Rechenverfahren im Wohnungsbau
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- Fritz Kuntz
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1 Technische Universität München Rechenverfahren im Wohnungsbau Dipl.-Ing. Mareike Ettrich Lehrstuhl für Bauphysik, Technische Universität München
2 Bilanzierung des Heizwärmebedarfs Q h H T Q i Q Q s h H V
3 Bilanzierung des Endenergiebedarfs Q E H T Q i Q s Q Q h tw w H V
4 Bilanzierung des Primärenergiebedarfs Q P H T STROM Q i Q s Q Q h w tw H V FOSSIL Nutzung Transport Umwandlung Gewinnung Endenergie =Heizenergie Primärenergie
5 Anforderungen an Wohngebäude Q P,max maximal zulässiger Jahres-Primärenergiebedarf bezogen auf die Gebäudenutzfläche H T,max maximal zulässiger spezifischer Transmissionswärmeverlust bezogen auf die wärmeübertragende Hüllfläche
6 Anforderungen an Wohngebäude EnEV Primärenergiebedarf [kwh/(m²a)] überwiegend elektrische Warmwasserbereitung kleine Reihenmittelund -endhäuser große Mehrfamilienhäuser Mehrfamilienhäuser und große Reihenmittel- und -endhäuser freistehende Einfamilienhäuser 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 A/V e -Verhältnis [1/m]
7 Anforderungen an Wohngebäude
8 Jahres-Primärenergiebedarf Q P = ( Q + Q ) e h tw P Q P Q h Q tw e P Jahres-Primärenergiebedarf Jahres-Heizwärmebedarf Warmwasserwärmebedarf (Q tw =12,5 kwh/(m²a)) Anlagenaufwandszahl
9 Jahres-Primärenergiebedarf Q P = ( Q + Q ) e h tw P Jahres-Heizwärmebedarf Q h (DIN ) Heizperiodenbilanzverfahren ( vereinfachtes Verfahren ) nur für Wohngebäude mit f < 0,30 Monatsbilanzverfahren Anlagenaufwandszahl e P (DIN ) Diagrammverfahren Tabellenverfahren ausführliches Verfahren
10 Heizperiodenbilanzverfahren (vereinfachtes Verfahren) Heiztage: 185 d/a G t Gradtagzahl G t = z ( ϑi ϑe,m,n ) n= 1 in der EnEV: G t,19/10 = 2900 Kd/a F Gt = 0,024 G t f NA
11 Q P = (Q h +Q tw ) e P Jahres-Heizwärmebedarf h,hp Gt ( H + H ) η ( Q Q ) Q = F + T V P,HP s i Verluste Gewinne Q h,hp F Gt H T H V Jahres-Heizwärmebedarf während der Heizperiode Gradtagszahlfaktor (F Gt =66 kkh) spezifischer Transmissionswärmeverlust spezifischer Lüftungswärmeverlust η P,HP Ausnutzungsgrad der Wärmegewinne (η P,HP =0,95) Q s Q i solare Wärmegewinne interne Wärmegewinne
12 Q h = F Gt (H T +H V ) - η P (Q s +Q i ) Transmissionswärmeverluste H T = ( ) F U A + ΔU A x,i i i WB F x,i U i A i ΔU WB A Temperatur-Korrekturfaktoren je Bauteil Wärmedurchgangskoeffizient je Bauteil Bauteilfläche Wärmebrückenkorrekturwert Wärmetauschende Hüllfläche ΔU WB = 0,1 W/(m²K) ohne Nachweis ΔU WB = 0,5 W/(m²K) mit Nachweis nach DIN V 4108 Beiblatt 2 ΔU WB < 0,5 W/(m²K) mit detailliertem Nachweis
13 Q h = F Gt (H T +H V ) - η P (Q s +Q i ) Lüftungswärmeverluste H V = 0,34 n V n Luftwechsel V beheiztes Gebäudevolumen 0,34 c L ρ pl (spezifische Wärmekapazität Luft Rohdichte Luft) V = 0,76 V e V = 0,80 V e für Gebäude bis zu 3 Vollgeschossen für alle übrigen Gebäude (Standardwert für HP-Verfahren)
14 Q h = F Gt (H T +H V ) - η P (Q s +Q i ) Lüftungswärmeverluste H V = 0,34 n V Luftwechsel n = 0,7 h -1 ohne Nachweis n = 0,6 h -1 mit Nachweis der Gebäudedichtheit bei Fensterlüftung und Zu-/Abluftanlagen n= 0,55 h -1 mit Nachweis der Gebäudedichtheit bei Abluftanlagen
15 Q h = F Gt (H T +H V ) - η P (Q s +Q i ) Lüftungswärmeverluste H V = 0,34 0,7 0,8 = 0,190 V e V e ohne Dichtheitsprüfung (n=0,7 h -1 ) H V = 0,34 0,7 0,8 = 0,190 V e V e mit Dichtheitsprüfung (n=0,6 h -1 )
16 Q h = F Gt (H T +H V ) - η P (Q s +Q i ) Solare Wärmegewinne Q s ( ) I 0,567 A g = S,j W,i i I S,j solare Einstrahlung in der Heizperiode je Orientierung - Süd: 270 kwh/(m²a) - Ost/West: 155 kwh/(m²a) - Nord: 100 kwh/(m²a) - Dach (Neigung >30 : 225 kwh/(m²a)) 0,567 = F F F C F S F W = 0,7 1,0 0,9 0,9 A W,i Fläche der Fenster Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung g i
17 Q h = F Gt (H T +H V ) - η P (Q s +Q i ) Interne Wärmegewinne Q = 22 A i N A N Gebäudenutzfläche / Energiebezugsfläche (A N = 0,32 V e ) 22 = 5 W/m² 185 d/a 0,024 kh/d
18 Q P = (Q h +Q tw ) e P Monatsbilanzverfahren Q h,m = Q l,m η M Q g,m Verluste Gewinne
19 Q P = (Q h +Q tw ) e P Monatsbilanzverfahren führt in der Regel zu günstigeren Werten beim Jahres-Heizwärmebedarf detailliertere Betrachtung bestimmter Faktoren gegenüber dem vereinfachten Verfahren, z. B.: Wärmebrückenkorrekturwerte Nachtabschaltung wirksame Wärmespeicherfähigkeit der Konstruktion solare Gewinne über transparente und opake Bauteile Verfahren in der Regel durch Anwendung entsprechender Software anzuwenden
20 Q P = (Q h +Q tw ) e P Anlagenverluste
21 Q P = (Q h +Q tw ) e P Diagrammverfahren Anlagenaufwandszahl Anlagenaufwandszahl 2,3 2,2 2,1 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 40 Anwendungsbeispiel: A N = 200 m 2 Q h = 60 kwh/(m 2 a) e P =1,57 q P =(60+12,5) x 1,57 =113,8 kwh/(m 2 a) qh = 40 kwh/(m²a) qh = 50 kwh/(m²a) qh = 60 kwh/(m²a) qh = 70 kwh/(m²a) qh = 80 kwh/(m²a) qh = 90 kwh/(m²a) 1,4 90 1,3 1, beheizte Nutzfläche in m²
22 Q P = (Q h +Q tw ) e P Tabellenverfahren Anwendung für die Ermittelung von Kennwerten für Standardprodukte Aufteilung der Anlage in 3 Systeme Trinkwarmwassererwärmung Lüftung Heizung Ermittelung der Verlustanteile der einzelnen Anlagenkomponenten anhand von Tabellen (DIN , Anhang C.1 -C.4) Verluste für jedes Teilsystems incl. Hilfsenergien Gutschriften Deckungsanteile bivalenter Systeme Tabellenwerte der DIN für Anlagentechnik orientieren sich am unteren energetischen Durchschnitt marktüblicher Komponenten
23 Q P = (Q h +Q tw ) e P Erzeuger-Aufwandszahlen für Teilsystem Heizung Aufwandszahl e g [ --] Hilfsenergie bessere Werte siehe Abschnitt 5 q g,he Beheizte Konstanttemperaturkesseraturkessel Niedertempe- Brennwertkessel Nutzfläche alle alle 70/55 55/45 35/28 [kwh/m²a] A N [m²] e g [-] 100 1,38 1,15 1,08 1,05 1,00 0, ,33 1,14 1,07 1,05 1,00 0, ,30 1,13 1,07 1,04 0,99 0, ,27 1,12 1,06 1,04 0,99 0, ,23 1,11 1,05 1,03 0,99 0, ,21 1,11 1,05 1,03 0,99 0, ,20 1,10 1,05 1,02 0,99 0, ,18 1,10 1,04 1,02 0,98 0, ,16 1,09 1,04 1,02 0,98 0, ,14 1,09 1,03 1,01 0,98 0, ,13 1,08 1,03 1,01 0,98 0,09
24 Detailliertes Verfahren Anwendung, wenn konkrete Produktdaten vorliegen Standardwerte aus Tabellenverfahren werden durch Herstellerangaben ersetzt ergibt in der Regel bessere Anlagenaufwandszahlen
25 Beispiel: Mehrfamilienhaus Gebäudedaten Wohngebäude 3-geschossig (Zweispänner) Fensterflächenanteil je Fassade 25 %, Anforderung gemäß EnEV H T ',max = 0,63 W/(m²K) q P,max = 87,1 kwh/(m²a) bzw. = 107,3 kwh/(m²a) bei überwiegend elektrischer Warmwasserbereitung Gebäudegeometrie V e = 4158 m³ A/V e = 0,46 m -1 A N = 1331 m² N 2,50 21,00 8,25 2,75 2,75 2,75 2,50 2. OG 1. OG EG KG 10,50 10,50 42,00 12,00
26 max. zulässiger Primärenergiebedarf
27 Gewinne Verluste max. zulässiger Primärenergiebedarf
28 Variante 0: Ausgangsfall natürliche Lüftung (Fensterlüftung) mit Nachweis der Dichtheit Ausführung der Wärmebrücken gemäß DIN 4108, Beiblatt 2 Zentralheizung (Niedertemperaturkessel 55/45 C) mit kombinierter Trinkwassererwärmung
29 Fenster interne Wärmegewinne Außenwand Dach, Decke Keller Wärmebrücken Lüftung Warmwasser Verteilung, Übergabe Speicherung Erzeugung vorgelagerte Prozesskette Primärenergie max. zulässiger Primärenergiebedarf
30 Mehrfamilienhaus Variante 0: Ausgangsfall Bilanzanteile am Jahres-Primärenergiebedarf [kwh/(m²a)] interne Wärmegewinne Fenster Außenwand Dach, Decke Keller Wärmebrücken Lüftung Warmwasser Verteilung, Übergabe Speicherung Erzeugung vorgelagerte Prozesskette Primärenergie Variante Einzelgrößen (Auswahl) Variante [h -1 ] [W/(m²K)] [W/(m²K)] [-] [kwh/(m²a)] n ΔU WB U W / g U AW U D U G H T ' e P q E q P 0 0,6 0,05 1,4/0,58 0,30 0,27 0,48 0,46 1,45 77,6 87,1
31 Mehrfamilienhaus Variante 1: ohne Dichtheitsprüfung, n = 0,7 h-1 Bilanzanteile am Jahres-Primärenergiebedarf [kwh/(m²a)] interne Wärmegewinne Fenster Außenwand Dach, Decke Keller Wärmebrücken Lüftung Warmwasser Verteilung, Übergabe Speicherung Erzeugung vorgelagerte Prozesskette Primärenergie Variante 0 Variante Einzelgrößen (Auswahl) Variante n ΔU WB U W / g U AW U D U G H T ' e P q E q P [h -1 ] [W/(m²K)] [W/(m²K)] [-] [kwh/(m²a)] 0 0,6 0,05 1,4/0,58 0,30 0,27 0,48 0,46 1,45 77,6 87,1 1 0,7 0,05 1,4/0,58 0,23 0,21 0,33 0,40 1,45 77,5 87,0
32 Mehrfamilienhaus Variante 2: Wärmebrücken Standard, ΔUWB = 0,10 W/(m²K) Bilanzanteile am Jahres-Primärenergiebedarf [kwh/(m²a)] interne Wärmegewinne Fenster Außenwand Dach, Decke Keller Wärmebrücken Lüftung Warmwasser Verteilung, Übergabe Speicherung Erzeugung vorgelagerte Prozesskette Primärenergie Variante 0 Variante Einzelgrößen (Auswahl) Variante n ΔU WB U W / g U AW U D U G H T ' e P q E q P [h -1 ] [W/(m²K)] [W/(m²K)] [-] [kwh/(m²a)] 0 0,6 0,05 1,4/0,58 0,30 0,27 0,48 0,46 1,45 77,6 87,1 2 0,6 0,10 1,4/0,58 0,25 0,21 0,35 0,46 1,45 77,6 87,1
33 Mehrfamilienhaus Variante 3: Wärmebrücken detailliert, ΔUWB = 0,02 W/(m²K) Bilanzanteile am Jahres-Primärenergiebedarf [kwh/(m²a)] interne Wärmegewinne Fenster Außenwand Dach, Decke Keller Wärmebrücken Lüftung Warmwasser Verteilung, Übergabe Speicherung Erzeugung vorgelagerte Prozesskette Primärenergie Variante 0 Variante Einzelgrößen (Auswahl) Variante n ΔU WB U W / g U AW U D U G H T ' e P q E q P [h -1 ] [W/(m²K)] [W/(m²K)] [-] [kwh/(m²a)] 0 0,6 0,05 1,4/0,58 0,30 0,27 0,48 0,46 1,45 77,6 87,1 3 0,6 0,02 1,4/0,58 0,36 0,27 0,55 0,46 1,45 77,6 87,1
34 Mehrfamilienhaus Variante 4: Brennwerttechnik Bilanzanteile am Jahres-Primärenergiebedarf [kwh/(m²a)] interne Wärmegewinne Fenster Außenwand Dach, Decke Keller Wärmebrücken Lüftung Warmwasser Verteilung, Übergabe Speicherung Erzeugung vorgelagerte Prozesskette Primärenergie Variante 0 Variante Einzelgrößen (Auswahl) Variante n ΔU WB U W / g U AW U D U G H T ' e P q E q P [h -1 ] [W/(m²K)] [W/(m²K)] [-] [kwh/(m²a)] 0 0,6 0,05 1,4/0,58 0,30 0,27 0,48 0,46 1,45 77,6 87,1 4 0,6 0,05 1,4/0,58 0,41 0,27 0,54 0,51 1,35 77,6 87,1
35 Mehrfamilienhaus Variante 9: Sole/Wasser-Wärmepumpe Bilanzanteile am Jahres-Primärenergiebedarf [kwh/(m²a)] Anlage Erzeugung regenerativ interne Wärmegewinne Fenster Außenwand Dach, Decke Keller Wärmebrücken Lüftung Warmwasser Verteilung, Übergabe Speicherung Erzeugung vorgelagerte Prozesskette Primärenergie Variante 0 Variante Einzelgrößen (Auswahl) Variante n ΔU WB U W / g U AW U D U G H T ' e P q E q P [h -1 ] [W/(m²K)] [W/(m²K)] [-] [kwh/(m²a)] 0 0,6 0,05 1,4/0,58 0,30 0,27 0,48 0,46 1,45 77,6 87,1 9 0,6 0,05 1,4/0,58 0,56 0,50 0,59 0,63 0,9 22,9 68,8
36 Mehrfamilienhaus Übersicht: Einzelgrößen (Auswahl) Variante n ΔU WB U W / g U AW U D U G H T ' e P q E q P [h -1 ] [W/(m²K)] [W/(m²K)] [-] [kwh/(m²a)] 0 Ausgangsfall 0,6 0,05 1,4/0,58 0,30 0,27 0,48 0,46 1,45 77,6 87,1 1 ohne Dichtheitsprüfung 0,7 0,05 1,4/0,58 0,23 0,21 0,33 0,40 1,45 77,5 87,0 2 Wärmebrücken Standard 0,6 0,10 1,4/0,58 0,25 0,21 0,35 0,46 1,45 77,6 87,1 3 Wärmebrücken detailliert 0,6 0,02 1,4/0,58 0,36 0,27 0,55 0,46 1,45 77,6 87,1 4 Brennwerttechnik 0,6 0,05 1,4/0,58 0,41 0,27 0,54 0,51 1,35 77,6 87,1 5 BW-Kessel, dez. elektr. Trinkwassererwärm. 0,6 0,05 1,4/0,58 0,41 0,27 0,56 0,51 1,66 71,0 107,3 6 Brennwert-Kombikessel 0,6 0,05 1,4/0,58 0,52 0,37 0,56 0,58 1,23 77,8 87,1 7 BW-Kessel, Lüftungsanl. 0,6 0,05 1,4/0,58 0,54 0,44 0,56 0,60 1,19 74,7 87,1 8 BW-Kessel, Solaranlage 0,6 0,05 1,4/0,58 0,54 0,44 0,56 0,60 1,19 76,8 87,1 9 Sole/Wasser-Wärmep. 0,6 0,05 1,4/0,58 0,56 0,50 0,59 0,63 0,90 22,9 68,8
37 Anforderungen an Wohngebäude Q P,max Jahres-Primärenergiebedarf bezogen auf die Gebäudenutzfläche H T, max spezifischer, auf die wärmeübertragende Hüllfläche bezogener Transmissionswärmeverlust S Sonneneintragskennwert
38 Anforderungen der DIN : S Sx S x anteilige Sonneneintragskennwerte nach - Klimaregion - Bauart - erhöhte Nachtlüftung in Abhängigkeit von der Bauart - Fensterneigung - Orientierung der Fenster - Sonnenschutzverglasung
39 Sonneneintragskennwert S DIN : j W,j S = ( A g ) A G total,j A w,j [m²] Fensterfläche des Raumes g total,j [-] Gesamtenergiedurchlassgrad je nach Orientierung Verglasung incl. Sonnenschutz (g total = g F c ) g [-] Gesamtenergiedurchlassgrad Verglasung F c [-] Abminderungsfaktor infolge Sonnenschutz A G [m²] Grundfläche des Raumes
40 Kein Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes erforderlich (gemäß DIN : ) Bei Ein- u. Zweifamilienhäusern Fensterneigung Fensterorientierung f AG < F c 7% 15% 10% 0,3
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