Ermittlung der notwendigen Energie um die Raumtemperatur zu erhöhen

22.12.2019 Markus



Hallo allerseits!

Ich bin auf Eure Beiträge gestoßen, weil ich derzeit versuche, meine Heizungssteuerung zu optimieren. Beim Durchlesen der Beiträge habe ich den Eindruck gewonnen dass Ihr Euch wirklich auskennt. Darum hoffe ich, Ihr könnt mir auch helfen.

Hier mein Problem:

Ich weiß, dass man etwa 0,3 Wh benötigt, um 1m³ Luft um 1°C zu erwärmen, wenn man davon ausgeht, dass man keine Wärmeverluste bzw. Transmissionsverluste hat. Ich habe jetzt z. B. einen Raum mit den Abmessungen 2,8m x 4,1m x 2,5m. Das entspricht einem Volumen von 28,7m³. Möchte ich diesen Raum jetzt von 20°C auf 22°C in einer Stunde erwärmen (Verluste mal nicht berücksichtigt), benötige ich also 17,22W. Ist das soweit korrekt?

Zwei Seiten des Raums haben Kontakt zur Außenluft. Es handelt sich um einen Neubau. Der U-Wert der Mauer liegt bei etwa 0,16W/m²K, der der Fenster bei 0,83W/m²K. Die Fläche des Außenmauer abzgl. der Fenster ist 14,65m², die Fläche der Fenster ist 2,6m². Das Ergibt einen gesamten Wärmeverlust von 4,5 W/K.
Bei einem mittleren Temperaturunterschied von 21°C (Außentemperatur ist 0°C = 21K Untersch.) ergbit das also einen Wärmeverlust von 94,5W, in einer Stunde also 94,5Wh.

Möchte ich die aktuelle Temperatur halten, muss ich eine Wärmeleistung von 94,5W zuführen, um den Raum um die gewünschten 2°C in einer Stunde zu erwärmen, die oben berechneten 17,22W zusätzlich. Ergibt also 111,72Wh.

Ist mir soweit klar, aber ist das auch richtig?

Wenn ich aber jetzt z. B. um 20:00 Uhr die Heizung abdrehe (bei einer Raumtemperatur von 22°C) und für 12 Stunden deaktiviert lasse, die Außentemperatur wieder 0°C beträgt, kühlt der Raum um weniger als 2°C ab (1,6°C um genau zu sein, der Einfachheit halber nehme ich 2°C an).
Das bedeutet, dass ich in 12 Stunden Wärmeleistung von 111,72W verliere, also je Stunde durchschnittlich 9,31W.
Das ist jetzt der Teil, den ich nicht verstehe. Sollte ich nicht 94,5W je Stunde verlieren?

Um genau zu sein geht es um die Berechnung, ob das Absenken der Temperatur Nachts was bringt. Dazu folgendes Beispiel:

Um 8:00 Uhr beträgt die Raumtemperatur 22°C.
Diese Temperatur möchte ich bis 20:00 Uhr halten. Der Wärmeverlust lt. U-Wert ist ca. 100W.
Das Entspricht also 1200Wh.
Von 20:00 Uhr bis 7:00 Uhr ist die Heizung aus. In diesen 11 Stunden verliere ich z. B. 2°C, allerdings habe ich in dieser Zeit 0W Heizleistung.
Um 7:00 Uhr schalte ich die Heizung ein und heize bis 8:00 Uhr auf 22°C auf, entspricht also (gerundet) etwa 120Wh. Somit komme ich auf eine gesamte Heizarbeit von 1320Wh (1,32kWh).

Das gleiche Beispiel aber ohne die Heizung abzusenken. Die Heizung läuft also 24h durch und hält den Raum auf 22°C. Bei 100W Wärmeverlust (lt. U-Wert) komme ich also auf eine Wärmearbeit von 2400Wh (also 2,4kWh).

Wenn ich die Heizung also nachts abschalte, spare ich 1,08kWh, das Entspricht etwa 0,2kg Pellets. In 5 Tagen also 1kg --> in einer Heizsaison von etwa 180 Tagen sind das 36kg Pellets, was etwa € 8,- entspricht. Nur bei diesem kleinen Raum.

Kann meine Rechnung stimmen? Kommt mir irgendwie unrealistisch vor.

Bin echt auf Eure Antworten gespannt. Danke schon mal im Voraus.

LG Markus



Energierechnung



also ich bin kein Heizungsfachmann, habe mich aber schon mit solchen Dingen beschäftigt. Meine Erkenntnis ist, dass solche Rechnungen in der Theorie das Eine sind, die Praxis aber anders aussieht. Und die praktischen Gegebenheiten sind ja die entscheidenden. Bei Deinen Betrachtungen läßt Du ja verschiedene Parameter außer Acht, die aber wichtig sind, weil sie das Ergebnis wesentlich beeinflussen:
Als da wären:
- Baustoff der Wände und Art des Aufbaus
- Fensterzustand
- Windlast und Temperaturveränderungen
- Art der Heizung ( Konvektoren, Wand-oder Fußbodenheizung, Ofen etc.)
- Nutzungs- und Lüftungsverhalten ( meine Kinder lassen ständig die Türen auf)
- wie Du selber schreibst, läßt Du die Verluste außen vor, insbesondere die Systemverluste. Die rechnest mit 1,08 Kwh Heizenergie pro 0,2 kg Pellets, das ist der angegebene Energiegehalt. Aber Deine Anlage hat ja keine 100% Wirkungsgrad.
Als Beispiel:
In einem Haus habe ich 60cm Bruchsteinwände und Verbundfenster, Heizkörper und einen wassergeführten Küchenherd, der in einen 1000l Puffer einspeist ( als Grunderzeuger Öl). Ich habe über viele Jahre die Nachtabsenkung oder auch nicht beobachtet und mein Ergebnis ist, dass ich hier durchaus moderat absenken kann, momentan von 0.00 bis 5.00 Uhr, weil die Bruchsteinwände gut speicherfähig sind.Nebeneffekt der Absenkung ist, dass wenn ich spät abends den Herd nochmal hochfahre und den Puffer auf 80 grd aufheize, komme ich bis zum Morgenfeuer hin, ohne das der Ölkessel anspringt. Das natürlich nur bis ca -2grd AT. Dann schafft es auch der Puffer über Nacht nicht mehr.
Im anderen Haus habe ich 24-ger Ziegelwände mit WDVS mit 160 mm Mineralwolle. Dort ist die Speicherfähigkeit nicht so hoch, da macht es Sinn, nicht abzusenken. Die Räume kühlen nachts sehr aus, am Morgen benötige ich mehr Energie, um das System wieder auf 20 grd zu kriegen ( da kann man mal sehen, "wie guuut die Dämmung dämmt").
Es ist auch schwer, Erfahrungen in einem Jahr zu sammeln. Wie gesagt, ich habe 5 Winter probiert. Die Berechnungen bringen m.E. nicht viel. Ich kann mir vorstellen, dass es reizvoll ist, mit den Zahlenwerten zu jonglieren und das ist nützlich, um die Zusammenhänge der Wärmelehre zu erfassen und sicher wünschte man diese Passion auch viel mehr Nutzern des Forums.
Meine Negativerfahrungen mit beispielsweise einer Heizlastberechnung des Energieberaters und dem dann erfolgtem tatsächlichen Verbrauch sind vorhanden. Das ist in etwas so wie mit Verbrauchsangaben bei Neufahrzeugen.



du vergisst den Rest vom Haus



zum einen verliert der kühlere raum auch energie zu den anderen räumen und viel wichtiger: du musst nicht nur die luft wiederaufheizen, sondern die gesammte masse, welche ausgekühlt ist wieder aufheizen und da geht dann deine menge an energie hin.

pope hat es gut beschrieben.

in neubauten macht absenkung keinen sinn und kostet mehr energie fürs aufholheizen als beim absenken eingespart wird.
dann kommt es natürlich auch auf den wärmeerzeuger an.
mit Wärmepumpe ist aufholheizen noch unsinniger.

im HTD findest du sicher die ausführliche erklärung.( da ist geballtes heizungswissen am start).
gruß
micha



Wärmeverluste



Bei gut gedämmten Häusern sind die Wärmeverluste durch Lüftung viel größer als die der Flächen zu Außenluft.
Daher werden hier meist Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung empfohlen.

Nachtabsenkung rentiert sich kaum, wenn eh morgens wieder aufgeheizt wird und dann die Bewohner womöglich tagsüber wieder weg sind- zudem hängst sehr von der Wärmespeicherung der Raumflächen ab und wie schnell die Thernostate und das Heizsystem überhaupt zB auf externe Wärmegewinne oder die Heizungsregelung reagieren können.

Wärmere Räume wie Badezimmer oder kühlere Räume sollten ohnehin durch geschlossene Türen abgeschlossen und separat geregelt werden.

Wenn alle Verluste berücksichtigt werden sollen wird die Rechnung enorm aufwendig und schon bei kleinen Verhaltensänderungen der Bewohner wieder ungenau.
Falls die Rechnerei nicht nur eine intellektuelle Betätigung sein soll also nicht unbedingt sinnvoll.



Theorie und Praxis



Danke für Eure ausführlichen Antworten.

Da wir das Haus selbst gebaut haben, ist mir die Bausubstanz natürlich bekannt. Es handelt sich um 50er Ziegel, auch die Fenster sind in Ordnung (alles jetzt 8 Jahre alt). Es handelt sich um ein Niedrigenergie-Haus.

Die Verluste zu anderen Räumen kann man, denke ich, vernachlässigen, weil ja das ganze Haus abgesenkt wird. Außerdem habe ich bei der Berechnung großzügig gerundet, so dass die Verluste zu einem gewissen Teil berücksichtigt sind. Die 4,8kWh/kg Pellets sind nur ein theoretischer Wert, das ist schon klar. Aber darum geht's auch garnicht so. Ob es jetzt 0,2kg oder 0,15kg sind, ist nebensächlich. Es geht aber nicht um die 1,08kWh Heizenergie pro 0,2kg Pellets, sondern um 1,08kWh Heizenergie, die ich sparen kann.
Wie erwähnt, geheizt wird mit Pellets, in einen 1100l Puffer-Speicher, von dem aus die Fußbodenheizung gespeist wird. Da der Pellets-Ofen in den Puffer speist und nicht direkt in den Vorlauf, kann er immer (oder zumindest Großteils) im optimalen Wirkungsgradbereich betrieben werden.
Die Temperaturveränderung ist natürlich ein Argument. Allerdings muss ich dazu sagen, dass wenn die Außentemperatur -15°C beträgt, die Raumtemperatur in 12 Stunden nur um ca. 2,1°C fällt, wenn die Heizung ausgeschaltet ist.

Dass die Nachtabsenkung keinen Sinn macht, kann ich nicht glauben. Die Leistung, die benötigt wird um die Temperatur im Raum zu halten ist unter anderem auch von der Temperaturdifferenz abhängig. Beim besagten Raum (der aber auch nur als Beispiel dient) beträgt der Wärmeverlust ca. 6,8W/K. Jeder Raum wird einzeln über die Hausautomation geregelt. Wenn ich beim besagten Raum die Absenktemperatur auf 18°C einstelle (die aber nie erreicht werden), geht weniger Energie "verloren" als wenn der Raum 22°C hat. Wenn dann, wie Andreas gesagt hat, am Vormittag niemand zu Hause ist, kann das Absenken von 12 Stunden auf 18 ausgedehnt werden. In dieser Zeit verliere ich etwa 2°C. D.h. 18 Stunden wird gar nicht geheizt, der Wärmeverlust ist also erheblich geringer (bei 18°C 122W statt 149W bei 22°C).
Dazu möchte ich noch sagen, seit ich die Nachtabsenkung gemacht habe, brauchen wir etwa 400kg Pellets weniger im Jahr (natürlich nur ein ungefährer Wert, aber durchaus die Vergleichbarkeit der Heiztage und der Temperaturdifferenzen berücksichtigt). Aber das sind fast 12%.

Die Rechnerei ist nicht nur eine intellektuelle Betätigung, sondern etwas, das mich interessiert. Und wenn mich was interessiert, bin ich da schon pingelig ;o)
Das ganze mag vielleicht ein wenig nach Pfenningfuchserei aussehen, aber wenn ich bei einem Raum von 11,5m² 1kWh sparen kann, ist das bei einem Haus mit 190m² beheizter Fläche natürlich entsprechend mehr. Es geht auch weniger darum, was das in € ist - viel mehr darum, Energie sinnvoller und effizienter zu nutzen.



ok, pellets



und komplett FBH.
du schreibst, daß du 12% im jahr durch absenkung sparst.möglich.

wie warm werden die räume denn, wenn alle raumregler ganz offen sind?
du fährst doch noch mit einzelraumreglern?
ist die heizlast raumweise berechnet worden und wurde passend hydraulisch abgeglichen?
wie hoch lädst du den speicher?



Steuerung und Heizlast



Naja, ich schätze so ca. 25°C könnten erreicht werden, mit der aktuellen Vorlauftemperatur, ev. auch mehr. Ich hab das nie ausprobiert. Ich habe leider keine elektronische Regelung sondern nur eine digitale Steuerung mit 0,2°C Schaltdifferenz (bei 21,9°C wird eingeschaltet, bei 22,1°C wieder aus). Es hat aber jeder Raum ein eigenes Thermostat. Schlafzimmer und Gästezimmer sind nur auf 18°C, Kellerräume auf 17°C (werden bei Bedarf geheizt, aber über Heizkörper, nicht FBH). Hauseingang auf 19°C. Der Rest des Hauses ist eigentlich auf 22°C eingestellt.
Die Heizlast wurde nicht je Raum berechnet. Ich weiß nicht ob das nötig ist, da sowieso jeder Raum eine eigene Steuerung hat. Der hydraulische Abgleich wurde aber gemacht.
Der Puffer wird mit Pellets auf ca. 60°C erwärmt, weil der Puffer auch über ein Frischwassermodul das Nutzwasser erwärmt.
Wir haben zusätzlich noch eine thermische Solaranlage, die aber aufgrund der Dachneigung leider in den Wintermonaten nicht die volle Leistung bringt. Aber an einem schönen Winter-Tag erreicht der Puffer schon eine Temperatur von 85°C - 90°C. Das reicht dann (je nach Verschmutzungsgrad der Kinder) zwei bis drei Tage in denen der Pelletsofen nicht heizt.



oha, das volle programm



na mit pellets macht die solaranlage wenigstens sinn.
ist die friwa so klein dimensioniert, daß sie so hohe temperaturen braucht, oder ist das dem gesamtsystem geschuldet?
vermutlich auch noch Mischer und überströmventile drin zum runtermischen und die ERR abzufangen weil dauernd der volumenstrom abgewürgt wird.

ich behaupte aber mal ganz frech, daß man in dieser konstellation garkeine aussage darüber treffen kann, ob nachtabsenkung einsparungen von 12% im jahr gebracht hat.
zu viele variablen: wieviel sonne auf der thermie, warmwasserverbrauch, 18/19 der späte und milde winter...

kaum abzuschätzen.

hättest du ne niedrigtemperaturanlage ( große heizflächen, gut berechnet, ähnliche kreislängen) hätt ich gesagt: schmeiss die ERR raus, pass die heizkurve an und mach einen thermischen abgleich der räume.
das würde energie sparen und nachtabsenkung würde keinen vorteil bringen.
dein ganzes konzept ist auf die hohe speichertemp ausgelegt.

hier bin ich überfragt und eh kein profi.

aber nochmal zur eingangsfrage: du hast nur die energie zum luftaufheizen überschlagen.
wände, decken, böden , Möbel müssen aber auch wieder warm werden.
einen großen teil überträgt die FBH auch als strahlung , ohne direkt die luft aufzuheizen.



naja, neubau halt



ja, ich denke schon, dass sie sinn macht. während der sommer-monate, also eigentlich april bis september brauchen wir nicht ein kilo pellets.
die friwa ist ausreichend dimensioniert. dafür würden auch 45°C reichen. wir haben aber im bad (zusätzlich) und in den kellerräumen heizkörper. die werden mit ca. 50°C vorlauf angefahren. ein überstromventil brauche ich nicht, da die Pumpe abgeschaltet wird, wenn kein heizbedarf da ist (dass die pumpe läuft obwohl alle ventile zu sind, wiederstrebt mir etwas auch bzgl energieverschwendung). ansonsten regelt sich die pumpe abhängig vom durchflusswiderstand selbst.

klar, die aussage von 12% ist nur ein schätzwert. ich zeichne die daten seit etwa 8 jahren auf und habe versucht, vergleichbare jahre zu finden. natürlich sind die nie zu 100% vergleichbar und auch unserer gewohnheiten sind anders und die kinder sind älter, da hast du vollkommen recht.

die err ist auch ein wenig wegen des komforts rein gekommen. zum einen will ich die kellerräume (z. B. werkstatt) nicht permanent auf 22°C halten, wenn ich nur am we drinnen bin, zum anderen will ich nicht jedes mal am heizkreisverteiler rumfummeln, wenn es im raum zu kalt scheint.
ich habe bei der Planung unseres hauses viel mit unserem installateur über die nachtabsenkung diskutiert (vermutlich hab ich mich auch etwas unbeliebt gemacht), aber gewisse dinge will ich einfach verstehen. ich hatte eher das gefühl, er versucht mir einzureden, dass die nachtabsenkung keinen sinn macht, weil er die steuerung nicht umsetzen konnte. und nach all den recherchen bin ich zur überzeugung gekommen, dass es was bringt (weils auch von verschiedenen profis empfohlen wird). kann natürlich aber auch sein, dass ich komplett falsch liege.

klar, möbel, böden ... hab ich nicht berücksichtigt. dafür bin ich aber auch nicht schlau genug. wir haben nur festgestellt, 22°C raumtemperatur ist für uns meistens angenehm. darum komme ich auch zu meinen annahmen.

ich habe jetzt auch den versuch gestartet, dass wenn die solaranlage leistung bringt, die räume um 1°C (also auf 23°C) geheizt werden - im winter natürlich nur. an tagen, die nicht ganz so schön sind, bringt der kollektor "nur" 40°C bis 60°C (wie gesagt, unvorteilhafte dachneigung). wenn der puffer geladen ist, schaltet die kollektorpumpe ab, weil der kollektor nichts mehr bringt. so versuche ich die Wärme zusätzlich im haus zu speichern. schien mir eine gute idee - vielleicht aber völliger schwachsin. mal schauen obs was bringt.



Solarthermie



Wieviel qm hast Du denn auf dem Dach ? Vakuröhren oder Flachkollektoren ? Wir haben 15 qm und 1000l, aber auch an einem schönen Wintertag schafft es die Solaranlage gerade mal den Puffer zu halten, da kommen mir die 80-90 grd schon viel vor.



Vakuröhren oder Flachkollektoren



Ich glaube Flachkollektoren, bin mir aber nicht sicher. Wir haben 17m². An einem Sommertag dauerts etwa bis 13:00 Uhr bis die Steuerung abschaltet. Dann hat der Puffer zwischen 95°C und 98°C. Ein schöner Wintertag heißt bei mir aber auch 6-7 Stunden Sonne. Die Ausrichtung ist auch direkt nach Süden. Nur die Neigung ist nicht ideal. Wir haben nur 26° Dachneigung. Aber der Puffer ist nicht kalt bei uns. Der hat vom Vortag schon noch 45°C bis 50°C. Aber wir haben einen Schichtladepuffer. Also, wenn die Kollektortemperatur niedriger ist, wird im unteren Teil des Puffers eingespeist. So kann früher mit dem laden begonnen bzw. länger geladen werden.