Diese Anwendung berechnet Ihnen den Wärmeverlust von Teilen oder der gesamten Hülle der Wohnung bzw. Hauses um eine Abschätzung machen zu können, ob sich eine Investition lohnt.
Da es sich um eine von vielen Parametern abhängige Rechnung handelt, möchte ich im folgenden das Berechnungsverfahren schrittweise vorstellen.
Das entscheidende Element ist die Außenhülle. Das sind die Gebäudeteile, welche den beheizten Raum von dem unbeheizten Raum trennen. In der Tabelle können Sie den U-Wert und die Fläche von Teilen Ihrer Wände, Fenster, Türen eingeben, welche von außen direkt oder indirekt im Kontakt zu der Luft außerhalb des Gebäudes stehen. Bei einem Reihenhaus dürfen sie jedoch die Wand zum Nachbarn nicht mitzählen, sofern das Nachbarhaus geheizt wird und daher kein Wärmefluss zu erwarten ist.
Angenommen Sie haben ein Fenster mit der Fläche von 1m² welches einen U-Wert von 1 W/m²K aufweist, dann verlieren Sie bei einer mittleren Jahrestemperatur von 10°C, wie sie laut DWD z.B. in Aachen herrscht und einer Innentemperatur von 20°C in einer Stunde die Wärmeenergie von 10Wh. Die allgemeine Formel für den Wärmefluss lautet Energie = Fläche * U-Wert * Temperaturdifferenz.
Der Verlust klingt jetzt nicht viel, allerdings sind es hochgerechnet am Tag 240Wh und im Jahr 87,6kWh. Bei einem Heizwert von 11,4kWh/l entspricht dies ca. 7,7 Liter Heizöl. Heizt man mit trockenem Holz oder Pellets mit einem Heizwert von 4,5kWh/kg braucht man im Jahr 19,5 kg Holz. Die jeweilige Heizwerte wurden von Wikipedia entnommen. Bei diesem Beispiel wurde noch der Wirkungsgrad des Heizkessels vernachlässigt, welcher aber natürlich in die Berechnung einfliessen sollte.
Jetzt fragt man sich natürlich, ob es richtig ist mit einer mittleren Temperatur zu rechen oder ob nicht die Temperaturschwankungen aufgrund der Tages- oder Jahreszeiten ein Rolle spielt. Bleiben wir bei dem Beispiel und nehmen an, dass die Aussentemperatur im Winter an 4 Monaten des Jahres 0°C und im Sommer an 8 Monaten 15°C beträgt, so dass wieder eine mittlere Temperatur von 10°C herrscht. Der Wärmeverlust im Winter sind dann E=1m²*1W/m²K*20K*24h*121,7 = 58,4kWh und für den Sommer entsprechend E=29,2kWh. In Summe kommt man exakt auf denselben Wert von 87,6kWh wie bei der vorherigen Berechnung. Dies liegt allerdings daran, dass in diesem Fall die Aussentemperatur nie die Innentemperatur überschreitet.
Eine weitere Rechnung soll verdeutlichen, dass die Temperaturschwankungen sehr wohl eine Rolle spielen, sofern die Aussentemperatur die gewünschte Innentemperatur übersteigt.
Angenommen es hat wieder an 4 Monaten 0°C, an 4 Monaten 5°C und an 4 Monaten 25°C. Bei einer mittleren Temperatur von 10°C erhält man nun eine Gesamtenergieverlust von E=58,5kWh+43,8kWh+0kWh=102,2kWh, was einer Menge an 9 Liter Heizöl entspricht.
Das bedeutet, überall dort wo die Temperatur zeitweise die gewünschte Innentemperatur übersteigen kann, liefert die Rechnung mit der mittleren Jahrestemperatur zu geringe Verbrauchswerte.
Daher wird bei dieser Simulation mit einem Tagestemperaturverlauf und einer statistische Verteilung um den Mittelwert der Monatstemperatur gerechnet um realistische Verbrauchswerte zu bekommen. Entsprechende Wetterdaten für Deutschland wurden von wetter.de oder direkt den historischen Daten des deutschen Wetterdienstes (DWD) verwendet. Auch die Temperaturschwankung im Tagesverlauf und die Schwankungen der Extremwerte stammen von DWD. Diese Klimadaten können Sie natürlich bezüglich ihrem Standort anpassen. Zur einfachen Berechnung der Verbrauchswerte wurde für den Tagesverlauf der Außentemperatur ein Sinuskurve angenommen, welche zwischen mittleren Tiefst- und Höchsttemperaturen oszilliert.
Die Eingabe der thermischen Masse bzw. der Gebäudeteile, welche sich im beheizten Innenraum befinden, ist nicht unbedingt erforderlich. Im Vergleich zur Außenhülle spielt die thermische Masse eine geringere Rolle und kann abhängig vom Standort vernachlässigt werden. Der Einfluss ist von bestimmten Bedingungen abhängig die im Folgenden aufgeführt werden.
Die thermische Masse hat im wesentlichen zwei Auswirkungen. Vorausgesetzt man verwendet eine Nachtabsenkung um Energie zu sparen so führt die thermische Masse in der kalten Jahreszeit dazu, dass die Nachtabsenkungstemperatur mit Beginn der Nachtphase nicht erreicht wird, solange die thermische Masse noch Wärmeenergie abgeben kann. Aufgrund dessen ist die Temperaturdifferenz und damit der Wärmeverlust nach außen höher. Am Ende der Nachtphase entzieht die thermische Masse der erhöhten Luftinnentemperatur Energie, bis dieselbe Temperatur erreicht ist. In der Summe ist der Energieverbrauch daher mit thermischer Masse höher.
Die zweite Auswirkung der thermischen Masse kann im Sommer auftreten, Übersteigt in der warmen Jahreszeit die Außentemperatur die gewünschte Innentemperatur und ist keine Klimaanlage im Einsatz so steigt die Innentemperatur mit der Außentemperatur. Die Wärmeaufnahme der thermischen Masse führt aber zu einem langsamerem Anstieg der Innentemperatur, was ja in der Regel erwünscht ist. Umgekehrt wird die von der thermischen Masse aufgenommene Wärmeenergie abgegeben, sobald die Temperatur wieder fällt. Fällt die Außentemperatur unter die gewünschte Innentemperatur so verbraucht man effektiv in dieser Situation weniger Heizenergie. Dies Effekt ist besonders in Gegenden mit einer hohen Tag-Nacht Temperaturdifferenz wirksam.
Ein für die Verbrauchsrechnung nicht zu vernachlässigender Faktor ist der Luftaustausch, aufgrund von Zugluft oder Lüftung. Wichtig dabei ist die spezifische Wärmekapazität von Luft von 1,005 kJ/kgK bzw. 0,279 Wh/kgK und sein Gewicht von 1,29kg pro m³. Bei einem Luftaustausch von 10m³/h und einer Temperaturdifferenz von 10°C entspricht dies einem Wärmeverlust von E=0,279Wh/kgK * 10K * 10m³*1,29kg/m³h * 24h = 864Wh am Tag.
Der Vollständigkeit halber, kann auch der Energieverbrauch für die Warmwasserbereitstellung berücksichtigt werden. In vielen Fällen ist dafür dieselbe Anlage zuständig, welche auch Heizung des Gebäundes übernimmt.
Man beachte, dass laut Wikipedia der empfohlene Luftaustausch im Büro bei 30 m³/h pro Person liegt, was laut obiger Rechnung einem Wärmeverlust von 2,59kWh entspricht. Über eine bedarfsgeregelte Lüftung mit Wärmetauscher lässt sich der Wärmeverlust natürlich deutlich reduzieren.
Alle berechneten Werte sind ohne Gewähr und können leider vom tatsächlichen Verbrauch abweichen. Ein Vergleiche mit einem selbst genutzten Reihenmittelhaus ergaben allerdings eine Abweichung von kleiner 4% in den letzten 2 Jahren. Diese Genauigkeit erlaubt aus meiner Sicht eine realistische Simulation von Wärmedämmmaßnahmen.