Anpassung der Heizkörpergröße nach energetischer Sanierung

Gebäudetechnische Anlagen wie Heizungs-, Wasser- und Belüftungssysteme sowie Elektro- und Telekommunikationssysteme werden ebenfalls modernisiert, um funktionaler und energieeffizienter zu werden. Es hat sich gezeigt, dass selbst bei Altbauten der jährliche Energieverbrauch auf weniger als 75 kWh/(m2a) gesenkt werden kann.

Durch die Sanierung von Altbauten wird der Heizlast der Räume deutlich geringer. Typischerweise ändert sich auch das Verhältnis der Heizlast zwischen verschiedenen Räumen, z. B. wenn eine zusätzliche Wärmedämmung nicht immer gleichmäßig in allen Räumen angebracht werden kann. Eine verbesserte Belüftung verändert häufig auch das Verhältnis der Heizlasten zwischen den Räumen. Aus diesen Gründen muss für das zu renovierende Gebäude eine ordnungsgemäße neue Heizlastberechnung durchgeführt werden.

Als Beispiel betrachten wir die Situation in einem typischen Flachbau der 50er und 60er Jahre, wo der Energieverbrauch eines Gebäudes in der Regel mehr als 250 kWh/(m2a) beträgt.
Der Vergleich wird bei Räumen mit ähnlicher Größe auf den drei Etagen des Gebäudes vorgenommen.

Abb. 1. Ähnliche Räume auf drei sich überschneidenden Etagen.

Die Berechnung der Heizlast basiert auf den Anweisungen im Abschnitt Energieeffizienz 2018 der finnischen Bauordnung. Die Ausgangswerte für den Altbau stammen aus dem Anhang des Leitfadens zum Energieausweis 2018 des Umweltministeriums – typische ursprüngliche Auslegungswerte für bestehende Altbauten. (Die Bauvorschriften von Deutschland sind vergleichbar mit den Anweisungen im Abschnitt "Energieeffizienz 2018" der finnischen Bauordnung, da alle Ländervorschriften auf die gleichen EN-Normen verweisen.)

Bitte beachten Sie: Im Berechnungsbeispiel wurde ein bidirektionales Lüftungssystem als neues Lüftungssystem gewählt. Alternativ kann die Belüftung mit einer unidirektionalen Lüftungsanlage erfolgen, bei der die Wärme der Abluft mittels einer Abluftwärmepumpe auf die Heizung und das Brauchwasser übertragen wird. In diesem Fall werden die alten Heizkörper durch Frischluftheizkörper ersetzt.

 

Berechnungswerte Flächen, m2	Alter Ausgangszustand	Zustand nach der Renovierung
Grundfläche	20	20
Außenwand	7	7
Fenster 2,0 x 1,5	3	3
Ober-, Mittel- und Untersohle	20	20
Raumhöhe, m	2.5	2.5

 

 

U-Werte, W/(m2K)
Außenwände	0.8	0.17 (+15 cm zusätzliche Isolierung)
Fenster und Außentüren	3.0	1.0
Obere Sohle	0.5	0.1 (+25 cm zusätzliche Isolierung)
Bodenplatte	0.5	0.5 (keine zusätzliche Isolierung, erdig)
Lüftung 1/h	0.5 (Schwerkraft)	0.5 (Wärmerückgewinnung η = 80 %)

 

Weitere Eingangsdaten

• Kältebrücken und Eindringen von Luft gemäß Berechnungsanweisung.
• Auslegungstemperaturen innen 21 °C und außen -26 °C
  
  

Heizlast, W	Alter Ausgangszustand	Zustand nach der energetischen Sanierung	Im Vergleich zum alten
1.OG	1304	429	33%
2.OG	1119	244	22%
3.OG	1604	353	22%

Fazit

- Wenn die alten Heizkörper beibehalten werden, würde der Raum im 1. Stock (Erdgeschoss) eine 50 % höhere relative Leistung (33 %/22 % = 1,50) benötigen als die Räume in den anderen Stockwerken. Die Vorlauftemperaturregelung, die Heizkurve, wird nach dem höchsten Energiebedarf eingestellt, d.h. nach dem Bedarf des Raumes im 1.OG. In diesem Fall werden andere Räume mit überhitztem Wasser versorgt, was zu einem ständigen Auf-Zu-Betrieb der Thermostate, zu Schwankungen der Raumtemperaturen und zu einem Ungleichgewicht des Heizungsnetzes führt.

- Unter dem Gesichtspunkt der Energieeffizienz und insbesondere beim Einsatz einer Wärmepumpe zur Wärmeerzeugung empfiehlt es sich, den unterdimensionierten Heizkörper im 1. Stock durch einen 50 % größeren und damit effizienteren zu ersetzen, damit die Vorlauftemperatur auf einem niedrigeren Heizkurvenniveau und für alle Heizkörper gleichmäßig geregelt werden kann.

Empfehlung

Das Heizungsnetz sollte neu dimensioniert und die Systemventile bei der Sanierung des Gebäudes mit dem Ziel eines nahezu Null-Energie-Gebäudes modernisiert werden. Es gibt mehrere Faktoren, die sich geändert haben: Heizlast, Wärmeverteilung, Temperaturniveaus und Volumenströme sowie möglicherweise eine neue Art der Wärmeerzeugung. In der Regel werden die Steigleitungen und die Übergabeleitungen gewartet, die Regelventile der statischen Leitungen durch automatische Differenzdruckregler entsprechend der neuen Dimensionierung ersetzt und die Heizkörper mit neuen voreingestellten Thermostatventilen ausgestattet.

Abb. 2. Ein richtig dimensionierter Heizkörper hat eine große Wärmeabstrahlungsfläche. Der Austausch des Heizkörpers wird vereinfacht, wenn die Verbindungsrohre von den Steigrohren zu den Heizkörperventilen erneuert werden.

In vielen Fällen werden alte Heizkörper durchgehend durch neue ersetzt. Auf diese Weise können die Auslegungstemperaturen sowohl für die Heizungsanlage als auch für die Wärmeerzeugung optimal gewählt werden. Wenn alle Wärmeüberträger im Gebäude gleichzeitig ausgetauscht werden, wird der zukünftige Austauschbedarf einzelner Heizkörper reduziert. Dies ist eine makroökonomische Lösung. Die neuen Heizkörper unterstreichen zudem die Ästhetik der Räume.

Empfohlene Auslegungstemperaturen des Heizkörpersystems

• Wärmepumpen 45/35/21 °C
• Brennkessel 55/45/21 °C
• Fernwärme 60/30/21 °C

Einige tabellarische Daten beziehen sich auf den Vergleich der Heizkörperleistung.

Abb. 3. Abhängigkeit des Heizkörperleistungsverhältnisses k von der Übertemperatur ΔT. Beispielsweise beträgt die Heizlast eines Heizkörpers in einem alten Gebäude 1304 W bei Temperaturen Tflow/Trtn/Tin = 80/60/21^oC (1), wobei ΔT = 48,3K ist. Nach der Renovierung beträgt der Wärmebedarf bei Referenzbedingungen 429 W oder 33 % des alten Heizkörpers. Gemäß dem Beispiel in der Abbildung, Punkte 1 bis 4, beträgt die neue Übertemperatur ΔT20,5K, womit die erforderlichen 429 W realisiert werden. Geeignete Temperaturen sind beispielsweise 50/35/21^oC (ΔT20,6 K) und 45/39/21^oC (ΔT20,9 K).
Der Referenzwert k = 1,0 für ΔT50K im Diagramm bezieht sich auf die Wärmeleistungskapazität des Heizkörpers, die gemäß der Norm EN 442 angegeben wurde.

Typ	10	11	20	21	22	30	33
Betriebsrate	1.00	1.59	1.75	2.12	2.64	2.40	3.63

Abb. 4. Leistungsverhältnisse von Panelheizkörpern je nach Heizkörpertyp. Die Typenbezeichnung beschreibt die Anzahl der wasserdurchströmten Heizplatten und Konvektionsblechen. Typ 21 bedeutet zum Beispiel, dass der Heizkörper zwei Heizplatten und zusätzlich ein Konvektionsblech hat. Zum Beispiel ist die Leistung des Typs 22 mit 2,64/1,59 = 1,67 mal höher als die Leistung des Typs 11 bei gleichen Breiten-/Höhenabmessungen.

Höhe	300	400	450	500	600	900
Betriebsrate	1.00	1.25	1.37	1.45	1.70	2.31

Abb. 5. Leistungsverhältnisse von Flachheizkörpern je nach Höhe. Zum Beispiel ist ein 600 mm hoher Heizkörper desselben Typs und derselben Breite 1,70 / 1,25 = 1,36 mal höher als ein 400 mm hoher Heizkörper. Die Leistung von Flachheizkörpern ist linear im Verhältnis zu ihrer Breite.

Die in den Abbildungen 3, 4 und 5 dargestellten Werte können für vorläufige Schätzungen herangezogen werden. Es ist jedoch ratsam, genauere Programme zur Leistungsberechnung zu verwenden, die z. B. von Heizkörperherstellern veröffentlicht werden.
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1. Zum Beispiel Informationen aus der Heizkurve und Betriebserfahrung.