den mittleren meteorologischen Daten (meist bemessen auf 30 Jahre) des Standorts bezieht.
Aus diesem errechnet man die Heizenergiekennzahl (in Kilo-/Megawattstunden je Quadratmeter und Jahr, kWh/m²a bzw. MWh/m²a) als Kennwert bezogen auf die Wohnfläche (Energiebezugsfläche). Damit erstellt man beispielsweise Klassen über die energetische Qualität einer Bauweise/Sanierungsmaßnahme (Energiestandard).
Um aber speziell Gebäude unabhängig von Standort und Nutzung bautechnisch zu vergleichen, gibt man auch eine spezifische Gebäudekenngröße, den (spezifischen) Heizenergiebedarf an. Er wird je Heizzeit und Quadratmeter gerechnet, und dann ermittelt.
- Jahresheizbedarf = (spezifischer) Heizenergiebedarf × Gebäudefläche × Heizzeit (in Wh/m²a)
Heizenergiebedarf
Der Heizenergiebedarf (Qh, HEB) ist die Energiemenge, die für die Heizung eines Gebäudes notwendig ist. (EN 832)[1]
Auf die Masse des Baukörpers bezogen ist der (spezifische) Heizenergiebedarf nur mehr von der Zeit abhängig, von der aber in der dritten Potenz: Der Heizenergiebedarf ist eine Größe, die für ein Gebäude in Bauform und besonders Standort und seine Nutzung kennzeichnend ist, und wird etwa nach ÖNORM B 8110-1 Flächenbezogener Heizwärmebedarf genannt und mit HWBBGF bezeichnet. Bezugsgröße für die Fläche ist dabei nicht die Wohnfläche, sondern nach in Deutschland gültiger Norm (EnEV) die Gebäudenutzfläche, in Österreich (OIB-Leitfaden u. a.)[2] die beheizte Bruttogeschossfläche und in der Schweiz die Energiebezugsfläche (ebenfalls brutto, geschossbezogen).
Nach EN 832 rechnet man die Summe der Wärmemengen durch Wärmeleitung:
mit
- QT: Transmissionswärmeverluste infolge Wärmeleitung in den Bauteilen und Wärmeübergang an den Oberflächen
- QV: Lüftungswärmeverluste infolge Luftaustausch
- Qi: interne Wärmegewinne infolge Betrieb elektrischer Geräte, künstlicher Beleuchtung und Körperwärme von Personen
- Qs: solare Wärmegewinne über transparente Bauteile
- η: Ausnutzungsgrad der Wärmegewinne (vereinfacht 1,00 für schwere Bauweisen bis 0,90 für leichte Bauweisen)
Nach gewissen Berechnungsarten gliedert man in Heizwärmebedarf (HWB) und Heiztechnikenergiebedarf (HTEB) und rechnet den Warmwasserwärmebedarf (WWWB) getrennt oder gemeinsam
- HEB = HWB + HTEB ( + WWWB)
Er wird als spezifische Größe auch vereinfacht aus dem Jahresnutzungsgrad Hh des Heizsystems (ÖNORM H 5055)[3] ermittelt.
- HEB = HWB/hH
Der Jahresnutzungsgrad ist dabei ein Wert des Wärmebereitstellungssystems, Wärmeverteilsystems, Regelmesssystems,[3] und ist ein numerischer Faktor (Dimensionslose Größe), der (dezimal) den Prozentsatz der Zeit gibt, den das Heizsystem in Betrieb sein muss, um die Innentemperatur konstant auf dem Zielwert zu halten (allgemein die Heizperiode in Tagen, spezieller die Heizzeit in Stunden, oder in genauer Rechnung aus den lokalen Heizgradtagen ermittelt, die neben der Zeit auch die mittlere Temperaturdifferenz Heizziel Norminnentemperatur zu langfristig mittlerer Außentemperatur gibt).
Heizwärmebedarf
Der Heizwärmebedarf (HWB, teils auch Nutzheiz-Energiekennzahl NEZ)[4] ist die errechnete Energiemenge, die je Gebäudenutzfläche innerhalb der Heizperiode zuzuführen ist, um die gewünschte Innentemperatur aufrechtzuerhalten, z. B. wie durch Heizkörper an einen beheizten Raum abgegeben wird.
Er ist eine Baukenngröße, also für ein spezielles Gebäude typisch, und wird von der Gebäudehülle (Bauform, Dämmung), Standort (groß- und kleinklimatische Bedingungen) und seiner baulichen Nutzungsart bestimmt, ist aber vom Nutzerverhalten unabhängig. Die Bauform des Gebäudes geht über die Kompaktheit[5] ein, die Wärmedämmung über die Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Werte) der Außen- und Trennflächen, außerdem enthält sie die Gesamtenergiedurchlassgrade (g-Werte) aller Fensterflächen, einschließlich Orientierung und allfällige Abschattung der Glasflächen, also Wärmegewinne durch Sonneneinstrahlung (ÖNORM B 8110-1).[6]
Allgemein dient der Heizwärmebedarf für die Definition von Energiestandards bei Häusern. Für neugebaute Häuser wird laut der deutschen Energieeinsparverordnung (EnEV), etwa für den Niedrigenergiehaus-Standard, ein spezifischer Heizwärmebedarf von ≤ 50 kWh/m²a gefordert. Für unsanierte Altbauten liegt der Wert typischerweise über 150 bis weit über 300 kWh/m²a.
Der Jahres-Heizwärmebedarf einzelner Bauteile von Wärme übertragenden Hüllflächen kann mit Hilfe des Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wertes) und den langjährigen mittleren Klimabedingungen abgeschätzt werden.
Warmwasserwärmebedarf (Trinkwasserwärmebedarf)
Der Warmwasserwärmebedarf (WWWB), auch Trinkwasserwärmebedarf (TWWB) ist die Energiemenge, die zur Erwärmung dem Wasser mit Trinkwasserqualität zugeführt werden muss. Verluste bei der Energieumwandlung (z. B. Verluste des Heizkessels), der Verteilung und sonstige technische Verluste sind nicht enthalten. Der Warmwasserwärmebedarf ist eine Größe der Nutzung, im Besonderen der Anzahl der Personen im Haushalt. Der Trinkwasserwärmebedarf wird bei manchen Verfahren pauschal mit 12,5 kWh/m²a angesetzt. Dies entspricht einem Bedarf von 23 l pro Person und Tag. Laut ÖNORM B 8110-5 beträgt der Warmwasserwärmebedarf für Wohnhäuser 35 Wh/m² und Tag. Bei Büros ist es die Hälfte, bei Krankenhäusern das Doppelte.
Heiztechnikenergiebedarf
Der Heiztechnikenergiebedarf (HTEB) ist die Energiemenge, die für den Betrieb des Heizsystems notwendig ist, wie Umlaufpumpen der Zentralheizung, Zündenergien bei Elektrozündung, Gebläse der Feuerung bei Holzvergaser und Pellets, Motor des Förderers bei Pellets und Hackschnitzel, Steuerelektronik usw. (ÖNORM H 5056-1).[7]
Heizenergiebedarf und Energiebilanz
Heizenergiebedarf ergibt zusammen mit dem Kühlenergiebedarf KEB für die sommerliche Kühlperiode, besteht aus Kühlbedarf KB selbst, und dem Kühltechnikenergiebedarf KTEB für die Anlage (ÖNORM H 5058-1),[8] dem Beleuchtungsenergiebedarf BelEB (ÖNORM H 5059-1)[9] und dem Raumlufttechnikenergiebedarf RLTEB, das umfasst den Energieverbrauch der Klimaregelung und Lüftung wie Frischluft/Luftaustausch, Luftfeuchteregelung (ÖNORM H 5057)[10] den Endenergiebedarf (EEB) eines Gebäudes
- EEB = HEB + KEB (= KB + KTEB) + BelEB + RLTEB (Energiebedarfsberechnung gemäß OIB-Leitfaden Energietechnisches Verhalten von Gebäuden[2] bzw. gemäß ÖNORMEN B 8110, H 5055–H 5059)
Daraus ergibt sich der Primärenergiebedarf, über die Energieverluste die Energieeffizienz und die Energiebilanz des Gebäudes, und direkt die CO2-Emissionen des Gebäudes (als Faktor der Umweltbilanz).
Weil mit dem Heizenergiebedarf die Energie berechnet wird um laufende Verluste auszugleichen, gehen die nötige Energie zur (erstmaligen) Aufheizung der Wärmespeichermasse des Gebäudes (Mauerwerk, gespeicherte Feuchte) sowie allfällige Wärmegewinne durch Wärmeeinstrahlung auf das Mauerwerk von außen (Solarstrahlung, atmosphärische Gegenstrahlung) nicht in die Rechnung ein. Eine Nachtabsenkung der Innentemperatur kann daher wegen der dann in der Folge nötigen Aufheizung zu einem höheren Heizenergiebedarf, als die Berechnung ergibt, führen.
Heizenergiebedarf und Heizgradtage
Der Heizenergiebedarf ergibt sich (nach ÖNORM B 8135) aus den Heizgradtagen (auch: Gradtagzahl), der klimatologischen Kenngröße zum Heizbedarf, zu:[11]
- in kWh
- p0: spezifische Heizlast
- A: Energiebezugsfläche
- HGT: Heizgradtage
- fBEN: Benutzungsfaktor
- ηa: Jahreswirkungsgrad
Das ist eine grobe Abschätzung aus mittleren meteorologischen Daten, für spezielle Lagen und Situationen werden genauere Rechnungen ausgeführt.
Literatur
- Österreichisches Institut für Bautechnik: OIB-Leitfaden Energietechnisches Verhalten von Gebäuden. April 2019, OIB-330.6-028/19 (PDF-Datei; 1,6 MB).
Einzelnachweise
- EN 832 Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden - Berechnung des Heizenergiebedarfs - Wohngebäude. dt. DIN EN 832:2003-06 (Vorversion 1998-12), österr. ÖNORM EN 832:1999-07.
- Österreichisches Institut für Bautechnik: OIB-Leitfaden Energietechnisches Verhalten von Gebäuden. April 2019, OIB-330.6-028/19 (PDF-Datei; 1,6 MB).
- ÖNORM H 5055:2002 Energieausweis für Gebäude. Raumheizung und Wassererwärmung.
- Energiekennzahlen, OÖ Energiesparverband, abgerufen 31. Jänner 2019.
- etwa als charakteristische Länge lc, , die brutto beheizten Volumina und Grundflächen (ÖNORM B 8110-1)
- ÖNORM B 8110 Wärmeschutz im Hochbau.
- ÖNORM H 5056-1 Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden – Teil 1: Heiztechnikenergiebedarf.
- ÖNORM H 5058-1 Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden – Teil 1: Kühltechnikenergiebedarf.
- ÖNORM H 5059-1 Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden – Teil 1: Beleuchtungsenergiebedarf (Nationale Ergänzung zu ÖNORM EN 15193) – Schnellverfahren für die Berechnung.
- ÖNORM H 5057 Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden – Raumlufttechnik-Energiebedarf für Wohn- und Nichtwohngebäude.
- Angabe in: Sustainable Oriented and Long-lasting Unique Team for energy self sufficient Communities (SOLUTION): Analysis Report on Simulation and Evaluation Results of New Eco-Buildings. High-level energy efficiency in new eco buildings. TREN/06/FP7EN/239285/”SOLUTION”, Deliverable D2Ha.2.1, WP No.: 2Ha.2, Concerto, 30-04-11, Abschnitt 3 Approach to achieve the deliverable, 3.1 Building Characterisation. S. 5 (pdf (Memento vom 25. November 2015 im Internet Archive), solution-concerto.org, englisch).
