Heizlast nach DIN EN 12831: 18 Berechnungsprogramme im Vergleich

Die Heizlastberechnung zählt zu den Kernaufgaben von TGA-Planern und SHK-Fachbetrieben. In Alt- und Neubauten ermöglicht sie eine raumbezogene Ermittlung der Heizlasten und eine Auslegung von Heizflächen, des Rohrnetzes und der Wärmeerzeugung sowie einen zuverlässigen und wirtschaftlichen Betrieb. Die neue Heizlast-Norm DIN EN 12 831-1 [1] und die nationale Ergänzung DIN/TS 12 831-1 [2] schaffen die Voraussetzungen für präzisere Ergebnisse. Allerdings müssen Planer – ebenso wie die Software, die sie nutzen – einige Neuerungen beachten.

Die neue Norm DIN EN 12 813 im Detail

Meteorologische Standortdaten beeinflussen auch die normativ ermittelte Leistung von Heizflächen und Wärmeerzeugern. Deshalb berücksichtigen neue, Postleitzahl-genaue meteorologische Standortdaten zur Heizlastberechnung neben den klimawandelbedingt höheren Außentemperaturen auch den Einfluss der Bebauungsdichte auf die Außentemperatur sowie die Höhenlage des Standorts im jeweiligen Postleitzahl-Gebiet.

Eine wesentliche Neuerung zur Berechnung der Heizlast sind geänderte und erweiterte Algorithmen zur Berechnung von Lüftungswärmeverlusten. In diesem Zusammenhang wurde der Begriff der Lüftungszonen eingeführt. Das sind Raumgruppen, die entsprechend ihrer Auslegung eine direkte oder indirekte Luftverbindung aufweisen.

Ein allgemeines Berechnungsmodell unterscheidet Lüftungswärmeverluste für das gesamte Gebäude, Zonen und beheizte Räume. Unterschieden wird demnach nach:

• Außenluftvolumenströme in den Raum durch die Gebäudehülle
• technische Luftvolumenströme in den Raum
• Außenluftvolumenströme in die Lüftungszone durch die Gebäudehülle
• Luftvolumenströme durch zusätzliche Infiltration in die Lüftungszone

Neu ist auch der Begriff der Nutzungseinheit (oder Gebäudeeinheit), der Nutzungsverhältnisse im Gebäude beschreibt.

Bei den Auslegungsinnentemperaturen wurden bisherige Standardwerte weitgehend übernommen. Lediglich für Flure und Treppenräume wurde für die Heizlastberechnung nach DIN EN 12 813 ein neuer Standardwert (20 °C) definiert und für gewerblich oder industriell genutzte Räume werden Standard-Auslegungsinnentemperaturen entsprechend der Intensität der körperlichen Arbeit angegeben. Ergänzend zu den bisherigen Auswahlmöglichkeiten geeigneter Raumtemperaturen (Tabellenwerte oder Bauherren-/Nutzer-Vereinbarung) sieht die neue Norm zudem die Möglichkeit vor, pauschal auf die Tabellenwerte um bis zu 3 K aufzuschlagen (Komfortzuschlag).

Angrenzende Gebäudeeinheiten werden als unbeheizt angesehen, sofern die Nutzung nicht bekannt ist. Damit sollen Wechselwirkungen zwischen den Nutzungseinheiten im Hinblick auf die Temperaturregelung ausgeschlossen werden. Da in hohen Räumen (> 4 m) Wärmetransportmechanismen des Wärmeabgabesystems die Heizlast beeinflussen können, beschreibt die Norm erstmals ein algorithmisches Berechnungsmodell, das vertikale Temperaturgradienten, Unterschiede zwischen Luft- und Strahlungstemperatur sowie Wärmeverluste wegen beheizter Gebäude-Bauteile berücksichtigt.

Weitere Neuerungen des um 27 Seiten erweiterten Regelwesens betreffen unter anderem große Öffnungen, Außenluftdurchlässe oder den Aufbau der Dokumentation und die Gliederung der Ausgabe-Formblätter.

Heizlastberechnungs-Software: Auf Aktualität achten

Die vielen Neuerungen haben bei den Software-Herstellern einen erheblichen Programmieraufwand und bei den Anwendern viel Schulungsbedarf ausgelöst. Praktisch alle Programme sind, über ein Jahr nach Erscheinen des nationalen Anhangs, inzwischen auf aktuellem Stand der DIN EN 12 831-1.

Berechnet wird die Heizlast von einigen Programmen auch nach anderen länderspezifischen Normen – etwa für Österreich nach ÖNORM EN 12 831, bzw. ÖNORM H 7500-1 oder für die Schweiz nach SN SIA 384.201.

Dass nach der Normaktualisierung einige Programme noch nicht so „rund“ laufen, wie es Anwender vor der Umstellung gewohnt waren, ist eine Folge der zahlreichen Programmänderungen, neuer Arbeitsschritte und Dialogfenster. Mit den nächsten Updates sollten eventuelle Ungereimtheiten aber sukzessive behoben sein.

Änderungen, Korrekturen und Erweiterungen in der Norm und der nationalen Anhänge wird es auch weiterhin geben. Anwender sollten deshalb darauf achten, dass die Software zur Heizlastberechnung regelmäßig durch Updates / Upgrades aktualisiert wird und Änderungen von Regelwerken zügig in die Software eingebaut werden.

Im Hinblick auf die Softwarekosten, die sich zwischen 100 bis 600 Euro (nur Heizlastrechner) und 1600 Euro und mehr bewegen (TGA-CAD mit integrierter Heizlastberechnung), sollten Anwender in diesem Zusammenhang deshalb auch die jährlichen Folgekosten für Wartungsverträge berücksichtigen, weil sie sich teilweise deutlich unterscheiden.

Unterschiede gibt es auch bei den integrierten oder optionalen Funktionen zur Auslegung: Damit können mit den berechneten Heizlastdaten Heizkörper und Heizkörperventile ermittelt, Wand-/Fußbodenheizungen ausgelegt werden und anderes mehr. Werden die Heizkörper inklusive Beschriftung in CAD-Grundrisspläne übernommen, lassen sich daraus Strangschemen, Stücklisten oder detaillierte Verlegepläne für ausführende Firmen erstellen.

Vorteile bei der Heizlastberechnung

Berechnet wird die Heizlast eines Raumes nach der DIN EN 12 813 aus der Summe aller Transmissions- und Lüftungswärmeverluste sowie einer eventuellen Zusatz-Aufheizleistung, jeweils bezogen auf eine Rauminnentemperatur und eine Norm-Außentemperatur.

Ob eine zusätzliche Aufheizleistung berücksichtigt werden soll, um Räume mit unterbrochenem Heizbetrieb über Nacht oder das Wochenende innerhalb einer bestimmten Zeit auf die Norm-Innentemperatur zu bringen, kann zusätzlich individuell mit dem Nutzer vereinbart werden. Diese Wiederaufheizleistung wird getrennt von der Normheizlast ausgewiesen. In vielen Fällen kann auf die zusätzliche Aufheizleistung bei der Heizung verzichtet werden, wenn das Regelsystem eine Temperaturabsenkung an den kältesten Tagen verhindert oder die Wärmeverluste während der Absenkung vernachlässigbar sind.

Berechnung auch bei Änderungen der Heizung hilfreich

Die rechnergestützte Heizlastberechnung ist nicht nur bei der Auslegung von Heizflächen hilfreich, sondern auch bei Änderungen in Bezug auf die Heizung. Ändern sich Gebäude- oder Raumdaten, wird auch die Heizlast in Sekundenschnelle aktualisiert. Das vereinfacht nicht nur den Änderungsaufwand, sondern ermöglicht auch Variantenrechnungen. Besser gedämmte Wände oder Fenster spiegeln sich beispielsweise sofort in der Heizlast wider, sodass Objekte im Hinblick auf die Heizlast auch optimiert werden können.

Auswertungen und Reportfunktionen zu Flächenanteilen, Transmissions- und Lüftungswärmeverlusten, Gebäude-Heizlastanteilen etc. geben einen schnellen Überblick über das Projekt und vereinfachen die Kundenberatung. Berechnungsdaten können als PDF-Datei oder auf dem Drucker ausgegeben werden – wahlweise für alle, markierte, gruppierte, gefilterte oder einzelne Räume.

Heizlastrechner gibt es teilweise auch als kostenlose App von Bauproduktherstellern. Allerdings handelt es sich dabei nur um eine näherungsweise Abschätzung der Raum- oder Gebäudeheizlast in Anlehnung an DIN EN 12 831. Die Berechnungen ersetzen also keine normierte Heizlastberechnung.

Datendurchgängigkeit und BIM

Wer Heizlasten nach aktueller Norm berechnen will, muss nicht nur ein komplettes physikalisches Raum- und Gebäudemodell, inklusive der geometrischen Aufteilung, aller Baustoffe, Raumbauteile, Temperaturen etc. in strukturierter Form erfassen. Mit den Lüftungszonen kommt eine komplette neue Struktur hinzu, die viele weitere Dateneingaben voraussetzt.

Ein sinnvoller Arbeitsablauf im Hinblick auf einen rationellen Workflow und einen durchgängigen Datenfluss wäre deshalb, zunächst aus der energetischen Bewertung nach Gebäudeenergiegesetz (GEG) / DIN V 18 599 die definierte Gebäudestruktur und Raumflächen in ein Programm zur Wohnungslüftungsberechnung nach DIN 1946-6 zu übertragen, dort ein Lüftungskonzept zu erstellen, für die Nutzungseinheiten das Lüftungssystem zu wählen, die Volumenströme zu berechnen und die Ergebnisse der Räume und Lüftungszonen in die Heizlastberechnung zu übernehmen.

Viele Programme zur Heizlastberechnung sind deshalb Teil umfangreicher Lösungen zur energetischen oder haustechnischen Berechnung, damit Objektdaten mehrfach genutzt und nicht jedes Mal neu eingegeben werden müssen. Diese durchgängigen Lösungen verfügen über ein zentrales physikalisches Gebäudemodell und einen einheitlichen Rechenkern, auf das alle Applikationen, wie Heizlast nach DIN EN 12 831, Energieanalysen nach GEG / DIN V 18 599, Kühllast nach VDI 2078, sommerlicher Wärmeschutz nach DIN 4108-1 sowie TGA-Planungsprogramme für Heizungs-, Sanitär- und Lüftungsanlagen zugreifen.

Die Verknüpfung der Heizlastberechnung mit TGA-CAD-Systemen reicht von einem 3D-Modellierwerkzeug für Gebäude bzw. Räume mit Gebäudedaten-Import und -Export, bis zu Verbundlösungen mit ausgewählten Programmen. Einige Hersteller bieten auch die Möglichkeit, die Heizlastberechnung direkt in die Oberfläche des CAD- oder TGA-CAD-Programms zu integrieren (z.  B. Solar-Computer / GBIS). Auf diese Weise lassen sich Berechnungsergebnisse zu Heizlasten oder Projekt-Varianten quasi parallel zur CAD-Planung kontrollieren, was ein interaktives Arbeiten und die Optimierung von Projekten vereinfacht.

Inzwischen verfügen die meisten Heizlastprogramme über eine IFC- oder gbXML-Schnittstelle (Green Building-XML), was der zunehmenden Bedeutung der BIM-Planungsmethode im TGA-Bereich geschuldet sein dürfte. BIM-affine Auftraggeber erwarten immer häufiger, dass haustechnische und energetische Berechnungen in einen vorgegebenen BIM-Arbeitsprozess integriert werden – zur Steigerung der Arbeitseffizienz und Verbesserung der Planungstransparenz. Dabei geht es nicht nur darum, dass Architekturmodelle für Berechnungen genutzt, sondern auch dass Berechnungsergebnisse in das BIM-Modell rückgeschrieben werden.

Fazit: Heizlastprogramme präziser, aber komplexer

Mit der neuen Norm wird die Heizlastberechnung durch die Berücksichtigung exakterer Standortdaten, Lüftungswärmeverlusten und weiterer Parameter präziser, aber auch komplexer. Zwar führen Programme den Anwender schrittweise durch die neue Norm, Vorgabewerte beschleunigen die Eingabe, Plausibilitätsprüfungen erkennen teilweise fehlerhafte Dateneingaben und machen darauf aufmerksam.

Dennoch ist auch mit Softwarehilfe die Berechnung nicht trivial und der Eingabeaufwand hoch, denn für eine normgerechte, technisch und rechtlich sichere Ermittlung der Heizlast müssen viele Daten eingegeben werden. Wer den Eingabeaufwand und den Umgang mit Software scheut, kann auch auf Online-Dienstleister zurückgreifen, beispielsweise den Anbieter Heizlast.

Ob mit Software oder Dienstleister – ohne Fachwissen und Erfahrung sind Berechnungsfehler vorprogrammiert. Das fängt schon mit der raumbezogenen Auslegungsinnentemperatur an. Wird sie zu hoch angesetzt, steht eine Heizleistung zur Verfügung, die nicht benötigt wird.

Aus einer zu niedrigen Auslegungsinnentemperatur kann wiederum unter Umständen aufgrund einer ineffizienteren Wärmeerzeugung ein höherer Realverbrauch resultieren [8]. Deshalb sollten Angaben zum Nutzungsprofil oder individuelle Vereinbarungen stets hinterfragt und dokumentiert werden. 

Dieser Beitrag von Marian Behaneck ist zuerst erschienen in TGA 7/2021.

Eine Vergleichsübersicht in Tabellenform finden Sie hier. Fachberichte mit ähnlichen Themen bündelt das TGAdossier TGA-Software.