Heizlast im Niedrigenergie- und Passivhaus

Die Berechnung der Heizlast bildet die Grundlage für die sachgerechte Dimensionierung von Heizungsanlagen und Systemen zur Warmwasserbereitung. Sie sollte mit größtmöglicher Genauigkeit erfolgen, um Über- oder Unterdimensionierungen und damit verbundene Effizienzverluste sowie unnötig hohe Investitions- und Betriebskosten zu vermeiden. Während bei konventionellen Gebäuden geringfügige Abweichungen häufig noch tolerierbar sind, wirken sich Berechnungsfehler bei Niedrigenergie- und Passivhäusern deutlich stärker aus: Hier sind Gebäudehülle, Anlagentechnik und Lüftungssysteme präzise aufeinander abgestimmt. Entsprechend erfordert die Heizlastermittlung eine fundierte und sorgfältige Herleitung. Durch die konsequente Minimierung von Transmissions- und Lüftungswärmeverlusten kommt das Passivhaus in der Regel sogar ohne klassische Gebäudeheizung aus.

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Historische Entwicklung und Definitionen

Noch bis in die 1980er-Jahre hinein wurden Heizungsanlagen nicht selten massiv überdimensioniert. Brennstoffe waren damals verhältnismäßig günstig, die Gebäudehüllen dafür energetisch schwach. Mit der ersten Wärmeschutzverordnung (WSchV 1977) und der Einführung des Niedrigenergiehauses in den 1990er-Jahren (Heizwärmebedarf < 70 kWh/m²a) rückte die Gebäudehülle zunehmend in den Fokus. Ein entscheidender Meilenstein war 1991 das erste sogenannte Passivhaus in Darmstadt. Hier wurde die Heizlast so weit reduziert (≤ 10 W/m²), dass die Zuluft der Lüftungsanlage als alleiniger Wärmeträger ausreichte. Eine klassische Heizung im Sinne eines wassergeführten Systems war damit überflüssig.

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Im Februar 2002 trat die Energieeinsparverordnung (EnEV) in Kraft und führte die bis dahin geltenden Anforderungen der Wärmeschutzverordnung (WSchV) und der Heizungsanlagenverordnung (HeizAnlV) zusammen. In mehreren Novellierungen wurden die energetischen Standards in den Folgejahren sukzessive verschärft, was sowohl die Dämmqualität der Gebäudehülle als auch die Anforderungen an die Anlagentechnik maßgeblich prägte und den zulässigen Wärmebedarf kontinuierlich reduzierte. Ende 2020 wurde die EnEV vom heute gültigen Gebäudeenergiegesetz (GEG) abgelöst. Vor dem Hintergrund steigender Energiepreise und klimapolitischer Zielsetzungen sind die verschärften Vorgaben folgerichtig; zugleich stehen heute vielfältige bau- und anlagentechnische Lösungen für energieeffiziente Gebäude zur Verfügung.

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Der Begriff Effizienzhaus wurde 2009 von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) eingeführt und beschreibt einen energetischen Standard für Wohngebäude im Vergleich zu einem Referenzgebäude nach den Vorgaben des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) – dieses entspricht dem Effizienzhaus 100. Ein Effizienzhaus 55 (EH55) darf demnach lediglich 55 Prozent des Primärenergiebedarfs dieses Referenzgebäudes aufweisen. Der Effizienzhausstandard formuliert damit einen relativen Kennwert. Demgegenüber definiert der Passivhausstandard absolute Grenzwerte, etwa für den flächenbezogenen Heizwärmebedarf oder die Heizlast, mit dem Ziel, den Wärmebedarf so weit zu reduzieren, dass eine konventionelle Gebäudeheizung entbehrlich wird.

Normen und Richtlinien

Für die korrekte Ermittlung der Heizlast müssen bei konventionellen Gebäuden das GEG in seiner aktuellsten Version sowie die DIN EN 12831-1: Energetische Bewertung von Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast - Teil 1: Raumheizlast angewendet werden. Grundlage ist hier die maximale Leistung am kältesten Tag des Jahres. Für Passivhäuser ist das Passivhaus-Projektierungspaket (PHPP) des Passivhaus Instituts in Darmstadt das entscheidende Planungswerkzeug. Im Gegensatz zur DIN EN 12831, die eher konservativ (ohne Berücksichtigung interner und solarer Gewinne) rechnet, bilanziert das PHPP diese Gewinne sehr genau. Dies verhindert eine Überdimensionierung, die etwa bei hocheffizienten Häusern oft zu ineffizienten Taktzyklen von Wärmepumpen führt. 

Merksatz:
Die DIN EN 12831 stellt sicher, dass es warm wird, das PHPP hingegen garantiert, dass das Gesamtsystem als Passivhaus funktioniert.

Heizlastberechnung nach PHPP

Der wesentliche Unterschied zwischen der Berechnung der Heizlast nach DIN EN 12831 und dem Passivhaus-Projektierungs-Paket liegt in der Herangehensweise und Detailtiefe:

• Verzicht auf Sicherheitszuschlag: Wo die konventionelle Heizlastberechnung als statisches Verfahren vom schlechtesten Fall ausgeht und somit die berechnete Heizlast oft höher ist als der tatsächliche Bedarf, bilanziert das Passivhaus-Verfahren dynamischer. Sicherheitszuschläge würden zu einer massiven Überdimensionierung führen, da die Heizlast maximal 10 W/m² betragen darf.
• Berücksichtigung interner und solarer Gewinne: Interne und solare Gewinne durch Fenster werden bei der konventionellen Berechnung meist ignoriert. Demgegenüber sind diese im Passivhaus integraler, fest einkalkulierter Bestandteil der Heizstrategie. Da das Haus so wenig Energie verliert, decken zwei brennende Kerzen oder ein laufender Computer bereits einen spürbaren Prozentsatz der Heizlast.
• Luftheizbarkeit als Grenze: Bei einem herkömmlichen Gebäude ist die Heizlast lediglich eine Zahl zur Wahl des Kessels. Beim Passivhaus ist sie ein funktionales Kriterium. Die Heizlast muss so niedrig sein, dass die notwendige Wärme allein über die hygienisch erforderliche Zuluft transportiert werden kann. Die physikalische Grenze der Luftkapazität liegt bei ca. 10 W/m². Steigt die berechnete Last zum Beispiel auf 12 W/m², ist es streng genommen kein Passivhaus mehr, da man zusätzliche Heizflächen (wie eine Fußbodenheizung) benötigen würde.
• Raumweise Berechnung: Eine pauschale Berechnung für das ganze Haus reicht nicht aus. Um thermischen Komfort zu garantieren, muss jeder Raum (insbesondere Bäder mit höherem Temperaturbedarf) einzeln betrachtet werden.
• Lüftungskonzept: In hocheffizienten Häusern machen die Lüftungswärmeverluste einen erheblichen Teil der Gesamtheizlast aus. Der Einsatz einer hocheffizienten Wärmerückgewinnung (WRG) ist essenziell und muss in die Berechnung einfließen.
• Wärmebrückenfreiheit: Planer müssen Details (Fensteranschlüsse, Bodenplatte) wärmebrückenfrei planen (Ψ ≤ 0,01 W/(mK)). Pauschale Zuschläge in der Heizlastberechnung führen sonst zu unnötig großen Heizgeräten.

Passivhaus-Projektierungspaket (PHPP)

Das Passivhaus-Projektierungspaket (PHPP) ist ein Excel basiertes Planungstool für Neubauten und Modernisierungen zur präzisen Berechnung des Energiebedarfs, der Heizlast und des sommerlichen Wärmeschutzes. Es liefert zudem den nötigen Nachweis für die Zertifizierung als Passivhaus, EnerPHit-Sanierung oder PHI Energiesparhaus (siehe Surftipps). 

Es berechnet u. a.:

• Heizwärmebedarf pro Jahr [kWh/(m²a)] und maximale Heizlast [W/m²]
• Sommerkomfort bei aktiver Kühlung: Kühlbedarf pro Jahr [kWh/(m²a)] und maximale Kühllast [W/m²]
• Sommerkomfort bei passiver Kühlung: Übertemperaturhäufigkeit [%]
• Bedarf an Erneuerbarer Primärenergie (PER) pro Jahr und Primärenergiebedarf (PE) aller Energiedienstleistungen im gesamten Gebäude [kWh/(m²a)]
• Abschätzung der jährlichen Gewinne an erneuerbarer Energie [kWh/(m²a)]

Die wichtigsten Rahmenbedingungen sind:

• Energiekennwert Heizwärme max. 15 kWh/(m²·a) oder Heizwärmelast max. 10 W/m²
• Drucktestluftwechsel n50 max. 0,6 h−1
• Energiekennwert der gesamten Primärenergie max. 60[15] kWh/(m²·a) inkl. Haushaltsstrom

Für Nichtwohngebäude zusätzlich:

• Energiekennwert Nutzkälte max. 15 kWh/(m²·a)
• allfällige Sonderbedingungen für vom kühl-gemäßigten Klima Europas abweichende Standortbedingungen und Sonderfälle der Gebäudenutzung

Standards in Europa und der Schweiz

Ein EU-Beschluss aus dem Jahr 2008 fordert den Passivhausstandard seit 2011 für alle Mitgliedstaaten. Seit 2020 müssen alle Neubauten als nearly zero energy buildings (NZEB, Nahe-Null-Energiehäuser) errichtet werden und zudem nahezu ausschließlich erneuerbare Energien nutzen. In der Schweiz werden Gebäude dieses Typs mit einem Label nach dem Minergie-P klassifiziert und zertifiziert.

Fachwissen zum Thema

Surftipps

• www.passivehouse.com  > zum Planungstool PHPP