Themenblock 2: Energiebilanzierung

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1 hemenblock 2: Energiebilanzierung 03.November 2011 Seite: 1

2 Wintersemester / 5. Semester / Modul 5.5 / Ökologie I / Energiebilanz / Bauphysik Inhaltsverzeichnis Grundlagen der Bilanzierung nach DIN Seite 03 Energetische Bilanzierung gem. DIN sink source Seite 08 Wärmesenken Seite 11 Wärmequellen Seite 15 Fragen Seite 17 Hinweis: Die Inhalte können auch nachgelesen im Buch: Richarz/Schulz Energetische Sanierung Detail Green Books ISBN Seiten für Modul November 2011 Seite: 2

3 Grundlagen der Bilanzierung nach DIN Unterlagen / Normen Benötigte Unterlagen (für alle Module Bauphysik) - Schneider Bautabellen oder: - DIN : Wärmeschutz im Hochbau - Beiblatt 2 zu DIN 4108: Wärmebrückenkatalog - DIN EN ISO 6946: U-Wertberechnung - DIN EN 12524: Baustoffdaten - DIN : Baustoffdaten - DIN EN ISO : Wärmebrückenberechnung - DIN EN ISO : Wärmebrückenberechnung - DIN Bilanzverfahren - Energieeinsparverordnung - EnE 2007 / EnE aschenrechner, Schreibzeug Energiebilanzierung Übersicht Heizwärmebedarf nach DIN : DIN : Energetische Bewertung von Gebäuden - Berechnung des Nutz, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, rinkwasser und Beleuchtung eil 2: Nutzenergiebedarf für Heizen und Kühle von Gebäuden Berechnung von H und h gem. EnE 2009 Benötigte Definitionen der EnE, Anhang 1, Abschnitt November 2011 Seite: 3

4 Wintersemester / 5. Semester / Modul 5.5 / Ökologie I / Energiebilanz / Bauphysik Definitionen gem. DIN und EnE 2009 Wärmeübertragende Umfassungsfläche - A Die wärmeübertragende Umfassungsfläche A eines Gebäudes in m² ist nach Anhang B der DIN EN ISO 13789: , Fall Außenabmessung zu ermitteln. Es ist ein Es ist ein Ein-Zonen-Modell gem. DIN : zu bilden, das mindestens die beheizten Räume einschließt. Beheiztes Gebäudevolumen e Bruttovolumen, externes olumen DIN Das beheizte Gebäudevolumen e in m³ wird von der wärmeübertragenden Umfassungsfläche A umschlossen. Wärmeübertragende Umfassungsfläche - A Außenabmessung inkl. eventuell vorhandener Wärmedämmung Abb. uelle DIN EN ISO 13789: , Anhang B, Bild B November 2011 Seite: 4

5 DIN Eine Klärung der unübersichtlichen und schwer nachvollziehbaren Berechnungsmodalitäten bringt die Ergänzungsnorm zur DIN nämlich die DIN Festlegung in der DIN (horizontale Masze) 03.November 2011 Seite: 5

6 Wintersemester / 5. Semester / Modul 5.5 / Ökologie I / Energiebilanz / Bauphysik In vertikaler Richtung wurde im eil 100 der eine Klärung dahingehend herbeigeführt, dass nun immer die Oberkante Rohdecke als Bezugsmaß gilt unabhängig von der Lage einer eventuell vorhandenen Dämmschicht. Nur beim oberen Abschluß des Gebäudes wird die oberste wärmetechnisch wirksame Schicht als Begrenzung definiert. Beheiztes Luftvolumen (ereinfachung gem. EnE 2009) Das beheizte Luftvolumen darf für Wohngebäude vereinfacht wie folgt berechnet werden: = 0,76 e bei Gebäuden bis 3 ollgeschossen = 0,80 e in den übrigen Fällen Das erhältnis A/ e Das A/ e - erhältnis in m-1 ergibt sich aus A/ e Gebäudenutzfläche A N Die Gebäudenutzfläche A N in m² wird bei Wohngebäuden wie folgt ermittelt: A N = 0,32 e 03. November 2011 Seite: 6

7 Definitionen gem. DIN und EnE 2009 Primärenergiebedarf: berechnete Energiemenge, die zusätzlich zum Energieinhalt des notwendigen Brennstoffes und der Hilfsenergien für die Anlagentechnik auch die Energiemenge einbezieht, die durch vorgelagerte Prozessketten außerhalb des Gebäudes bei der Gewinnung, Umwandlung und erteilung der jeweils eingesetzten Brennstoffe entstehen Definitionen gem. EnE 2009 spezifische auf die Wärmeübertragende Umfassungsfläche bezogene ransmissionswärmeverluste H k m,max H = H /A [W/(m²K)] Endenergiebedarf: berechnete Energiemenge, die der Anlagentechnik zur erfügung gestellt wird, um die festgelegte Rauminnentemperatur, die Erwärmung des Warmwassers und die gewünschte Beleuchtungsqualität über das ganze Jahr sicherzustellen. Nutzenergiebedarf: Oberbegriff für Nutzwärmebedarf, Nutzkältebedarf, Nutzenergiebedarf für rinkwarmwasser, Beleuchtung, Befeuchtung. Zone: grundlegende räumliche Berechnungseinheit für die Energiebilanzierung ( Bilanzraum ). Systemgrenze: äußere Begrenzung einer Zone Hüllfläche bzw. wärmeübertragende Umfassungsfläche: äußere Begrenzung jeder Zone Nutzwärmebedarf (Heizwärmebedarf): rechnerisch ermittelter Wärmebedarf, der zur Aufrechterhaltung der festgelegten thermischen Raumkonditionen innerhalb einer Gebäudezone während der Heizperiode benötigt wird. Nutzkältebedarf (Kühlbedarf): rechnerisch ermittelter Kühlbedarf, der zur Aufrechterhaltung der festgelegten thermischen Raumkonditionen innerhalb einer Gebäudezone benötigt wird in Zeiten, in denen die Wärmequellen eine höhere Energiemenge anbieten als benötigt wird. 03.November 2011 Seite: 7

8 Wintersemester / 5. Semester / Modul 5.5 / Ökologie I / Energiebilanz / Bauphysik Energetische Bilanzierung gem. DIN sink - source Wärmesenken sink : Wärmemenge, die der Gebäudezone entzogen wird. Nicht einbezogen ist die Abfuhr von Wärme über das Kühlsystem Wärmequellen source : Wärmemenge mit emperaturen über der Innentemperatur, die der Gebäudezone zugeführt werden oder innerhalb der Gebäudezone entstehen. Ausnutzungsgrad: Faktor, der die gesamten monatlichen oder jahreszeitlichen Wärmequellen reduziert, um den nutzbaren eil der Wärmequellen festzulegen. uelle DIN : Wärmequellen und Wärmesenken: ransmissionswärmesenken oder -wärmequellen (über Außenbauteile) Lüftungswärmesenken oder -wärmequellen (Infiltration, Fensterlüftung, Lüftungsanlagen) solare Wärmequellen (Solareinstrahlung über Fenster) Wärmesenken (Wärmeabstrahlung an der Außenoberfläche nicht transparenter Bauteile) interne Wärme- oder Kältequelle 03. November 2011 Seite: 8

9 Energieflussdiagramm (DIN EnE 2007) Abb. uelle DIN : November 2011 Seite: 9

10 Wintersemester / 5. Semester / Modul 5.5 / Ökologie I / Energiebilanz / Bauphysik Heizwärmebedarf gem. DIN Monatsbilanzverfahren Abschnitt DIN h,b sink source C,b h,b Heizwärmebedarf Zone sink Summeder Wärmesenkender Zone source Summeder Wärmequellender Zone C,b die währenddesreduzierten Betriebs(WE, Ferien)genutzte ausdembauteilenentspeicherte Wärme dermonatilcheausnutzungsgrad der Wärmequellen sink I,sink S C,sink sink S Summeder Wärmesenkender Zone dieransmissionswärmesenken dielüftungswärmesenken I,sink dieinternenwärmesenkender Zone die Wärmesenken durch Abstrahlung C,b dieanagenmitnormalenheizbetrieb gespeicherte Wärme, dieanagen mitreduziertem Heizbetrieb ausdenbauteilenentspeichert wird source S I,source source S Summeder die Wärmequellendurch Solareinst rahlung dieransmissionswärmquellen dielüftungswärmequellen I,source Wärmequellender Zone dieinternenwärmequellender Zone 03. November 2011 Seite: 10

11 Wärmesenken (-sink) ransmissionswärmeverluste ransmissionswärmesenke H ( i ) t e H i e ransmissionswärmetransferkoeffizient Innentemperatur MittlereAußentemperatur desmonats t diedauer desberechnungsschrittes (t 24h) ransmissionswärmetransferkoeffizient H H F X U A U A F X U U - Wert BauteilinW/(m²K) A Flächedes jeweiligenbauteils U ermperaturkorrektur faktor Wärmebrückenzuschlag nurbeiaußenbauteilen! emperatur-korrekturfaktoren - F xi H ( (F U A )... xi i i Um die Wärmeverluste über Flächen, die nicht an die Außenluftgrenzen, wie z. B. Flächen zu unbeheizten Räumen oder Flächen, die an das Erdreich grenzen, vereinfacht berechnen zu können, werden emperatur-korrekturfaktoren F x angewendet F x - Werte siehe DIN , abelle 3 03.November 2011 Seite: 11

12 Wintersemester / 5. Semester / Modul 5.5 / Ökologie I / Energiebilanz / Bauphysik uelle DIN : Bodenplattenmaß B Zur Berücksichtigung der Erdreichverluste B = A G / (0,5 * P) 03. November 2011 Seite: 12

13 Wärmebrückenverluste H U U A Wärmebrückenzuschlag A Flächedes jeweiligenbauteils InnendämmungU ohnebesonderennachweisu Wärmebrücken gem.beiblatt2 zu DIN 4108U (Wärmebrückenkatalog) oderdetaillier t... H l 0,15[W/(m²K)] l Längeder 2 - D Wärmebrücke [m] j j j A j 0,10[W/(m²K)] 0,05[W/(m²K)] längenbezogenerwärmedruchgangskoeffizient[w/(mk)] 03.November 2011 Seite: 13

14 Wintersemester / 5. Semester / Modul 5.5 / Ökologie I / Energiebilanz / Bauphysik Lüftungswärmeverluste Lüftungswärmesenke H ( i ) t e H i e Lüftungswärmetransferkoeffizient Innentemperatur MittlereAußentemperatur desmonats t diedauer desberechnungsschrittes (t 24h) Lüftungswärmetransferkoeffizient H H Nettovolumen[m³] c a p,a Rohdichteder Luft[kg/m³] spezifische Wärmekapazität[Wh/(kgK)] n Luftwechselratepro Stunde[1/h] a c c a p,a p,a n 0,34 Wh/(m³K) - orgabedin n 0,5 für Wohnnutzunggem. DIN November 2011 Seite: 14

15 Wärmequellen ( source) Solare Gewinne Strahlungswärmequelle Solare Wärmeeinträge S,tr (F A g oderg F tot F F S W F ) I S t g g A Fensterfläche jeorientierung F F F F I s tot F S W Gesamtener giedurchlassgrad Gesamtenergiedurchlassgrad Abminderung Fensterrahmeni.R. Abminderung nichtsenkrechteeinstrahlung,f Abminderungsfaktor infolgeerschmutzung,f mittl. monatliches Strahlungsangebotgem. DIN [kWh/m] t diedauer desberechnungschrittes(t 24h) erglasung Sonnenschutz erglasung ohnesonnenschutz 0,7 - Bestandsgebäude0,6 Abminderung erschattunganderergebäude- ohneerschattung1 W 0,90 1,0 03.November 2011 Seite: 15

16 Wintersemester / 5. Semester / Modul 5.5 / Ökologie I / Energiebilanz / Bauphysik Interne Gewinne Interne Wärmequellen in Wohngebäuden Í,source,WG I,source, p I,source, L I,source,fac q A i B q durchschnittlichewärmeabgabe von Personen, Maschinenund i A B Beleuchtung in Wohngebäuden,bezogenauf diebezugsfläche gem. DIN für EFH z.b.50 Wh/(m²d) bei365agen Bezugsfläche[m²] In Wohngebäuden werden Wärmequellen von Beleuchtungsanlagen nicht bilanziert, da dort nur der Energiebedarf für Wärme, Warmwasser und Lüftung bilanziert wird. Die inneren Wärmequellen können bei Wohngebäuden konstant mit 5 /W m2 (EnE-Fläche) angenommen werden. Eine differenzierte Betrachtung wie sie bei Nichtwohngebäuiden erforderlich ist, wird nicht durchgeführt. 03. November 2011 Seite: 16

17 Fragen - wie ist die wärmeübertragende Umfassungsfläche A gem. EnE definiert? - wie ist das beheizte Gebäudevolumen gem. EnE definiert? - warum weicht die Gebäudenutzfläche A N gem. EnE von der beheizten Wohnfläche ab? - was sagt das A/-erhältnis aus? - Welches wäre theoretisch die günstigste Gebäudeform? - Wie und wo wird der Heizwärmebedarf an das Gebäude übergeben? - Was ist der Unterschied zwischen Endenergie und Primärenergie? - Was muss der Kunde bezahlen? (Heizenergie, Endenergie, Primärenergie?) - Über welche erluste und welche Gewinne wird gem. EnE die Energiebilanz aufgestellt? - Welcher Unterschied beseht zwischen der Berechnung eines öffentlich rechtlichen Nachweises gem. EnE und einer energetischen Berechnung zur Energieberatung? Welche Randbedingungen sind für die verschiedenen Berechnungen zu verwenden? - Welche Internen Gewinne kennen Sie - Wofür dienen emperaturkorrekturfaktoren F x? - Wie werden die energetischen erluste über Wärmebrücken gem. EnE bilanziert? (nennen Sie drei unterschiedliche Möglichkeiten). Dürfen diese drei erfahren gemischt angewandt werden? 03.November 2011 Seite: 17