Gebäudestandards nachweisen für EnEV und Förderprogramme Diskussion der Schnittstelle von Solarsimulation und öffentlich-rechtlichem Nachweis

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1 Gebäudestandards nachweisen für EnEV und Förderprogramme Diskussion der Schnittstelle von Solarsimulation und öffentlich-rechtlichem Nachweis Klaus Lambrecht ECONSULT Lambrecht Jungmann Partner Buchenweg 12, D-7218 Rottenburg Tel. +49 () Kontakt: Fachbeitrag 22. Symposium Thermische Solarenergie 212 Kloster Banz 1 Vorbemerkungen Die vorliegenden Ergebnisse sind im Rahmen einer der Studie Energiestandards KfW-Effizienzhaus, und Gebäude mit hohem solaren Deckungsanteil im Vergleich für das SHI erarbeitet worden. Die Simulationsresultate haben nur unter den angegebenen Randbedingungen Gültigkeit. Die Randbedingungen sind durch die EnEV29 festgelegt. Nach diesen Randbedingungen und den Vorgaben der KfW sind die Gebäude konform zu den KfW- Förderstandards einwickelt worden. Abweichend von den Randbedingungen der DIN V und DIN V sind die Nutzerprofile danach in Anlehnung an die Nutzerprofile für Passivhäuser angepasst worden und zwar für alle Gebäude und Varianten. Dadurch ist eine Vergleichbarkeit der Varianten untereinander gegeben. Unter Berücksichtigung der örtlichen Klimadaten wie auch eines abweichenden Nutzerverhaltens können Verbrauchswerte von den hier ermittelten Bedarfswerten abweichen. 2 Anforderungen aus den Förderprogrammen 2.1 Anforderungen aus der EnEV (1) Zu errichtende Wohngebäude sind so auszuführen, dass der Jahres- Primärenergiebedarf für Heizung, Warmwasserbereitung, Lüftung und Kühlung den Wert des Jahres-Primärenergiebedarfs eines Referenzgebäudes gleicher Geometrie, Gebäudenutzfläche und Ausrichtung mit der in Anlage 1 Tabelle 1 angegebenen technischen Referenzausführung nicht überschreitet. (2) Zu errichtende Wohngebäude sind so auszuführen, dass die Höchstwerte des spezifischen, auf die wärmeübertragende Umfassungsfläche bezogenen Transmissionswärmeverlusts (H T ') nach Anlage 1 Tabelle 2 nicht überschritten werden. 212 ECONSULT Lambrecht Jungmann Partner Buchenweg 12 D-7218 Rottenburg 1

2 2.2 KfW-Effizienzhaus und Die Zahl nach dem Begriff KfW-Effizienzhaus gibt an, wie hoch der Jahresprimärenergiebedarf (Q p ) in Relation (%) zu einem vergleichbaren Referenzgebäude nach den Vorgaben der Energieeinsparverordnung (EnEV) sein darf. KfW-Effizienzhaus (Neubau) Anforderung relativ zum Referenzgebäude Q P '' H T ' Tilgungszuschuss 7 55* 4* 7% 55% 4% 85% 7% 55% 5,% 1,% Gleichzeitig darf der Transmissionswärmeverlust nicht höher sein als nach Tabelle 2 der Anlage 1 der EnEV 29 zulässig. *) KfW-Effizienzhaus 55 und 4 erfordern Planung und Baubegleitung durch einen Sachverständigen. : Gefördert werden in der Programmvariante KfW-Effizienzhaus55 auch Gebäude, deren Jahres-Primärenergiebedarf (Q P ) und Jahres-Heizwärmebedarf (Q h ) nach dem Projektierungspaket (PHPP) durch einen Sachverständigen nachgewiesen werden. Voraussetzung für eine Förderung ist, dass der Jahres-Primärenergiebedarf (Q P ) nicht mehr als 4 kwh pro m² Gebäudenutzfläche (A N ) und der Jahres-Heizwärmebedarf (Q h ) nach PHPP nicht mehr als 15 kwh pro m² Wohnfläche betragen. 2.3 Entwicklung der KfW-Effizienzhaus-Standards Für jedes der 3 Gebäude wurden 11 Varianten entwickelt (die fettgedruckten Kürzel in der Matrix stehen nachfolgend für den jeweiligen Variantennamen): Anlagentechnik Energiestandard Gas-Brennwert + FBH + Solaranlage TW+H PH-Hülle Solaranlage TW + H DIN- Standardwerte Solaranlage TW + H 6% solarer Deckungsanteil KfW-Effizienzhaus 7 KfW-EH7 KfW-EH7 6 KfW-Effizienzhaus 55 nach PHPP PH Um die Anforderungen an ein KfW-Effizienzhaus mit Gasheizung zu erreichen, wurden alternativ 2 Ansätze gewählt: 1. Vergrößerung der Solaranlage zur Erhöhung des solaren Deckungsanteils bei vorgegebenem H T ' 2. thermische Qualität der Gebäudehülle auf niveau und zurückfahren der Anlagentechnik 212 ECONSULT Lambrecht Jungmann Partner Buchenweg 12 D-7218 Rottenburg 2

3 Mit beiden Strategien ist es prinzipiell möglich, die Anforderungen an KfW- Effizienzhaus 7 (KfW-EH7) wie auch zu erreichen. Mit einem Wärmebrückenzuschlag von,5 W/m²K erreichen die nachfolgend beschriebenen Baukonstruktionen die jeweiligen KfW-Effizienzhaus-Standards, die konstruktionen wurden wärmebrückenfrei angesetzt. Das wurde mit dem PHPP entwickelt und erfüllt die anforderungen der KfW. 3 Gebäudebeschreibung Die 3 untersuchten Gebäude werden in den relevanten Kenndaten kurz beschreiben: EFH DHH MFH (12 WE) Bruttovolumen V e [m³] 663, ,3 Gebäudenutzfläche A N [m²] 212,4 239,7 157,4 wärmeübertragende Umfassungsfläche A [m²] 475,6 42, ,2 Fensterflächenanteil A F /(A AW + A F ) [%] Parameter für alle Gebäude: Gebäudedichtheit geprüft Zentralheizung mit Fußbodenheizung zentrale WW-Bereitung (im MFH mit Zirkulation, Pumpe 25 W) die Passivhäuser sind mit Lüftungsanlagen mit WRG ausgestattet (η' WRG =,95, P el,vent =,43 W/(m³/h)); EFH/DHH: zentrale Lüftungsanlage mit Erdreichwärmetauscher EWT; MFH: wohnungszentrale Lüftungsanlagen ohne EWT wenn Deckungsrate angegeben (Solare Deckungsrate SD = XX %), dann wurde die Solaranlage mit Polysun simuliert; ansonsten Solaranlagen mit Standardwerten der DIN V 471-1; alle Solaranlagen mit Flachkollektoren mit detaillierten Kennwerten η =,92; EFH/DHH: P el,sb = 6 W, Q HE,GZ = 1 Wh; MFH: P el,sb = 3 W, Q HE,GZ = 5 Wh Heizungsumwälzpumpe Klasse A geregelt; EFH/DHH P=2 W, MFH P=12 W Laufzeit der Kombispeicherladepumpe in Abhängigkeit von Brennstoffbedarf und Kesselnennleistung: t Pumpe = (Q E / Kesselnennleistung) x 1,2 Bei Solaranlagen mit 6% solarer Deckungsrate: Solarpumpenleistung EFH/DHH 6 W; MFH 25 W ansonsten Standard-Werte aus DIN V Abkürzungen in der Gebäudebeschreibung: Solaranlage TW + H: Solarkombianlage für Trinkwarmwasser und Heizung Solar TW: Solaranlage für Trinkwarmwasser A kollektor = Bruttokollektorfläche, A C = Kollektoraperturfläche SD XX%: Solare Deckungsrate in % insgesamt für TW und H 212 ECONSULT Lambrecht Jungmann Partner Buchenweg 12 D-7218 Rottenburg 3

4 KfW-EH: KfW-Effizienzhaus PH: PH-Hülle: Gebäudehülle wie beim 4 Variantenbeschreibung Für jedes der 3 Gebäude wurden 11 Varianten entwickelt. Die fettgedruckten Kürzel in der Matrix stehen nachfolgend für den jeweiligen Variantennamen. Darunter stehen die thermischen Qualitäten der Gebäudehülle sowie die Größe der Solaranlage. 4.1 Einfamilienhaus EFH Anlagentechnik Energiestandard + Solaranlage TW+H Gas-Brennwert PH-Hülle Solaranlage TW + H Solaranlage TW + H 6% solarer Deckungsanteil KfW-Effizienzhaus 7 KfW-EH7 (A) (B) (C) A C = 11,7 m² (7 ) KfW-EH7 keine Solaranlage (A) (B) (C) A C = 11,7 m² (7 ) 6 (A) (B) (C) SD = 6% A kollektor = 36 m² (7 ) V speicher = 7,3 m³ KfW-Effizienzhaus 55 (A) (B) (C') A C = 11,7 m² (7 ) + Solar TW A C = 6,5 m² (7 ) (A) (B) (C') A C = 11,7 m² (7 ) (A) (B) (C') SD = 6% A kollektor = 27 m² (7 ) V speicher = 5,3 m³ nach PHPP PH A C = 11,7 m² (7 ) A C = 11,7 m² (7 ) SD = 6% A kollektor = 16 m² (7 ) V speicher = 1,5 m³ (A) Außenwand: U =,21 W/m²K (A') Außenwand: U =,1 W/m²K (B) Außenwand gegen Erdreich: U =,24 W/m²K (B') Außenwand gegen Erdreich: U =,11 W/m²K (C) Fenster U W = 1,3 W/m²K, g =,6 (C') Fenster Nord: U W =,68 W/m²K, g=,5; Fenster Süd, Ost, West: U W =,71 W/m²K, g=,61 Dach: U =,9 W/m²K Bodenplatte U =,11 W/m²K Solaranlage nach Süd, Neigung 7 (wenn solare Deckungsrate angegeben (SD = XX %), dann wurde die Solaranlage mit Polysun simuliert; ansonsten Solaranlagen mit Standardwerten der DIN V 471-1); 212 ECONSULT Lambrecht Jungmann Partner Buchenweg 12 D-7218 Rottenburg 4

5 4.2 Doppelhaushälfte DHH Anlagentechnik Energiestandard + Solaranlage TW+H Gas-Brennwert PH-Hülle Solaranlage TW + H Solaranlage TW + H 6% solarer Deckungsanteil KfW-Effizienzhaus 7 KfW-EH7 (A) (B) (C) (D) (E) SD = 3% A kollektor = 12 m² (5 ) V speicher =,8 m³ KfW-EH7 + Solar TW A C = 7,2 m² (9 ) (A) (B) (C) (D) (E) A C = 13 m² (9 ) 6 (A) (B) (C) (D) (E) SD = 6% A kollektor = 38 m² (9 ) V speicher = 3,6 m³ KfW-Effizienzhaus 55 (A) (B) (C') (D) (E) SD = 4% A kollektor = 14 m² (5 ) V speicher = 1, m³ SD = 3% A kollektor = 1 m² (5 ) V speicher =,8 m³ (A) (B) (C') (D) (E) A C = 13 m² (9 ) (A) (B) (C') (D) (E) SD = 6% A kollektor = 32 m² (9 ) V speicher = 2,7 m³ nach PHPP PH A C = 13 m² (9 ) A C = 13 m² (9 ) SD = 6% A kollektor = 17 m² (6 ) V speicher = 1,3 m³ (A) Außenwand: U =,18 bis,22 W/m²K (A') Außenwand: U =,14 bis,17 W/m²K (B) Außenwand gegen Erdreich: U =,22 W/m²K (B') Außenwand gegen Erdreich: U =,17 W/m²K (C) Fenster U W = 1,2 bis 1,3 W/m²K, g =,6 (C') Fenster: U W =,8 bis,83 W/m²K, g=,55 (D) Dach: U =,15 W/m²K (D') Dach: U =,14 W/m²K (E) Bodenplatte U =,27 W/m²K (E') Bodenplatte U =,14 W/m²K Solaranlage nach Süd; kleinere Solarflächen an Fassade schräggestellt oder Fassaden- Integration (wenn solare Deckungsrate angegeben (SD = XX %), dann wurde die Solaranlage mit Polysun simuliert; ansonsten Solaranlagen mit Standardwerten der DIN V 471-1) 212 ECONSULT Lambrecht Jungmann Partner Buchenweg 12 D-7218 Rottenburg 5

6 4.3 Mehrfamilienhaus MFH (12 WE) Anlagentechnik Energiestandard + Solaranlage TW+H Gas-Brennwert PH-Hülle Solaranlage TW + H Solaranlage TW + H 6% solarer Deckungsanteil KfW-Effizienzhaus 7 KfW-EH7 (A) (B) (C) (D) (E) SD = 35% A kollektor = 11 m² (6 ) V speicher=15 m³ KfW-EH7 + Solar TW A C = 31,4 m² (6 ) (A) (B) (C) (D) (E) A C = 56,5 m² (6 ) 6 (A) (B) (C) (D) (E) SD = 6% A kollektor = 27 m² (6 ) V speicher = 6 m³ KfW-Effizienzhaus 55 (A) (B) (C') (D) (E) SD = 4% A kollektor = 1 m² (6 ) V speicher=15 m³ +Solar TW+H A C = 56,5 m² (6 ) (A) (B) (C') (D) (E) A C = 56,5 m² (6 ) (A) (B) (C') (D) (E) SD = 6% A kollektor = 215 m² (6 ) V speicher = 5 m³ nach PHPP PH + Solar TW A C = 31,4 m² (6 ) A C = 56,5 m² (6 ) SD = 6% A kollektor = 1 m² (6 ) V speicher = 15 m³ (A) Außenwand: U =,15 bis,16 W/m²K (A') Außenwand: U =,14 W/m²K (B) Dachaufgang Innenwand: U =,33 W/m²K (B') Dachaufgang Innenwand: U =,16 W/m²K (C) Fenster U W = 1,3 W/m²K, g =,6 (C') Fenster: U W =,74 bis,79 W/m²K, g=,61 (D) Dach Eingang/Erker: U =,15 W/m²K (D') Dach Eingang/Erker: U =,13 W/m²K (E) Decke Erker unten U =,17 W/m²K (E') Decke Erker unten U =,14 W/m²K Kellerdecke U =,15 W/m²K Decke OG U =,13 W/m²K mit außenliegendem Kellerabgang, sonst innenliegend Solaranlage nach Süd, aufgeständert auf Dach, Neigung 6 (wenn solare Deckungsrate angegeben (SD = XX %), dann wurde die Solaranlage mit Polysun simuliert; ansonsten Solaranlagen mit Standardwerten der DIN V 471-1) 212 ECONSULT Lambrecht Jungmann Partner Buchenweg 12 D-7218 Rottenburg 6

7 5 Ergebnisse Nach den Vorgaben der KfW sind die Gebäude konform zu den KfW-Förderstandards einwickelt worden. Allen Berechnungen zugrunde liegen die Randbedingungen aus der EnEV in Verbindung mit DIN V und DIN V D.h. die Gebäude erfüllen die KfW-Effizienzhaus Anforderungen. Die nachfolgend dargestellten Energiekennzahlen weichen jedoch aufgrund der geänderten Randbedingungen von den nach EnEV- Randbedingungen ermittelten Werten ab. Abweichend von den Randbedingungen der DIN V und DIN V sind die Nutzerprofile für die nachfolgende Ergebnisdarstellung in Anlehnung an die Nutzerprofile für Passivhäuser angepasst worden und zwar für alle Gebäude und Varianten: Gebäudedichtheit geprüft, n 5 =,5 h -1 Luftwechselrate EFH/DHH: n =,343 h -1 Luftwechselrate MFH: n =,47 h -1 interne Wärmegewinne 2,1 W/m² Wohnfläche Raumtemperatur 2 C, keine Nachtabsenkung wärmebrückenfreie Konstruktion (kein Wärmebrückenzuschlag) Dadurch bleibt die Vergleichbarkeit der Varianten untereinander gegeben. Insbesondere die hohen internen Gewinne von 5 W/m² aus der DIN würden ansonsten bei hocheffizienten Gebäuden zu unsinnigen Ergebnissen führen. Hinweis: In den nachfolgenden Graphiken stehen die immer für das KfW-EH Einfamilienhaus EFH Vergleich spezifischer Transmissionswärmeverlust 6,17,17,17,21,21,17,21,17,29,29,29 spezifischer Transmissionsw ärmeverlust zul. spez. Transmissionsw ärmeverlust Transmissionsw ärmeverlust Referenzgebäude,5,1,15,2,25,3,35,4,45,5 W/(m²K) 212 ECONSULT Lambrecht Jungmann Partner Buchenweg 12 D-7218 Rottenburg 7

8 Heizwärmebedarf aller Maßnahmen Endenergiebedarf aller Maßnahmen Primärenergiebedarf aller Maßnahmen ECONSULT Lambrecht Jungmann Partner Buchenweg 12 D-7218 Rottenburg 8

9 5.2 Doppelhaushälfte DHH Vergleich spezifischer Transmissionswärmeverlust 4 6,22,22,22,24,24,22,24,22,3,3,3,5,1,15,2,25,3,35,4,45,5 W/(m²K) spezifischer Transmissionsw ärmeverlust zul. spez. Transmissionsw ärmeverlust Transmissionsw ärmeverlust Referenzgebäude Heizwärmebedarf aller Maßnahmen Endenergiebedarf aller Maßnahmen ECONSULT Lambrecht Jungmann Partner Buchenweg 12 D-7218 Rottenburg 9

10 Primärenergiebedarf aller Maßnahmen Mehrfamilienhaus MFH Vergleich spezifischer Transmissionswärmeverlust KfW- EH7 Pellet-Solar6,21,21,21,23,23,21,23,3,3,21,3 spezifischer Transmissionsw ärmeverlust zul. spez. Transmissionsw ärmeverlust Transmissionsw ärmeverlust Referenzgebäude,5,1,15,2,25,3,35,4,45,5,55,6 W/(m²K) Heizwärmebedarf aller Maßnahmen KfW- EH7 Pellet-Solar ECONSULT Lambrecht Jungmann Partner Buchenweg 12 D-7218 Rottenburg 1

11 Endenergiebedarf aller Maßnahmen KfW- EH7 Pellet-Solar Primärenergiebedarf aller Maßnahmen KfW- EH7 Pellet-Solar Fazit zur Berechnung Zur Berechnung des Primärenergiebedarfes und die Wirtschaftlichkeitsuntersuchung ist es entscheidend, die Hilfsenergien für Lüftungsanlage, Pumpen und nicht mit den Standardwerten der DIN V zu ermitteln, sondern Herstellerkennwerte heranzuziehen. Das Gleiche gilt für die Wirkungsgrade der ;, deren Parameter so schlecht sind wie die DIN-Standardwerte, sind am Markt gar nicht erhältlich. Der DIN-Standardwert für solare Heizungsunterstützung ist 1% solarer Deckungsanteil. Um höhere solare Deckungsanteile nachzuweisen (bei großen Solaranlagen), ist eine Simulation notwendig. Eine saubere Schnittstellendefinition zwischen Solarsimulation und EnEV-Berechnungen nach DIN 471-1/418-6 (ebenso für DIN V 18599) steht noch aus und sollte dringend erarbeitet werden. 212 ECONSULT Lambrecht Jungmann Partner Buchenweg 12 D-7218 Rottenburg 11