Bilanzierung eines vorgegebenen Gebäudes

nach dem vereinfachten Verfahren

der neuen Energieeinsparverordnung

vom 16.11.2001 Inhaltsverzeichnis 1. Ermittlung des spezifischen Transmissionswärmeverlustes HT [W/ K].......................4

1.1 Erläuterung ......................................................................................................................4 1.2 Berechnung......................................................................................................................4 1.3 Allgemein ........................................................................................................................5 1.4 Gegebenes Gebäude ........................................................................................................5

2. Ermittlung des spezifischen Lüftungswärmeverlustes Hv [W/ K] ...............................6 2.1 Erläuterung ......................................................................................................................6 2.2 Berechnung......................................................................................................................8 2.3 Allgemein ........................................................................................................................8 2.4 Gegebenes Gebäude ........................................................................................................8

3. Ermittlung der solaren Gewinne Qs [kwh/ a] ................................................................9 3.1 Erläuterung ......................................................................................................................9 3.2 Berechnung......................................................................................................................9 3.3 Allgemein ........................................................................................................................9 3.4 Gegebenes Gebäude ......................................................................................................10

4. Ermittlung der internen Gewinne Qi.............................................................................10 4.1 Erläuterung ....................................................................................................................10 4.2 Berechnung....................................................................................................................10 4.3 Allgemein ......................................................................................................................11 4.4 Gegebenes Gebäude ......................................................................................................11

5. Ermittlung des Jahresheizwärmebedarfs QH [kwh/ a] ................................................11 5.1 Erläuterung ....................................................................................................................11 5.2 Berechnung....................................................................................................................12 5.3 Allgemein ......................................................................................................................12 5.4 Gegebenes Gebäude ......................................................................................................12

6. Ermittlung des vorhandenen spezifischen flächenbezogene Transmissionswärmeverlustes HT´vorh. [W/ m2K] ........................................................13

6.1 Erläuterung ....................................................................................................................13 6.2 Berechnung....................................................................................................................13 6.3 Allgemein ......................................................................................................................13 6.4 Gegebenes Gebäude ......................................................................................................13

7. Ermittlung des zulässigen spezifischen flächenbezogenen Transmissionswärmeverlustes HT´zul. [W/ m2K] .........................................................14

7.1 Erläuterung ....................................................................................................................14 7.2 Berechnung....................................................................................................................14 7.3 Allgemein ......................................................................................................................14 7.4 Gegebenes Gebäude ......................................................................................................14

8. Nachweis, ob der vorhandene spezifische flächenbezogene Transmissionswärmeverlust HT´vorh. [W/ m2K] den zulässigen Wert HT´zul. [W/ m2K] nicht überschreitet. .........................................15

8.1 Erläuterung ....................................................................................................................15 8.2 Berechnung....................................................................................................................15

8.3 Allgemein ......................................................................................................................15 8.4 Gegebenes Gebäude ......................................................................................................15

9. Ermittlung des flächenbezogenen Jahresheizwärmebedarfs QH´´ [kwh/ m2a] .........15 9.1 Erläuterung ....................................................................................................................15 9.2 Berechnung....................................................................................................................16 9.3 Allgemein ......................................................................................................................16 9.4 Gegebenes Gebäude ......................................................................................................16

10. Ermittlung der Aufwandzahl ep [-]................................................................................16

10.1 Erläuterung ....................................................................................................................16 10.2 Berechnung....................................................................................................................17 10.3 Allgemein ....................................................................................................................18 10.4 Gegebenes Gebäude ....................................................................................................18

11. Ermittlung des vorhandenen Jahresprimärenergiebedarfs Qp´´vorh. [kwh/ m2a] ......18 11.1 Erläuterung ..................................................................................................................18 11.2 Berechnung..................................................................................................................19 11.3 Allgemein ....................................................................................................................19 11.4 Gegebenes Gebäude ....................................................................................................19

12. Ermittlung des zulässigen Jahresprimärenergiebedarfs Qp´´zul. [kwh/ m2a] .............20 12.1 Erläuterung ..................................................................................................................20 12.2 Berechnung..................................................................................................................20 12.3 Allgemein ....................................................................................................................20 12.4 Gegebenes Gebäude ....................................................................................................20

13. Nachweis, ob der vorhandene Jahresprimärenergiebedarf Qp´´vorh. [kwh/ m2a] den zulässigen Wert Qp´´zul. [kwh/ m2a] nicht überschreitet. ......................................21

13.1 Erläuterung ..................................................................................................................21 13.2 Berechnung..................................................................................................................21 13.3 Allgemein ....................................................................................................................21 13.4 Gegebenes Gebäude ....................................................................................................21

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Hintergrund

Infolge des Energieeinsparungsgesetzes (vom 22.07.1976) und bestimmter Änderungen (vom 20.6.1980) verordnete die Bundesregierung die Verordnung über energiesparenden Wärme-schutz und energiesparende Anlagetechnik bei Gebäuden, die sog. Energieeinsparverordnung (EnEV, vom 16.11.2001; in Kraft getreten am 1.02.2002). In ihr sind die Regelungen der DIN 4701-10 und 4108-6 gesetzlich umgesetzt und gleichzeitig neue Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz und an versorgungstechnische Anlagen gestellt. Die EnEV hebt vorherige Verordnungen auf (v. a. Wärmeschutzverordnung) und ist verbindlich für Neubauten, Sanierungen und Nachrüstungen. Ein bedeutendes Ziel besteht darin, die CO2-Emissionen im Zuge des Umweltschutzes zu redu-zieren. Aus diesem Grund sind bestimmte Grenzwerte für den Primärenergiebedarf einzuhalten. Da dieser von Wärmeverlusten durch Transmission HT und Lüftung HV sowie von Wärmegewin-nen durch Sonnenenergie QS und interne Quellen Qi abhängt, sind diese Werte innerhalb der Bilanzierung zu ermitteln und gegebenenfalls auf Zulässigkeit zu überprüfen. Zu beachten sind außerdem weitere Energiebedarfsmengen, die aus dem Heizungsanlagensystem resultieren (QW und Qh). Der Zusammenhang der angeführten Größen lässt sich anhand dieses Schemas verdeutlichen:

Die EnEV regelt die Bedingungen, wann welche Rechenverfahren zur Geltung kommen. Grund-legend sind stets die Normen DIN 4108-6 (Berechnung des Heizwärmebedarfs) und DIN 4701-10 (energetische Bewertung von versorgungstechnischen Anlagen). Grundlage der vorliegenden Bilanzierung ist eine Heizperiode von 185 Tagen. Aufbau der Bilanzierung Die Arbeit gliedert sich wie folgt: Zunächst wird der zu ermittelnde Wert mit dem notwendigen Hintergrund und Kontext erläutert (x.1), dem sich eine Anleitung zur Berechnung des Wertes anschließt (x.2). Hiernach wird der gesuchte Wert allgemein berechnet bzw. der vorangegangene Sachverhalt noch einmal formelhaft und übersichtlich zusammengefasst (x.3). Dabei wird auf benötigte Quellen (EnEV) detailliert verwiesen. Schließlich wird der jeweilige Schritt der Bilanzierung anhand des vorgegebenen Gebäudes kon-kret durchgeführt (x.4). 3

1. Ermittlung des spezifischen Transmissionswärmeverlustes HT [W/ K] 1.1 Erläuterung Der spezifische Transmissionswärmeverlust HT umfasst die gesamte Wärmemenge des betrachte-ten Zeitraumes, die durch alle Bauteile fließt. Er hängt sowohl von der Fläche der einzelnen Ge-bäudeteile, deren Wärmedurchgangskoeffizienten U1, [W/ m2K] und den jeweiligen Temperatur-Korrekturfaktoren Fxi [-] als auch von der Fläche der gesamten Gebäudehülle ab. Der Grund hierfür liegt im folgenden Zusammenhang: - Gebäudeteile wie Wände, Fenster, Dach und an das Erdreich grenzende Flächen, leiten be-

stimmte Mengen an Wärme; die Wärmeleitung wird als Transmission bezeichnet; die durch Transmission entstehenden Wärmeverluste heißen Transmissionswärmeverluste. Betrachtet wird die Wärmeleistung pro Grad Temperaturdifferenz [W/ K].

- Die Transmissionsfähigkeit eines Bauteils wird mengenmäßig durch den Wärmedurchgangs-

koeffizienten erfasst, indem er mit Laborwerten berechnet wird. Er gibt an, welche Wärmeleis-tung pro Fläche bei einem Grad Temperaturdifferenz durch ein Bauteil passiert [W/ m2K]. Bei hohen U-Werten sind große Wärmeverluste zu erwarten, bei niedrigen U-Werten hingegen ent-sprechend kleine Wärmeverluste. Die gegebenen U-Werte werden in der Bilanzierung ohne weitere Berücksichtigung einbezogen.2

- Mit dem Temperatur-Korrekturfaktor Fxi wird der Wärmedurchgangskoeffizient "U" von be-

stimmten Bauteilen (oberste Geschossdecke, Abseitenwand, Wände und Decken zu unbeheiz-ten Räumen, unterer Gebäudeabschluss) reduziert. Auf diese Weise werden die unterschiedli-chen Außentemperaturen an den Bauteilen eines Gebäudes berücksichtigt. Die U-Werte von Außenwänden und Fenstern sowie von Dächern als Systemgrenzen werden nicht gemindert, da sich hier die Außentemperaturen von den Innentemperaturen deutlich stär-ker unterscheiden als bei den oben genannten Bauteilen. Ihnen werden somit höhere U-Werte zugrunde gelegt, um eine größtmögliche Menge der Transmissionswärmeverluste berechnen zu können.

1.2 Berechnung Zur Berechnung des spezifischen Transmissionswärmeverlustes HT setzt die EnEV das sog. Heizperiodenverfahren an: - Das Gebäude wird in seine Bauteile ´zerlegt´; in der nachfolgenden Beispielrechnung werden

demnach die Flächen der Fenster, der Wände, des Daches und des Bodens separat betrachtet. Jedem Bauteil entsprechen ein bestimmter Wärmedurchgangskoeffizient U sowie ein bestimm-ter Temperatur-Korrekturfaktor Fxi. Die Summe aus dem Produkt der drei Größen wird errechnet:

HT = Σ (Fxi · Ui · Ai)

1 Der Wärmedurchgangskoeffizient, der U-Wert, wurde ehemals als k-Wert bezeichnet. Zu beachten ist, dass die zahlenmäßigen Werte nicht (!) unbedingt identisch sind.

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2 Lediglich bei Altbausanierungen und bei der Errichtung von Gebäuden mit geringen Volumen (V ≤ 100m3) dürfen die gegebenen U-Werte die zulässigen nicht überschreiten. Zur Überprüfung der Einhaltung der zulässigen Werte dient die Tabelle 1 des Anhangs 3 der EnEV; S. 31.

Hinzu addiert wird die Gesamtfläche der wärmeübertragenden Gebäudehülle, deren Wärmebrü-cken durch den Faktor 0,05 [W/ m2K] berücksichtigt werden:

HT = Σ (Fxi · Ui · Ai)+ 0,05 · A [W/ K] 1.3 Allgemein s. EnEV → Anhang 1, Tabelle 2, Zeile 2a; S. 25 → HT = Σ (Fxi · Ui · Ai)+ 0,05 · A [W/ K] Fxi = Temperatur-Korrekturfaktor für den jeweiligen Bauteil Ui = Wärmedurchgangskoeffizienten des jeweiligen Bauteils Ai = wärmeübertragende Fläche des jeweiligen Bauteils 0,05 = Faktor zur Bewertung der Wärmebrücken (s. EnEV → Anhang 1, 2.5 a-c; S. 21) A = gesamte wärmeübertragende Fläche des Gebäudes 1.4 Gegebenes Gebäude - Ermittlung von Fxi [-]: s. EnEV → Anhang 1, Tabelle 3; S. 26 Fxi Wände = 1,0 [-] Fxi Fenster = 1,0 [-] Fxi Dach = 1,0 [-] Fxi Boden = 0,6 [-] - Ermittlung von Ui [W/ m2K]: s. Tabelle Vorgabe

UWände = 0,24 [W/ m2K] UFenster = 1,20 [W/ m2K] UDach = 0,20 [W/ m2K] UBoden = 0,20 [W/ m2K]

- Ermittlung von Ai [m2]: s. Tabelle Vorgabe AWände = 46,8 + 45,0 + 39,8 + 50,0 = 181,6 [m2] AFenster = 10 + 15 + 17 + 10 = 52 [m2] ADach = 91 [m2] ABoden = 80 [m2]

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- Ermittlung von A [m2]: Summe der Teilflächen Ai: A = AWände + AFenster + ADach + ABoden = 181,6 + 52 + 91 + 80 A = 404,6 [m2] → Einsetzen der ermittelten Werte in die Gleichung 1.3: HT = Σ (Fxi · Ai · ki) + 0,05 · A Wände = 1,0 · 181,6 · 0,24 Fenster + 1,0 · 52 · 1,20 Dach + 1,0 · 91 · 0,20 Boden + 1,0 · 80 · 0,20 + 0,05 · 404,6 = 43,584 + 62,4 + 18,2 + 16 + 20,23 HT = 160,414 [W/ K] → Der spezifische Transmissionswärmeverlust HT beträgt 160,41 W/ K. Dies entspricht der

Menge, die durch die Gebäudehülle infolge Wärmeleitung pro Grad Temperaturdifferenz verloren geht.

2. Ermittlung des spezifischen Lüftungswärmeverlustes Hv [W/ K] 2.1 Erläuterung Der Lüftungswärmeverlust HV [W/ K] entspricht der Wärmemenge, die mit der Luft entweicht, indem sie durch alle Öffnungen und Fugen nach außen transportiert wird. Diese Situation stellt sich ein, wenn die Räume eines Gebäudes gelüftet werden: In der Heizperi-ode strömt erwärmte Innenluft nach außen, kalte Außenluft wiederum nach innen. Energie wird verbraucht, deren Menge mit dem Lüftungswärmeverlust bezeichnet wird. Offensichtlich ist dieser Verlust individuell verschieden, denn nicht nur das Lüftungsverhalten der Bewohner variiert, sondern auch die Dichtigkeit des Gebäudes. Daher folgt die Berechnung des Lüftungswärmeverlustes gewissen verallgemeinernden Annahmen: Als prinzipielle Grundlage wird das beheizte Gebäudevolumen Ve [m3] herangezogen, das dem auszutauschenden Luftvolumen mit Energieverbrauch entspricht. Der Lüftungswärmeverlust wird sodann ermittelt, indem die Dichtigkeit des Gebäudes untersucht wird. Dies erfolgt, indem der sog. Blower-Door-Test durchgeführt wird, der einen Über- und Unterdruck simuliert:

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Schemata zum Aufbau der Anlage und Zirkulation der Luft ---------------------------------------------------------------------------------------------

Blower-Door-Messeinrichtung

Bei geschlossenen Fenstern und Außentüren wird mit einem Ventilator, bei konstantem Unter-druck (50 Pascal), Raumluft aus dem Haus geblasen. Eine Tür oder ein Fenster wird geöffnet und dann mit einem winddichten Stoffrahmen ausgefüllt. In diesen Stoffrahmen eingelassen ist ein Ventilator. Dieser Ventilator erzeugt eine kleine Druckdifferenz im Haus. Je nach Dichtheit des Hauses muss der Ventilator mehr oder weniger stark arbeiten, um die Druckdifferenz zu hal-ten. Hieraus wird das Maß der Undichtigkeit ("die Luftwechselrate") bestimmt. Die entweichen-de Raumluftmenge wird gemessen. Sie entspricht der Außenluftmenge, die über Lecks in der Gebäudehülle ins Innere des Hauses nachströmt.

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Es ist ergänzend möglich, kleine Mengen von Prüfnebel zu versprühen, um Undichtigkeiten zu lokalisieren. 2.2 Berechnung Im Fall eines bestandenen Blower-Door-Tests ergibt sich der Lüftungswärmeverlust zu

HV = 0,163 · Ve [W/ K], bei nicht bestandenem Blower-Door-Test wird durch einen höheren Faktor der Lüftungswärme-verlust größer und errechnet sich aus

HV = 0,19 · Ve [W/ K]. 2.3 Allgemein s. EnEV → Anhang 1, Tabelle 2, Zeile 3; S. 25:

Spezifischer Lüftungswärmeverlust Hv mit Dichtheitsprüfung (entspricht bestandenem Blower-Door-Test) → Hv, BD best. = 0,163 · Ve [W/ K] Spezifischer Lüftungswärmeverlust Hv ohne Dichtheitsprüfung (entspricht nicht bestandenem Blower-Door-Test) → Hv, BD n. best. = 0,19 · Ve [W/ K]

Ve = beheiztes Volumen [m3] 2.4 Gegebenes Gebäude beheiztes Volumen: gegeben Ve = 566 [m3] Bestandener Blower-Door-Test: Nicht bestandener Blower-Door-Test: Hv = 0,163 · Ve Hv = 0,19 · Ve = 0,163 · 566 = 0,19 · 566 Hv, BD best. = 92,258 [W/ K] Hv, BD n. best.. = 107,54 [W/ K] → Der spezifische Lüftungswärmeverlust Hv beträgt bei bestandenem Blower-Door-Test 92,26

W/ K, bei nicht bestandenem Blower-Door-Test hingegen 107,54 W/ K.

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3. Ermittlung der solaren Gewinne QS [kwh/ a] 3.1 Erläuterung Die solaren Gewinne Qs [kwh/ a] sind diejenigen Wärmegewinne, die die Sonnenenergie durch Einstrahlung und somit durch Erwärmung des Gebäudes liefert. Besonders transparente, aber auch opake Bauteile lassen Sonnenenergie durchströmen. Bei der vorliegenden Berechnung wer-den jedoch nur transparente Bauteile, also Fensterflächen, als Quelle der solaren Gewinnmenge betrachtet. Die Berechnung der solaren Gewinne basiert auf langfristigen Beobachtungen und Datenerhe-bungen, die pauschalisierte grundsätzliche Annahmen erlauben. Ausschlaggebend für die ermit-telten Faktoren ist neben den geografischen und klimatischen Umständen die Lage der Bauteile zu den Himmelsrichtungen, die unterschiedliche Einstrahlungsmengen Is implizieren. Entscheidend ist hierbei die Frage, wie viel Energie die betreffenden Bauteile durchlassen; der Gesamtenergiedurchlassgrad gv [-] beschreibt diese Eigenschaft. Berücksichtigt muss gegebenenfalls die Neigung abgeschrägter Bauteile (z. B. Dachfenster). 3.2 Berechnung Die Fensterflächen werden den vier Himmelsrichtungen entsprechend separat untersucht. Somit wird die Fensterfläche einer Himmelsrichtung Ai mit der entsprechenden solaren Einstrahlungs-menge Is sowie dem Gesamtenergiedurchlassgrad gi multipliziert:

QS = Σ Is · gi · Ai Diese berechnete Menge muss jedoch reduziert werden, da Fensterrahmen, nicht senkrechter Strahlungseinfall und Sonnenschutzvorrichtungen die solaren Gewinne beinahe um die Hälfte reduzieren. Aus dem - Abminderungsfaktor durch den Rahmenanteil FF = 0,7, - dem Korrekturfaktor für nicht senkrechten Strahlungseinfall FW = 0,9 und dem - Abminderungsfaktor für Sonnenschutz FC = 0,9 ergibt sich der Gesamtabminderungsfaktor zu 0,7 · 0,9 · 0,9 = 0,567. Somit lautet die Formel zur Ermittlung der solaren Gewinne:

QS = Σ Is · 0,567 · gi · Ai [kwh/ a] 3.3 Allgemein s. EnEV → Anhang 1, Tabelle 2, Zeile 4; S. 25 → QS = Σ Is · 0,567 · gi · Ai [kwh/ a] Is = solare Einstrahlung auf die Fensterflächen je nach Orientierung [W/ m2] Is Südost bis Südwest: 270 [kwh/ (m2a)] Is Nordwest bis Nordost: 100 [kwh/ (m2a)] Is übrige Richtungen: 155 [kwh/ (m2a)] gi = Gesamtenergiedurchlassgrad [-] Ai = jeweilige Fensterfläche je nach Orientierung [m2]

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3.4 Gegebenes Gebäude Is Süd: 270 [kwh/ (m2a)] Is Nord: 100 [kwh/ (m2a)] Is Ost: 155 [kwh/ (m2a)] Is West: 155 [kwh/ (m2a)] gegeben: Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung gv = 0,70 [-] ASüd = 17 [m2] ANord = 10 [m2] AOst = 15 [m2] AWest = 10 [m2] → Einsetzen der gegebenen Werte in die Gleichung 3.3 QS = Σ (Is · 0,567 · gi · Ai) Süd = 270 · 0,567 · 0,70 · 17 Nord + 100 · 0,567 · 0,70 · 10 Ost + 155 · 0,567 · 0,70 · 15 West + 155 · 0,567 · 0,70 · 10 = 0,567 · 0,70 (270 · 17 + 100 · 10 + 155 · 15 + 155 · 10) QS = 3974,95 [kwh/ a] → Die gewonnene Wärmemenge aus Sonneneinstrahlung QS beträgt 3974,95 kwh pro Jahr. 4. Ermittlung der internen Gewinne Qi [kwh/ a] 4.1 Erläuterung Neben der Sonnenergie gibt es drei weitere Quellen, die Energie liefern und somit benötigte Hei-zenergie reduzieren: Beleuchtung, Elektrogeräte und der Mensch selbst geben soviel Wärme ab, dass diese Energiemengen, die internen Gewinne Qi [kwh/ a], bei der Bilanzierung des Heizwärmebedarfs berücksichtigt werden müssen. Hier zeigen sich Parallelen zur Berechnung des spezifischen Lüftungswärmeverlustes Hv, denn auch die internen Gewinne sind aufgrund der unterschiedlichen Ausstattung und Anzahl der Be-wohner bzw. Gebäudenutzer individuell verschieden. Infolgedessen verfährt man bei dem vor-liegenden vereinfachten Verfahren der EnEV pauschalisierend vor. 4.2 Berechnung Als ausschlaggebender Kennwert gilt die Gebäudenutzfläche AN, die sich zu einem Anteil aus dem beheizten Gebäudevolumen Ve ergibt:

AN = 0,32 · Ve [m2]

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Der Faktor 0,32 ist das Ergebnis aus einem ermittelten durchschnittlichen Größenverhältnis von AN zu Ve bei Wohngebäuden. Die internen Gewinne Qi berechnen sich sodann zu

Qi = 22 · AN [kwh/ a], wobei der Faktor 22 folgenden Hintergrund hat: Bei Wohngebäuden wird ein interner Gewinn von 5 W/ m2 angesetzt. In einer Heizperiode von 185 Tagen ergibt sich der Faktor aus

5 [W/ m2] · 185 [d] · 0,024 [kwh] = 22,2 ≈ 22,

wobei der Faktor 0,024 sich wiederum aus dem Produkt 1 W · d ergibt. 4.3 Allgemein s. EnEV → Anhang 1, Tabelle 2, Zeile 5; S. 25 → Qi = 22 · AN [kwh/ a] AN = Nutzfläche → s. EnEV → Anhang 1, 1.3.4; S. 20 → AN = 0,32 · Ve [m2] 4.4 Gegebenes Gebäude gegeben: Ve = 566 [m3] → AN = 0,32 · 566 = 181,12 [m2] → Qi = 22 · AN = 22 · 181,12 Qi = 3984,64 [kwh/ a] → Die gewonnene Wärmemenge aus internen Quellen Qi beträgt 3984,64 kwh pro Jahr. 5. Ermittlung des Jahresheizwärmebedarfs QH [kwh/ a] 5.1 Erläuterung Der Jahresheizwärmebedarf QH [kwh/ a] ist diejenige Wärmemenge, die zum Beheizen eines Gebäudes in einem Jahr benötigt wird. Die zuvor ermittelten Werte stellen die hierfür bedeuten-den Einflussgrößen dar, nämlich der spezifische Transmissionswärmeverlust HT, der spezifische Lüftungswärmeverlust HV sowie die solaren und die internen Gewinne QS und Qi. Demnach bestimmen die Wärmeverluste und Wärmegewinne den Bedarf an Heizenergie. Bei der Frage nach dem Heizwärmebedarf darf die Dichtigkeit eines Gebäudes nicht unbeachtet bleiben, denn diese Eigenschaft reduziert bzw. vergrößert die Menge der Lüftungswärmeverluste 11

durch Öffnungen und Fugen. Bei der folgenden Berechnung sollte also unterschieden werden, ob ein Gebäude die Anforderung an seine Dichtigkeit erfüllt, d. h. ob er einen Blower-Door-Test bestanden hat oder nicht. 5.2 Berechnung Bildet man die Differenz zwischen Verlusten und Gewinnen, so erhält man das gesuchte Ergeb-nis. Ergänzt um zwei Faktoren heißt die Gleichung:

QH = 66 (HT + HV) – 0,95 (QS + Qi) [kwh/ a] Die Faktoren 66 und 0,95 haben folgenden Hintergrund: - Der Faktor 66 vor den Summen der Wärmeverlustmengen ist der Faktor der Heizgradtage FGT

[-]. Die Heizgradtage bilden die Differenz zwischen der gewünschten Raumtemperatur und der mittleren Außentemperatur eines Tages, falls diese Außentemperatur unter einer angenomme-nen Heizgrenze liegt. Der Faktor ergibt sich aus

FGT = 0,024 · 2900 · 0,95 = 66,12 ≈ 66, wobei 0,024 die Umrechnung aus 1 Wd und 2900 die mittlere Gradtagzahl für Deutschland

darstellt. 0,95 berücksichtigt die Nachtabsenkung der Heizung. - Der Faktor 0,95 repräsentiert den Ausnutzungsgrad der Wärmegewinne. 5.3 Allgemein s. EnEV → s. Anhang 1, Tabelle 2, Zeile 1; S. 25 → QH = 66 (HT + HV) – 0,95 (QS + Qi) [kwh/ a] 5.4 Gegebenes Gebäude ermittelte Werte: HT = 160,41 [W/ K] HV, BD best. = 92,26 [W/ K] bei bestandenem Blower-Door-Test HV, BD n.best. = 107,54 [W/ K] bei nicht bestandenem Blower-Door-Test QS = 3974,95 [kwh/ a] Qi = 3984,64 [kwh/ a] → Einsetzen der ermittelten Werte in die Gleichung 5.3: Bei bestandenem Blower-Door-Test:

QH, BD best. = 66 (HT + HV, BD best.) – 0,95 (QS + Qi) = 66 (160,41 + 92,26) – 0,95 (3974,95 + 3984,64) = 16676,22 – 7561,6105 QH, BD best. = 9114,61 [kwh/ a]

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Bei nicht bestandenem Blower-Door-Test: QH, BD n. best. = 66 (HT + HV BD n.best) – 0,95 (QS + Qi)

= 66 (160,41 + 107,54) – 0,95 (3974,95 + 3984,64) = 23624,7 – 7561,6105

QH, BD n. best. = 10123,09 [kwh/ a] → Der Jahresheizwärmebedarf beträgt bei bestandenem Blower-Door-Test 9114,61 kwh, bei

nicht bestandenem Blower-Door-Test hingegen 10123,09 kwh pro Jahr. 6. Ermittlung des vorhandenen spezifischen flächenbezogenen Transmissionswärmeverlustes HT´ vorh [W/ m2K] 6.1 Erläuterung Bei der Bilanzierung des Energieverbrauchs und -bedarfs eines Gebäudes muss untersucht wer-den, ob der vorhandene spezifische Transmissionswärmeverlust HT [W/ K] bezogen auf die wärmeübertragende Umfassungsfläche A – HT´vorh. [W/ m2K] – zulässige Werte nicht überschreitet. Dabei wird dem Verhältnis zwischen der wärmeübertragenden Umfassungsfläche A und dem beheizten Gebäudevolumen Ve Rechnung getragen (vgl. Kapitel 7). 6.2 Berechnung Der spezifische Transmissionswärmeverlust HT [W/ K] (vgl. Kapitel 1) wird auf die wärmeüber-tragende Umfassungsfläche A [m2] bezogen, indem der Quotient

HT´vorh. = HT/ A [W/ m2K] gebildet wird. 6.3 Allgemein s. EnEV → Anhang 1, Tabelle 2, Zeile 2b; S.25 → HT´ vorh. = HT/ A [W/ m2K] 6.4 Gegebenes Gebäude ermittelte Werte: HT = 160,414 [W/ K] A = 404,6 [m2]

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→ Einsetzen der ermittelten Werte in die Gleichung 6.3: HT´ vorh. = HT/ A = 160,414/ 404,6 HT´ vorh. = 0,396 [W/ m2K] → Der vorhandene flächenbezogene Transmissionswärmeverlust HT´ vorh. beträgt 0,396 W/ m2K. 7. Ermittlung des zulässigen spezifischen flächenbezogenen Transmissionswärmeverlustes HT´zul. [W/ m2K] 7.1 Erläuterung Die Ermittlung des zulässigen spezifischen flächenbezogenen Transmissionswärmeverlustes HT´zul. [W/ m2K] gibt den einzuhaltenden Grenzwert an. 7.2 Berechnung Grundlegend ist das Verhältnis zwischen der wärmeübertragenden Umfassungsfläche A [m2] und dem beheizten Gebäudevolumen Ve [m3]. Der Quotient bestimmt die zu verwendende Glei-chung nach der EnEV. 7.3 Allgemein s. EnEV → Anhang 1, Tabelle 1, Spalte 5; S. 19 → Wert wird abgelesen Zwischenwerte werden ermittelt durch Gleichungen im Anhang 1, 1.2; S. 19f.: Zwischenwerte zu Tabelle 1 7.4 Gegebenes Gebäude ermittelte Werte: A = 404,6 [m2] Ve = 566 [m3] → Verhältnis A/ Ve = 404,6/ 566 = 0,715 → Zwischenwert → HT´ zul. ermitteln durch Gleichung im Anhang 1, 1.2, Spalte 5; S. 20 → HT´zul. = 0,3 + 0,15/ (A/ Ve) [W/ m2K] = 0,3 + 0,15/ (404,6/ 566) HT´zul. = 0,510 [W/ m2K]

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→ Der zulässige spezifische flächenbezogene Transmissionswärmeverlust HT´zul. beträgt 0,510 [W/ m2K].

8. Nachweis, ob der vorhandene spezifische flächenbezogene

Transmissionswärmeverlust HT´vorh. [W/ m2K] den zulässigen Wert HT´zul. [W/ m2K] nicht überschreitet.

8.1 Erläuterung Es wird untersucht, ob der vorhandene spezifische flächenbezogene Transmissionswärmeverlust HT´ vorh. den zulässigen HT´ zul. [W/ m2K] wie gefordert unterschreitet. Hierdurch wird ein Min-deststandard des baulichen Wärmeschutzes gewährleistet. 8.2 Berechnung 8.3 Allgemein

HT´ vorh. ≤ HT´ zul. [W/ m2K] 8.4 Gegebenes Gebäude Einsetzen der ermittelten Werte: HT´ vorh. ≤ HT´ zul. 0,396 [W/ m2K] ≤ 0,510 [W/ m2K] → Der Nachweis ist erfüllt. 9. Ermittlung des flächenbezogenen Jahresheizwärmebedarfs QH´´ [kwh/ m2a] 9.1 Erläuterung Wie eingangs erläutert, beinhaltet die vorliegende Bilanzierung neben der Ermittlung des Heinzwärmeenergiebedarfs diejenige des Primärenergiebedarfs. Um diesen Bedarf finden zu können, muss der bereits berechnete Jahresheizwärmebedarf QH [kwh/ a] (vgl. Kapitel 5) auf die Gebäudenutzfläche AN [m2] bezogen werden. Dieser Wert, QH´´ [kwh/ m2a], ermöglicht es dann, unter Berücksichtigung des vorhandenen Heizungssystems die Menge an benötigter Primärener-gie zu bestimmen. Somit ist im vorliegenden Zusammenhang der 9. Schritt der Bilanzierung als Basis zur Berechnung des Primärenergiebedarfs zu verstehen.

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9.2 Berechnung Der errechnete Wert des Jahresheizwärmebedarfs QH [kwh/ a] wird durch die Gebäudenutzfläche AN [m2] dividiert:

QH´´ = QH/ AN [kwh/ m2a]

9.3 Allgemein → QH´´ = QH/ AN [kwh/ m2a] QH = Jahresheizwärmebedarf [kwh/ a] AN = Nutzfläche [m2] 9.4 Gegebenes Gebäude ermittelte Werte: QH, BD best. = 9114,61 [kwh/ a] bei bestandenem Blower-Door-Test QH, BD n. best. = 10123,09 [kwh/ a] bei nicht bestandenem Blower-Door-Test AN = 181,12 [m2] Einsetzen der ermittelten Werte in die Gleichung 9.3: Bei bestandenem Blower-Door-Test: Bei nicht bestandenem Blower-Door-Test QH´´BD best. = QH/ AN QH´´BD n. best. = QH/ AN = 9114,61/ 181,12 = 10123,09/ 181,12 QH´´BD best. = 50,32 [kwh/ m2a] QH´´BD n. best. = 55,89 [kwh/ m2a] → Der flächenbezogene Jahresheizwärmebedarf QH´´ beträgt bei bestandenem Blower-Door-

Test 50,32 kwh/ m2a, bei nicht bestandenem Blower-Door-Test hingegen 55,89 kwh/ m2a. 10. Ermittlung der Aufwandzahl ep [-] 10.1 Erläuterung Die Aufwandzahl bzw. Anlagenaufwandszahl ep [-] informiert darüber, wie das Verhältnis zwi-schen der Primärenergie, die von der Anlagentechnik gebraucht wird, zu der erzeugten Nutz-wärme ist. Dementsprechend hängt die ep – Zahl von der Gestaltung des jeweiligen Heizungssystems ab: Von Bedeutung sind - der Ort, an dem die Anlage aufgestellt ist, - die sie umgebende Temperatur (im beheizten oder im unbeheizten Bereich), - der Verlauf der Verteilungsleitungen (zentral im beheizten Bereich oder in den Außenwänden),

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- die Heizsystemtemperatur, - die Art der Wärmeübergabe (z. B. Heizkörper oder Bodenheizung; im Raum Thermostat oder

elektronische Regelung), - die Art der Warmwasserversorgung, - das Vorhandensein einer Lüftungs- und Solaranlage und schließlich - die Art des Wärmeerzeugers. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Anlagenaufwandzahl ep das Ergebnis der Kombina-tion aus Heizung, Warmwasserbereitung und Lüftung darstellt. Der letzte Aspekt des Wärmeerzeugertyps ist derjenige, der in dieser Arbeit differenziert unter-sucht wird. Es wird der Frage nachgegangen, welche Auswirkungen unterschiedliche Heizungs-systeme auf den benötigten Jahresprimärenergiebedarf haben. Um den Jahresprimärenergiebe-darf ermitteln zu können (vgl. Kapitel 11), müssen angemessene ep – Werte gefunden werden. Es sei darauf hingewiesen bzw. daran erinnert, dass die Dichtigkeit eines Gebäudes einen Ein-fluss auf den Jahresheizwärmebedarf QH [kwh/ a] hat (vgl. Kapitel 5). Wärme, die durch Öff-nungen und Fugen entweicht, erhöht diesen Bedarf und somit auch den flächenbezogenen Jah-resheizwärmebedarf QH´´ [kwh/ m2a]. Folglich ist bei der Ermittlung der Aufwandzahl ep das Ergebnis eines Blower-Door-Tests zu berücksichtigen. 10.2 Berechnung Die Berechnung der ep – Zahl ist in der DIN V 4701-10:2001:02 geregelt. Sie bietet drei Verfah-ren an: 1. Grafische Ermittlung: Ist das gegebene Anlagensystem in der DIN erfasst, so kann das Diagrammverfahren ange-

wandt werden. Die Vorgehensweise wird im nachfolgenden Unterkapitel (10.4) erklärt. Während in der o. g. DIN sechs gängige Anlagensysteme analysiert sind (Anhang C. 5), fin-

den sich in der zum jetzigen Zeitpunkt neuesten Ausgabe, der DIN V 4701-10:2002-02, be-reits 71 Systeme.

Da in dieser Beispielrechnung Auswirkungen der gängigen Heizungsanlagen untersucht wer-den sollen, werden die sechs Systeme der DIN V 4701-10 aus dem Jahr 2001 gewählt; sie sind in der neueren Ausgabe unter den Anlage-Nummern 4, 27, 32, 51, 60 und 66 zu finden (vgl. DIN V 4701-10:2002-02, S, 2). Es handelt sich hierbei um Heizungsanlagen, die Ener-gie durch Gas bzw. Öl erzeugen (Niedertemperatur-Kessel, Brennwert-Kessel), durch Strom (Wärmepumpe, Elektroheizung) und durch Fern- und Nahwärme. Der Brennwert-Kessel wird zweifach differenziert, weil es sich hierbei um die am häufigsten verwendeten Systeme handelt; die Auswahl betrifft eben die geläufigsten Systeme.

2. Tabellenverfahren:

Wenn eine Heinzugsanlage in der DIN nicht erfasst ist, so sind Kennwerte für Standardpro-dukte hinzuzuziehen, die sich im Anhang C.1 bis C.4 finden. Sie bedeuten jedoch lediglich eine Annäherung, die für das Ergebnis der Wärmebilanz nachteilig ist. Im Anhang A bieten Berechnungsblätter Hilfe.

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3. Detailliertes Verfahren: Hier können die ep – Zahlen von Anlagen gefunden werden, deren Kennwerte bekannt sind. Die Verwendung dieser genauen Kennwerte führt zu für die Wärmebilanz vorteilhaften Er-gebnissen.

10.3 Allgemein Anlage in der DIN erfasst → Diagrammverfahren → s. DIN V 4701-10:2002-02 Auf der zweiten Seite einer jeden Anlage findet sich das Diagramm, in dem die ep – Zahl abhän-gig vom flächenbezogenen Jahresheizwärmebedarf QH´´ und der Gebäudenutzfläche AN abgele-sen werden kann. Zwischenwerte können näherungsweise ebenfalls aus dem Diagramm abgelesen werden. Interpolieren der Werte in der angefügten Tabelle hat nicht ausschlaggebende Unterschiede zur Folge. 10.4 Gegebenes Gebäude ermittelte Werte: QH´´BD best. = 50,32 [kwh/ m2a] bei bestandenem Blower-Door-Test QH´´BD n. best. = 55,89 [kwh/ m2a] bei nicht bestandenem Blower-Door-Test AN = 181,12 [m2] Betrachten der unterschiedlichen Heizungstypen: Ablesen der Schnittpunkte der AN-Kurve mit der QH´´ - Geraden ergibt: ep Art der Anlage Anlage Nr. BDbest. BDn. best. NT: Niedertemperatur-Kessel (Gas/ Öl) 4 1,86 1,82 BW: Brennwert-Kessel (Gas/ Öl) 27 1,33 1,32 WP: Wärmepumpe (Strom) 32 1,18 1,17 WP: Wärmepumpe (Strom) 51 1,11 1,08 EH: Elektroheizung (Strom) 60 2,71 2,73 FW: Fern- und Nahwärme 66 0,99 0,97 11. Ermittlung des vorhandenen Jahresprimärenergiebedarfs QP´´vorh. [kwh/ m2a] 11.1 Erläuterung

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Unter dem Primärenergiebedarf QP´´vorh. [kwh/ m2a] versteht man die Menge an Energie, die die benötigte Energiemenge deckt. Hierbei werden neben den Wärmeverlusten durch Transmission und Lüftung auch die verlorenen Energiemengen einbezogen, die außerhalb des Gebäudes ver-braucht (Gewinnung, Umwandlung, Transport) und zur Warmwasseraufbereitung und Anlagen-betrieb benötigt werden. Es handelt sich also um diejenige Energiemenge, die die dem Heizsys-tem zugeführt werden muss.

Relevant für den Primärenergiebedarf sind der Jahresheizwärme- und der Warmwasserbedarf sowie die Art der Heizungsanlage. Auch hier ist ein erhöhter Heizwärmebedarf durch Lüftungs-verluste zu beachten, so dass das Bestehen oder Nicht-Bestehen eines Blower-Door-Tests diffe-renziert mit einfließen muss. Zu beachten ist, dass bestimmte zulässige Werte nicht überschritten werden dürfen (vgl. Kapitel 12 und 13). 11.2 Berechnung Die relevanten Größen des Jahresheizwärmebedarfs QH [kwh/ a] und des Warmwasserbedarfs QW [kwh/ m2a] werden addiert und schließlich mit der Anlagenaufwandzahl ep multipliziert:

QP´´vorh. = (QH + QW) · ep [kwh/ m2a] Der Zuschlag für den Wärmebedarf für die Warmwasserbereitung wird pauschal zu QW = 12,5 kwh/ m2a angesetzt. 11.3 Allgemein → EnEV → Anhang 1, 3.; S. 23 → QP´´ vorh. = (QH + QW) · ep [kwh/ m2a] QH = Jahresheizwärmebedarf QW = Zuschlag für Warmwasser, pauschal nach DIN V 4701-10: 2001-02 zu 12,5 kwh/ m2a anzusetzen (s. EnEV → Anhang1, 2.2; S. 21) ep = grafisches Verfahren nach DIN V 4701-10:2001-02 Nr. 4.2.6 11.4 Gegebenes Gebäude ermittelte Werte: QH´´BD best. = 50,32 [kwh/ m2a] bei bestandenem Blower-Door-Test QH´´BD n. best. = 55,89 [kwh/ m2a] bei nicht bestandenem Blower-Door-Test QW = 12,50 [kwh/ m2a] Einsetzen in die Gleichung 11.3: → QP´´ vorh. = (QH + QW) · ep [kwh/ m2a] QP´´vorh. [kwh/ m2a] Art der Anlage Anlage Nr. BDbest. BDn. best. NT: Niedertemperatur-Kessel (Gas/ Öl) 4 116,845 124,470 BW: Brennwert-Kessel (Gas/ Öl) 27 83,551 90,275 WP: Wärmepumpe (Strom) 32 74,128 80,017 WP: Wärmepumpe (Strom) 51 69,730 73,861 EH: Elektroheizung (Strom) 60 170,242 186,705 FW: Fern- und Nahwärme 66 62,192 66,339 19

12. Ermittlung des zulässigen Jahresprimärenergiebedarfs Qp´´zul. [kwh/ m2a] 12.1 Erläuterung Die EnEV schreibt für den Jahresprimärenergiebedarf QP´´vorh. [kwh/ m2a] Grenzwerte vor, die eingehalten werden müssen. Der zulässige maximale Wert hängt von der wärmeübertragenden Umfassungsfläche A [m2], des beheizten Gebäudevolumens Ve [m3] sowie der Gebäudenutzflä-che AN [m2] ab. Je günstiger das Verhältnis von A zu Ve ist, umso größer wird der Wert des zulässigen Jahres-primärenergiebedarfs QP´´zul. [kwh/ m2a]. Als günstig gilt das Verhältnis dann, wenn die Gebäu-dehülle möglichst kompakt ist. 12.2 Berechnung Abhängig von dem Verhältnis A zu Ve liefert die EnEV Gleichungen, mit denen sich der zulässi-ge Jahresprimärenergiebedarf ermitteln lässt (s. EnEV → Anhang 1, Tabelle 1, Spalte 2; S. 19f.). 12.3 Allgemein s. EnEV → Anhang 1, Tabelle 1, Spalte 2; S. 19 bei Zwischenwerten → Gleichungen nach EnEV → Anhang 1, 1.2; S. 19 12.4 Gegebenes Gebäude ermittelte Werte: AN = 181,12 [m2] Verhältnis A/ Ve = 404,6/ 566 = 0,715 → Zwischenwert → Gleichung EnEV → Anhang 1, 1.2, Spalte 2; S. 19: QP´´zul. = 50,94 + 75,29 · A/ Ve + 2600/ (100 + AN) = 50,94 + 75,29 · 0,715 + 2600/ (100 + 181,12) QP´´zul. = 114,02 [kwh/ m2a] → Der zulässige Jahresprimärenergiebedarf QP´´zul. beträgt 114,02 kwh/ m2a.

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13. Nachweis, ob der vorhandene Jahresprimärenergiebedarf QP´´vorh. [kwh/ m2a] den zulässigen Wert QP´´zul. [kwh/ m2a] nicht überschreitet. 13.1 Erläuterung Zu untersuchen ist, ob der von der EnEV vorgegebene Grenzwert eingehalten wird. Eine Kon-trolle der CO2-Emission wird auf diese Weise erzielt. 13.2 Berechnung 13.3 Allgemein QP´´vorh. ≤ QP´´zul. [kwh/ m2a] 13.4 Gegebenes Gebäude ermittelter Wert: QP´´zul. = 114,02 [kwh/ m2a]

QP´´vorh. [kwh/ m2a] Art der Anlage Anlage Nr. BDbest. BDn. best. NT: Niedertemperatur-Kessel (Gas/ Öl) 4 116,845 124,470 BW: Brennwert-Kessel (Gas/ Öl) 27 83,551 90,275 WP: Wärmepumpe (Strom) 32 74,128 80,017 WP: Wärmepumpe (Strom) 51 69,730 73,861 EH: Elektroheizung (Strom) 60 170,242 186,705 FW: Fern- und Nahwärme 66 62,192 66,339 → Der Nachweis ist bei bestandenem und nicht bestandenem Blower-Door-Test durch die An-

lagen Nr. 27, 32, 51 und 66 deutlich unter dem einzuhaltenden Grenzwert erfüllt. Der Niedertemperatur-Kessel überschreitet den zulässigen Wert bei guter Dichtigkeit des

Gebäudes nur knapp, bei höherer Undichtigkeit um ca. 10 kwh pro m2 und Jahr. Die Elektroheizung benötigt unabhängig von dem Ausgang des Blower-Door-Tests viel mehr

Primärenergie als erlaubt. Die günstigsten Werte – ebenfalls relativ unabhängig von der Dichtigkeit des Gebäudes –

liefert ein System mit Fern- und Nahwärme als Energiequelle.

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Zusammenfassung Zur übersichtlichen Anordnung der Größen, die in der Bilanzierung ermittelt worden sind, dient das nachstehende Diagramm:

H

Primärenergiebedarf QP

Heizenergiebedarf Wärmebedarf für Warmwasser

Heizwärmebedarf QH Verluste des Heizungssystems

Wärmeverluste

Transmissionswärmeverluste

Lüftungswärmeverluste HV

Wärmegewinne

Solare Wärmegewinne QS

Interne Gewinne QI

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