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1.5.1 Abschätzung in der Vorprojektphase
Im Rahmen einer Vorstudie oder des Vorprojektes ist eine Abschätzung des Heizleistungsbedarfes erforderlich, da eine detaillierte Berechnung nach 1.5.2 erst später durchgeführt wird. Zu diesem frühen Zeitpunkt der Planung wurde aber bereits der Wärmedämmnachweis [SIA 380/1] erbracht, und somit stehen die notwendigen Gebäudekenngrössen zur Abschätzung des Heizleistungsbedarfes zur Verfügung.
Möglichkeiten zur Abschätzung des Heizleistungsbedarfs:
1) Das ganze Gebäude wird als ein einziger Raum betrachtet und gemäss Bild 1.24 berechnet. Wenn lediglich Bauteilkennwerte vorliegen, ist dies eine zweckmässige Methode.
2) Es gibt SIA 380/1-Programme, welche nebst dem Heizwärmebedarf automatisch auch einen Heizleistungsbedarf des Gebäudes ermitteln. Diese Methode nutzt die Daten des Systemnachweises und verursacht keinen zusätzlichen Aufwand [z.B. Sch].
3) Aufgrund eines beliebigen Systemnachweises SIA 380/1 kann der Heizleistungsbedarf wie folgt abgeschätzt werden:
Φh Heizleistungsbedarf in kW
QT jährlicher Transmissionswärmeverlust in kWh/m2
QV jährlicher Lüftungswärmeverlust in kWh/m2
AE Energiebezugsfläche in m2
θ… Temperaturen gemäss Bild 1.24
t Dauer eines Jahres (365 · 24h)
1.5.2 Heizleistungsbedarf [EN 12831-1]
Die Norm [EN 12831-1] legt, zusammen mit dem jeweiligen nationalen Anhang, die Berechnungsverfahren fest (Bild 1.24):
- für den Heizleistungsbedarf jedes einzelnen Raumes (Grundlage zur Bemessung der Heizflächen) und
- für den Heizleistungsbedarf des ganzen Gebäudes (Grundlage zur Bemessung der Wärmeerzeuger).
Es sind auch Angaben für über 4 m hohe Räume vorhanden.
Gebäude = Summe der Räume?
Es wird unterschieden zwischen der Summe der in jedem Raum notwendigen Heizleistung und der notwendigen Heizleistung des gesamten Gebäudes:
- Der Transmissionswärmestrom des Gebäudes kann geringer sein als die entsprechende Summe der Räume, da für die Heizflächenbemessung öfters grössere Temperaturdifferenzen zu Nachbarräumen angenommen werden müssen als für die Wärmeerzeugerbemessung.
- Der Lüftungswärmestrom des Gebäudes durch natürliche Lüftung kann geringer sein als die entsprechende Summe der Räume, da nicht alle Räume gleichzeitig genutzt werden.
Die Auslegungstemperatur wird durch den tiefsten Wert eines Temperatur-Mittels über eine bestimmte Zeitperiode dargestellt. Theoretisch könnte also eine Unterschreitung der Norm-Innentemperatur vorkommen, praktisch trifft dies jedoch wegen anderweitiger Reserven kaum je zu.
Es werden drei verschiedene Norm-Aussentemperaturen unterschieden:
- am Referenzstandort θe,Ref,
- am Gebäudestandort (Berücksichtigung der Standorthöhe),
- für den betrachteten Raum θe (zusätzlich Berücksichtigung der Trägheit).
Die Auslegungstemperatur ist von der thermischen Trägheit (Zeitkonstante, Bauweise) des Gebäudes bzw. Gebäudebereichs abhängig.
Die Differenz für extreme Zeitkonstanten beträgt nach SIA 3 K (Bild 1.22):
- Zeitkonstante τ über etwa 200 h (massive, gut gedämmte Bauten): Als Auslegungstemperatur gilt der Durchschnitt der tiefsten Viertages-Mittelwerte von 20 Jahren [SIA 2028]. Beispiel Zürich: –8°C.
- Zeitkonstante τ unter etwa 50 h (leichte, schlecht gedämmte Bauten): Für Zürich ist die Auslegungstemperatur –11°C.
Bild 1.22 Temperaturextreme für Zürich SMA
Transmissions-Wärmestrom
Der Wärmestrom durch ein flächiges Bauteil wird durch den Wärmedurchgangskoeffizienten U charakterisiert. Der U-Wert gibt den Wärmestrom (in W) an, der durch 1 m2 des Bauteils fliesst, wenn ein Temperaturunterschied von 1 K zwischen der warmen und der kalten Seite besteht [Zür].
Für die Transmissionsflächen gelten folgende Messvorschriften:
- Bei horizontalen Abmessungen gelten Aussenabmessungen (bei Innenwänden bis Wandmitte).
- Wandhöhen sind von Oberkante Boden bis Oberkante Decke zu messen (beim untersten beheizten Geschoss ist nach SIA ab Unterkante Boden zu messen).
Der Einfluss von Wärmebrücken kann bei gut gedämmten Gebäuden beträchtlich sein. Diese werden mit linearen Wärmedurchgangskoeffizienten Ψ berücksichtigt. Zur Vereinfachung erlaubt die EN stattdessen auch einen U-Wert-Zuschlag.
Lüftungswärmestrom
Der Leistungsbedarf durch Lüftung entsteht in denjenigen Räumen, in denen Luft einströmt:
- von aussen durch Fenster, Aussenluftdurchlässe oder Undichtheiten,
- von Zuluftdurchlässen einer Lüftungsanlage,
- von einem Nachbarraum durch Überströmung.
Die EN 12831-1 sieht ein sehr kompliziertes Berechnungsverfahren für die verschiedenen Lüftungskonzepte vor. Dieses ist in Spezialfällen nützlich, beispielsweise bei Räumen mit hohen Luftwechselraten oder Hallen mit grossen Öffnungen. Zum Zeitpunkt der Heizleistungsberechnung sind aber viele Details noch unbekannt.
Der Lüftungswärmestrom kann für Normalfälle nach [SIA 384/2] vereinfacht mit der thermisch wirksamen Luftwechselrate gemäss Bild 1.23 berechnet werden, auch für Räume mit einer mechanischen Lüftung. Da alle Räume in einem Gebäudebereich für die praktisch gleichen Innentemperaturen ausgelegt werden [SIA 2024], treten bei einer Überströmung von Raum zu Raum keine nennenswerten Lüftungswärmeströme auf. Eine allfällige zentrale Lufterwärmung durch das Heizsystem ist zusätzlich zur Norm-Berechnung zu berücksichtigen.
Lüftungskonzept
Raumtyp
Neubau1)
nmin
h-1
Altbau
nmin
h-1
Alle Lüftungskonzepte (natürlich oder mechanisch belüftet)
Räume ohne Aussenbezug2) und ohne Zuluft
0
0
Natürliche Lüftung, ohne oder mit kurzfristig betriebenen Abluftanlagen in Küche, Bad, Dusche, WC
Bad, Dusche mit Aussenbezug
0,50
0,70
weitere Räume mit Aussenbezug
0,30
0,50
Einfache Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung (WRG)3)
Räume mit Zuluft
0,20
0,40
Räume mit Aussenbezug aber ohne Zuluft
0,10
0,30
Lüftungsanlage mit Lufterwärmung
alle Räume mit Aussenbezug
0,10
0,30
Abluftanlage im Dauerbetrieb
alle Räume mit Aussenbezug
0,50
0,70
1) Auch bestehende Bauten, die den Luftdichtheits-Grenzwert für Neubauten erfüllen
2) Aussenbezug: Aussenfenster, Aussentüre oder Aussenluftdurchlass vorhanden
3) Auch wenn zwecks Vereisungsschutz der Aussenluftvolumenstrom reduziert oder ausgeschaltet wird
Bild 1.23 Thermisch wirksame Mindest-Luftwechselrate nmin für verschiedene Räume und Lüftungskonzepte [SIA 384/2]
Die Berechnung erfolgt für den stationären Zustand bei der Norm-Aussentemperatur. Wenn bei dieser Temperatur der Heizbetrieb unterbrochen wird, so ist eine zusätzliche Aufheizleistung erforderlich, um innert nützlicher Frist wieder die Soll-Innentemperatur zu erreichen. Die EN macht hierfür Leistungsangaben. Besser ist allerdings, bei Auslegungsbedingungen auf eine Absenkung zu verzichten.
Wärmegewinne sind in der Regel zu vernachlässigen. Gegebenfalls muss ihre Berücksichtigung mit der Bauherrschaft vereinbart werden. Unter Umständen kann es zweckmässig sein, eine detailliertere Gebäudesimulation einzusetzen. Mit dem Luftbedarf verbundene, zwangsläufig vorhandene Wärmegewinne (Personenabwärme usw.) wurden jedoch bei der Festlegung des SIA-Mindestluftvolumenstroms teilweise einbezogen.