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Heizlastberechnung starten
Normkonforme Heizlastberechnung nach DIN EN 12831 — direkt im Browser.
Heizlastberechnung startenSpezifische Wärmekapazität cp: Definition, Tabelle für Bau- und Dämmstoffe, Wasser und Luft, Bedeutung für Heizlast, Speichermasse und Hydraulik.
Normkonforme Heizlastberechnung nach DIN EN 12831 — direkt im Browser.
Heizlastberechnung startenDie spezifische Wärmekapazität (Formelzeichen: cp, Einheit: J/(kg·K) oder kJ/(kg·K)) beschreibt, wie viel Wärmeenergie ein Stoff aufnehmen muss, um seine Temperatur um 1 Kelvin (= 1 °C) zu erhöhen — bezogen auf 1 Kilogramm Masse. Der Index „p" bezeichnet die Messung bei konstantem Druck (isobar), was für baupraktische Berechnungen dem Normalfall entspricht.
Zusammenhang: Q = m × cp × ΔT
Wobei:
Norm: DIN EN ISO 10456 (Wärme- und feuchtetechnische Eigenschaften von Baustoffen), DIN EN 12831 (Heizlast, Anhang)
| Baustoff | Rohdichte (kg/m³) | cp (J/(kg·K)) | Wärmespeicherfähigkeit (kJ/(m³·K)) |
|---|---|---|---|
| Beton (Normalbeton) | 2.300 | 1.000 | 2.300 |
| Ziegel (Vollziegel) | 1.800 | 1.000 | 1.800 |
| Porenbetonstein (PP2) | 600 | 1.000 | 600 |
| Kalksandstein | 1.800 | 1.000 | 1.800 |
| Holz (Fichte, Tanne) | 500 | 1.600 | 800 |
| Holz (Eiche) | 700 | 1.600 | 1.120 |
| Gipskarton | 850 | 1.000 | 850 |
| Mineralwolle (Dämmung) | 30–100 | 1.030 | 30–100 |
| EPS (Polystyrol) | 15–30 | 1.450 | 22–44 |
| Stahl | 7.800 | 470 | 3.666 |
| Aluminium | 2.700 | 900 | 2.430 |
Die volumetrische Wärmespeicherfähigkeit (kJ/(m³·K)) = Rohdichte × cp ist für die Bewertung der thermischen Trägheit eines Gebäudes maßgebend: Schwere Baustoffe (Beton, Ziegel) speichern erheblich mehr Wärme je Kubikmeter als leichte Dämmstoffe.
| Fluid | Temperatur | Rohdichte (kg/m³) | cp (J/(kg·K)) | Volumetrische Kapazität (kJ/(m³·K)) |
|---|---|---|---|---|
| Wasser (Heizung) | 70 °C | 977 | 4.187 | 4.091 |
| Wasser (Heizung) | 40 °C | 992 | 4.175 | 4.142 |
| Wasser (Trinkwasser) | 10 °C | 999 | 4.192 | 4.188 |
| Wasser (60 °C) | 60 °C | 983 | 4.184 | 4.113 |
| Sole (25% Ethylenglykol) | –5 °C | 1.038 | 3.840 | 3.986 |
| Luft (trocken) | 20 °C | 1,20 | 1.006 | 1,21 |
| Luft (trocken) | 0 °C | 1,29 | 1.005 | 1,30 |
| Luft (feucht, φ=50%) | 20 °C | 1,19 | 1.012 | 1,20 |
Der enorme Unterschied zwischen Wasser (4.187 J/(kg·K)) und Luft (1.006 J/(kg·K)) erklärt, warum Wasser als Wärmeträger in Heizungssystemen so effizient ist: Bei gleicher Rohrdimensionierung überträgt Wasser rund 3.400-mal mehr Wärme je Kubikmeter als Luft.
In der Heizlastberechnung nach DIN EN 12831 beeinflusst die spezifische Wärmekapazität mehrere Berechnungsschritte:
Die wirksame Wärmespeicherkapazität des Gebäudes beeinflusst das Aufheizverhalten nach Nachtabsenkung:
C_wirk = Σ (m_i × cp_i)
Bei der Berechnung des Aufheiz-Zuschlags (Φ_RH) nach DIN EN 12831 gilt:
| Bauweise | C_wirk (Wh/(m²K)) | Aufheizzeit nach 2K-Absenkung |
|---|---|---|
| Leichtbau (Holzrahmenbau) | 20–40 | 30–60 min |
| Mittelschwer (Betondecke + Gipskarton) | 60–100 | 1,5–3 h |
| Schwerbau (Massivbau, Beton) | 120–200 | 3–5 h |
Der Heizungs-Volumenstrom ergibt sich aus der Heizlast und der gewählten Spreizung:
V̇ = Φ / (ρ × cp × ΔT)
Beispiel: Heizlast 10 kW, Spreizung 70/50 °C (ΔT = 20 K), cp = 4.187 J/(kg·K), ρ = 977 kg/m³:
V̇ = 10.000 / (977 × 4.187 × 20) = 0,122 L/s = 440 L/h
Die spezifische Wärmekapazität von Wasser (cp = 4.187 J/(kg·K) ≈ 1,163 Wh/(kg·K)) ist die Grundlage für die Speicherdimensionierung:
Q_Speicher = V × ρ × cp × ΔT
| Speichervolumen | Nutzbare Temperaturspreizung | Speicherbare Energie |
|---|---|---|
| 300 L | 60 → 40 °C (ΔT = 20 K) | 6,98 kWh |
| 500 L | 65 → 35 °C (ΔT = 30 K) | 17,4 kWh |
| 1.000 L | 75 → 35 °C (ΔT = 40 K) | 46,5 kWh |
| 2.000 L | 80 → 40 °C (ΔT = 40 K) | 93,0 kWh |
Die Faustformel 0,87 kWh je 100 Liter und 10 K Temperaturspreizung ist in der Praxis weit verbreitet.
In der Lüftungsberechnung nach DIN 1946-6 und VDI 2078 (Kühllast) wird der Luftvolumenstrom auf Basis der volumetrischen Wärmekapazität der Luft berechnet:
V̇_Luft = Φ / (ρ × cp × ΔT)
Mit cp_Luft ≈ 1.006 J/(kg·K) und ρ_Luft ≈ 1,20 kg/m³ bei 20 °C ergibt sich die Faustformel:
V̇_Luft [m³/h] ≈ Φ [W] / 0,336 × ΔT [K]
Beispiel: 5 kW Kühllast, 6 K Zuluft-Spreizung (18 °C Zuluft, 24 °C Abluft): V̇ = 5.000 / (0,336 × 6) = 2.480 m³/h
Wasser hat mit cp = 4.182 J/(kg·K) eine der höchsten spezifischen Wärmekapazitäten aller bekannten Flüssigkeiten — rund 4-mal höher als die meisten Metalle. Dies liegt an der Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den H₂O-Molekülen, die beim Aufheizen zunächst teilweise aufgebrochen werden müssen. Für die TGA bedeutet das: Wasserbasierte Heizsysteme können sehr viel Wärme bei kleinen Temperaturdifferenzen und geringen Volumenströmen transportieren.
Bei Sole-Wärmepumpen mit Glykol-Wasser-Gemisch sinkt cp gegenüber reinem Wasser ab. Für 25 Vol.-% Ethylenglykol gilt cp ≈ 3.840 J/(kg·K), für 33 Vol.-% ca. 3.700 J/(kg·K). Die genauen Werte für das jeweilige Glykol-Konzentrat entnimmt man den Herstellerangaben (z. B. Antifrogen N/L).
Zwischen 0 °C und 100 °C variiert cp von Wasser nur geringfügig (Minimum bei ca. 35–38 °C mit 4.178 J/(kg·K), bei 0 °C: 4.218 J/(kg·K), bei 100 °C: 4.216 J/(kg·K)). Für TGA-Berechnungen ist der Standardwert von 4.187 J/(kg·K) (= 1,163 Wh/(kg·K)) für den Bereich 10–80 °C ausreichend genau.