Gradtagzahl

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Eine Karte von Frankreich, die unterschiedliche Zonen zeigt

Gradtagzahl (auch Gradtagszahl, GTZ, Gt) und Heizgradtag (HGT, G) werden zur Berechnung des Heizwärmebedarfs eines Gebäudes während der Heizperiode herangezogen. Sie stellen den Zusammenhang zwischen Raumtemperatur und der Außenlufttemperatur für die Heiztage eines Bemessungszeitraums dar und sind somit ein Hilfsmittel zur Bestimmung der Heizkosten und des Heizstoffbedarfs.

Gradtagzahlen und Heizgradtage werden mit der Einheit Kelvin (K, bzw. °C)[1] angegeben, haben also dieselbe Dimension wie die Temperatur (oder als Wärmesumme in Kd bzw. °Cd, Gradtagen).[2] Sie werden aber auch auf eine Heizperiode oder einen Kalendermonat bezogen und sind dann für die saisonalen Schwankungen aussagekräftig. Es gibt jeweils einen Wert für das langjährige klimatische Mittel, und einen Wert für das aktuelle Wetter (meteorologische Messung).

Definition[Bearbeiten]

Bezugswerte von Raumtemperatur und Heizgrenze[Bearbeiten]

Bezugswerte sind die Raumtemperatur und die Heizgrenze. Für die Bezugswerte gibt es verschiedene Gebräuche:

  • Nach der deutschen VDI-Richtlinie 2067/DIN 4108 T6 wird die Innentemperatur bei 20 °C und die Heizgrenze bei 15 °C angenommen, man gibt GTZ20/15 an. Für die Aussentemperatur legt man die vom DWD respektive MeteoAM ermittelten Werte zugrunde;
  • in Österreich, der Schweiz und Liechtenstein verwendet man eine Innentemperatur von 20 °C und eine Heizgrenze von 12 °C, man gibt HGT20/12 an. Hier sind die Temperaturwerte von ZAMG (Österreich) bzw. MeteoSchweiz (Schweiz und Liechtenstein) Bezugswert.

Gradtagzahl nach VDI 2067 / Heizgradtag nach ÖNORM B 8135 und SN 565381-3[Bearbeiten]

Die Gradtagzahl Gt oder GTZ wird errechnet, sobald die Außentemperatur unter der Heizgrenztemperatur liegt. Sie ist die Summe aus den Differenzen einer angenommenen Rauminnentemperatur von 20 °C und dem jeweiligen Tagesmittelwert der Außentemperatur über alle Tage eines Zeitraums, an denen dieser unter der Heizgrenztemperatur des Gebäudes liegt.

Sie ist eine ortsabhängige Kenngröße, die die lokalen klimatischen Bedingungen widerspiegelt. Es wird eine GTZnorm für das langjährige Mittel, und eine GTZspez für die aktuelle Messung unterschieden. Letztere wird beispielsweise für die Klimabereinigung von Verbrauchs-Messwerten verwendet.

Nach VDI 2067 Raumheizung: Berechnung der Kosten von Wärmeversorgungsanlagen:

G_{t20/15} = \sum_{1}^z (t_\mathrm{i}-t_\mathrm{a})

mit

G_{t20/15}: Gradtagzahl bei t_\textrm{i} 20 °C und Heizgrenze von 15 °C
z: Anzahl der meteorologischen Heiztage
t_\mathrm{i}: mittlere Raumtemperatur
t_\mathrm{a}: mittlere Außentemperatur des jeweiligen Heiztages
  • Die Gradtagzahl eines Tages (Heizgradtag-Wert) ist die Differenz zwischen Innenlufttemperatur und dem Tagesmittelwert der Außentemperatur.
  • Die Gradtagzahl für die Heizzeit ist die Summe der Differenzen zwischen der mittleren Raumtemperatur von 20 °C und den Tagesmitteln der Lufttemperatur über alle Heiztage in der ortsüblichen Heizsaison (1. September und 31. Mai).
  • Bei der Gradtagzahl der Heizperiode werden nur die Heiztage berücksichtigt, die innerhalb der Heizperiode liegen.
  • Die Gradtagzahl eines Monats ist die Summe der Temperaturdifferenzen über den Monat.

Sie ist eine ortsabhängige Kenngröße, die die lokalen klimatischen Bedingungen widerspiegelt. Es wird eine GTZnorm für das langjährige Mittel, und eine GTZspez für die aktuelle Messung unterschieden. Letztere wird beispielsweise für die Klimabereinigung von Verbrauchs-Messwerten verwendet.

Das Verfahren, wie es die VDI 3807 angibt, mit Unterscheidung von Gradtagzahl GTZ und Heizgradtag G,[2] wird in der österreichischen ÖNORM B 8135 Vereinfachte Berechnung des zeitbezogenen Wärmeverlustes (Heizlast) von Gebäuden[3] oder der Schweizer SIA 381-3; SN 565381-3:1982 Heizgradtage der Schweiz[4] nicht so geführt, es findet sich auch die Bezeichnung Heizgradtag HGT für Gradtagzahl nach VDI.[5][6][7]

HGT_{20/12} = \sum^z (20-t_\mathrm{em})
HGT: Heizgradtage für Heizgrenze von 12 °C
z: Anzahl der meteorologischen Heiztage
tem: mittlere Außentemperatur des jeweiligen Heiztages
Angabe nach Norm in Kd

Heiztage und Heizgradtage werden neben Klimaregion, Höhe über dem Meeresspiegel und Norm-Außentemperatur (das ist die ortsübliche mittlere Minimaltemperatur, also die Kenngröße der Volllast) im österreichischen Energieausweis geführt.

Da sich neben der Lufttemperatur noch Wind, Luftfeuchtigkeit und Sonnenstrahlung auf die zum Heizen benötigte Energie auswirken, ist die Gradtagzahl/HGT nur zur groben Abschätzung geeignet. Über eine Korrektur der standardisierten Raumtemperatur in Hinblick auf die real gemessene Innentemperatur lassen sich Heizziel und wohnlagenspezifische Situationen berücksichtigen.

Heizgradtage nach VDI 3807[Bearbeiten]

Sehr ähnlich werden die Heizgradtage (G) nach VDI 3807 Blatt 1 Energieverbrauchskennwerte für Gebäude ermittelt, es wird aber die tatsächliche gebäudespezifische Heizgrenztemperatur zugrundegelegt.

Sie spiegelt die Heizlast eines konkreten Gebäudes wider, und berücksichtigt die Wärmedämmung des Gebäudes sowie Wärmezuflüsse aus anderen Quellen als der Heizung. Weil in die individualisierte Heizgrenze auch die gewünschte Innentemperatur eingeht, wird auch die Wohnsituation berücksichtigt. Außerdem unterscheidet man ebenfalls einen mittleren Wert GHGm, und einen Wert der aktuellen Heizperiode GHG, und berücksichtigt so den Verlauf der Außentemperatur im Betrachtungszeitraum, der vom langjährigen Mittel abweichen kann.

G_{15} = \sum_{1}^z (t_\mathrm{hg}-t_\mathrm{a})

mit

G_{15}: Heizgradtage der Heizperiode
z: Anzahl der gemessenen Heiztage der Heizperiode, bezogen auf die individuelle Heizgrenze
t_\mathrm{hg}: Heizgrenze, hier 15 °C
t_\mathrm{a}: mittlere Außentemperatur des jeweiligen Heiztages

Die Heizgradtage nach VDI 3807 liegen bei gutem Energiestandard etwas unter der Gradtagzahl VDI 2067/einfachen Heizgradtagen HGT.

Berechnungsbeispiele[Bearbeiten]

Vergleich von Gradtagzahl und Heizgradtag[Bearbeiten]

Beide VDI-Werte können ineinander überführt werden, z. B. entspricht GTZ15/15 G15. Folgende Tabelle stellt einige (Tages)Beispielwerte dar:

ta in °C GTZ 20/15 HGT 15
>=15 0 0
10 10 5
5 15 10
−5 25 20

Gradtagzahl für einen Monat[Bearbeiten]

Es wird angenommen, dass die Heizgrenztemperatur 15 Grad beträgt und die Innenraumtemperatur 20 Grad sein soll. Die Heizgrenztemperatur und die Innentemperatur können variiert werden. Für einzelne Tage (z. B. 29. April) muss keine Gradtagszahl berechnet werden, da der Tag im Mittel wärmer als die Heizgrenztemperatur von 15 Grad war.

Datum Tagesmitteltemperatur in °C Gradtagszahl
1. April 2000 5,5 14,5
2. April 2000 8,0 12,0
3. April 2000 10,7 9,3
4. April 2000 8,2 11,8
5. April 2000 4,6 15,4
6. April 2000 5,0 15,0
7. April 2000 5,1 14,9
8. April 2000 4,7 15,3
9. April 2000 5,4 14,6
10. April 2000 5,8 14,2
11. April 2000 6,9 13,1
12. April 2000 6,2 13,8
13. April 2000 7,5 12,5
14. April 2000 7,4 12,6
15. April 2000 10,7 9,3
16. April 2000 9,8 10,2
17. April 2000 14,0 6,0
18. April 2000 14,2 5,8
19. April 2000 13,7 6,3
20. April 2000 14,2 5,8
21. April 2000 16,9 0,0
22. April 2000 19,6 0,0
23. April 2000 21,4 0,0
24. April 2000 16,5 0,0
25. April 2000 11,0 9,0
26. April 2000 15,4 0,0
27. April 2000 19,2 0,0
28. April 2000 20,2 0,0
29. April 2000 21,2 0,0
30. April 2000 19,6 0,0
April insgesamt 241,4

Für die Berechnung der Gradzahltemperatur wird daher die mittlere Temperatur pro Tag an einem Standort benötigt.

Anwendung[Bearbeiten]

Gradtagzahlen werden immer dann in der Heizbedarfsrechnung und Heizkostenabrechnung verwendet, wenn keine Messwerte vorliegen oder der abzurechnende Zeitraum vom gemessenen abweicht. Dabei kommen allerdings nicht die absoluten Werte zur Anwendung, sondern Tausendstel (Promille) bezogen auf ein Jahr. Laut VDI 2067 bzw. DIN 4713 sind das im Durchschnitt:

im Monat ‰ pro Tag ‰ pro Monat
Januar 5,484 170
Februar 5,357 150
März 4,194 130
April 2,667 80
Mai 1,290 40
Juni 0,444 40/3
Juli 0,430 40/3
August 0,430 40/3
September 1,000 30
Oktober 2,581 80
November 4,000 120
Dezember 5,161 160

Bedarfsrechnung[Bearbeiten]

Die Gradtagzahl wird zur Abschätzung des Heizenergiebedarfs eines Gebäudes an einem bestimmten Standort verwendet und dient darüber hinaus zur Normierung (Witterungsbereinigung) von Heizenergieverbräuchen.

Dividiert man die Heizgradtage der Heizperiode durch die Anzahl der Heiztage beziehungsweise den Jahreswert durch 365 (mittlere Tages-Heizgrade), erhält man eine Abschätzung der Dimensionierung der Heizanlage, berechnet man die Gradzahl für die Minimaltemperatur, einen Kennwert der nötigen Volllast.

  • Die Heizgradtage G12 für Basel (begünstigt atlantisch, Köppen Cfb) betragen 3000 (Mittel 1991–2000),[8] mittlere Heizgrade 8,2; die mittlere Tiefsttemperatur liegt bei etwa –2 °C[9], also ist die notwendige mittlere Volllast etwa 10 Heizgrad, 25 Heizgrade (Temperaturen unter –13 °C) sind Ausnahmeereignisse;
  • die Heizgradtage G12 für Neusiedl im Burgenland (pannonisch, Köppen Dfb) betragen 3102 (Mittel 1971–2000)[10], die mittleren Heizgrade 8,5; die mittlere Januar-Tiefstemperatur liegt bei −3,0 °C, die mittleren Maximal-Tages-Heizgrade also bei 15, die Norm-Außentemperatur (tabellierte mittlere Minimaltemperatur) bei −12 °C (24 Heizgrad),[11] die gemessene Minimaltemperatur betrug in den drei Jahrzehnten –20,5 °C,[10][12] die hypothetischen Maximal-Heizgrade also 32,5;
  • die Heizgradtage G12 für Tamsweg im Salzburgischen Lungau (inneralpines Becken, Köppen Dwc, einer der Kältepole Österreichs) betragen 4657,[10] mittlere Heizgrade 12,75, mittlere Maximal-Heizgrade 22,3 (mittlere Januarkälte –10,3 °C)[10], Norm-Außentemperatur –22 °C[11] (34 Heizgrad), und Maximal-Heizgrade 40,3 (–28,3 °C)[10].

Der Heizenergiebedarf ergibt sich (nach ÖNORM B 8135) zu:[13]

NE_\mathrm{PR} = p_0 \cdot A \cdot \frac {24 \cdot HGT \cdot f_\mathrm{BEN} }{\eta a \cdot 1000} in kWh
p0: spezifische Heizlast
A: Energiebezugsfläche
fBEN: Benutzungsfaktor
ηa: Jahreswirkungsgrad

Mittels folgender Formel kann ein bestimmter Heizenergieverbrauch (\mathrm{HEV_{spez}}) klimabereinigt als \mathrm{HEV_{norm}} angegeben werden:

\mathrm{HEV_{norm}=HEV_{spez} \cdot \frac{GTZ_{norm}}{GTZ_{spez}}},

wobei die \mathrm{GTZ_{norm}} den langjährigen Mittelwert für den betrachteten Zeitraum angibt.

Somit kann man sehen, ob sich verändernde Verbräuche klimatische Ursachen haben (strenger Winter) oder aber vom veränderten Heizverhalten der Nutzer stammen.

Kostenrechnung[Bearbeiten]

Betragen die Heizkosten beispielsweise 625 Euro im Kalenderjahr, so entfallen davon 200 Euro auf die beiden ersten Monate des Jahres. (625 Euro x (170 + 150) / 1000 = 200 Euro)

Falls es sich um ein Schaltjahr handelt, ist der Tageswert im Februar nicht mehr 150 / 28 = 5,357, sondern entsprechend 150 / 29 = 5,172. Dies spielt allerdings nur eine Rolle, wenn der zu berechnende Zeitraum im Februar anfängt oder endet, da die Monatswerte nicht für Schaltjahre angepasst werden.

Klimatologie[Bearbeiten]

Zunehmend wird die Heizgradrechnung auch in der Klimatologie verwendet, weil sie präzisere Aussagen zu Klimaveränderung trifft als etwa Mitteltemperaturen. So sanken in Basel (das eine der europaweit längsten Zeitreihen hat; liegt klimatisch günstig am Rhein) die Gradtagzahlen (20/12) im Halbjahrhundert 1961 bis 2011 stetig von etwa 3400 auf etwas über 2800, das ist eine Abnahme von etwa 15 Prozent[14] (3400 ist etwa der heutige Mittelwert von Bern und Zürich im Mittelland).[8] Die Jahresextremereignisse reduzierten sich sogar knapp um die Hälfte (Maximaljahr im Intervall 1963: über 3800, Minimaljahr 2007: unter 2300[14] – ersteres entspricht dem heutigen Wert von St. Gallen am Alpenrand, zweiteres etwa Lugano an der Alpensüdseite).[8]

Die Daten können auch für eine – anthropozentrische – „Wohn“-Klimaklassifikation verwendet werden, so wurde im Rahmen des EU-Projekt Keep Cool II eine Klimazonierung der EU erstellt, in der die Heizgradtage durch die Kühlgradtage dividiert wurden.[15]

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. der Nullpunkt der Skala fällt bei der Bildung einer Temperaturdifferenz heraus
  2. a b die Benennung präzisiert nur, ob die Angabe formal in K bzw. °C, oder in K·d bzw. °C·d erfolgt, der Zahlenwert ist derselbe
  3. ÖNORM B 8135, Baudatenbank.at
  4. SIA-381-3-SN-565381-3-1982, beuth.de
  5. Heizgradtage, Hauseigentümerverband Schweiz
  6. Heizgradtage, ZAMG → Daten und Statistiken
  7. Heizgradtage (HGT, HGT20/12), energiesparhaus.at
  8. a b c Angabe Weblink MeteoSwiss/HEV Schweiz, abgerufen 14. Sept. 2012
  9. vergl Klimadiagramm in flug.idealo.de, abgerufen 14. Sept. 2012 – aber für Flughafen Basel, die Gradtagzahl ist Basel-Binningen
  10. a b c d e Angabe Weblink ZAMG, abgerufen 14. Sept. 2012
  11. a b Weblink Krischan/IFEA, abgerufen 14. Sept. 2012
  12. Kältewelle 1985, bei der Kältewelle 2012 deutlich darunter
  13. Angabe in: Sustainable Oriented and Long-lasting Unique Team for energy self sufficient Communities (SOLUTION): Analysis Report on Simulation and Evaluation Results of New Eco-Buildings. High-level energy efficiency in new eco buildings. TREN/06/FP7EN/239285/”SOLUTION”, Deliverable D2Ha.2.1, WP No.: 2Ha.2, Concerto, 30-04-11, Abschnitt 3 Approach to achieve the deliverable, 3.1 Building Characterisation, S. 5 (pdf, solution-concerto.org, englisch).
  14. a b Basler Klimareihe, umweltberichtbeiderbasel.ch
  15. vergl. Abb. 4 Repräsentative Klimazonen in Europa, berechnet auf Basis der Heizgradtage in Abhängigkeit der Gradtage für Kühlung für 30 europäische Städte. In: Keep Cool II – EU-Projekt zeigt Wege zu nachhaltigem Sommerkomfort für Büro-Sanierungen, Verlag Strobel, Onlineportal ikz.de
  16. Kühlgradstunden, ZAMG