Rechenverfahren im Nichtwohnungsbau

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1 Technische Universität München Rechenverfahren im Nichtwohnungsbau Name des Vortragenden Veranstaltung, Ort Datum Prof. Dr.-Ing. Gerd Hauser Lehrstuhl für Bauphysik, Technische Universität München Lehrstuhl für Bauphysik

2 Anforderungen an zu errichtende Gebäude mit niedrigen Innentemperaturen A/V e Höchstwerte H T in m -1 in W/(m² K) < 0,20 1,03 0,30 0,86 0,40 0,78 0,50 0,73 0,60 0,70 0,70 0,67 0,80 0,66 0,90 0,64 > 1,00 0,63 H T = ( F U A ) + ΔU A x,i i i WB

3 Bilanzierung des Primärenergiebedarfs gem. EnEV 2002 H T STROM Q i Q s Q Q h w H V FOSSIL Nutzung Transport Umwandlung Gewinnung Endenergie = Heizenergie Primärenergie

4 Wesentliche Änderungen gemäß Richtlinie 2002/91/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 16. Dezember 2002 über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden Energy Performance of Buildings Directive EPBD Einbeziehung des Kühlenergiebedarfs Einbeziehung des Kunstlichtstrombedarfs

5 Bilanzierung des Primärenergiebedarfs gem. EnEV 2006

6 DIN V Energetische Bewertung von Gebäuden Berechnung des Nutz-, End,- und Primärenergiebedarfs für Beheizung, Kühlung, Belüftung, Beleuchtung und Warmwasserbereitung

7 Struktur der DIN V 18599: Teil 2: Nutzenergiebedarf für Heizen und Kühlen Teil 3: Nutzenergiebedarf energetische Luftaufbereitung Teil 4: Nutz- und Endenergiebedarf Beleuchtung Teil 1: Allgemeine Bilanzierungsverfahren, Begriffe, Zonierung und Bewertung der Energieträger Teil 5: Teil 6: Teil 7: Endenergiebedarf von Heizsystemen Endenergiebedarf von Wohnungslüftungsanlagen Endenergiebedarf von RLT- und Klimakälte für den Nichtwohnungsbau Teil 8: Nutz- und Endenergiebedarf von Warmwasserbereitungssystemen Teil 9: End- und Primärenergiebedarf von KWK-Anlagen Teil 10: Nutzungsrandbedingungen, Klimadaten

8 DIN V : Zonierung

9 DIN V : Energiebilanz einer Gebäudezone: Heizund Kühlfall

10 DIN V : Luftaufbereitungssysteme

11 DIN V : Energiebedarf für Beleuchtung P(t) Q = t Ende P () t dt P max t Anfang t 1 t äq t 2 t Q = P max t äq

12 DIN V : Bilanzanteile Heizungsanlage

13 DIN V : Nutzungsrandbedingungen

17 Konzept zur Formulierung der Anforderungen Hauptanforderungsgröße Q P,gesamt

18 Primärenergiebilanz (nach DIN V 18599) Q P = Q p,h + Q p,w + Q p,c + Q p,m + Q p,l + Q p,aux Q p,h Q p,w Q p,c Q p,m Q p,l Q p,aux Primärenergiebedarf Heizung Primärenergiebedarf Warmwasser Primärenergiebedarf Kühlung Primärenergiebedarf Dampf (Befeuchtung) Primärenergiebedarf Beleuchtung Primärenergiebedarf Hilfsenergie

19 Prämisse Je nach nutzungsbedingten Vorgaben von Sollwerten entstehen Anforderungen, d.h. die Anforderungen reagieren auf die jeweiligen Nutzungen.

20 Nachweismethode

21 Referenzgebäude-Verfahren

22 Nachweismethode Schritt 1 Für das zu beurteilende Gebäude wird der Jahresprimärenergiebedarf berechnet unter Verwendung der vorgesehenen Geometrie und Gebäudeausrichtung einer Referenz-Bauausführung einer Referenz-Anlagentechnik der vorgegebenen, nutzungsspezifischen Randbedingungen und als maximal zulässiger Jahres-Primärenergiebedarf definiert.

23 Nachweismethode Schritt 2 Anschließend erfolgt die Berechnung des Ist-Jahres-Primärenergiebedarfs unter Verwendung der vorgesehen Bauausführung Anlagentechnik Referenz-Randbedingungen

24 Anforderungen an Nichtwohngebäude (EnEV 2006) Der Maximalwert des Jahres-Primärenergiebedarfs ist der Wert eines Referenzgebäudes mit gleicher Geometrie, Ausrichtung und Nutzung wie das zu errichtende Gebäude mit einer vorgegebenen Ausführung der Gebäudehülle und Anlagentechnik Referenzbautechnik Referenzanlagentechnik

25 Referenz-Bautechnik Wärmeschutztechnische Ausführung der Gebäudehülle

26 Referenz-Bautechnik Wärmeschutztechnische Ausführung der Gebäudehülle H T = 0,76 (0,3+0,15/(A/V e )) für 0,2 A/V e 1,05 bzw. bei >30% Fensterflächenanteil H T = 0,76 (0,35+0,24/(A/V e )) für 0,2 A/V e 1,05

27 Referenz-Bautechnik Wärmeschutztechnische Ausführung der Gebäudehülle Gesamtenergiedurchlassgrad transparenter Bauteile Lichttransmissionsgrad transparenter Bauteile Luftdichtheitsgrad Spez. wirksame Wärmespeicherfähigkeit Tageslichtversorgungsfaktor bei Sonnen- und/oder Blendschutz

28 Referenz-Anlagentechnik Beleuchtung Heizung Warmwasserbereitung Raumlufttechnik Kälteerzeugung

29 Referenz-Anlagentechnik Heizung Niedertemperatur-Heizsystem, außerhalb, 55/45 C; geregelte Pumpe, horizontale Verteilung außerhalb der thermischen Hülle, innen liegende Steigstränge, freie Heizflächen 2 K Proportionalbereich Warmwasser zentrale Warmwasserbereitung: wie Heizung dezentrale Warmwasserbereitung: elektrischer Durchlauferhitzer, eine Zapfstelle pro Gerät

30 Referenz-Anlagentechnik RLT Abluftanlage: Ventilatorwirkungsgrad 60 %, Druckverluste -/520 Pa Zu- und Abluftanlage: Wärmerückgewinnungsgrad 60 %, Ventilatorwirkungsgrad 60 %, Druckverluste 650/520 Pa Luftkonditionierung: Wärmerückgewinnungsgrad 75 %, Ventilatorwirkungsgrad 60 %, Druckverluste 995/625 Pa; Zulufttemperatur: 16 C Raumkühlung Turboverdichter mit Einlassdrossel, hermetisch, Kühlwasseraustrittstemperatur 30 C, Kaltwasseraustrittstemperatur 6 C

31 EnEV 2006 Schritte im Nachweisverfahren Ermittlung der Netto-Grundfläche Ermittlung der wärmeübertragenden Hüllfläche Bestimmung des A/V e -Verhältnisses (wie bislang: thermisch konditioniertes Volumen) Festlegung der Konstruktionen Festlegung der Anlagentechnik => Heizung: i.d.r. ein System für das gesamte Gebäude => Warmwasser: oftmals vernachlässigbar; sonst i.d.r. ein System im Gebäude => Beleuchtung: i.d.r. unterschiedliche Systeme in Zonen; oftmals Tageslichtnutzung eingeschränkt, daher Bildung von Bereichen erforderlich => RLT: oftmals nur in einzelnen Zonen, oftmals unterschiedliche Systeme in Zonen

32 EnEV 2006 Prüfung der Anforderungen Das zu errichtende Gebäude wird gem. zuvor beschriebener Vorgehensweise aufgebaut. Der Jahres-Primärenergiebedarf wird im Hintergrund unter Berücksichtigung der Referenzbau- und Referenzanlagen-technik berechnet. Es entstehen quasi 2 Gebäude: => die Referenzausführung gibt den max. zulässigen Jahres- Primärenergiebedarf vor => die tatsächliche Ausführung muss den max. zulässigen Jahres- Primärenergiebedarf einhalten

33 Beispielgebäude: Mehrzonen-Modell

34 Randbedingungen Gebäudehülle Fassade mit 2-Scheiben Wärmedämmverglasung U g =1,2 W/(m²K); g=62%; τ=78% Fassade mit 3-Scheiben Wärmedämmverglasung U g =0,7 W/(m²K); g=48%; τ=72% Dach U Dach = 0,2 W/m²K Bodenplatte/Kellerwände U Boden = 0,4 W/m²K Heizung/Warmwasser Niedertemperatur Heizung, zentrales System; Warmwasserbereitung: dezentral elektrisch RLT-Anlage mit Kühlung (in den Nutzungszonen Gruppenbüro und Besprechung wird eine Kühleinrichtung - RLT und Raumkühlung - vorgesehen) ohne Kühlung (Einsatz einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung und Heizregister)

35 Randbedingungen Beleuchtung Beleuchtungsart: direkte Beleuchtung mit verlustarmem Vorschaltgerät und stabförmiger Leuchtstofflampe; Präsenzkontrolle und tageslichtabhängige Kontrolle manuell sonstige Randbedingungen leichte Ausführung (wirksame Wärmespeicherfähigkeit) außenliegender Sonnenschutz (Ost-, West- und Südorientierung; Außenjalousie in 45 -Stellung in dunkelgrauer Ausführung, manuell- oder zeitgesteuerte Sonnenschutzvorrichtung Blendschutz in der Zone Gruppenbüro über o.g. außenliegenden Sonnenschutz

36 Bürogebäude: Anforderungen der neuen EnEV Fensterflächenanteil 50% Wärmedurchgangskoeffizient Fassade [W/(m²K)] 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 1,73 1,57 2-Scheiben Wärmedämmverglasung 1,47 1,28 3-Scheiben Wärmedämmverglasung ohne Kühlung mit Kühlung 1,39 1,20 0, Anzahl der Geschosse

37 Bürogebäude: Anforderungen der neuen EnEV Fensterflächenanteil 100% 2,0 Wärmedurchgangskoeffizient Fassade [W/(m²K)] 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 1,73 1,40 2-Scheiben Wärmedämmverglasung 3-Scheiben Wärmedämmverglasung 1,47 1,05 ohne Kühlung mit Kühlung 1,39 0,93 0, Anzahl der Geschosse

38 Bürogebäude ohne Kühlung 3-Scheiben Wärmedämmverglasung 100% Fensterflächenanteil 50% Fensterflächenanteil Sonnenschutzglas + Blendschutz Steuerung Sonnenschutz schwere Bauart Bel.-Steuerung und EVG Brennwertkessel Fensterlüftung Prozentuale Zu - bzw. Abnahme des Jahres -Primärenergiebedarfs [%]

39 Bürogebäude mit Kühlung 3-Scheiben Wärmedämmverglasung 100% Fensterflächenanteil 50% Fensterflächenanteil Sonnenschutzglas + Blendschutz Steuerung Sonnenschutz schwere Bauart Bel.-Steuerung und EVG Brennwertkessel Prozentuale Zu - bzw. Abnahme des Jahres -Primärenergiebedarfs [%]

40 Weitere Beispiele

41 Bürogebäude Schule Hotel

42 Jahres-Primärenergiebedarf bei Referenzausführung Jahres-Primärenergiebedarf [kwh/m²a] Hilfsenergie Kühlung Hilfsenergie Heizung Lufttransport Beleuchtung Trinkwarmwasser RLT-Kälte Raumkälte Heizung 0 Bürogebäude Referenz Schule Referenz Hotel Referenz

43 Jahres-Primärenergiebedarf bei verbessertem Wärmeschutz 400 Hilfsenergie Kühlung Jahres-Primärenergiebedarf [kwh/m²a] H T =0,95 W/(m²K) H T =0,66 W/(m²K) Hilfsenergie Heizung Lufttransport Beleuchtung Trinkwarmwasser RLT-Kälte Raumkälte Heizung 0 Bürogebäude Referenz Bürogebäude verbesserter Wärmeschutz

44 Jahres-Primärenergiebedarf bei unterschiedlicher Heizungstechnik Jahres-Primärenergiebedarf [kwh/m²a] Hilfsenergie Kühlung Hilfsenergie Heizung Lufttransport Beleuchtung Trinkwarmwasser RLT-Kälte Raumkälte Heizung 0 Schule Referenz Schule Brennwerttechnik Schule Brennwerttechnik verbessert

45 Jahres-Primärenergiebedarf bei unterschiedlichen Beleuchtungssystemen Jahres-Primärenergiebedarf [kwh/m²a] Hilfsenergie Kühlung Hilfsenergie Heizung Lufttransport Beleuchtung Trinkwarmwasser RLT-Kälte Raumkälte Heizung 0 Bürogebäude Referenz Bürogebäude EVG Bürogebäude direkte Beleuchtung Bürogebäude direkte Beleuchtung+EVG Bürogebäude direkte Beleuchtung+EVG+autark ausschaltend

46 Standardverfahren Mehrzonen-Modell

47 vereinfachtes Verfahren - Konzept das Gebäude wird über eine (Haupt)Nutzung repräsentiert (Einzonen- Modell) das Einzonen-Modell stellt eine Verfahrensweise wie in der EnEV 2004 dar der Anwendungsbereich des vereinfachten Verfahrens ist eingeschränkt, deckt aber eine große Zahl von Neubauten ab

48 vereinfachtes Verfahren Anwendungsbereich Nr. Gebäudetyp Hauptnutzung Nutzung (Nr. gem. DIN V : , Tabelle 4) Nutzenergiebedarf Warmwasser 1) Bürogebäude Einzelbüro (Nr. 1) Gruppenbüro (Nr. 2) Großraumbüro (Nr. 3) Besprechung, Sitzung, Seminar (Nr. 4) Einzelbüro (Nr. 1) Bürogebäude mit Verkaufseinrichtung wie 1 Einzelbüro (Nr. 1) Bürogebäude mit Restaurant wie 1 Einzelbüro (Nr. 1) 1,5 kwh je Sitzplatz im Restaurant und Tag 2 Schulen, Kindergärten Klassenzimmer Klassenzimmer / Gruppenraum (Nr. 8) ohne Duschen: 85 Wh/(m 2 d) mit Duschen: 250 Wh/(m 2 d) 3 Hotels; ohne Schwimmhalle, Sauna oder Wellness-bereich (einfacher bis mittlerer Standard) Hotelzimmer Hotelzimmer (Nr. 11) 250 Wh/(m 2 d)

49 vereinfachtes Verfahren Anwendungsfälle Eine Kühlung ist nicht vorgesehen (Ausnahme Serverraum) Die Summe der Nettogeschossflächen aus Hauptnutzung und Verkehrsflächen beträgt mehr als 2/3 der gesamten Nettogeschossfläche Beheizung und Warmwasserbereitung erfolgen mit je einer Anlage Die in dem Gebäude vorgesehenen Beleuchtungseinrichtungen weisen eine spezifische elektrische Bewertungsleistung auf, die um nicht mehr als 10 % über der Bewertungsleistung der Referenzbeleuchtungstechnik liegt Bei Abluftanlagen oder Zu- und Abluftanlagen ohne Nachheiz- und/oder Kühlfunktion, die nicht in der Hauptnutzung vorkommen, ist die Einhaltung der spezifischen Leistungsaufnahme (PSFP) und der Rückwärmzahl (ηt) nachzuweisen

50 vereinfachtes Verfahren Anforderungsniveau Bei der Berechnung von Q P und H T sind die Werte für den Referenzfall (Höchstwert) und das zu errichtende Gebäude um 10% zu erhöhen. Das heißt: Keine verschärften Anforderungen, aber Korrektur des ungenaueren Verfahrens.

51 Vergleich Standardverfahren und vereinfachtes Verfahren (Beispiel: Bürogebäude) Jahres-Primärenergiebedarf [kwh/(m²a)] Hilfsenergie Heizung Hillfsenergie Lufttransport Beleuchtung Warmwasser Heizung (Raum+RLT) 0 detaillierte Zonierung Hauptnutzung (Büro)

52 EnEV 2007 vereinfachtes Verfahren : Kein Planungsinstrument zum energieeffizienten Bauen

53 Behandlung von Wärmebrücken in der EnEV

54 Transmissionswärmeverluste H T = ( F U A ) + Δ U A = x,i i i WB Wärmebrückenkorrekturwert ΔU WB = 0,10 W/(m²K) ohne Nachweis ΔU WB = 0,05 W/(m²K) mit Nachweis über DIN 4108 Bbl 2 => Standardwert für vereinfachtes Verfahren ΔU WB < 0,05 W/(m²K) mit detailliertem Nachweis => Anwendung im Monatsverfahren

55 Wärmebrücken schlechte Lösung gute Lösung

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57 DIN 4108, Beiblatt 2:

58 DIN 4108 Bbl 2: Gleichwertigkeitsnachweis a) Bei der Möglichkeit einer eindeutigen Zuordnung des konstruktiven Grundprinzips und bei Vorliegen der Übereinstimmung der beschriebenen Bauteilabmessungen und Baustoffeigenschaften ist eine Gleichwertigkeit gegeben. b) Bei Materialien mit abweichender Wärmeleitfähigkeit erfolgt der Nachweis der Gleichwertigkeit über den Wärmedurchlasswiderstand der jeweiligen Schicht. c) Ist auf diesem Wege keine Übereinstimmung zu erzielen, so sollte die Gleichwertigkeit des entsprechenden Anschlussdetails mit einer Wärmebrückenberechnung nach den in DIN EN ISO beschriebenen Verfahren unter Verwendung der in Kapitel 7 angegebenen Randbedingungen vorgenommen werden; d) Ebenso können Ψ-Werte Veröffentlichungen oder Herstellernachweisen entnommen werden, die auf den in diesem Beiblatt festgelegten Randbedingungen basieren.

59 DIN 4108 Bbl 2: Empfehlung zur energetischen Betrachtung (Bagatellregelung) Bei der energetischen Betrachtung können folgende Details vernachlässigt werden: Anschluss Außenwand/ Außenwand (Außen- und Innenecke) Anschluss Innenwand an durchlaufende Außenwand oder obere oder untere Außenbauteile, die nicht durchstoßen werden bzw. eine durchlaufende Dämmschicht mit einer Dicke 100 mm bei einer Wärmeleitfähigkeit von 0,04 W /(mk) aufweisen. Anschluss Geschossdecke (zwischen beheizten Geschossen) an Außenwand, bei der eine durchlaufende Dämmschicht mit R 2,5 m 2 K/W vorliegt; Einzeln auftretende Türanschlüsse von Wohngebäuden in der wärmetauschenden Hüllfläche (Haustür, Kellerabgangstür, Kelleraußentür, Türen zum unbeheizten Dachraum).

60 Planungsinstrumente Wärmebrückenatlas für den Mauerwerksbau Wärmebrückenatlas für den Holzbau Wärmebrückenkatalog auf CD-ROM

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62 Abschnitt 3 Bestehende Gebäude und Anlagen 9 Änderung von Gebäuden 10 Nachrüstung bei Anlagen und Gebäuden 11 Aufrechterhaltung der energetischen Qualität 12 Energetische Inspektion von Klimaanlagen

63 Anforderungen der EnEV bei Änderungen im Gebäudebestand Bauteil Gebäude mit normalen Innentemperaturen U max in W/(m²K) Gebäude mit niedrigen Innentemperaturen U max in W/(m²K) Außenwände U AW 0,35 bis 0,45 U AW 0,75 Fenster Verglasungen U W 1,7 U g 1,5 U W 2,8 Außentüren U T 2,9 U T 2,9 Decken, Dächer U D 0,25 bis 0,30 U D 0,40 Decken und Wände gegen unbeheizte Räume oder Erdreich U u bzw. U G 0,40 bis 0,50 keine Anforderungen

64 Um im Vollzug eine möglichst einheitliche Anwendung der EnEV zu ermöglichen Fachkommission Bautechnik der Bundesministerkonferenz

65 Problem: Fensterflächen Lichtes Rohbaumaß.

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68 Problem: Einzelne Anschlussdetails finden sich nicht im Beiblatt 2

69 Ein Mix (ggf. flächengewichtet) ist nicht zulässig. Der Maluswert von 0,05 W/(m²K) setzt die Übereinstimmung der - Gebäudekanten - Fenster- und Türlaibungen - Wand- und Deckeneinbindungen - Deckenauflager - thermisch entkoppelten Balkonplatten mit DIN 4108 Beiblatt 2 voraus.