Hydraulischen Abgleich selber machen – Schritt 4: Heizkörperleistung berechnen

Im vierten Schritt der Serie „Hydraulischen Abgleich selber machen“ werden wir von den vorhandenen Heizkörpern die Heizkörperleistung berechnen. Die Heizkörperleistung benötigen wir, um festzustellen, ob die installierten Heizkörper bei den gewünschten Systemtemperaturen ausreichend dimensioniert sind. Weiterhin können wir mit den ermittelten Heizkörperleistungen und den ermittelten Raumlasten im nächsten Schritt die notwendigen Volumenströme und Voreinstellungen der jeweiligen Heizkörper ermitteln.

Ermittlung der Heizkörperleistung

Im nachfolgenden Abschnitt zeige ich euch zunächst, wie ihr die Heizkörperleistung händisch ermitteln könnt. Später zeige ich euch in diesem Artikel anhand eines Beispiels den Online-Heizkörperrechner vom Bundesverband Wärmepumpe e. V., womit ihr einfach online die Heizkörperleistungen für Flachheizkörper, Gussradiatoren, Stahlrohr- und Stahlradiatoren berechnen könnt.

Händische Berechnung der Heizkörperleistung

Falls ihr die Heizkörperleistungen eurer Heizkörper kennt (z.B. aus Produktkatalogen oder Herstellerunterlagen), könnt ihr die einzelnen Schritte in diesem Abschnitt überspringen. Ihr braucht lediglich die bekannten Leistungsdaten, mit dem folgend ermittelten Umrechnungsfaktor zur „Heizkörpernormleistung“, auf eure gewünschte Systemtemperatur umrechnen.

Da in unserem Beispielgebäude keine Daten oder Produktinformationen zu den vorhandenen Heizkörpern vorliegen, werden wir die Heizkörperleistungen der einzelnen Heizkörper berechnen.

Hinweis: Da nicht in jedem Gebäude die gleichen Heizkörpertypen wie in unserem Beispiel verbaut sind, habe ich in dem folgenden Artikel für jede Heizflächenart eine „händische“ Beispielrechnung durchgeführt: Berechnung von alten Heizkörpern im Bestand.

Bevor wir die Heizkörperleistung berechnen können, ist es notwendig, den Umrechnungsfaktor für die sogenannte Heizkörpernormleistung zu ermitteln.

Umrechnungsfaktor für Heizkörpernormleistung ermitteln

In der Heizkörpernorm DIN EN 442 wird für die Heizkörpernormleistung (Normwärmeleistung), welche durch anerkannte Prüfstellen für jeden Heizkörper ermittelt wird, mit den Systemtemperaturen 75/65/20 berechnet (Vorlauf 75 °C, Rücklauf 65 °C und Raumtemperatur 20 °C).

Da wir in unserem Heizsystem jedoch eine Systemtemperatur von 75/55/22 anstreben (siehe Schritt 3 der Serie „Hydraulischen Abgleich selber machen“), müssen wir eine Umrechnung auf diese Temperaturen durchführen. Die Umrechnung erfolgt über die logarithmische Übertemperatur mit Normtemperaturen sowie der logarithmischen Übertemperatur mit Betriebstemperaturen. Dafür benötigen wir lediglich die bereits erwähnten Systemtemperaturen und setzen diese in die folgende Formel ein. Die darin stehenden Faktoren stehen für:

• – logarithmische Übertemperatur
• – Vorlauftemperatur
• – Rücklauftemperatur
• – Lufttemperatur

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Mit dieser Formel können wir nun die logarithmischen Übertemperatur vom „Betriebsfall“ (75/55/22) und vom „Normfall“ (76/65/20) berechnen. Zunächst berechnen wir die logarithmische Übertemperatur für Betriebstemperaturen (75/55/22) und erhalten 42,2 Kelvin:

Nun berechnen wir die logarithmische Übertemperatur für Normtemperaturen (75/65/20) und erhalten 49,8 Kelvin:

Mit den ermittelten Übertemperaturen für Betriebsfall von 42,2 Kelvin und Normfall von 49,8 Kelvin können wir jetzt den Faktor (f) für die Ermittlung der Heizkörperleistung berechnen. Dieser ergibt sich aus der folgenden Formel:

Setzen wir die ermittelten Übertemperaturen in die Formel ein, erhalten wir als Faktor f=0,847, welcher für die weiteren Berechnungen verwendet wird.

Für verschiedene Heizkörper die Heizkörperleistung berechnen

In unserem Beispielgebäude sind Flachheizkörper, ein Handtuchheizkörper und eine Fußbodenerwärmung verbaut. Für die Berechnung der Heizkörperleistung im Betrieb (auch Betriebswärmeleistung genannt) benötigen wir die Normwärmeleistung der Heizkörper, unseren ermittelten Umrechnungsfaktor f und den Heizkörperexponenten n.

Normwärmeleistung : Wärmeleistung eines Heizkörpers, der unter genormten Bedingungen und den Systemtemperaturen 75/65/20 ermittelt wird. Erhalten wir aus Datenblättern oder wird überschlägig berechnet.

Umrechnungsfaktor f: Ermittelter Umrechnungsfaktor zur Berechnung der Betriebswärmeleistung. In unserem Beispiel 0,847.

Heizkörperexponent n: Der Heizkörperexponent n beschreibt, wie effektiv ein Heizkörper Wärme abgibt, abhängig von seiner eigenen Temperatur im Vergleich zur Raumtemperatur. Ein niedriger Wert nahe 1 bedeutet, dass die Wärmeabgabe sehr effizient und vorhersehbar ist. Höhere Werte bedeuten, dass diese Beziehung weniger direkt und damit weniger effizient ist. Die Heizkörperexponenten der verschiedener Heizkörper findet ihr im Bericht von DeltaQ – Heizflächenarten (Recknagel Sprenger.

Berechnung der Flachheizkörper

Ich werde mit der Berechnung der Flachheizkörper beginnen und eine Beispielrechnung für den Heizkörper Nr. 1 im Vorraum durchführen. Es handelt sich dabei um einen profilierten Plattenheizkörper mit folgenden Maßen:

• Heizkörpertyp: Ventilheizkörper PKP 21
• Tiefe: 80 mm
• Höhe: 500 mm
• Breite: 800 mm
• Ventil voreinstellbar: Ja
• Typ: Danfoss

Im ersten Schritt der Berechnung gehen wir in den Bericht von DeltaQ – Heizflächenarten (Recknagel Sprenger) und suchen nach der Tabelle mit den Normwärmeleistungen für senkrecht profilierte Flachheizkörper. Diese befindet sich in unserem Beispiel auf Seite 3 – Tafel 0-1 (siehe Abbildung 1).

Wie ihr schnell feststellen werdet, gibt es in dieser Tabelle keinen Heizkörper mit der Tiefe von 80 mm. Ich habe mich daher dazu entschlossen, den Wert für den Typen 21 zu nehmen, welcher 100 mm entspricht. Somit kommen wir mit den genannten Werten zu einer Heizkörperleistung von 1.212 W/m und einem Heizkörperexponenten von 1,3.

Da sich die Normwärmeleistung auf Watt pro Meter [W/m] bezieht, müssen wir in der Berechnung die Heizkörperbreite B [m] von 0,8 m berücksichtigen. Die Berechnung der Betriebswärmeleistung ergibt sich aus der folgenden Formel:

Wenn wir nun die ermittelten Werte eingeben erhalten wir eine Betriebswärmeleistung von 781,3 W

Vergleichen wir nun die ermittelte Raumheizlast des Vorraums (siehe Schritt 2 der Serie hydraulischen Abgleich selber machen) von 630 W mit der ermittelten Heizkörperleistung von 781,3 W, sehen wir, dass die Betriebswärmeleistung bei den gewünschten Systemtemperaturen von 75/55/22 ausreicht.

Nachfolgend habe ich alle Flachheizkörper für unser Beispielhaus berechnet und in Tabelle 1 hinterlegt. Während der Berechnung der Flachheizkörper mit den Systemtemperaturen 75/55/22 ist mir sehr schnell aufgefallen, dass ca. 90 % der Heizkörper weit überdimensioniert sind. Daher habe ich probehalber auch die Heizkörperleistung bei einer Systemtemperatur von 70/50/22 berechnet. Interessanterweise war auch hier die Heizkörperleistung bei ca. 80 % der Heizkörper ausreichend. In Tabelle 1 sind alle Leistungen der Flachheizkörper für die beiden Systemtemperaturen (75/55/22 und 70/50/22) hinterlegt.

Hinweis: Bei Heizkörper 3 handelt es sich um einen glattwandigen Flächheizkörper.

Berechnung des Handtuchheizkörpers

Da wir nun die Heizkörperleistungen der Flachheizkörper ermittelt haben, fahren wir mit der Berechnung des Handtuchheizkörpers im Bad des Obergeschosses fort. Es handelt sich dabei um einen Handtuchheizkörper mit folgenden Maßen:

• Heizkörpertyp: Kompaktheizkörper
• Höhe: 1900 mm
• Breite: 500 mm
• Ventil voreinstellbar: Ja
• Typ: Danfoss

Zuerst gehen wir in den Bericht von DeltaQ – Heizflächenarten (Recknagel Sprenger) und suchen nach der Tabelle mit den Normwärmeleistungen für Handtuchradiatoren. Diese befindet sich in unserem Beispiel auf Seite 8 – Tafel 0-7 (siehe Abbildung 3).

Da die gemessene Breite nicht den exakten Werten aus der Tabelle entspricht, habe ich die Werte gewählt, die den gemessenen am nächsten kommen. Ich wähle als Heizkörperhöhe 1.852 mm und eine Breite von 516 mm. Somit kommen wir mit den genannten Werten zu einer Heizkörperleistung von 934 W und einem Heizkörperexponenten von 1,26.

Es ergibt sich daraus folgende Formel:

Wir vergleichen nun die ermittelte Raumheizlast des Bades im Obergeschoss (siehe Schritt 2 der Serie hydraulischen Abgleich selber machen) von 410 W mit der ermittelten Heizkörperleistung von 757,7 W. Dabei erkennen wir, dass die Heizkörperleistung bei den gewünschten Systemtemperaturen von 75/55/22 ausreicht und sogar überdimensioniert ist.

Bei der Berechnung mit einer Systemtemperatur von 70/50/22 ergab sich eine Heizkörperleistung von 644,5 W, welche auch noch weit ausreichend ist.

Berechnung Fußbodenerwärmung

Leider gibt es für die Fußbodenheizung (FBH) Fußbodenerwärmung in der Küche keine Unterlagen. Daher ermitteln wir die Leistung der Fußbodenerwärmung, wie vom Bundesverband Flächenheizung und Flächenkühlung e.V. (BVF) vorgeschlagen, über die Raumlast.

Diese Empfehlung stammt aus dem Leitfaden für den überschlägigen hydraulischen Abgleich von bestehenden Fußbodenheizungen des BVF. Demzufolge brauchen wir nur in Abbildung 5 des zweiten Schrittes dieser Serie schauen und die Raumlast der Küche (Raum Nr. 4) ablesen. Die Raumlast beträgt 610 W.

Beispielrechnung mit einem Online-Heizkörperrechner

In dieser Beispielrechnung verwende ich den Online-Heizkörperrechner vom Bundesverband Wärmepumpe e.V. welcher euch eine Menge Arbeit abnehmen wird. Ihr könnt damit ganz einfach die Heizkörperleistung für Flachheizkörper, Gussradiatoren, Stahlrohr- und Stahlradiatoren berechnen. Für unseren Handtuchheizkörper sowie die Fußbodenerwärmung benötigen wir weiterhin die händische Berechnung.

In den nachfolgenden Schritten zeige ich euch die Berechnung des Flachheizkörpers aus dem Vorraum 1 mit dem Online-Heizkörperrechner. Die folgenden Daten sind gegeben:

• Heizkörpertyp: Ventilheizkörper PKP 21
• Tiefe: 80 mm
• Höhe: 500 mm
• Breite: 800 mm
• Vorlauftemperatur: 75°C
• Rücklauftemperatur: 55 °C
• Raumtemperatur: 22 °C

Zunächst geht ihr auf die Seite vom Heizkörperrechner und wählt den gewünschten Heizkörper aus, wie in Abbildung 3 zu sehen ist. In unserem Fall handelt es sich um einen profilierten Flachheizkörper

Im nächsten Schritt gebt ihr die Daten für den Heizkörper ein, wie in Abbildung 4 zu sehen ist.

Als Ergebnis erhalten wir 782 W. Per Hand haben wir im Abschnitt „Berechnung der Flachheizkörper“ 781,3 W ausgerechnet. Die geringe Abweichung ergibt sich durch Rundungen. Der Heizkörperrechner funktioniert somit super und ihr könnt euch damit eine Menge Zeit sparen. Für den Handtuchheizkörper und die Fußbodenerwärmung müsst ihr jedoch die händische Variante wählen.

Übersicht aller berechneten Heizkörperleistungen

Nachfolgend findet ihr die Liste mit den berechneten Heizkörperleistungen aller Heizkörper in unserem Beispielgebäude für die Systemtemperaturen 75/55/22. Dazu habe ich die Heizkörperleistung einmal händisch (HD) und einmal mit dem Onlinerechner (OR) ermittelt. Die geringen Abweichungen ergeben sich aus Rundungen. In den nachfolgenden Schritten wird mit den händisch ermittelten Werten weiter gerechnet.

Hinweis: Bei Heizkörper 3 handelt es sich um einen glattwandigen Flächheizkörper.

Fazit

Es ist sehr interessant zu sehen, wie hoch die überwiegende Anzahl der Heizkörper in dem sanierten Beispielgebäude überdimensioniert sind. Diese Tatsache hat mich sehr überrascht. Auf der Toilette im Erdgeschoss liegt die Überdimensionierung bei über 334 %. Im Wohnzimmer sind es bei einer Systemtemperatur von 75/55/22 immerhin  64 % und bei einer angenommenen Systemtemperatur von 70/50/22 noch 39 %.

Es gibt zwei Bereiche mit unterdimensionierten Heizkörpern. Es handelt sich dabei um den Flur im Untergeschoss und um das Büro im Obergeschoss. Da ich vermute, dass der Heizkörper im Untergeschoss des Flures zur Fußbodenerwärmung der Küche gehört, ist der Heizkörper im Flur zur Heizung der Küche zu zählen. Der Flur sollte über die Wärmeverluste der angrenzenden Räume an den Flur mit genügend Wärme versorgt werden. Ich habe die Fußbodenerwärmung in dem folgenden Artikel etwas genauer beschrieben: Fußbodenheizung oder Fußbodenerwärmung.

Die Heizkörperleistung im Büro wäre derzeit zu gering, um eine Raumtemperatur von 22 °C zu erreichen. Da das Büro derzeit nicht als Büro genutzt wird, wäre es möglich dieses in ein Schlafzimmer umzuwandeln. Anschließend könnte man eine Raumtemperatur von 18 °C anstreben. Die vorhandene Heizkörperleistung würde mit einer Systemtemperatur von 75/55/18 knapp ausreichen (924 W) und die Raumlast von 990 W nur um ca. 6 % unterschreiten. Alternativ wäre es ratsam, einen Heizkörper mit größerer Leistung zu installieren.

Mit den nun gewonnenen Daten ist es uns möglich im nächsten Schritt die Volumenströme der einzelnen Heizkörper und die Voreinstellungen für verschiedene Ventiltypen zu ermitteln.

Wichtig: Bevor ihr mit der Anleitung zum hydraulischen Abgleich beginnt, weise ich euch darauf hin, dass die hier geschilderten Arbeitsweisen auf meinen persönlichen Erfahrungen und meinen persönlichen Gedankengängen basieren. Das Ausprobieren und das Implementieren der beschriebenen Vorgehensweisen erfolgt ausschließlich auf eigene Verantwortung und Gefahr. Ich übernehme keine Verantwortung. Weiterhin empfehle ich euch, die berechneten Werte immer von einem Fachbetrieb oder einem Ingenieurbüro prüfen zu lassen. Denn auch wenn der hier beschriebene Weg einfach erscheint, können sich immer wieder Rechenfehler einschleichen.

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Ich hoffe, dass ich euch die Berechnung der bestehenden Heizkörper in unserem Beispielgebäude verständlich aufzeigen konnte. Falls ihr Fragen, Anregungen oder Kritik habt, nutzt die Kommentarfunktion.

Viele Grüße! Martin

Weiterführende Links und Quellen:
DeltaQ – Heizflächenarten (Recknagel Sprenger)
Leitfaden für den überschlägigen hydraulischen Abgleich von bestehenden Fußbodenheizungen
Online-Heizkörperrechner vom Bundesverband Wärmepumpe e.V.

Titelbild: Das Titelbild habe ich mit DALL-E von OpenAI erstellt.