Lernfeld 7 · Prüfung Teil 2

Heizleistung und Volumenstrom im Heizkreis

Heizleistung, Spreizung und Volumenstrom im Heizkreis berechnen, dazu Speicherwärme, Heizkörperleistung und Fußbodenheizung.

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Darum geht es

Das Heizungswasser transportiert Wärme vom Erzeuger zu den Heizflächen. Wie viel, hängt vom Massenstrom und von der Spreizung ab, also dem Unterschied zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur. Ein Liter Wasser speichert je Kelvin rund $1, 163 Wh$ . Daraus berechnest du den Volumenstrom, den eine Heizfläche für ihre Leistung braucht, und die Wärme, die ein Pufferspeicher aufnimmt.

Bei gleicher Leistung gilt: Halbe Spreizung, doppelter Volumenstrom. Kleine Spreizungen brauchen also mehr Pumpenarbeit und größere Rohre.

Heizkörper werden mit ihrer Normleistung nach DIN EN 442 angegeben, gemessen bei 75 °C Vorlauf, 65 °C Rücklauf und 20 °C Raumtemperatur, also rund 50 K Übertemperatur. Bei niedrigeren Systemtemperaturen sinkt die Leistung stärker als linear, das beschreibt der Heizkörperexponent $n$ . Die Übertemperatur rechnest du genau mit dem logarithmischen Mittel, überschlägig mit dem arithmetischen.

Bei der Fußbodenheizung hängt die Wärmestromdichte vom Unterschied zwischen Oberflächen- und Raumtemperatur ab. Im Aufenthaltsbereich darf die mittlere Oberflächentemperatur nach DIN EN 1264 höchstens 29 °C betragen. Die Rohrlänge eines Heizkreises ist Fläche durch Verlegeabstand plus Vor- und Rücklauf der Anbindeleitung.

Das solltest du dir merken

Ein Liter Wasser speichert rund 1,163 Wh je Kelvin.
Halbe Spreizung bei gleicher Leistung heißt doppelter Volumenstrom.
Normleistung von Heizkörpern gilt für 75/65/20 °C, also etwa 50 K Übertemperatur.
Fußbodenoberfläche im Aufenthaltsbereich höchstens 29 °C.
Die Anbindeleitung zählt bei der Heizkreislänge doppelt, für Vor- und Rücklauf.

Formeln

Wärmestrom im Heizkreis: $Q ˙ = m ˙ \cdot c \cdot Δ ϑ$; $Q ˙$ in W, $m ˙$ Massenstrom in kg/h, $c = 1, 163 Wh/(kg\cdotK)$ , $Δ ϑ$ Spreizung in K
Gespeicherte Wärme: $Q = m \cdot c \cdot Δ ϑ$; $Q$ in Wh, $m$ Wassermasse in kg (1 l ≈ 1 kg), $c = 1, 163 Wh/(kg\cdotK)$ , $Δ ϑ$ in K
Heizkörperleistung bei anderer Übertemperatur: $Q ˙ = Q ˙_{N} \cdot (\frac{Δ ϑ}{Δ ϑ _{N}})^{n}$; $Q ˙_{N}$ Normleistung, $Δ ϑ_{N} \approx 50 K$ , $Δ ϑ$ tatsächliche Übertemperatur, $n$ Heizkörperexponent
Logarithmische Übertemperatur: $Δ ϑ_{l n} = \frac{ϑ _{V} - ϑ _{R}}{l n \frac{ϑ _{V} - ϑ _{L}}{ϑ _{R} - ϑ _{L}}}$; $ϑ_{V}$ Vorlauf, $ϑ_{R}$ Rücklauf, $ϑ_{L}$ Raumlufttemperatur, alle in °C
Wärmestromdichte Fußbodenheizung: $q = 8, 92 \cdot (ϑ_{F, m} - ϑ_{i})^{1, 1}$; $q$ in W/m², $ϑ_{F, m}$ mittlere Oberflächentemperatur, $ϑ_{i}$ Raumtemperatur, beide in °C

Typische Fehler in der Prüfung

Leistung in kW und spezifische Wärme in Wh gemischt, ohne umzurechnen.
Normleistung des Heizkörpers ohne Umrechnung für niedrige Systemtemperaturen übernommen.
Mittlere Übertemperatur gegen die Vorlauftemperatur statt gegen die Raumtemperatur gebildet.

Tipps aus der Werkstatt

Wärmestrom Q̇ = ṁ · c · ΔT. Mit c = 1,163 Wh/(kg·K) für Wasser rechnest du direkt: ṁ in kg/h = Q̇ in W / (1,163 · ΔT). 10 kW bei 20 K Spreizung brauchen rund 430 kg/h.
Spreizung ist die Differenz aus Vorlauf und Rücklauf, etwa 70/55 beim Heizkörper oder 35/28 bei der Fußbodenheizung. Kleine Spreizung heißt großer Volumenstrom bei gleicher Leistung.

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30 Aufgaben zu „Heizleistung und Volumenstrom im Heizkreis“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Anlagenmechaniker/-in SHK (2016), Lernfeld 7; DIN EN 442 (Heizkörper); DIN EN 1264 (Flächenheizung). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.