Heizkörper berechnen

Über die Berechnung von Heizkörpern

Mit diesem Rechner können Sie den Heizkörper berechnen, die Auslegungs-Heizlast eines Raums bestimmen und daraus die erforderliche Anzahl von Heizkörpersektionen oder kompletten Heizkörpern ableiten. Die Berechnung berücksichtigt Raumgröße, Außenwände, Fenster, Außentür, Decke, Boden, Luftwechsel sowie Innen- und Außentemperatur. So lassen sich Watt und Leistung pro Raum für Aluminium-, Bimetall-, Stahl- und Gussheizkörper anhand von Fläche, Volumen, Dämmung und Systemtemperaturen bestimmen.

Nach der Ermittlung der erforderlichen Heizleistung wird die Nennleistung des Heizkörpers an die gewählte Vorlauf- und Rücklauftemperatur angepasst. Das Ergebnis wird in W, kW und BTU/h sowie als spezifische Heizlast pro 1 m² Bodenfläche und pro 1 m³ Raumvolumen ausgegeben.

Richtwerte und Empfehlungen

Raumgeometrie und Außenwände

Bodenfläche und Raumvolumen. Die Bodenfläche wird aus der Raumlänge L und der Breite B berechnet. Für das Raumvolumen wird zusätzlich die Raumhöhe H berücksichtigt:

A = L × B

V = L × B × H

Die Abmessungen werden in Metern eingegeben. Dadurch ergibt sich die Fläche A in m² und das Volumen V in m³.

Fläche der Außenwände. Bei einem rechteckigen Raum wird die tatsächliche Länge der ausgewählten Außenwände verwendet. Sind die Außenwände beispielsweise 6 m und 4 m lang, beträgt der berechnete Außenumfang 10 m. Sind alle vier Wände Außenwände, wird der gesamte Raumumfang verwendet. Gibt es keine Außenwand, werden die Wärmeverluste durch Wände, Fenster und Außentür mit null angesetzt.

Die Bruttofläche der Außenwände ergibt sich aus dem Außenumfang multipliziert mit der Raumhöhe. Anschließend werden Fensterfläche und angenommene Fläche der Außentür abgezogen:

Awall = Pext × H - Awindow - Adoor

Fenster und Türen werden dadurch nicht zusätzlich als Wandfläche berücksichtigt. Ist ihre gemeinsame Fläche größer als die vorhandene Außenwandfläche, wird kein Ergebnis berechnet, bis die Eingabedaten korrigiert wurden.

Wärmeverluste durch Bauteile

Berechnungsprinzip. Die Wärmeverluste durch Wände, Fenster, Außentür, Decke und Boden werden aus der Fläche des Bauteils, dem gewählten Wärmedurchgangskoeffizienten und der Temperaturdifferenz zwischen innen und außen bestimmt:

Q = U × A × ΔT

Dabei ist Q der Wärmeverlust in W, U der Wärmedurchgangskoeffizient oder effektive Berechnungskoeffizient in W/(m²·K), A die Fläche in m² und ΔT die Temperaturdifferenz in K. Eine Temperaturdifferenz in K hat denselben Zahlenwert wie die entsprechende Differenz in °C.

Außenwände. Für die vereinfachten Dämmstufen werden folgende Koeffizienten verwendet:

• schwache Dämmung / älteres Gebäude - U = 1,30 W/(m²·K);
• mittlere Dämmung - U = 0,60 W/(m²·K);
• gute Dämmung / modernes Gebäude - U = 0,25 W/(m²·K).

Fenster. Für die gesamte eingegebene Fensterfläche wird ein einheitlicher Koeffizient verwendet:

• ältere Fenster mit hohen Wärmeverlusten - U = 2,80 W/(m²·K);
• moderne Fenster mit Doppelverglasung - U = 1,40 W/(m²·K);
• moderne energieeffiziente Fenster - U = 0,90 W/(m²·K).

Außentür. Da keine individuellen Türmaße eingegeben werden, verwendet der Rechner typische Berechnungsflächen und U-Werte:

• gedämmte einflügelige Außentür - 2,0 m², U = 1,40 W/(m²·K);
• gedämmte zweiflügelige Außentür - 4,0 m², U = 1,40 W/(m²·K);
• ungedämmte Außentür - 2,0 m², U = 3,00 W/(m²·K);
• verglaste einflügelige Außentür - 2,0 m², U = 1,60 W/(m²·K);
• verglaste zweiflügelige Tür oder Terrassentür - 4,0 m², U = 1,60 W/(m²·K).

Decke und Boden

Decke. Der Wärmeverlust wird über die gesamte Raumfläche berechnet. Befindet sich darüber ein beheizter Raum, wird der Koeffizient mit 0 angesetzt. In den übrigen Fällen wird U = 0,18 W/(m²·K) für ein gut gedämmtes Dach oder einen gut gedämmten Dachboden verwendet, U = 0,35 für mittlere Dämmung und U = 0,90 für schwache Dämmung oder einen kalten Dachboden.

Boden. Der Rechner verwendet vereinfachte effektive Koeffizienten, die die gesamte thermische Qualität der unteren Raumbegrenzung darstellen und nicht nur das Material der Bodenkonstruktion:

• beheizter Raum darunter - 0;
• unbeheizter Keller oder Garage darunter - 0,35 W/(m²·K);
• gute Bodendämmung - 0,20 W/(m²·K);
• mittlere Bodendämmung - 0,40 W/(m²·K);
• schwache oder keine Bodendämmung - 0,80 W/(m²·K).

Bei dieser vereinfachten Berechnung werden diese Werte auf die gesamte Bodenfläche und die vollständige Temperaturdifferenz zwischen innen und außen angewendet.

Luftwechsel und Infiltration

Lüftungswärmeverlust. Die zum Erwärmen der einströmenden Außenluft benötigte Wärme wird aus dem Raumvolumen V und der Luftwechselrate n berechnet:

Qair = 0,34 × n × V × ΔT

Der Koeffizient 0,34 entspricht der volumetrischen Wärmekapazität der Luft, wenn der Volumenstrom in m³/h angegeben wird. Die Luftwechselrate n gibt an, wie viele Raumvolumina pro Stunde durch Außenluft ersetzt werden. n = 0,5 bedeutet beispielsweise, dass innerhalb einer Stunde eine Luftmenge einströmt, die der Hälfte des Raumvolumens entspricht.

Der Rechner bietet die Werte 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,5 und 2,0 h^-1. Ein Wert von etwa 0,5 h^-1 wird häufig als allgemeiner Richtwert für einen typischen Wohnraum verwendet. Niedrigere Werte stehen für einen geringen Luftwechsel, während 1,0 h^-1 und mehr auf intensivere Lüftung oder stärkere Infiltration hinweisen.

Gesamter Wärmeverlust des Raums

Gesamte Heizlast. Alle berechneten Wärmeverlustanteile werden addiert:

Qtotal = Qwall + Qwindow + Qdoor + Qceiling + Qfloor + Qair

Der resultierende Wert Q_total entspricht der erforderlichen Auslegungsleistung der Heizkörper in W. Zusätzlich werden die spezifische Last Q_total/A in W/m² und die volumetrische Last Q_total/V in W/m³ berechnet. Für die Umrechnung in BTU/h gilt 1 W = 3,41214 BTU/h.

Anpassung der Heizkörperleistung

Nennleistung. Die Heizkörperleistung wird üblicherweise für eine definierte Temperaturdifferenz angegeben. Der Rechner verwendet die Nennleistung bei ΔT = 50 K als Referenz. Wenn die Herstellerangabe für das konkrete Heizkörpermodell bekannt ist, sollte dieser Wert verwendet werden.

Als anfängliche Richtwerte gelten 170 W pro Sektion für einen Bimetallheizkörper, 150 W für einen Aluminiumheizkörper, 120 W für einen Gussheizkörper und 1000 W für einen kompletten Stahlheizkörper. Diese Werte können geändert werden.

Mittlere Temperaturdifferenz. Aus der gewählten Vorlauftemperatur T_s, Rücklauftemperatur T_r und Raumlufttemperatur T_i wird die mittlere Temperaturdifferenz bestimmt. Unter normalen Bedingungen wird das arithmetische Mittel verwendet:

ΔTm = (Ts + Tr)/2 - Ti

Fällt das Verhältnis (Tr - Ti)/(Ts - Ti) unter 0,7, wird stattdessen die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz verwendet:

ΔTm = (Ts - Tr) / ln((Ts - Ti)/(Tr - Ti))

Leistungskorrektur. Die Nennleistung P₅₀ wird mit folgender Potenzfunktion auf die tatsächlichen Betriebstemperaturen umgerechnet:

P = P50 × (ΔTm/50)1,3

Der Exponent 1,3 wird als durchschnittlicher Wert für typische Heizkörper verwendet. Bei niedrigeren Systemtemperaturen ist die effektive Leistung eines Heizkörpers oder einer Sektion daher geringer als die Nennleistung bei ΔT50.

Anzahl der Heizkörpersektionen. Bei Gliederheizkörpern wird die gesamte Heizlast durch die korrigierte Leistung einer Sektion geteilt. Bei einem Stahlheizkörper wird die Leistung des kompletten Heizkörpers verwendet. Das Ergebnis wird immer auf die nächste ganze Zahl aufgerundet:

N = ceil(Qtotal/P)

Die Gesamtleistung der ausgewählten Anzahl von Heizkörpern oder Sektionen beträgt N × P und liegt damit nicht unter dem berechneten Wärmeverlust des Raums.

Zugehörige europäische Normen

EN 12831-1 „Energetische Bewertung von Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast - Teil 1: Raumheizlast“. Diese Norm steht im Zusammenhang mit der allgemeinen Berechnung von Transmissions- und Lüftungswärmeverlusten. Der Rechner verwendet eine vereinfachte Form dieser Grundsätze mit vordefinierten repräsentativen Koeffizienten.

EN ISO 6946 „Bauteile - Wärmedurchlasswiderstand und Wärmedurchgangskoeffizient - Berechnungsverfahren“. Diese Norm beschreibt die Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten U von Bauteilen. Im Rechner wird anstelle des detaillierten Aufbaus jeder einzelnen Schicht eine repräsentative Dämmstufe ausgewählt.

EN 442-1 „Radiatoren und Konvektoren - Teil 1: Technische Spezifikationen und Anforderungen“. Diese Norm betrifft die Angabe und Bestimmung der Wärmeleistung von Heizkörpern. Für eine möglichst genaue Heizkörperberechnung sollte die Nennleistung des tatsächlich verwendeten Modells bei ΔT50 eingegeben werden.

FAQs

Warum unterscheidet sich die berechnete Heizkörperleistung von der Nennleistung?

Die Nennleistung eines Heizkörpers wird üblicherweise für eine definierte Temperaturdifferenz wie ΔT50 angegeben. Sind Vorlauf- und Rücklauftemperatur niedriger, sinkt die Temperaturdifferenz zwischen Heizkörper und Raumluft und damit auch die tatsächliche Wärmeleistung. Der Rechner berücksichtigt diese Korrektur automatisch.

Warum ist es wichtig, die tatsächlichen Außenwände auszuwählen?

Bei einem rechteckigen Raum können die einzelnen Wände unterschiedlich lang sein. Eine 6 m lange Außenwand besitzt bei gleicher Höhe und Dämmung eine größere wärmeübertragende Fläche als eine 4 m lange Wand. Die Auswahl der tatsächlichen Außenwände liefert deshalb eine genauere Heizkörperberechnung als die bloße Angabe ihrer Anzahl.

Welche Luftwechselrate sollte ich verwenden?

Ein Wert von 0,5 h^-1 ist ein sinnvoller Ausgangspunkt für einen typischen Wohnraum. Werte um 0,3 stehen für einen geringen Luftwechsel, während 0,8-1,0 und mehr eher bei intensiverer Lüftung oder deutlicher Außenluftinfiltration passen.

Sollte ich zusätzlich Heizkörpersektionen als Reserve einplanen?

Der Rechner rundet die erforderliche Anzahl von Heizkörpersektionen oder kompletten Heizkörpern bereits nach oben auf. Dadurch liegt die installierte Leistung nicht unter dem berechneten Wärmeverlust. Eine zusätzliche pauschale Reserve ist normalerweise nicht erforderlich, wenn Temperaturen, Dämmung und Nennleistung des Heizkörpers realistisch angegeben wurden.

Warum werden bei niedrigeren Wassertemperaturen mehr Heizkörpersektionen benötigt?

Niedrigere Vorlauf- und Rücklauftemperaturen verringern die Temperaturdifferenz zwischen Heizkörper und Raumluft. Derselbe Heizkörper gibt bei 55/45 °C deshalb deutlich weniger Wärme ab als bei 75/65 °C. Um dieselbe Heizlast abzudecken, werden mehr Sektionen oder ein Heizkörper mit höherer Nennleistung benötigt.