Begrifflichkeiten

Wärmebedarf

Bei Wärmebedarf werden alle Energieverluste und -gewinne eines Gebäudes bilanziert. Im Ergebnis steht die Menge an Energie, die z.B. eine Heizungsanlage jährlich aufbringen muss, um ein Haus zu temperieren.

Bei der Berechnung müssen u.a:

• Transmissionswärmeverlust (Wärmeverlust über die Gebäudehüllfläche)
• Lüftungswärmeverluste durch Undichtigkeiten in der Gebäudehülle
• solare Wärmegewinne über die Sonneneinstrahlung durch Fenster und Türen
• interne Wärmegewinne durch Personen und typischen Geräten in einem Haushalt berücksichtigt werden.

Formel Wärmebedarf

Jahres-Heizwärmebedarf = [Gradtagsfaktor x (Transmissionswärmeverlust + Lüftungswärmeverlust)] – [Nutzungsgrad interner Gewinne x (solare Gewinne + interne Gewinne)] in Kilowattstunden pro Jahr.

Gesamt Wärmebedarf = Raumwärme + Warmwasser

Raumwärme = Transmissionswärmeverlust + Lüftungsverluste

Transmissionswärmeverluste = kA∆v mit Wärmedurchgangskoeffizient k und Temperaturdifferenz ∆v (Formel Wohnfläche * 2,79(k) * ∆v)

Lüftungswärmeverluste = nVp_Lc_(p,L)∆v mit Luftwechselrate n (Formel: 0,2Wohnfläche * 2,5 /3600 * Luftdichte Wärmekapazität∆v1000)

Warmwasser = Heizungsbedarf + Warmwasserbedarf

Heizungsbedarf = Anzahl Häuser* Wohnfläche/1000 * Wärmeerzeugung-Heizung (Wärmeerzeugung-Heizung = 219,27 kWh/m^2)

Warmwasserbedarf = Anzahl Häuser* Wohnfläche/1000 * Wärmeerzeugung-Wasser(Wärmeerzeugung-Wasser= 52,47 kWh/m^2)

Massenstrom

Der Massenstrom oder Massenfluss, beschreibt die Masse eines Mediums, dass sich pro Zeiteinheit durch einen bestimmten Querschnitt bewegt. Die Bewegung des Mediums erfolgt kontinuierlich und in einer laminaren Strömung.

Grundgleichung Massenstrom

q_m = m° = dm/dt

Die nachfolgende Berechnung stammt aus der Leistungsübertragung durch Stofftransport. Dabei "transportiert" der Massenstrom die Wärme von einem Ausgangspunkt zu einem Endpunkt.

Formel Massenstrom und Wärmeleistung

_m° = Q°/(c * ∆v) [kg/h]

Q° = Wärmeleistung [W]

c = spezifische Wärmekapazität [kWs/kg * K] (das K steht für Kelvin) (mit Wasser als Transportmedium ist c=4,187)

∆v = Temperaturdifferenz [K] (Anfangstemperatur - Endtemperatur)

Wärmeleistung

Unter Wärmeleistung versteht man den Anteil an Leistung der als Wärme nutzbar ist. Die Wärmeleistung entspricht der Wärmebelastung abzüglich der Verluste durch unvollständige Verbrennung, Restwärme in Abgasen und der Wärmeverluste des Wärmeerzeugers.

Formel Wärmeleistung

_Q° = (m * c * ∆T)

Dämmstärke

Zur Begrenzung der Wärmeverluste von Heizungs- und Warmwasserrohrleitungen schreibt das Gebäudeenergiegesetz "GEG" [1] als gesetzliche Grundlage eine Dämmung des Heizungs- bzw. Warmwassersystems vor. Die Dämmdicken werden in Abhängigkeit vom Rohrdurchmesser vorgegeben.

Es dürfen nur Dämmstoffe zum Einsatz kommen, die einen amtlich anerkannten Rechenwert der Wärmeleitfähigkeit bei 40 °C von 0,035 W/(m•K) aufweisen. Werden Dämmstoffe mit schlechteren Dämmeigenschaften eingesetzt, müssen die Dämmstoffdicken entsprechend größer dimensioniert werden.

Formel Dämmstärke

s = (p * d_m)/(2 * σ_zul)

d_m = (d_a + d_i)/2

s = Rohrwandstärke (mm)

p = Innendruck (N/mm^2)

d_m = Mittlerer Rohrdurchmesser (mm)

d_a = Rohraußendurchmesser (mm)

d_i = Rohrinnendurchmesser (mm)

σ_zul = zul. Spannung (N/mm^2)

σ_zul = (Rp_0.2/S)

Rp_0.2 = Dehngrenze (N/mm^2)

S = Sicherheitszahl

Im Maschinenbau wird häufig die 0,2%-Dehngrenze (Rp0,2) als maßgeblicher Werkstoffkennwert für den Beginn ausgeprägter plastischer Verformungen zugrunde gelegt. Je nach Material ist Rp_0.2 unterschiedlich. Z. B: Für ST37-Stahltyp ist Rp_0.2 = 235 N/mm^2.

Die Streck- bzw. Dehngrenze eines Werkstoffs stellt die Belastungsgrenze dar, bis zu der ein Material bei statischer Belastung plastisch nicht verformt wird. Trotzdem dürfen Bauteile nicht so dimensioniert werden, dass die auftretenden Zugkräfte bis an die Belastungsgrenze gehen. Die Bauteile müssen so dimensioniert werden, dass stets eine Sicherheitsreserve vorhanden ist und die zulässige Zugspannung wesentlich geringer ist, als die Streckgrenze bzw. Dehngrenze es theoretisch erlauben würde. Die Sicherheitszahl liegt typischerweise 1,2 bis 2,0.

Mehr Details: https://bilder.buecher.de/zusatz/23/23563/23563174_lese_1.pdf, S. 14

Grundlage zum Verständnis: https://www.cnc-lehrgang.de/zugbeanspruchung/

Investitionskosten Fernwärmenetz

Pumpstromkosten

SLP Standardlastprofil

Aufteilung des Energiebedarfs im Jahr. Stellt die Daten Monatsweise, Studenweise und in 15 Minuten Slots zur Verfügung.

https://www.ggv-energie.de/cms/netz/allgemeine-daten/netzbilanzierung-download-aller-profile.php

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