Berechnung der Heizungsanlage eines Einfamilienhauses: Regeln und Rechenbeispiele

Die Heizung eines Einfamilienhauses ist ein notwendiger Bestandteil eines komfortablen Wohnens. Sie stimmen sicher zu, dass man die Installation einer Heizungsanlage sorgfältig angehen sollte, denn Fehler können teuer werden. Aber Sie haben sich noch nie mit solchen Berechnungen beschäftigt und wissen nicht, wie man sie richtig durchführt?

Wir helfen Ihnen – in unserem Artikel betrachten wir im Detail, wie die Berechnung der Heizungsanlage eines Einfamilienhauses durchgeführt wird, um die Wärmeverluste in den Wintermonaten effektiv auszugleichen.

Wir geben konkrete Beispiele, ergänzt durch anschauliche Fotos und nützliche Videotipps sowie aktuelle Tabellen mit Kennzahlen und Koeffizienten, die für die Berechnungen erforderlich sind.

Wärmeverluste eines Einfamilienhauses

Das Gebäude verliert Wärme aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen der Luft im Inneren und außerhalb des Hauses. Die Wärmeverluste sind umso höher, je größer die Fläche der Gebäudehülle (Fenster, Dach, Wände, Fundament) ist.

Auch Wärmeverluste hängen mit den Materialien der umschließenden Konstruktionen und deren Abmessungen zusammen. Zum Beispiel sind die Wärmeverluste dünner Wände größer als die dicker Wände.

Eine effektive Berechnung der Heizung für ein Einfamilienhaus berücksichtigt unbedingt die Materialien, die beim Bau der umschließenden Konstruktionen verwendet wurden.

Zum Beispiel leiten Wände aus Holz und Ziegel bei gleicher Dicke Wärme mit unterschiedlicher Intensität – Wärmeverluste durch Holzkonstruktionen erfolgen langsamer. Manche Materialien leiten Wärme besser (Metall, Ziegel, Beton), andere schlechter (Holz, Mineralwolle, Polystyrol).

Die Atmosphäre innerhalb eines Wohngebäudes steht indirekt mit der äußeren Luftumgebung in Verbindung. Wände, Fenster- und Türöffnungen, Dach und Fundament geben im Winter Wärme aus dem Haus nach außen ab und lassen dafür Kälte herein. Sie machen 70-90 % des gesamten Wärmeverlusts eines Hauses aus.

Wände, Dach, Fenster und Türen – alles lässt im Winter Wärme nach außen entweichen. Eine Wärmebildkamera zeigt die Wärmelecks anschaulich.

Während der Heizperiode kommt es auch über Lüftung und Kanalisation zu ständigen Wärmeenergieverlusten.

Bei der Berechnung der Wärmeverluste eines Eigenheims werden diese Daten in der Regel nicht berücksichtigt. Die Einbeziehung der Wärmeverluste über die Kanalisation und Lüftungsanlage in die gesamte Heizlastberechnung des Hauses ist jedoch die richtige Entscheidung.

Eine gut ausgelegte Wärmedämmung kann die Wärmeverluste durch Baukonstruktionen, Tür- und Fensteröffnungen erheblich reduzieren.

Es ist unmöglich, die Berechnung des autarken Heizkreises eines Landhauses ohne Bewertung der Wärmeverluste seiner umschließenden Konstruktionen durchzuführen. Genauer gesagt wird es nicht gelingen, die Leistung des Heizkessels zu bestimmen, die ausreicht, um das Haus bei den stärksten Frösten zu beheizen.

Die Analyse des tatsächlichen Wärmeenergieverbrauchs durch die Wände ermöglicht einen Vergleich der Kosten für Kesselanlage und Brennstoff mit den Ausgaben für die Wärmedämmung der umschließenden Konstruktionen.

Denn je energieeffizienter ein Haus ist, d.h. je weniger Wärmeenergie es in den Wintermonaten verliert, desto geringer sind die Ausgaben für den Brennstoffkauf.

Für eine fachgerechte Berechnung des Heizsystems wird der Wärmeleitkoeffizient gängiger Baumaterialien benötigt.

Tabelle der Wärmeleitkoeffizienten verschiedener Baustoffe, die am häufigsten beim Bau verwendet werden

Berechnung der Wärmeverluste durch die Wände

Am Beispiel eines fiktiven zweistöckigen Hauses berechnen wir die Wärmeverluste durch seine Wandkonstruktionen.

Ausgangsdaten:

• quadratischer Baukörper mit Fassadenwänden von 12 m Breite und 7 m Höhe;
• in den Wänden 16 Öffnungen, jede mit einer Fläche von 2,5 m²;
• Material der Fassadenwände – Vollziegel, keramisch;
• Wandstärke – 2 Ziegel.

Als Nächstes führen Sie die Berechnung einer Gruppe von Kennwerten durch, aus denen sich der Gesamtwert der Wärmeverluste durch die Wände zusammensetzt.

Wärmedurchgangswiderstand

Um den Wärmedurchgangswiderstand für eine Fassadenwand zu ermitteln, müssen Sie die Dicke des Wandmaterials durch seine Wärmeleitfähigkeit teilen.

Für eine Reihe von Baustoffen sind die Daten zur Wärmeleitfähigkeit in den Bildern oben und unten dargestellt.

Für genaue Berechnungen wird der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient der in der Tabelle aufgeführten Dämmstoffe benötigt, die im Bauwesen verwendet werden.

Unsere fiktive Wand besteht aus keramischem Vollziegel mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von 0,56 W/m·^°C. Ihre Dicke einschließlich des Zement-Sand-Mörtels beträgt 0,51 m. Wenn Sie die Wanddicke durch die Wärmeleitfähigkeit des Ziegels teilen, erhalten Sie den Wärmedurchgangswiderstand der Wand:

0,51 : 0,56 = 0,91 W/m^2×°C

Das Ergebnis der Division runden Sie auf zwei Nachkommastellen; genauere Daten zum Wärmedurchgangswiderstand sind nicht erforderlich.

Fläche der Außenwände

Da als Beispiel ein quadratisches Gebäude gewählt wurde, wird die Wandfläche bestimmt, indem die Breite mit der Höhe einer Wand und dann mit der Anzahl der Außenwände multipliziert wird:

12 · 7 · 4 = 336 m²

Nun kennen wir die Fläche der Fassadenwände. Aber was ist mit den Fenster- und Türöffnungen, die zusammen 40 m² (2,5·16=40 m²) der Fassadenwand einnehmen – müssen diese berücksichtigt werden?

Tatsächlich, wie kann man die autonome Heizung in einem Holzhaus korrekt berechnen, ohne den Wärmedurchgangswiderstand der Fenster- und Türkonstruktionen zu berücksichtigen?

Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von Dämmstoffen, die zur Dämmung tragender Wände verwendet werden

Wenn die Wärmeverluste eines großen Gebäudes oder eines energieeffizienten Hauses berechnet werden müssen – ja, dann ist die Berücksichtigung der Wärmedurchgangskoeffizienten von Fensterrahmen und Eingangstüren bei der Berechnung korrekt.

Für niedrige Gebäude im individuellen Wohnungsbau, die aus traditionellen Materialien errichtet werden, ist es jedoch zulässig, die Tür- und Fensteröffnungen zu vernachlässigen. D.h., ihre Fläche nicht von der Gesamtfläche der Fassadenwände abzuziehen.

Gesamtwärmeverluste der Wände

Sie ermitteln den Wärmeverlust pro Quadratmeter der Wand bei einem Temperaturunterschied von einem Grad zwischen Innen- und Außenluft.

Dazu teilen Sie die Eins durch den zuvor berechneten Wärmedurchgangswiderstand der Wand:

1 : 0,91 = 1,09 W/m²·^°C

Wenn Sie die Wärmeverluste pro Quadratmeter des Umfangs der Außenwände kennen, können Sie die Wärmeverluste bei bestimmten Außentemperaturen bestimmen.

Zum Beispiel: Wenn in den Räumen des Hauses die Temperatur +20 ^oC beträgt und draußen -17 ^oC, beträgt die Temperaturdifferenz 20+17=37 ^oC. In dieser Situation betragen die gesamten Wärmeverluste der Wände unseres Musterhauses:

0,91 · 336 · 37 = 11313 W,

Wobei: 0,91 – der Wärmedurchgangswiderstand eines Quadratmeters Wand; 336 – die Fläche der Fassadenwände; 37 – die Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenatmosphäre.

Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von Wärmedämmstoffen, die zur Dämmung von Böden/Wänden, zur Herstellung von Trockenestrich und zum Nivellieren von Wänden verwendet werden

Rechnen wir den erhaltenen Wert der Wärmeverluste in Kilowattstunden um, diese sind leichter verständlich und für spätere Berechnungen der Heizungsleistung geeignet.

Wärmeverluste der Wände in Kilowattstunden

Zunächst ermitteln wir, wie viel Wärmeenergie bei einer Temperaturdifferenz von 37 ^oC in einer Stunde durch die Wände verloren geht.

Wir weisen darauf hin, dass die Berechnung für ein Haus mit den konstruktiven Eigenschaften durchgeführt wird, die für Demonstrationszwecke ausgewählt wurden:

11313 · 1 : 1000 = 11,313 kWh,

Wobei: 11313 – der zuvor ermittelte Wert der Wärmeverluste; 1 – die Stunde; 1000 – die Anzahl der Watt pro Kilowatt.

Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von Baustoffen, die zur Dämmung von Wänden und Decken verwendet werden

Um die Wärmeverluste pro Tag zu berechnen, multiplizieren wir den erhaltenen Wert der Wärmeverluste pro Stunde mit 24 Stunden:

11,313 · 24 = 271,512 kWh

Zur Verdeutlichung ermitteln wir die Wärmeenergieverluste für die gesamte Heizperiode:

7 · 30 · 271,512 = 57017,52 kWh,

Wobei: 7 – die Anzahl der Monate in der Heizperiode; 30 – die Anzahl der Tage im Monat; 271,512 – die täglichen Wärmeverluste der Wände.

Somit betragen die berechneten Wärmeverluste des Hauses mit den oben gewählten Eigenschaften der Umfassungskonstruktionen 57017,52 kWh für sieben Monate der Heizperiode.

Berücksichtigung des Einflusses der Lüftung des Einfamilienhauses

Die Berechnung der Lüftungswärmeverluste in der Heizperiode führen wir als Beispiel für ein fiktives Haus mit quadratischer Grundfläche, einer Wandbreite von 12 Metern und einer Höhe von 7 Metern durch.

Ohne Berücksichtigung von Möbeln und Innenwänden beträgt das Innenvolumen der Luft in diesem Gebäude:

12 · 12 · 7 = 1008 m³

Bei einer Lufttemperatur von +20 ^oC (Norm in der Heizperiode) beträgt die Dichte 1,2047 kg/m³ und die spezifische Wärmekapazität 1,005 kJ/(kg·^oC).

Berechnen wir die Masse der Luft im Haus:

1008 · 1,2047 = 1214,34 kg,

Wobei: 1008 – das Volumen der Hausluft; 1,2047 – die Dichte der Luft bei t +20 ^oC.

Tabelle mit den Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von Materialien, die für genaue Berechnungen benötigt werden können

Nehmen wir einen fünffachen Luftwechsel in den Räumen des Hauses an. Beachten Sie, dass der genaue Bedarfs an Zuluftvolumen an frischer Luft von der Anzahl der Bewohner des Hauses abhängt.

Bei einer durchschnittlichen Temperaturdifferenz zwischen Haus und Straße während der Heizperiode von 27 ^°C (20 ^°C im Haus, -7 ^°C Außenluft) wird pro Tag für die Erwärmung der zugeführten Kaltluft folgende Wärmeenergie benötigt:

5 · 27 · 1214,34 · 1,005 = 164755,58 kJ,

Wobei: 5 – die Anzahl der Luftwechsel in den Räumen; 27 – die Temperaturdifferenz zwischen Raum- und Außenluft; 1214,34 – die Dichte der Luft bei t +20 ^°C; 1,005 – die spezifische Wärmekapazität der Luft.

Rechnen Sie die Kilojoule in Kilowattstunden um, indem Sie den Wert durch die Anzahl der Kilojoule in einer Kilowattstunde (3600) teilen:

164755,58 : 3600 = 45,76 kWh

Nachdem Sie den Wärmeenergiebedarf für die Lufterwärmung im Haus bei fünffachem Luftwechsel durch die Zuluftlüftung ermittelt haben, können Sie die „Luft“-Wärmeverluste für die siebenmonatige Heizperiode berechnen:

7 · 30 · 45,76 = 9609,6 kWh,

Wobei: 7 – die Anzahl der „beheizten“ Monate; 30 – die durchschnittliche Anzahl der Tage im Monat; 45,76 – der tägliche Wärmeenergiebedarf für die Erwärmung der Zuluft.

Lüftungs- (Infiltration) Energieverluste sind unvermeidbar, da die Lufterneuerung in den Räumen des Hauses lebensnotwendig ist.

Der Wärmebedarf für die Erwärmung der ausgetauschten Raumluft im Haus muss berechnet, zu den Wärmeverlusten durch die Gebäudehülle addiert und bei der Auswahl des Heizkessels berücksichtigt werden. Es gibt noch eine weitere Art von Wärmeenergieverlusten, die letzten – die Abwasserwärmeverluste.

Energiekosten für die Warmwasserbereitung

Wenn in den warmen Monaten kaltes Wasser aus dem Hahn im Haus kommt, ist es während der Heizperiode eiskalt, mit einer Temperatur von nicht mehr als +5 ^°C. Baden, Geschirrspülen und Waschen sind ohne Erwärmung des Wassers nicht möglich.

Das in den Toilettenspülkasten eingelassene Wasser kommt über die Wände mit der Raumluft in Kontakt und entzieht dabei etwas Wärme. Was passiert mit dem Wasser, das durch Verbrennung von nicht kostenlosem Brennstoff erhitzt und für den Haushaltsbedarf verwendet wurde? Es wird in den Abfluss gespült.

Ein Zweikreiskessel mit indirekt beheiztem Boiler, der sowohl zur Erwärmung des Wärmeträgers als auch zur Bereitstellung von Warmwasser für den dafür eingerichteten Kreislauf verwendet wird

Betrachten Sie ein Beispiel. Eine dreiköpfige Familie verbraucht schätzungsweise 17 m³ Wasser pro Monat. 1000 kg/m³ ist die Dichte von Wasser, und 4,183 kJ/kg·^°C ist seine spezifische Wärmekapazität.

Die durchschnittliche Temperatur des für den Haushalt bestimmten erwärmten Wassers betrage +40 ^°C. Dementsprechend ergibt sich die Differenz der Durchschnittstemperatur zwischen dem ins Haus eintretenden kalten Wasser (+5 ^°C) und dem im Boiler erwärmten Wasser (+30 ^°C) zu 25 ^°C.

Zur Berechnung der Wärmeverluste über das Abwasser berechnen wir:

17 · 1000 · 25 · 4,183 = 1777775 kJ,

Wobei: 17 – monatlicher Wasserverbrauch; 1000 – Dichte des Wassers; 25 – Temperaturdifferenz zwischen kaltem und erwärmtem Wasser; 4,183 – spezifische Wärmekapazität des Wassers;

Zur Umrechnung der Kilojoule in die verständlicheren Kilowattstunden:

1777775 : 3600 = 493,82 kWh

Somit geht während des siebenmonatigen Heizzeitraums folgende Wärmeenergie in das Abwasser verloren:

493,82 · 7 = 3456,74 kWh

Der Wärmeenergieverbrauch für die Erwärmung des Wassers für hygienische Zwecke ist im Vergleich zu den Wärmeverlusten durch Wände und Lüftung gering. Aber auch dies sind Energieaufwendungen, die den Heizkessel oder Boiler belasten und zu Brennstoffverbrauch führen.

Berechnung der Heizkesselleistung

Der Kessel in der Heizungsanlage dient dazu, die Wärmeverluste des Gebäudes auszugleichen. Und auch, im Falle eines Zweikreissystems oder bei Ausstattung des Kessels mit einem indirekt beheizten Speicher, zur Erwärmung von Wasser für hygienische Zwecke.

Nach Berechnung der täglichen Wärmeverluste und des Warmwasserverbrauchs „für das Abwasser“ kann die erforderliche Kesselleistung für ein Cottage mit einer bestimmten Fläche und bestimmten Eigenschaften der Umfassungskonstruktionen genau bestimmt werden.

Ein Einkreiskessel erwärmt nur das Heizmedium für das Heizsystem.

Zur Bestimmung der Leistung des Heizkessels müssen die Wärmeenergieverluste des Hauses über die Fassadenwände und für die Erwärmung der ausgetauschten Raumluft berechnet werden.

Erforderlich sind Daten zu den Wärmeverlusten in Kilowattstunden pro Tag – bei dem als Beispiel berechneten Musterhaus ergibt sich Folgendes:

271,512 + 45,76 = 317,272 kWh,

Wobei: 271,512 – tägliche Wärmeverluste über die Außenwände; 45,76 – tägliche Wärmeverluste für die Erwärmung der Zuluft.

Somit ergibt sich die erforderliche Heizleistung des Kessels:

317,272 : 24 (Stunden) = 13,22 kW

Ein solcher Kessel würde jedoch ständig unter hoher Last stehen, was seine Lebensdauer verkürzt. Und an besonders frostigen Tagen würde die berechnete Kesselleistung nicht ausreichen, da bei einem großen Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außenatmosphäre die Wärmeverluste des Gebäudes stark ansteigen.

Daher ist es nicht ratsam, den Kessel auszuwählen auf der Grundlage einer durchschnittlichen Berechnung des Wärmeenergiebedarfs – er könnte mit starken Frösten nicht zurechtkommen.

Es wäre sinnvoll, die erforderliche Leistung der Kesselanlage um 20 % zu erhöhen:

13,22 · 0,2 + 13,22 = 15,86 kW

Um die erforderliche Leistung des zweiten Kreislaufs des Kessels zu berechnen, der Wasser zum Geschirrspülen, Baden usw. erwärmt, muss der monatliche Wärmeverbrauch der 'Abwasser'-Wärmeverluste durch die Anzahl der Tage im Monat und durch 24 Stunden geteilt werden:

493,82 : 30 : 24 = 0,68 kW

Nach den Berechnungen beträgt die optimale Kesselleistung für das Beispielhaus 15,86 kW für den Heizkreislauf und 0,68 kW für den Warmwasserbereitungskreislauf.

Auswahl der Heizkörper

Traditionell wird empfohlen, die Leistung des Heizkörpers nach der Fläche des zu beheizenden Raumes zu wählen, und zwar mit einer 15-20%igen Überdimensionierung des Leistungsbedarfs, um auf Nummer sicher zu gehen.

Am Beispiel betrachten wir, wie korrekt die Methode der Auswahl eines Heizkörpers '10 m² Fläche – 1,2 kW' ist.

Die Wärmeleistung von Heizkörpern hängt von ihrer Anschlussart ab, was bei der Berechnung der Heizungsanlage berücksichtigt werden muss.

Ausgangsdaten: Eckzimmer im Erdgeschoss eines zweistöckigen Einfamilienhauses; Außenwand aus zweireihigem Mauerwerk aus Keramikziegeln; Raumbreite 3 m, Länge 4 m, Deckenhöhe 3 m.

Nach dem vereinfachten Auswahlschema wird vorgeschlagen, die Raumfläche zu berechnen, wir rechnen:

3 (Breite) · 4 (Länge) = 12 m²

D.h. die erforderliche Heizkörperleistung mit einem 20%igen Zuschlag ergibt 14,4 kW. Und nun berechnen wir die Leistungsparameter des Heizkörpers auf der Grundlage der Wärmeverluste des Raumes.

Tatsächlich beeinflusst die Raumfläche die Wärmeverluste weniger als die Fläche ihrer Wände, die mit einer Seite nach außen (Fassaden) zeigen.

Daher werden wir die Fläche der 'Außenwände' im Raum berechnen:

3 (Breite) · 3 (Höhe) + 4 (Länge) · 3 (Höhe) = 21 m²

Mit Kenntnis der Fläche der Wände, die Wärme 'nach außen' abgeben, berechnen wir die Wärmeverluste bei einem Temperaturunterschied von 30^° zwischen Raum und Außenluft (im Haus +18 ^°C, draußen -12 ^°C), und zwar sofort in Kilowattstunden:

0,91 · 21 · 30 : 1000 = 0,57 kW,

Wobei: 0,91 – Wärmedurchgangswiderstand der Raumwände, die 'nach außen' gehen; 21 – Fläche der 'Außenwände'; 30 – Temperaturdifferenz zwischen innen und außen; 1000 – Anzahl Watt in einem Kilowatt.

Gemäß den Baunormen werden Heizgeräte an Orten mit maximalen Wärmeverlusten platziert. Zum Beispiel werden Heizkörper unter Fensteröffnungen installiert, Heizlüfter – über dem Hauseingang. In Eckräumen werden Heizkörper an Außenwänden installiert, die maximaler Windeinwirkung ausgesetzt sind.

Es zeigt sich, dass zur Kompensation der Wärmeverluste durch die Fassadenwände dieser Konstruktion bei einer Temperaturdifferenz von 30^° zwischen innen und außen eine Heizleistung von 0,57 kWh ausreicht. Erhöhen wir die erforderliche Leistung um 20, sogar um 30% – erhalten wir 0,74 kWh.

Somit können die tatsächlichen Heizleistungsanforderungen wesentlich niedriger sein als die gängige Faustregel „1,2 kW pro Quadratmeter Raumfläche“.

Darüber hinaus ermöglicht eine korrekte Berechnung der erforderlichen Heizkörperleistungen, das Volumen des Wärmeträgers im Heizsystem zu reduzieren, was die Belastung des Kessels und die Brennstoffkosten senkt.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Wohin die Wärme aus dem Haus verschwindet – die Antworten liefert ein anschauliches Video:

In dem Video wird die Vorgehensweise zur Berechnung der Wärmeverluste eines Hauses durch die Außenhülle erklärt. Wenn man die Wärmeverluste kennt, kann man die Leistung der Heizungsanlage genau berechnen:

Ein ausführliches Video zu den Prinzipien der Auswahl der Leistungskennwerte des Heizkessels finden Sie unten:

Die Wärmeerzeugung wird jedes Jahr teurer – die Brennstoffpreise steigen. Und Wärme fehlt ständig. Die Energiekosten des Hauses gleichgültig zu behandeln, ist nicht möglich – das ist völlig unrentabel.

Einerseits wird jede neue Heizsaison für den Hausbesitzer teurer und teurer. Andererseits kostet die Dämmung von Wänden, Fundament und Dach eines Landhauses viel Geld. Aber je weniger Wärme aus dem Gebäude entweicht, desto billiger wird es zu heizen.

Die Wärmespeicherung in den Räumen des Hauses ist die Hauptaufgabe der Heizungsanlage in den Wintermonaten. Die Wahl der Heizleistung des Kessels hängt vom Zustand des Hauses und der Qualität der Dämmung seiner Außenhülle ab. Das Prinzip „Kilowatt pro 10 Quadratmeter Fläche“ funktioniert bei einem Haus mit durchschnittlichem Zustand von Fassaden, Dach und Fundament.

Haben Sie die Heizungsanlage für Ihr Haus selbst berechnet? Oder haben Sie eine Unstimmigkeit bei den im Artikel angegebenen Berechnungen festgestellt? Teilen Sie Ihre praktische Erfahrung oder Ihr theoretisches Wissen mit, indem Sie einen Kommentar im Bereich unter diesem Artikel hinterlassen.