Schnell zum passenden Heizsystem

Angesichts der Vielzahl von Möglichkeiten wird es für Anlagenbetreiber immer schwieriger, die richtige Entscheidung zu treffen – deshalb nimmt die Gegenüberstellung verschiedener Heizsysteme einen zunehmend hohen Stellenwert ein. Hinzu kommen Effizienzangaben, um beispielsweise Fördertöpfe zu nutzen, oder auch rechtliche Vorgaben. So ist beispielsweise für eine BAFA-Förderung die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe erforderlich, das EEWärmeG verlangt den Nachweis der Deckung des Wärmeenergiebedarfs durch regenerative Energien. Jede Solaranlage sollte vor dem Einbau simuliert werden – und ähnliches gilt für Wärmepumpen. An dieser Stelle sind der Fachplaner oder der Heizungsfachmann gefragt.

Softwareunterstützung beim Heizsystemvergleich

Mit entsprechenden Software­lösungen wie der Buderus-„Loga­soft Energieberatung“ können Aussagen zu Energieverbrauch, Betriebs­kos­ten und CO₂-Emissionen in Ein- und Mehrfamilienhäusern ge­troffen werden, ohne dass sie selbst aufwendige Berechnungen vornehmen müssen. In wenigen Schrit­ten kann das Einsparpotential durch die Modernisierung des Heizsystems ermittelt werden. Mit dem Programm lassen sich alle Vor- und Nachteile gegen­ein­ander abwägen, und die Ergebnisse des Vergleichs können abschließend ausgedruckt werden. Berechnungsgrundlage für die Energieberatung ist die Energieeinsparverordnung (EnEV). Die Berechnungen der Gebäude und der Anlagen beruhen dabei auf den offiziellen Normen, die beispielsweise auch für die Erstellung von Energieausweisen angewendet werden. Darüber hinaus können Fachfirmen das individuelle Nutzerverhalten einfließen lassen und lokale Klimadaten auswählen, um gemeinsam mit dem Anlagenbetreiber das geeignete Heizsystem zu finden.

Als Basis für den Vergleich verschiedener Anlagenvarianten wurde für diesen Beitrag ein Beispielgebäude definiert. Das im Jahr 1964 erbaute Mehrfamilienhaus mit drei Vollgeschossen mit jeweils 80 m² Grundfläche und je einer Wohneinheit, verfügt über einen unbeheizten Keller und ein nicht ausgebautes Satteldach. Derzeit sorgt ein Gas-Gebläsekessel Baujahr 1978 für Heizwärme und Warmwasser. Im Jahre 1995 wurde der Brenner ausgetauscht, zeitgleich die Gebäudehülle gedämmt. Bei einer nun anstehenden Modernisierung der Heizungsanlage möchte sich der Bauherr unabhängiger von fossilen Energien machen. Weil der Gasanschluss vorhanden ist, soll ein Gas-Brennwertkessel eingebaut wer­den – gegebenenfalls kombiniert mit einer Solaranlage oder einer Wärmepumpe.

Wenige Eingaben erforderlich

Zur schnellen Abschätzung des Gebäudes und damit zur Bestimmung des Heizwärmebedarfs werden die wichtigsten Eckdaten zur Gebäudegeometrie erfasst. Hierzu müssen lediglich die Art des Hauses und dessen architektonische Einbindung sowie die Grundrissform, Dachform, Baujahr, Grundfläche pro Geschoss und Anzahl der Vollgeschosse angegeben werden. Zudem kann man Dach- und Kellerbeheizung auswählen. Aus den Daten zum Dach und zum Keller sowie der Grundfläche je Geschoss und der An­zahl der Vollgeschosse ergeben sich die beheizte Wohnfläche sowie die Nutzfläche und das Gebäudevolumen.

Vielmehr wählt Das Programm wählt die U-Werte anhand der Baualtersstufe des Gebäudes für die einzelnen Bauteile wie Dach, Fenster oder Geschossdecken aus und übernimmt diese eigenständig in die Berechnung. Ist das Gebäude bereits gedämmt, so kann die entsprechende Dämmung den Bauteilen zugeordnet werden. Wenn keine Gebäudedaten vorliegen, kann ein passendes Gebäude aus den in der Software integrierten Gebäudetypologien gewählt werden. Die Software ermöglicht es, das Gebäude ganz­heit­lich darzustellen. Dazu gehört u.a. sowohl der individuelle Auf­stell­ort als auch die gewünschte Innenraumtemperatur. Der Brenn­stoffverbrauch wird darüber hinaus von Wärmeverlusten durch Lüftung oder Heizungsunterbrechung beeinflusst. Bei freier Lüf­tung über die Fenster sind vom Programm Luftwechselraten vorgegeben, diese können aber von Wohngebäude zu Wohngebäude variieren. Im Falle einer mechanischen Lüftung ist eine exakte Bestimmung der Lüftungsrate möglich und zur Bestimmung der Lüftungswärmeverluste auch erforderlich. Im Regelfall genügt es, die pauschal vorgegebene Lüftungsrate gemäß DIN 4108 Teil 6 anzusetzen. Um das Verhalten der Nutzer möglichst exakt abzubilden, werden Einflüsse wie z. B. die Nachtabsenkung oder Wochenendeabschaltung bei der Berechnung berücksichtigt.

Mit einer einfachen Maske kann nun schnell die bestehende Anlage erfasst werden. Dazu müssen Planer nur die wichtigsten Daten wie Wärme­erzeuger, Brennstoff und die Art der Warmwassererzeugung auswählen. Die Anlagenplanung kann, falls gewünscht oder erforderlich, in der detaillierten Erfassung verfeinert werden.

Nach der Eingabe der Anlagentechnik wird der unter Norm­be­dingungen zu erwartende jährliche Brennstoffverbrauch für Heizung und Warmwasser errechnet. Eine Randbedingung der Normberechnung ist z. B. eine Innenraumtemperatur von 19 °C. Sofern bekannt, kann der mittlere tatsächliche Brennstoffverbrauch der vergangenen Jahre eingegeben werden. Über diese Eingabe werden die Gegebenheiten an den jeweiligen Nutzer und dessen Gewohnheiten angepasst werden, so dass die ausgewiesenen Einsparungen sehr individuell für jeden Kunden berechnet werden können.

Im zweiten, für die Sanierung entscheidenden Schritt kön­nen mit Hilfe der „Logasoft Ener­gie­beratung“ mehrere Varianten verglichen werden. Dabei listet die Software die Buderus-Heiz­sys­teme auf, die für eine Moder­ni­sierung in Frage kommen. Auch zusätzliche Systemkompo­nen­ten wie eine thermische Solar­anlage, die entweder nur der Trinkwassererwärmung oder zusätzlich zur Heizungsunterstüt­zung dienen soll, oder eine Wärmepumpe können in die Auswahl einbezo­gen werden.

Mit Hilfe der Software lassen sich Gebäude exakt darstellen – so können ganz einfach auch unterschiedliche Wärmeerzeugerkonzepte verglichen werden. Das Programm bietet darüber hinaus vielfältige Möglichkeiten zur individuellen Bewertung aller umsetzbaren Sanierungsmöglichkeiten. Das Programm unterstützt also nicht nur bei der Konzeption der optimalen Heizungsanlage, sondern hilft auch bei der Betrachtung weiterer objektbezogener Einsparmaß­nah­men wie der Einsatz von hoch­effizienten Pumpen, der An­pas­sung der Systemtempera­turen und der Dämmung von Rohrleitungen. Somit lässt sich das optimale Einsparpotential einer Heizungsanlage über den Austausch des Wärmeerzeugers hinaus ermitteln.

Simulation einer
Solarthermieanlage

Hausbesitzer legen bei Bestandsgebäuden immer größeren Wert auf Einsparmaßnahmen, die energetisch sinnvoll ineinander greifen, wie z. B. Solarthermieanlagen. Bei Neubauten sind Systeme zur Nutzung regenerative Energie mit Inkrafttreten des EEWärme-Gesetzes in vielen Fällen bereits Pflicht. EDV-Simulationen von Solaranlagen gewinnen deshalb zunehmend an Bedeutung und werden von vielen Planungsbüros und Heizungsfachbetrieben bereits routinemäßig eingesetzt.

Mit der „Solarsimulation“ von Buderus lassen sich solarthermische Systeme unter realen oder unter EnEV-Randbedingungen berechnen. Die EnEV-Simulation ist anerkannt, und deren Ergebnisse können in die Software „Energieberatung“ übernommen werden. Der Anwender wählt zunächst aus acht Basisvarianten die für sein Projekt passende Lösung aus – beispielsweise Standard­sys­teme mit bivalentem Solarspeicher, mit Kombispeicher oder mit Pufferspeicher und Frischwasserstation. Durch eine Simulation können die solaren Erträge und Deckungsanteile für verschiedene Systeme wie zum Beispiel Solaranlagen mit zwei Verbrauchern – Trinkwassererwärmung mit Heizungsunterstützung oder Schwimmbadheizung – oder auch mit allen drei Verbrauchern ermittelt werden. Bei der Berechnung spielen die individuellen Gegebenheiten, z. B. das Wetter am gewählten Standort und da insbesondere die Sonneneinstrahlung oder der Bedarf an warmem Wasser für die Simulationsergebnisse eine große Rolle.

In diesem konkreten Modernisierungsfall werden im Solarpro­gramm zwei Vergleichsvarianten simuliert. In Variante 1 berechnet das Programm eine Solarthermie-Anlage mit drei Kollektoren und einer Fläche von 6,3 m² zur Trinkwassererwärmung und einem bivalenten Warmwasserspeicher „Logalux“ mit 290 l Inhalt. Alternativ wird in Variante 2 eine Solarthermieanlage mit vier Kollektoren und einer Kollektorfläche von 8,4 m² zur Trink­wasser­er­wärmung und Heizungsunterstützung mit einem Kombispeicher „Logalux PL750/2S“ mit 300 l Trinkwasserinhalt ausgewählt. Weil die Simulation als Grundlage für eine Berechnung nach DIN 4701 Teil 10 dienen soll, wird mit dem mittleren Standort Deutschland (Würzburg) gerechnet.

In übersichtlichen Schritten können die relevanten Anlagendaten wie Temperaturen, Warmwasserverbrauch, Eigenschaften des Speichers, Heizwärmebedarf im Falle von solarem Heizen und Heizkreisauslegung sowie Angaben für konventionelle Energie und Betriebsweise für die Schwimmbadbeheizung zusammengestellt werden. So lässt sich ein passendes System mit maximalem solaren Gewinn konfigurieren, außerhalb einer EnEV-Berechnung sogar in Abhängigkeit der jeweils vorgegebenen Wetterdaten. Zur Veranschaulichung können alle relevanten Daten und Ergebnisse ausgedruckt und für das Beratungsgespräch genutzt werden. Die übersichtliche graphische Darstellung von Solarerträgen, Wirkungsgraden und Deckungsraten hilft bei der Entscheidungsfindung.

Mit Hilfe der Simulation lässt sich eine Solarthermie-Anlage ener­getisch optimal auslegen. Dabei ist der maximale Kundennutzen sichergestellt, weil jede Anlage individuell an die örtlichen und persönlichen Bedingungen angepasst wird.

Simulation einer Wärmepumpenanlage

Die Möglichkeit, anstelle der Solaranlage eine Wärmepumpe einzubauen, kann mit Hilfe der „Logasoft Wärmepumpenauslegung“ dargestellt werden. Das Programm liefert alle notwendigen Angaben zur Bilanzierung, Deckungsanteil, Amortisation, Verbrauch, Hydraulikschaubild und Materialstückliste sowie die Jahresarbeitszahl. Auch für die Wärmepumpenauslegung sind als wichtige Parameter für die Simulation der Standort und dessen Klima sowie bestimmte Gebäudeeckdaten (Gebäudeart, Gebäudegeometrie, Anzahl Geschosse) nötig, die zur Ermittlung des Wärmebedarfs und der Gebäudeheizlast dienen. Die Heizlast für Warmwasser ergibt sich im Wesentlichen aus der Anzahl der Bewohner. Für die weitere Auslegung nutzt das Programm optimal konfigurierte und geprüfte Hydrauliken. Die Vorlauftemperaturen der Heizungsanlagen werden ebenfalls berücksichtigt, da sie entscheidenden Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe haben. Die verschiedenen, in der gewählten Hydraulik dargestellten Hauptkomponenten werden dann soweit möglich vom Programm selbst ausgelegt. So ist die optimale Abstimmung einzelner Komponenten wie die Größe der Speicher sicher möglich.

In der Zusammenfassung erhält man nun zunächst die Ergebnisse der Berechnung nach VDI 4650 – insbesondere die für die Wärmepumpe und deren Förderung wichtige Jahresarbeitszahl. Die Jahresarbeitszahl ist das Maß für die Effizienz einer Wärmepumpenanlage. Sie sagt aus, wie viel Heizwärme im Verhältnis zum eingesetzten Strom von der Wärmepumpe im Laufe eines ganzen Jahres erzeugt wurde. Die VDI 4650-Richtlinie kann und soll von daher eine ausführliche Simulationsrechnung nicht ersetzen. Äußere Einflüsse, wie Witterung etc., können dazu führen, dass die tatsächliche Jahresarbeitszahl deutlich von der nach VDI 4650 ermittelten Jahresarbeitszahl abweichen kann. Deswegen kann die Wärmepumpenanlage abschließend durch Simulation inklusive einer dynamischen Wirtschaftlichkeitsbetrachtung bewertet werden.

Für den Vergleich kann nun auch diese Anlage in der Energie­be­ratung angelegt werden – das heißt, im ersten Schritt in der de­taillierten Erfassung mit den beiden Wärmeerzeugern Brenn­wert­kes­sel und Luft/Wasser-Wärmepumpe. Nachdem im kon­kre­ten Fall die „Logasoft Wärmepumpenauslegung“ ausgibt, dass der Deckungsanteil der Wärmepumpe 100 % beträgt und somit der Brennwertkessel sogar entfallen kann, wird auch die Variante „ausschließlich mit einer Wärmepumpe“ berechnet. Anschließend kön­nen mit der Logasoft Energieberatung im Kundengespräch alle Varianten gegenübergestellt und die individuell optimale Sys­tem­lösung aufgezeigt werden.

Fazit

Planungsprogramme erleichtern Heizungsfachfirmen und Planern die tägliche Arbeit. Sowohl für den Neubau als auch bei einer Heizungsmodernisierung können komplette Anlagen und Systeme konkret berechnet und im Ergebnis dargestellt werden. Die einzelnen Schritte sind leicht verständlich aufgebaut, so kann der Anlagenbestand ebenso schnell erfasst werden wie die Daten von Neuanlagen. Moderne Programme zur Planungsunter­stüt­zung stellen graphisch die Brennstoffeinsparung sowie die Betriebs- und Energiekos­tenersparnis dar – so sind auf einen Blick die Vorteile einer Heizungserneuerung erkennbar und der Ver­gleich verschiede­ner Varianten möglich. Mit solchen Berechnungs­pro­gram­men kann der Endkunde schnell und kompetent beraten werden, die endgültige Entscheidung wird ihm damit zwar nicht aus der Hand genommen, die Soft­ware kann aber als Entscheidungshilfe dienen und zwischen wirtschaftlichen oder ökologi­schen Herangehensweisen bei der Inves­ti­tions­entscheidung in andere Tech­nik abwägen.