HEIZUNG/LÜFTUNG/ELEKTRIZITÄT Energietechnik im Gebäude     BAU & ENERGIE

2.1 Bemessungsfragen

Ausgewählte Firmen der Wärmeerzeugung

2.1 Bemessungsfragen
2.2 Öl- und Gasfeuerung
2.3 Holzfeuerung
2.4 Wärmepumpen
2.5 Aktive Solarsysteme
2.6 Wärme-Kraft-Kopplung
2.7 Heizzentrale
2.8 Systemvergleich

2.1.1 Was heisst «richtig» bemessen?

2.1.1 Was heisst «richtig» bemessen? – 2.1.2 Berechnung bei Neu­bau­ten – 2.1.3 Ab­schät­zun­gen bei be­ste­hen­den Bau­ten – 2.1.4 Mes­sun­gen bei bestehenden Bauten

Ein Wärmeerzeuger (WE) ist zweckmässig be­mes­sen, wenn die Energie ra­tio­nell ge­nutzt wird und die Anlage wirt­schaft­lich arbeitet. An­de­rer­seits ist ein Wärmeerzeuger auf den Wär­me­lei­stungs­be­darf exakt ab­ge­stimmt, wenn er bei der Auslegungstem­pe­ra­tur von beispielsweise –8 °C die ver­ein­bar­te Raumtem­pe­ra­tur gerade noch aufrecht­erhalten kann. Der exakt abgestimmte Wär­meer­zeu­ger steht bei diesen Ver­hält­nis­sen un­un­ter­bro­chen in Betrieb und besitzt kei­ne Leistungsreserve. Der Dimensionierungs­fak­tor

hat den Wert 1.

Vorsicht: Die effektive WE-Leistung (oft ein­stell­bar) kann von der Nenn­lei­stung auf dem Ty­pen­schild ab­wei­chen.

Wegen der Stufensprünge der Leistung in einer Typenreihe ist die exakte Abstimmung oft nicht möglich.

Moderne Öl-/Gaskessel mit ihren sehr kleinen Be­reit­schaftsverlusten dürfen ohne Be­ein­träch­ti­gung des Jahresnutzungsgrads mit Leistungsreserven bis etwa 40 % ausgelegt werden. Im wei­te­ren neigen Ölbrennerdüsen für Lei­stun­gen unter 15 kW bei den üblichen Druckzerstäuberbrennern zu Ver­stop­fung. Für das gut iso­lier­te Ein­fa­mi­li­en­haus er­gibt sich damit ein tech­nisch bedingter Dimensionierungs­fak­tor von 2 bis 3.

Bei Wär­me­pum­pen-An­la­gen ist die exakte Ab­stim­mung von Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit. Es kann sogar eine Un­ter­dec­kung (fdim < 1) sinnvoll sein. Während der Spitzen wäre dann z.B. ein Holzofen einzusetzen oder einzelne Ver­brau­cher wären ab­zu­schal­ten. Es ist ratsam, eine der­ar­ti­ge Überbrückung von Käl­te­pe­ri­oden mit der Bau­herr­schaft schriftlich zu ver­ein­ba­ren. Oft bestehen Sperr­zei­ten von mehreren Stun­den seitens des Elektrizitätswerks. Dann muss eine höhere Wärmeerzeugerleistung installiert wer­den.

Bei Holz­feue­run­gen mit Speichern sind we­sent­li­che Leis­tungs­re­ser­ven ein Bestandteil des Kon­zepts (fdim > 2).

Zur Plau­si­bi­li­täts­kon­trol­le bei üblichen Öl-, Gas- oder Wärmepumpenanlagen kann die spe­zi­fi­sche Lei­stung her­an­ge­zo­gen wer­den:

  • herkömmliche Bauten 40...70 W/m2 EBF
  • gut wärmegedämmte Bauten 15...40 W/m2 EBF
  • Passivhäuser 10...15 W/m2 EBF

2.1.2 Berechnung bei Neu­bau­ten

2.1.1 Was heisst «richtig» bemessen? – 2.1.2 Berechnung bei Neu­bau­ten – 2.1.3 Ab­schät­zun­gen bei be­ste­hen­den Bau­ten – 2.1.4 Mes­sun­gen bei bestehenden Bauten

Die vom Wärmeerzeuger zu erbringende Lei­stung setzt sich zusammen aus:

  1. dem normgemässen Heiz­lei­stungs­be­darf des Ge­bäudes,
  2. dem mittleren Leistungsbedarf des Warmwassersystems (Wohnbauten benötigen etwa 3 W/m2 EBF),
  3. dem Leistungsbedarf verbundener Systeme (Nachwärmer von Lüftungsanlagen).

Die Verlustleistung eines gedämmten Wärmeverteilsystems innerhalb eines Gebäudes ist meistens vernachlässigbar.

Eine zusätzliche Aufheizleistung bei Heizunterbrauch ist überflüssig, wenn bei tiefen Aussentemperaturen auf eine Nachtabschaltung oder -absenkung verzichtet wird. Dies ist oft vorteilhaft hinsichtlich des Komforts, der Kosten und der Effizienz.

2.1.3 Ab­schät­zun­gen bei be­ste­hen­den Bau­ten

2.1.1 Was heisst «richtig» bemessen? – 2.1.2 Berechnung bei Neu­bau­ten – 2.1.3 Ab­schät­zun­gen bei be­ste­hen­den Bau­ten – 2.1.4 Mes­sun­gen bei bestehenden Bauten

Die nach­fol­gen­den Ab­schätz­me­tho­den kön­nen bei Öl- und Gaskesseln gute Dien­ste leisten, sofern man die Aus­wir­kun­gen mög­li­cher Ab­wei­chun­gen im Griff hat.

Methode Brenn­zeit

Der Dimensionierungs­fak­tor kann aus der jähr­li­chen Volllast-Brenn­zeit ab­ge­schätzt wer­den. Bild 2.1 gilt bei kon­ven­tio­nel­len, auf 20 °C beheizten Wohnbauten im schwei­ze­ri­schen Mit­tel­land. Nö­ti­gen­falls wird die jähr­li­che Volllast-Brenn­zeit berechnet:

ta   jährliche Volllast-Brennzeit in h
Vmittlerer Jahres-Brennstoffverbrauch in l
qv   Brennstoffvolumenstrom bei Volllast in l/h
 
Dimensionierungsfaktor und Volllast-Brennzeit für herkömmliche Wohnbauten im schweizerischen Mittelland
Bild 2.1 Dimensionierungsfaktor und Volllast-Brennzeit für herkömmliche Wohnbauten im schweizerischen Mittelland
Methode Brennstoffverbrauch

Die anzustrebende jährliche Volllast-Brennzeit ta hängt von den Klimadaten ab. Die Feue­rungs­lei­stung (De­fi­ni­ti­on siehe 2.2.2) des Ersatzbrenners ist:

ΦF,neu   Feuerungsleistung Ersatzkessel in kW
mmittlerer jährlicher Brennstoffverbrauch in kg
Hs   Brennwert (Bild 2.4) in kJ/kg
ta    jährliche Volllastzeit des Ersatzkessels (vgl. Bild 2.1 «korrekt») in s
ηa   geschätzte Jahresnutzungsgrade bezüglich Brennwert
 

Auf dieser Grund­la­ge kann die erforderliche Ersatzkesselleistung sehr einfach bestimmt werden. Bild 2.2 gilt für konventionelle Wohnbauten. Für grössere Anlagen sind die geklammerten, für Kleinanlagen die nicht ge­klam­mer­ten Werte zu benutzen. Wenn bereits der alte Kessel einen hohen Jahresnutzungsgrad hat, liefert das Bild eine knappe Ersatzkesselleistung (fdim ≈ 1).

2.1.4 Mes­sun­gen bei bestehenden Bauten

2.1.1 Was heisst «richtig» bemessen? – 2.1.2 Berechnung bei Neu­bau­ten – 2.1.3 Ab­schät­zun­gen bei be­ste­hen­den Bau­ten – 2.1.4 Mes­sun­gen bei bestehenden Bauten

Mit Messungen an der alten Heiz­an­la­ge wird eine we­sent­lich bessere Ge­nau­ig­keit erreicht, und es können Fälle un­ter­sucht werden, die nicht in die obi­gen Ka­te­go­ri­en fallen.

Bemessung nach Brenn­stof­f­ver­brauch für herkömmliche Wohnbauten nach R. Weiersmüller
Bild 2.2 Bemessung nach Brenn­stof­f­ver­brauch für herkömmliche Wohnbauten nach R. Weiersmüller

Die Messungen werden während einiger Winterwochen durchgeführt. Das einfachste Vorgehen ist, periodisch den Brennstoffverbrauch zu protokollieren und die Aussentemperatur mit einem Datenlogger zu erfassen. In jeder Messperiode ist die mittlere Feuerungsleistung:

ΦF,m   mittlere Feuerungsleistung (bezüglich Brennwert) in der Messperiode in kW
mp   Brennstoffverbrauch in der Messperiode (Brennstoffzähler) in kg
Hs   Brennwert in kJ/kg
tp   Dauer der Messperiode in s
 

Indem für jede Messperiode die mittlere Feuerungsleistung der mittleren Aussentemperatur zugeordnet wird, entsteht eine Leistungskennlinie (Bild 2.3). Durch Inter- oder Extrapolation wird die mittlere Feuerungsleistung bei der Norm-Aussentemperatur bestimmt. Durch Multiplikation mit dem gut abschätzbaren Kesselwirkungsgrad (bezüglich Brennwert) erhält man die mittlere Kesselleistung bei Norm-Aussentemperatur. Mit einem Zuschlag von etwa 15 Prozent zur Berücksichtigung von Solargewinnen ergibt sich die erforderliche Wärmeerzeugerleistung des Ersatzwärmeerzeugers [SIA 384/1]. Bei manueller Protokollierung genügt für Wohngebäude eine einmalige tägliche Ablesung. Bei Gebäuden mit, im Tagesablauf, zwei deutlich verschiedenen Betriebsphasen (Verwaltungsgebäude) sind die Ablesezeitpunkte an den Anfang dieser Betriebsphasen zu legen. Es ergeben sich dann zwei Leistungskennlinien.

Gemessene Leistungskennlinien eines Verwaltungsgebäudes
Bild 2.3 Gemessene Leistungskennlinien eines Verwaltungsgebäudes