2.1.1 Was heisst «richtig» bemessen?

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

Die vom Wärmeerzeuger zu erbringende Leistung setzt sich zusammen aus:

a  dem normgemässen Heizleistungsbedarf des Gebäudes,
 dem mittleren Leistungsbedarf des Warmwassersystems (Wohnbauten benötigen etwa 3 W/m2 EBF),
 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

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
Va mittlerer 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
ma mittlerer 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

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