Fachreihe. EnEV. Die Energie-Einsparverordnung. En EV

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1 Fachreihe EnEV Die Energie-Einsparverordnung En EV

2 Mit Hilfe der Energie-Einsparverordnung soll der Energiebedarf von Gebäuden und damit auch die CO 2 - Emission nachhaltig gesenkt werden. 2

3 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Zielsetzung der Fachreihe 1.2 Zweck der EnEV CO 2 -Emission Aufteilung des Endenergieverbrauchs 2 Grundlagen 2.1 Primärenergiebedarf als Grundgedanke 2.2 Die wichtigsten Kenngrößen eines Gebäudes Das A/V e -Verhältnis und die Nutzfläche A N Primärenergiebedarf q P Transmissionswärmeverlust H T 2.3 Zusammenhang von EnEV und den DIN-Normen Heizwärmebedarf q h gemäß DIN V 4108 T 6 für die Bauphysik Anlagenaufwandszahl e P gemäß DIN V 4701 T Die Berechnung der Anlagenaufwandszahl e p Das Diagrammverfahren Das Tabellenverfahren Detailliertes Verfahren 2.5 Der Berechnungsweg für den Primärenergienachweis 6 Schritte zum Ergebnis 3 Auswirkungen der EnEV auf die gesamtheitliche Gebäudeplanung 3.1 Zusammenhang von Anlagentechnik und Bauphysik 3.2 Vergleich der Investitionen 3.3 Jahreskosten 4 Anlagentechnik für die EnEV 4.1 Einfluss des Aufstellortes Raumluftunabhängige Betriebsweise Aufstellungsort in größeren Gebäuden 4.2 Niedertemperaturtechnik 4.3 Brennwerttechnik Vitotec Gas-Brennwertgeräte Öl-Brennwertkessel 4.4 Wärmepumpen ohne Primärenergienachweis Wärmequelleneinfluss auf die Anlagenaufwandszahl Dezentral elektrische Trinkwassererwärmung 4.5 Trinkwassererwärmung Solare Trinkwassererwärmung Zirkulation Speicher-Wassererwärmer oder Kombi-Wasserheizer? 4.6 Wärmeerzeugung im Mehrfamilienhaus: zentral oder dezentral? 4.7 Mehrkesselanlage ja oder nein? 4.8 Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung 4.9 Holzverbrennung 4.10 Norm-, BDH oder Produktkennwerte? 4.11 Systemkomponenten 4.12 Das Wichtigste aus der Bauphysik für die EnEV 4.13 Die EnEV im Gebäudebestand Der Bestand: Das größte Energieeinsparpotenzial Nachrüstverpflichtungen und Ausnahmen 5 Umsetzung der EnEV 5.1 Energiebedarfsausweis Nachweise auch für den Bestand Rechtliche Konsequenzen des Energiebedarfsausweises 5.2 Das Fachhandwerk und die Unternehmererklärung 5.3 Richtlinie 202/91/EG über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden 5.4 Softwarehilfen Herstellerspezifische Produktkennwerte Informationen im Internet 6 Zusammenfassung Seite 4 Seite 6 Seite 22 Seite 25 Seite 51 Seite 55 3

4 1 Einleitung 1.1 Zielsetzung der Fachreihe Ziel der vorliegenden Fachreihe ist es, grundlegende Zusammenhänge und Rechenverfahren der Energie- Einsparverordnung (EnEV) vorzustellen und zu erläutern. Nachfolgend werden im Detail verschiedene anlagentechnische Möglichkeiten anhand von Beispielen bewertet, um Architekten, Planern und Fachhandwerkern Hilfestellung bei der Auswahl einer geeigneten Anlagentechnik zu geben. 1.2 Zweck der EnEV Die Energie-Einsparverordnung soll einen Beitrag dazu leisten, die selbst auferlegte Verpflichtung Deutschlands einzuhalten, bis zum Jahr 2005 gegenüber dem Stand von % CO 2 weniger zu emittieren. CO 2 -Emission [Mio.t/a] Jahr Bild 1: Entwicklung der CO 2 -Emission in Deutschland (Quelle: DIW) erreicht % Reduzierung (Selbstverpflichtung) 21% Reduzierung (Kyoto) Wie Bild 1 zu entnehmen ist, befindet sich die Bundesrepublik zwar auf dem richtigen Wege, ist von dem erklärten Ziel aber noch weit entfernt. Nach einer deutlichen Reduzierung Anfang der 90er Jahre konnten in den letzten Jahren kaum weitere Einsparungen erzielt werden CO 2 -Emission Deshalb werden auf politischer Ebene erhebliche Anstrengungen unternommen, alle Bereiche auszuschöpfen, in denen eine weitere Reduzierung der CO 2 -Emission möglich ist. Betrachtet man die bereits erreichte Einsparung von CO 2 -Emissionen für einzelne Bereiche, so wird deutlich, dass die Industrie ihr Soll mit über 30% Einsparung mehr als erfüllt hat. Ursache ist allerdings im Wesentlichen der Einbruch der ostdeutschen Industrie nach der Wiedervereinigung Anfang der 90er Jahre. CO 2 -Emission in Deutschland Veränderung gegenüber 1990 bis 1998 [%] ,5% Industrie 18% Kraft- und Heizwerke 11% Verkehr 2% Haushalte Bild 2: CO 2 -Emissionsminderung verschiedener Bereiche (Quelle: Energie Daten 2002 BMWI) Auch die Energiewirtschaft hat bereits erhebliche Einsparpotenziale ausgeschöpft (Bild 2). 4

5 VITOCROSSAL 300 Einleitung Speziell im Bereich Verkehr ist allerdings gegenüber 1990 ein erheblicher Anstieg der CO 2 -Emissionen zu verzeichnen. Auch die Emissionen privater Haushalte konnten nur geringfügig reduziert werden. Folgerichtig ist es deshalb, in diesem Bereich durch entsprechende Maßnahmen die Einsparpotenziale mehr als bisher auszuschöpfen Aufteilung des Endenergieverbrauchs Die Aufteilung des Endenergiebedarfs in Deutschland zeigt, dass die Haushalte einen erheblichen Anteil ausmachen. Mehr als ein Viertel der gesamten Endenergie wird in den Haushalten verbraucht. Schlüsselt man diesen privaten Verbrauch weiter auf, so ergibt sich ein überraschendes Bild. Auf den gesamten Endenergieverbrauch bezogen, haben private Elektrogeräte nur einen Anteil von 3%. Der restliche private Endenergiebedarf von 27% teilt sich auf die Heizung und Trinkwassererwärmung auf (Bild 3). Industrie und Handel 42% Summe der "Privaten" Wärme = 27% Bild 3: Aufteilung des Endenergieverbrauchs (Quelle: Energie Daten 2000 BMWI) Primärenergiebedarf (einschl. Förderung, Veredelung, Transport der Energieträger) HeizAnlV Umsetzung der Energie in Heizwärme Verkehr 28% Hausgeräte 2,5% Licht 0,5% Warmwasser 5% Öl-Heizung 8% Gas-Heizung 10% Sonst. Heizenergie 4% WSchV95 Beheizung des Gebäudes Wenn also fossile Brennstoffe und damit CO 2 -Emissionen in privaten Haushalten eingespart werden können, dann in erster Linie durch eine Reduzierung des Energiebedarfs für Heizung und Trinkwassererwärmung. Die EnEV stellt ein Werkzeug dar, dieses Potenzial zur Energieeinsparung nutzbar zu machen. Heizenergiebedarf Heizwärmebedarf Einsparung durch Wirkungsgradverbesserung Einsparung durch Wärmedämmung Mit der Energie-Einsparverordnung (EnEV), die am in Kraft getreten ist, wurden die Wärmeschutz-Verordnung (WSchV95) und die Heizungsanlagen-Verordnung (HeizAnlV) abgelöst (Bild 4). Bild 4: Energie-Umwandlungskette 5

6 2 Grundlagen 2.1 Primärenergiebedarf als Grundgedanke Nun ist nicht mehr der Heizwärmebedarf, sondern der maximal zulässige Primärenergiebedarf, der für die Gebäudebeheizung und -belüftung sowie für die Trinkwassererwärmung erforderlich ist, per Verordnung begrenzt. Bei dieser Betrachtung fließen sowohl Gebäude-Wärmedämm- als auch anlagentechnische Maßnahmen ein. Damit bietet die EnEV den neuen Ansatz, Bauphysik und Heizungsanlagentechnik (einschließlich Lüftung und Trinkwassererwärmung) nicht mehr getrennt, sondern gemeinsam zu betrachten: Der Primärenergiebedarf q P kann auch in einem weniger gut wärmegedämmten Haus unter dem zulässigen Grenzwert q P,zul gehalten werden, wenn die entsprechende effiziente Anlagentechnik (kleine Anlagenaufwandszahl e P ) gewählt wird. Andererseits kann ein sehr gut wärmegedämmtes Haus (geringer Heizwärmebedarf q h ) mit einer einfacheren Anlagentechnik ausgestattet werden (Bild 5). Primärenergiebedarf [kwh/(m 2 a)] Gebäude und Anlage = Alternativen Anlage Gebäude 0,2 1,05 Kompaktheitsgrad A/V e Gesamtenergiebedarf Hoher Standard Niedriger Standard Bild 5: Zulässiger Primärenergiebedarf und die Variationsmöglichkeiten von Anlagen- und Gebäudetechnik (schematisch) 2.2 Die wichtigsten Kenngrößen eines Gebäudes Im Rahmen der EnEV erhalten TGA- Planer und Architekt gemeinsam ein großes Maß an Freiheit, die energetische Qualität eines Gebäudes sicherzustellen. Als maßgebliche Größen dienen nur der Primärenergiebedarf q P,zul und der maximal zulässige Transmissionswärmeverlust H T. Beide Werte sind in Tabellen innerhalb der EnEV vorgegeben und benötigen nur wenige zusätzliche Angaben, um sie festzulegen Das A/V e -Verhältnis und die Nutzfläche A N Die A/V e -Kennzahl stellt das Verhältnis von äußerer Gebäudehüllfläche A, (also Außenwände + Kellerdecke + Dachfläche bzw. oberste Geschossdecke) und dem davon eingeschlossenen beheizten Gebäudevolumen (umbauter Raum) V e dar. Je kompakter ein Gebäude ist, desto kleiner wird A/V e. Einen Überblick über gängige Werte bietet Bild 8. Die Nutzfläche A N ergibt sich aus dem umbauten Volumen V e nach der Formel (1) A N = 0,32 V e (1) und ist nicht immer identisch mit der realen beheizten Wohnfläche. In der Regel ist die wirkliche Wohnfläche etwa 20% kleiner Primärenergiebedarf q P Abhängig von den oben genannten Gebäudekennwerten ergibt sich aus der EnEV ein maximal zulässiger Primärenergiebedarf q P,zul. Dieser q P,zul -Wert darf nicht überschritten werden und stellt somit die Basis für die Arbeit des TGA-Planers und des Architekten dar. Ihnen ist es jetzt überlassen, durch Kombination bauphysikalischer und heiztechnischer Maßnahmen eine Bauausführung zu erarbeiten, deren Primärenergiebedarf für die Wärmeerzeugung unter diesem Grenzwert bleibt. Der maximal zulässige Primärenergiebedarf q P,zul ergibt sich aus einer Formel in der EnEV, die sich am A/V e -Verhältnis orientiert (Bild 6). Zusätzlich ist ein Glied in die Formel (2) aufgenommen, das mit Hilfe der Nutzfläche A N den Primärenergiebedarf für die Trinkwassererwärmung berücksichtigt. Aufgrund dieses nutzflächenabhängigen Terms entsteht in Abhängigkeit von A/V e keine feste Abhängigkeit (Linie), sondern ein etwas breiteres Abhängigkeitsband. 6

7 Grundlagen Für Wohngebäude mit zentraler Trinkwassererwärmung gilt: q P,zul = 50, ,29 A/V e / (100 + A N ) [kwh/(m 2 a)] (2) Für die Ermittlung des tatsächlichen Primärenergiebedarfs dienen die DIN V 4701 Teil 10 und die DIN 4108 Teil 6. Es können verschiedene Berechnungsverfahren eingesetzt werden: Für vorgegebene Anlagenschemata bietet die Norm in Abhängigkeit von der Nutzfläche A N und dem spezifischen Heizwärmebedarf q h (ermittelt nach DIN V 4108 Teil 6) Diagramme, aus denen die Aufwandszahlen abgeleitet werden können (siehe Kapitel 2.4.1). Die Norm gibt Standardwerte vor, die für verschiedene Wärmeerzeuger und andere Komponenten den jeweils unteren Marktdurchschnitt darstellen. Die Werte sind in Abhängigkeit von der Nutzfläche A N angegeben. Mit Hilfe von Tabellen werden so für alle Anlagenkomponenten (Wärmeerzeuger, Verteilsystem, Wärmeabgabe, Trinkwassererwärmung, Zirkulation, Hilfsenergien usw.) Aufwandszahlen abgelesen und in einem Formblatt verknüpft. Dieses Verfahren wird in Kapitel für eine Beispielrechnung genutzt. Soweit vorhanden können auch herstellerbezogene Produktkennwerte genutzt werden. Dies erfordert dann eine detaillierte Berechnung. Allerdings können dadurch beim Einsatz entsprechender Anlagenkomponenten günstigere Anlagen-Aufwandszahlen erreicht werden (siehe Kapitel 2.4.3). Zulässiger Primärenergiebedarf qp,zul [kwh/(m 2 a)] Heizen und überwiegend elektrische Warmwasserbereitung ,4 0,8 1,0 1,2 Kompaktheitsgrad A/V e [1/m] Bild 6: Anforderungsniveau an den Primärenergiebedarf für Wohngebäude Ausnahme für die elektrische Trinkwassererwärmung Strom wird bei seiner Erzeugung aus Primärenergie (im Kraftwerk) seitens der EnEV mit dem Primärenergie- Umwandlungsfaktor 3 belegt, was dem durchschnittlichen Kraftwerks- Wirkungsgrad von 34% entspricht. Im Vergleich dazu werden Erdgas und Erdöl mit 1,1 bewertet. Dadurch schlägt die Verwendung der Endenergie Strom primärenergetisch sehr stark zu Buche, was Wettbewerbsnachteile für elektrische Heißwassergeräte bedeutet hätte. Auf Betreiben der Elektroindustrie wurde deshalb der zulässige Primärenergiebedarf gegenüber der nichtelektrischen Trinkwassererwärmung angehoben, um Nachteile für den Brennstoff Strom auszugleichen. Für Wohngebäude mit überwiegend elektrischer Trinkwassererwärmung wurde dazu eine zusätzliche Berechnungsformel in die EnEV aufgenommen (3). Für Wohngebäude mit überwiegend elektrischer Trinkwassererwärmung gilt: q P,zul = 72, ,29 A/V e Heizen und zentrale Warmwasserbereitung [kwh/(m 2 a)] (3) 7

8 Grundlagen Ausnahme für elektrische Speicherheizung Eine entsprechende Ausnahmeregel wurde aus gleichen Gründen auch für den Einbau elektrischer Speicherheizungen vereinbart. Auch hier würde der geringe Wirkungsgrad der Primärenergieumwandlung (Öl, Gas, Kohle) in Strom und der daraus resultierende Umwandlungsfaktor 3 zu einem faktischen Ausschluss der Stromheizung vom Markt führen. Deshalb wurde vereinbart, für Speicherheizungen, die in Verbindung mit einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung betrieben werden, den Primärenergie-Umwandlungsfaktor von 3 auf 2 herabzusetzen. Diese Regelung gilt bis Zulässiger Transmissionswärmeverlust (k-wert) HT' [W/(m 2 K)] 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 1, ,4 0,8 1,2 Kompaktheitsgrad A/V e [1/m] Bild 7: Nebenbedingung: Transmissionswärmeverlust 0,44 Ausnahme für monolithische Außenwandkonstruktion Auch für die Verwendung von Ziegeln (monolithische Außenwand) wurde eine Ausnahmeregel getroffen: Bis darf der Primärenergiebedarf entsprechend erstellter Ein- und Zweifamilienhäuser den zulässigen q P -Wert um bis zu 3% überschreiten. Diese Regel gilt nur für Ein- und Zweifamilienwohnhäuser, die mit Niedertemperatur-Heizkesseln und einer Systemtemperatur größer 55/45 C beheizt werden. Diese Ausnahmeregelung sorgt dafür, dass im privaten Eigenheimbau auch weiterhin Gebäude mit Ziegelwänden ohne zusätzliche Wärmedämm-Maßnahmen wettbewerbsfähig gebaut werden können. A/V e [1/m] A N [m 2 ] q p,max [kwh/(m 2 a)] elektr. TW Bild 8: Typische Werte für Einfamilien-, Reihen- und Mehrfamilienhäuser q p,max [kwh/(m 2 a)] H T max [W/(m 2 K)] 1, ,45 0, ,51 0, , Spezifischer Transmissionswärmeverlust H T Neben der Festlegung des maximal zulässigen Primärenergiebedarfes gilt lediglich eine weitere Einschränkung, häufig als Nebenbedingung bezeichnet: Der maximale spezifische Transmissionswärmeverlust (H T ) (Bild 7) über die Gebäudehülle ist durch die EnEV geregelt (4): Spezifischer Transmissionswärmeverlust für Wohngebäude: H T = 0,3 + 0,15 V e / A [W/(m K)] (4) H T entspricht etwa dem bisher bekannten mittleren k-wert. Er kann durch normale Baustandards leicht eingehalten werden. H T stellt damit praktisch keine Einschränkung der Gestaltungsmöglichkeiten des Architekten dar und wird in der Regel vom Architekten oder Bauingenieur nachgewiesen. Der Wärmeschutz des Gebäudes muss den anerkannten Regeln der Technik entsprechen, konkrete Werte für einzelne Bauteile schreibt die EnEV im Neubau nicht vor. Bild 8 zeigt beispielhaft einige sich aus der EnEV ergebende Werte. 8

9 Grundlagen 2.3 Zusammenhang von EnEV und den DIN-Normen Während die EnEV lediglich die Rahmenbedingungen des Primärenergiebedarfes festlegt, sind die eigentlichen Berechnungsvorschriften für den Heizwärmebedarf (also die Wärmedämmung und Luftdichtigkeit des Gebäudes) sowie für die Effizienz der Anlagentechnik (Anlagenaufwandszahl) in den beiden begleitenden Normen festgelegt. Die DIN V 4701 Teil 10, die die Berechnungsgrundlagen für die Anlagentechnik schafft, sowie die entsprechende Regel für die Bauphysik, die DIN V 4108 Teil 6, liegen als Vornormen vor (Bild 9). Die Verknüpfung von Jahres-Heizwärmebedarf und Anlagenaufwandszahl ergibt sich aus folgender Gleichung: gleiche Randbedingungen DIN V Berechnung Bauphysik Jahres-Heizwärmebedarf q h EnEV Festlegung max. Primärenergiebedarf q P < q P,max q p = e p (q h + q tw ) gleiche Randbedingungen gleiche Randbedingungen DIN V Berechnung Anlagentechnik Anlagen-Aufwandszahl e p q p = e P (q h + q tw ) (Bild 10). Der Jahres-Heizwärmebedarf ergibt sich aus der begleitenden DIN V 4108 Teil 6, die Anlagenaufwandszahl e P aus der DIN V 4701 Teil 10. Der Trinkwasserwärmebedarf ist in der EnEV als Pauschalwert mit 12,5 kwh/(m 2 a) (bezogen auf die Gebäudenutzfläche) festgelegt, um aufwändige Dimensionierungsrechnungen zu vermeiden Heizwärmebedarf q h gemäß DIN V 4108 T 6 für die Bauphysik Die DIN V 4108 Teil 6 regelt analog zur außer Kraft gesetzten Wärmeschutz-Verordnung die Berechnung des Jahres-Heizwärmebedarfs des Gebäudes. Hierzu werden alternativ zwei Rechenvarianten angeboten: das Monats- und das Heizperioden- Bilanzverfahren. Beide Verfahren bilanzieren die Wärmeverluste (Transmission und Lüftung) sowie die Gewinne (solare und interne) in einem bestimmten Zeitraum. Bild 9: Zusammenspiel von EnEV und begleitenden Normen q P = e P (q h + q tw ) [kwh/(m 2 a)] EnEV Trinkwasserwärmebedarf Jahres- Heizwärmebedarf DIN V 4701 T10 Bild 10: Die EnEV-Gleichung Jahres- Primärenergiebedarf Anlagenaufwandszahl DIN V EnEV 4108 T6 9

10 Grundlagen Monatsbilanzverfahren Das Monatsbilanzverfahren ist für alle Gebäude anwendbar und liefert die genauesten Ergebnisse. Beispielsweise kann der Einfluss von Heizungsunterbrechungen während der Sommermonate berücksichtigt werden. Klimadaten werden dabei monatsweise einbezogen. Daraus ergibt sich eine standort- und klimabezogene Ermittlung der Heiztageanzahl. Wird das Monatsbilanzverfahren angewendet, so muss für die Anlagentechnik eine ausführliche Berechnung nach Abschnitt 5 der DIN V 4701 T 10 durchgeführt werden. Eine Anwendung des Diagramm- oder Tabellenverfahrens ist dann unzulässig. Trinkwassererwärmung q tw q TW,P q TW q H,P q L,P Gebäudeheizung Lüftung Erzeugungsverluste (Förderung, Raffinerie, Transport) q H q L Endenergie Anlagenverluste Primärenergie Nutzwärme q h q h,tw Anlagenverluste bei der Trinkwassererwärmung, die als Heizwärmegewinn genutzt werden (z.b. Wärmeabstrahlung der innerhalb der beheizten Gebäudehülle verlegten Rohre). q h,l Heizwärmebeitrag der Wohnungslüftung Heizperiodenbilanzverfahren (vereinfachtes Verfahren) Beim Heizperiodenbilanzverfahren wird mit einer festgelegten Heiztageanzahl von 185 Tagen gerechnet. Dieses vereinfachte Verfahren ist nur für Gebäude zulässig, die überwiegend zu Wohnzwecken genutzt werden. Eine Berücksichtigung von standort- oder klimabezogenen Daten ist nicht möglich. Wichtig ist, dass bei Anwendung des vereinfachten Verfahrens grundsätzlich der Einfluss von Wärmebrücken mit dem Faktor 0,05 berücksichtig wird. Ein pauschaler Ansatz mit dem Faktor 0,1 ohne Verwendung des Wärmebrückenkataloges nach DIN 4108 Blatt 2 ist beim vereinfachten Verfahren nicht zulässig (siehe auch Kapitel 4.12) Anlagenaufwandszahl e P gemäß DIN V 4701 T 10 Bild 11: Umwandlungsketten für Lüftung, Trinkwassererwärmung und Heizung Die primärenergetische Anlagenaufwandskennzahl e p setzt sich vereinfacht dargestellt zusammen aus der Aufwandszahl für den Wärmeerzeuger (Umwandlung von Endenergie in Wärme) e g und dem Primärenergiefaktor für die verwendete Energieart (Umwandlung der Primärenergie in Endenergie) f P. Zusätzlich gehen die Verluste der Wärmeübertragungskette (Speicherverluste, Leitungsverluste, Übergabeverluste) sowie die notwendigen Hilfsenergien (Strom zum Betrieb von Pumpen, Brenner, Regelungen) in die Anlagenaufwandszahl ein. Der Berechnungsgang für die Anlagentechnik ergibt sich aus DIN V 4701 Teil 10. Ziel aller Rechnungen ist es, am Ende für eine definierte Anlage und ein vorher bestimmtes Gebäude eine Anlagenaufwandszahl e P zu ermitteln, die das Verhältnis von aufgenommener Primärenergie zu abgegebener Nutzwärme beschreibt. Damit ergibt sich eine Kennzahl e P, die den Vergleich unterschiedlicher Anlagentechniken miteinander ermöglicht. Getrennte Betrachtung für Heizung, Trinkwassererwärmung und Lüftung Die Anlagenaufwandszahl e P bezieht sich allerdings nicht nur auf die Gebäudebeheizung, sondern auch auf Trinkwassererwärmung und Lüftung. Die Bereiche Lüftung und Trinkwassererwärmung werden deshalb analog betrachtet. Nutzung von Verlusten bei der Trinkwassererwärmung für Heizzwecke Beachtet werden muss, dass Wärmeverluste, die bei der Trinkwassererwärmung und der Lüftung auftreten, teilweise der Heizwärme zugute kommen. Deshalb wird bei den Berechnungen grundsätzlich mit der Trinkwassererwärmung und, soweit vorhanden, mit der Lüftung begonnen, um die entsprechenden Wärmegutschriften bei der abschließenden Berechnung der Heizung zu kennen (Bild 11). Auf die Berechnungsverfahren wird im Kapitel 2.4 im Detail eingegangen. 10

11 Grundlagen Bild 12 zeigt die auf Basis der DIN V 4701 Teil 10 berechnete Umwandlungskette für ein Einfamilienwohnhaus mit einem Niedertemperatur- Gas-Heizkessel. Es wird deutlich, dass im Vergleich zu der an die Räume abgegebenen Heizwärme ein 50% höherer Primärenergieaufwand besteht. Die Berechnung erfolgte mit Standardwerten der Norm für die einzelnen Komponenten. Nach dieser Berechnung verursacht allein der Heizkessel einen Verlust von etwa 10% des gesamten Primärenergiebedarfs. Durch die Auswahl einer hochwertigeren Anlagentechnik kann dieser Verlust auch bei dem Rechennachweis nach EnEV und entsprechend im Energiebedarfsausweis allerdings erheblich gesenkt werden. Einbeziehung der elektrischen Hilfsenergie 98,1 kwh/(m 2 a) 102,9 Primärenergie kwh/(m 2 a) 4,8 kwh/(m 2 a) 89,2 kwh/(m 2 a) Erdgas ins Haus Strom 10 kwh/(m 2 a) 1,6 kwh/(m 2 a) 6,6 kwh/(m 2 a) Verluste 3,3 kwh/(m 2 a) Wärme Wärme Wärme Erzeugung Verteilung Übergabe 0,5 kwh/(m 2 a) 1,1 kwh/(m 2 a) Hilfsenergie 69,3 kwh/(m 2 a) Alle Werte in kwh/(m 2 a), aus Berechnungsbeispiel der DIN V 4701 T 10 für Gas-NT-Kessel (70/55 C), EFH mit 244 m 2, Wärmeerzeugung und -verteilung außerhalb der thermischen Hülle. Die Verluste der Wärmeerzeugung und -verteilung können bei Installation innerhalb der thermischen Hülle zum Teil genutzt werden. Bild 12: Umwandlungskette nach DIN V 4701 Teil 10 für ein Einfamilienwohnhaus Bei der EnEV bzw. der DIN V 4701 T10 werden erstmals auch die zum Betrieb der einzelnen Anlagenkomponenten notwendigen Hilfsenergien in die Energiebilanz mit einbezogen. Beim Wärmeerzeuger ist dies die elektrische Energie für Regelung, Gebläse und Brenner (Bild 13). Bei der Wärmeverteilung geht der Strom für die Heizkreispumpe ein. Analog dazu sind die Ventilatoren bei der Lüftung und Zirkulationspumpen bei der Trinkwassererwärmung zu berücksichtigen. Da der elektrische Strom, wie bereits erwähnt, bei der Erzeugung aus der Primärenergie mit dem Faktor 3 bewertet wird, resultieren aus der elektrischen Hilfsenergieaufnahme durchaus beachtliche Primärenergieanteile (siehe auch Bild 12). Bild 13: Viessmann Heiztechnik ist Systemtechnik 11

12 Grundlagen 2.4 Die Berechnung der Anlagenaufwandszahl e p Für die Ermittlung der Anlagenaufwandszahl dient die DIN V 4701 Teil 10. Es können drei verschiedene Berechnungsverfahren eingesetzt werden (Bild 14) Das Diagrammverfahren Um den Planern bei der Anlagenauswahl die Arbeit zu erleichtern, geben die DIN V 4701 Teil 10 sowie das Beiblatt 1 zur Norm für ausgewählte Anlagenschemata in Abhängigkeit von der Nutzfläche A N und dem Heizwärmebedarf q h Diagramme vor, aus denen die Anlagenaufwandszahl e p (einschließlich aller Verluste) direkt abgelesen werden kann. In Bild 15 ist ein Beispiel für ein Gebäude mit 150 m 2 Nutzfläche und einem Heizwärmebedarf von 70 kwh/(m 2 a) eingezeichnet. Aus dem Diagramm ergibt sich direkt eine Anlagenaufwandszahl e P von 1,73. Dieser Wert gilt für einen Niedertemperatur-Heizkessel (70/55 C) mit zentraler Trinkwassererwärmung (mit Zirkulation), beides außerhalb der thermischen Hülle aufgestellt, sowie außerhalb der thermischen Hülle verlegte horizontale und innerhalb installierte vertikale Verteilung mit Radiatorenheizkörpern und Thermostatventilen (X p = 1 K). Das Ergebnis gilt ausschließlich für die oben beschriebene Anlage. Neben den Komponenten sind auch die Systemtemperatur, die Verlegeart der Verteilleitungen etc. vorgegeben und können nicht frei gewählt werden. Die in Diagrammen erfassten 71 Anlagenschemen decken zwar viele Anwendungen ab, aber es sind nicht alle denkbaren Anlagenkonfigurationen hinterlegt. DIN V Energetische Bewertung der geplanten Anlage (Anlagenaufwandszahl e p ) ja Anlagentechnik verzeichnet? ja Diagrammverfahren Tabellenverfahren Bild 14: Berechnungsverfahren nach DIN V 4701 Teil 10 Anlagen-Aufwandszahl e p 2,4 2,2 2,0 1,8 1,73 1,6 1,4 nein Anlagentechnik mit Normkennwerten Formblätter e p q p = (q h + q tw ) e p nein Detailliertes Verfahren 1, Beheizte Nutzfläche A N [m 2 ] q h = 40 kwh/(m 2 a) q h = 50 kwh/(m 2 a) q h = 60 kwh/(m 2 a) q h = 70 kwh/(m 2 a) q h = 80 kwh/(m 2 a) q h = 90 kwh/(m 2 a) Niedertemperatur-Heizkessel (70/55 C) mit zentraler Trinkwassererwärmung, beides außerhalb der thermischen Hülle, horizontale Verteilung außerhalb, vertikale Verteilung innerhalb der thermischen Hülle, geregelte Pumpe, Radiatoren mit Thermostatventil 1 K, Trinkwassererwärmung mit Zirkulation Bild 15: e p aus dem Diagrammverfahren für Niedertemperatur-Heizkessel 12

13 Grundlagen Das Tabellenverfahren Deshalb besteht auch die Möglichkeit, mit Hilfe des Tabellenverfahrens nach DIN V 4701 Teil 10 Anlagen zu berechnen. Dazu werden in der Norm in Tabellen Standardwerte für Wärmeerzeuger und andere Komponenten vorgegeben. Die Werte sind in Abhängigkeit von der Nutzfläche A N angegeben. Da die Tabellenwerte nicht produktspezifisch sind, wurden sie so festgelegt, dass praktisch alle am Markt befindlichen Komponenten die Werte auch erreichen. Die Tabellenwerte stellen einen unteren Marktdurchschnitt dar, deshalb führt die Berechnung der Anlagenaufwandszahl mit dem Tabellenverfahren nicht zu den günstigsten Ergebnissen. Mit Hilfe dieser Tabellen in der Norm werden für alle Anlagenkomponenten (Wärmeerzeuger, Verteilsystem, Wärmeabgabe, Trinkwassererwärmung, Zirkulation usw.) komponentenbezogene Aufwandszahlen bzw. Verlustenergien abgelesen und in einem Formblatt verknüpft. Außerdem werden Hilfsenergien einbezogen und primärenergetisch bewertet. Die Berechnung erfolgt zunächst separat für Lüftung, Trinkwassererwärmung und Heizung (Bild 16). Exemplarisch wird im Folgenden der Berechnungsgang für die Heizung beschrieben. Der spezifische Jahres-Heizwärmebedarf ergibt sich aus den Berechnungen zum Wärmeschutz gemäß der DIN V 4108 Teil 6 und muss zur Auswahl der richtigen Werte bekannt sein. Bild 16: Berechnungsblatt für den Primärenergiebedarf zu Heizzwecken aus DIN V 4701 T 10 Die Bereitstellung der Wärme lässt sich in fünf Prozessbereiche untergliedern, wie das Tabellenblatt (Bild 16) zeigt: Übergabe im Raum: q ce (control and emission) Verteilung bis zur Übergabe: q d (distribution) Speicherung der Wärme: q s (storage) Erzeugung der Wärme: q g (generation) Umwandlung der Primärenergie in Endenergie: f P (Umwandlungsfaktor). Die Bewertung erfolgt getrennt nach Wärmeenergie und Hilfsenergie. Damit geht auch der Stromverbrauch von Regelung und Umwälzpumpen usw. in die Berechnung mit ein. Die einzelnen Verlustwerte müssen jetzt aus Tabellen der Norm entnommen werden. Beispielhaft ist die Tabelle zur Ermittlung der Verteilungsverluste für horizontale Verteilleitungen außerhalb der thermischen Hülle dargestellt (Bild 17). 13

14 Grundlagen Analog dazu wird nach Auswahl der Komponenten und Festlegung der Randbedingungen (Systemtemperaturen etc.) für den Wärmeerzeuger, die Heizkörper usw. vorgegangen (Bild 18). Bei der Berechnung der Heizung können Wärmeverluste aus Lüftung und Trinkwassererwärmung, die innerhalb der thermischen Hülle auftreten, teilweise als Gewinne verbucht werden, da sie den Heizwärmebedarf verringern (q h,tw, q h,l ). Deshalb müssen, wie erwähnt, Lüftung und Trinkwassererwärmung immer zuerst berechnet werden (Bild 11). Die sich aus drei Einzelberechnungen (Trinkwasser, Lüftung, Heizung) einschließlich der Hilfsenergien ergebenden Primärenergien werden addiert. Damit ergibt sich ein Gesamt-Primärenergiebedarf für das betrachtete Gebäude (Bild 19). Bei Division durch die Summe von Jahres-Heizwärme- und Trinkwasserwärmebedarf ergibt sich die Aufwandszahl e P : e P = q P / (q h + q tw ) Tabellenverfahren Verteilung q d Nutz- Fläche Spezifischer Wärmebedarf der Verteilung q d [kwh/(m 2 a)] horizontale Verteilung unbeheizt A N Verteilungsstränge außenliegend Verteilungsstränge innenliegend 90/70 C 70/55 C 55/45 C 35/28 C 90/70 C 70/55 C 55/45 C 35/28 C ,2 11,4 8,6 4,4 3,8 10,3 7,8 4, ,5 8,6 6,5 3,2 10,3 7,7 5,8 2, ,7 7,2 5,4 2,7 8,5 6,3 4,8 2, ,9 5,8 4,4 2,1 6,8 5,0 3,7 1, ,4 4,7 3,5 1,7 5,4 3,9 2,9 1, ,7 4,2 3,1 1,4 4,6 3,4 2,5 1, ,3 3,9 2,9 1,3 4,3 3,1 2,3 1, ,9 3,6 2,7 1,2 3,9 2,9 2,1 0, ,6 3,4 2,5 1,1 3,7 2,7 1,9 0, ,4 3,2 2,4 1,1 3,4 2,5 1,8 0, ,3 3,1 2,3 1,0 3,3 2,4 1,8 0,7 Spezifischer Wärmebedarf der Wärmeverteilung q d in Abhängigkeit von A N für unterschiedliche Systemtemperaturen (DIN V , Tabelle C.3-2a) Bild 17: Normwerte für Verteilleitungen Aufwandszahlen e g,w und Hilfsenergie q g,he der Erzeugung für Heizkessel Aufwandszahl e g [ --] Hilfsenergie bessere Werte siehe Abschnitt 5 Beheizte K onstanttemperaturkessel Niedertemperaturkessel Brennwertkessel q g,he Nutzfläche C alle alle 70/55 55/45 35/28 [kwh/(m 2 a)] A N [m 2 ] 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 Bild 18: Erzeugeraufwandszahlen für Heizkessel nach DIN 4701 T 10 14

15 Grundlagen Detailliertes Verfahren Soweit vorhanden können auch andere Werte als die Tabellenwerte aus der Norm DIN V 4701 Teil 10 genutzt werden. Auch eine Mischung der Normwerte mit anderen Werten ist zulässig. Allerdings müssen die verwendeten Werte zertifiziert sein, beispielsweise als generell gültige Werte über Verbände oder als produktspezifische Kennwerte mittels einer Herstellererklärung. Die Berechnung erfolgt analog zum Tabellenverfahren in den zusammenfassenden Formularen (siehe Bild 16). Der einzige Unterschied besteht darin, dass nicht die Werte aus den Tabellen der DIN V 4701 T10, sondern andere Werte, z. B. produktspezifische Kennwerte eines Herstellers, eingesetzt werden. Trinkwassererwärmung Lüftung Raumheizung Jahres-Nutzwärmebedarf Warmwasser + Verluste der Anlagentechnik = Jahres- Endenergiebedarf + PE-Faktor Energieträger = Primärenergie- TWW PE = Primärenergie Elektrische Hilfsenergie + PE-Faktor Strom = Primär-Hilfsenergie TWW Heizarbeit der Wärmepumpe und Heizregister + Verluste der Anlagentechnik = Jahres- Endenergiebedarf + PE-Faktor Energieträger = Primärenergie- Lüftung Elektrische Hilfsenergie + PE-Faktor Strom = Primär-Hilfsenergie Lüftung Jahres-Heizwärmebedarf Wärmegutschrift Verteilung und Speicherung Beitrag Lüftungsanlage + Verluste der Anlagentechnik = Jahres- Endenergiebedarf + PE-Faktor Energieträger = Primärenergie- Heizung Elektrische Hilfsenergie + PE-Faktor Strom = Primär-Hilfsenergie Heizung Hinweis: Bei Einsatz entsprechend energieeffizienter Anlagenkomponenten und der damit verbundenen Kennwerte ergeben sich deutlich günstigere Verlustwerte und damit insgesamt bessere Anlagen-Aufwandszahlen. Bild 19: Struktur zur Berechnung nach dem Tabellenverfahren Bild 20: Vitodens 333 kompakter Gas-Brennwertkessel mit integriertem Ladespeicher 15

16 Grundlagen Vorteile Allein durch die Verwendung von BDH- oder herstellerspezifischen Kennwerten als Normkennwerten kann die Anlagenaufwandszahl nennenswert gesenkt werden. Dies liegt daran, dass sich die in der Norm tabellierten Kennwerte an einem unteren energetischen Durchschnitt der marktverfügbaren Produkte orientieren, um keine Produkte auszuschließen (so genannter 30%- Level ). Der Stand der Technik insbesondere in der Brennwerttechnik ist allerdings deutlich besser. Damit besteht allein durch frühzeitige Auswahl des konkreten Wärmeerzeugers und Aufnahme der entsprechenden Kennwerte in die EnEV- Berechnung und den Energiebedarfsausweis die Möglichkeit, den rechnerischen Primärenergiebedarf zu senken und damit die Vorgaben der EnEV leichter zu erfüllen (Bild 21). Allerdings ist die Festlegung dann bereits in der Planungsphase notwendig, um die Vorteile bei einer gesamtheitlichen energetischen Betrachtung des zu errichtenden Gebäudes auch nutzen zu können. Die Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Energiebedarfsausweis gibt vor, dass bei Verwendung von anderen als Normkennwerten dem Ausweis Dokumente beizufügen sind, die die Einhaltung der zugrunde gelegten Werte belegen (z. B. Herstellererklärungen). NT-Kessel 70/55 Speicher V-a G-a NT-Kessel 70/55 Speicher V-i G-a NT-Kessel 70/55 Speicher V-i G-i -Kessel 55/45 Speicher V-a G-a -Kessel 55/45 Speicher V-i G-i 1,0 1,1 1,2 V: Verteilung G: Gerät a / i: außerhalb / innerhalb der thermischen Hülle Werte aus der DIN V 4701 Teil 10 NT: Vitorond 222, : Vitodens 200 Anlagen-Aufwandszahl e P 1,3 1,4 1,5 1,56 1,50 1,48 1,43 1,42 1,40 1,30 1,6 1,68 1,61 1,55 1,7 1,8 1,9 2,0 Norm-Kennwerte Viessmann Kennwerte Einfamilienwohnhaus mit zentraler Warmwasserbereitung: A/V e = 0,90 A N = 200 m 2 q h = 70 kwh/(m 2 a) q p,zul = 127,4 kwh/(m 2 a) Bild 21: Senkung der Anlagenaufwandszahl durch die Verwendung produktspezifischer Erzeugeraufwandszahlen Bild 22: Vitodens 300 kompakter und leistungsstarker Gas-Brennwert-Wandkessel 16

17 Grundlagen Nutzung von aktuellen Kennwerten des BDH Um Berechnungen mit herstellerspezifischen Produktkennwerten zu umgehen, wurden speziell für Brennwertkessel vom Bundesindustrieverband Deutschland Haus-, Energieund Umwelttechnik e.v. (BDH) aktuelle Kennwerte herausgegeben, die den real am Markt erhältlichen Produkten der BDH-Mitgliedsfirmen entsprechen. Diese Kenngrößen sind ebenfalls in der aktuellen DIN V 4701 Teil 10 hinterlegt. Die Novellierung der EnEV vom nimmt Bezug darauf, so dass diese verbesserten Kennwerte für Brennwertgeräte jetzt genutzt werden können, sofern sichergestellt ist, dass die zum Einsatz kommenden Brennwertkessel sie unterschreiten. Eine Festlegung auf ein bestimmtes Herstellerprodukt ist bei der Berechnung mit diesen BDH-Kennwerten anders als wenn mit herstellerspezifischen Produktkennwerten gerechnet wird nicht notwendig. Produktkennwerte von Viessmann Die Kennwerte von Produkten des Vitotec-Programms sind in der Regel besser als von der Norm gefordert (Tabellen der DIN V 4701 T10) bzw. im Merkblatt 15 des BDH als aktuelle Werte vorgegeben. Deshalb ist es in Hinblick auf den rechnerischen Primärenergiebedarf sinnvoll, mit diesen konkreten Produktkennwerten zu rechnen. Die Berechnung muss nach dem detaillierten Verfahren erfolgen. Die Verwendung produktspezifischer Werte von Vitotec Produkten senkt den rechnerischen Primärenergiebedarf eines durchschnittlichen Einfamilienhauses gegenüber Norm-Kennwerten um bis zu 10 kwh/(m 2 a). Im Vergleich zu den aktuellen Werten des BDH für Brennwertgeräte stellt sich eine Verbesserung von bis zu 5 kwh/(m 2 a) ein. Es gibt aber keine Möglichkeit, für einen bestimmten Wärmeerzeuger direkt eine Anlagenaufwandszahl anzugeben, da das gesamte System mit allen Komponenten in die Berechnung eingeht. Für Wärmeerzeuger können lediglich spezifische Erzeugerkennwerte e g bestimmt werden, die in das Berechnungsformular (siehe Bild 16) eingehen. Da aber auch e g von der Kesselart, der Systemtemperatur und der Leistung des Heizkessels sowie der beheizten Fläche A N also auch dem Anlagenumfeld abhängt, kann e g nicht generalisiert angegeben werden. In die Ermittlung gehen Nenn- Wärmeleistung, der Wirkungsgrad bei 30% Auslastung und der Bereitschaftsverlust bei 70 C ein. Zur produktspezifischen Ermittlung der Hilfsenergien sind die Leistungsaufnahmen bei 30% Auslastung heranzuziehen. Diese Werte werden nach vorgegebenen Verfahren ermittelt und zertifiziert. Die meisten am Markt bisher verfügbaren Softwarelösungen zur Berechnung kompletter Anlagen sind allerdings bisher nicht in der Lage, die von den Herstellern herausgegebenen Kennwerte zu Erzeugeraufwandszahlen e g umzurechnen. In diesen Fällen ist zunächst eine Berechnung der Erzeugeraufwandszahl e g von Hand notwendig, um diese dann in die Programme manuell einzugeben. Die Rechenvorschriften finden sich in der DIN V 4701 Teil 10 in Abschnitt 5. Es gilt allerdings Folgendes zu beachten: Werden bei der Berechnung der Anlagenaufwandszahl herstellerspezifische Produktkennwerte verwendet, so ist dies im Energiebedarfsausweis anzugeben. Die Berechnung ist mit entsprechenden Unterlagen zur Herkunft der Kennwerte z. B. einer Konformitätserklärung des Herstellers abzusichern, um sie später nachvollziehen zu können. Der Einbau der zur Berechnung herangezogenen Produkte ist in einigen Bundesländern durch eine Fachunternehmererklärung zu bestätigen. Werden zwischen der Erstellung des Energiebedarfsausweises und der Installation der Anlagentechnik Änderungen an der Anlagenplanung verbunden mit einem Produktwechsel vorgenommen, so sollte, wenn Produktkennwerte verwendet wurden, eine Überarbeitung des Energiebedarfsausweises erfolgen. Die Verwendung von produktspezifischen Aufwandszahlen ist sinnvoll, wenn die verwendeten Daten offiziell bestätigt und damit belastbar sind und feststeht, dass die ausgewählte Anlagentechnik auch tatsächlich wie geplant eingebaut wird. 17

18 Grundlagen 2.5 Der Berechnungsweg für den Primärenergienachweis 6 Schritte zum Ergebnis (Bild 23) 1. A/V e -Verhältnis Für ein vorgegebenes Wohngebäude wird das Verhältnis der äußeren Umhüllungsfläche A zum eingeschlossenen Volumen V e gebildet. Typische Werte sind in Bild 8 angegeben. Für die nachfolgende Beispielrechnung wird ein 10-Familienwohnhaus angenommen, jede Wohnung soll eine Nutzfläche von 100 m 2 besitzen, für das Gesamtgebäude ergibt sich damit eine Nutzfläche A N von 1000 m 2. Das A/V e -Verhältnis wird aufgrund des Architektenentwurfs berechnet und beträgt für das Beispiel 0,5 m -1. Berechnungsschritte 1. Ermittlung des A/V e -Verhältnisses 2. Berechnung des maximal zulässigen Primärenergiebedarfs q P,zul 3. Berechnung des Jahres-Heizwärmebedarfs nach DIN 4108 Teil 6 für den ausgewählten Wärmedämmstandard q h 4. Berücksichtigung der Warmwasserbereitung bei Wohngebäuden, Festwert q tw = 12,5 kwh/(m 2 a) übernehmen 5. Ermittlung der anlagenspezifischen Aufwandszahl e p nach DIN 4701 Teil 10 für die ausgewählte Heizsystemtechnik 6. Überprüfung, ob die notwendige Primärenergie geringer ist als die zulässige gemäß Schritt 2. Wenn nein: Verbesserung des Wärmedämmstandards und damit Senkung des Jahres-Heizwärmebedarfs oder Auswahl einer Heizungsanlagen-Systemtechnik mit geringer Aufwandszahl 2 Maximal zulässiger Primärenergiebedarf q P,zul Bild 23: Die Berechnungsschritte Für den maximal zulässigen Primärenergiebedarf gibt die EnEV für Wohngebäude zwei Berechnungsformeln vor, die sich am A/V e -Verhältnis sowie an der Art der Trinkwassererwärmung orientieren und zwei Varianten für zentrale bzw. überwiegend elektrische Trinkwassererwärmung beinhalten (siehe Formel [2] und [3]). q P,zul = 50, ,29 A/V e / (100 + A N ) Für das beschriebene Gebäudebeispiel ergibt sich ein q P,zul von 90,95 kwh/(m 2 a). Dieser Wert darf nicht überschritten werden und stellt somit die Basis für die Arbeit des Planers und des Architekten dar. Ihnen ist es jetzt überlassen, durch Kombination bauphysikalischer und heiztechnischer Maßnahmen eine Bauausführung zu erarbeiten, deren Primärenergiebedarf für die Wärmeerzeugung unter diesem Grenzwert zu bleiben. Dabei gibt es kaum weitere Einschränkungen, lediglich der maximale spezifische Transmissionswärmeverlust über die Gebäudehülle (H T ) ist durch die EnEV noch geregelt (Formel [4]). H T = 0,3 + 0,15 V e /A Als nächstes soll jetzt der Jahres- Heizwärmebedarf ermittelt werden. 3 Spezifischer Jahres-Heizwärmebedarf q h Aufgrund des zunächst vorgesehenen Wärmedämmstandards wird für das Gebäude ein Heizwärmebedarf q h von 70 kwh/(m 2 a) angenommen. Details können in Abhängigkeit der gewählten Bauausführung nach DIN V 4108 Teil 6 ermittelt werden. 4 Wärmebedarf zur Trinkwassererwärmung q tw Zur Ermittlung des Wärmebedarfs für die Trinkwassererwärmung q tw gibt die EnEV einen Wert von 12,5 kwh/(m 2 a) vor. 5 Ermittlung der anlagenspezifischen Aufwandszahl e P Abhängig von der ausgewählten Anlagentechnik ergibt sich eine anlagenspezifische Aufwandszahl e p,vorhanden, die den Primärenergieaufwand in Bezug auf die erzeugte Nutzwärme beschreibt. e p,vorhanden = Q P / (Q h + Q t ) = q P / (q h + q t ) Hier kann sowohl mit absoluten als auch mit spezifischen Größen (bezogen auf die Nutzfläche) gerechnet werden. Entsprechend diesem Rechengang kann auch ein Vergleich eines zentralen und eines dezentralen Systems erfolgen. Variante 1: Zentrale Wärmeerzeugung für Heizung und Trinkwassererwärmung mit Gas-Brennwertkessel (55/45 C), Speicher-Wassererwärmer mit Zirkulationsleitungen und Radiatoren-Heizkörpern. 18

19 Grundlagen Unterschieden wird zusätzlich in (Bild 24): Variante 1a: Aufstellung des Wärmeerzeugers und Speicher-Wassererwärmers sowie Verlegung der Verteilungsleitungen innerhalb der thermischen Hülle. 2 K 2 K Variante 1b: Aufstellung des Wärmeerzeugers und Speicher-Wassererwärmers außerhalb sowie Verlegung der Verteilungsleitungen horizontal außerhalb, vertikal innerhalb der thermischen Hülle. Variante 1a A/V e = 0,5; A N = 1000 m 2 ; q h = 70 kwh/(m 2 a); q Pzul. = 90,95 kwh/(m 2 a) Variante 1b Variante 2 2 K 10 Einzelwohnungen Variante 2: Dezentrale Wärmeerzeugung innerhalb jeder Wohneinheit durch ein wandhängendes Gas-Brennwertgerät (55/45 C), raumluftunabhängig betrieben, mit nebengehängtem Speicher-Wassererwärmer zur Trinkwassererwärmung (ohne Zirkulation). Dementsprechend befinden sich alle Komponenten innerhalb der thermischen Hülle. (Es gilt trotzdem der maximal zulässige Primärenergiebedarf für eine zentrale Trinkwassererwärmung, da die erhöhten Werte ausschließlich auf elektrische Lösungen beschränkt sind.) Die benötigte Wärmeenergie für die Trinkwassererwärmung (nach EnEV) sowie für die Heizung (berechnet nach DIN V 4108 Teil 6), also die Ausgangsgrößen, sind für alle drei betrachteten Varianten identisch (Tabelle 1, Zeile 1 und 14). Die DIN V 4701 Teil 10 gibt dann für die gewählten Varianten der Trinkwassererwärmung und der Führung der Verteilungsleitungen (innerhalb oder außerhalb der thermischen Hülle) die Verluste vor, diese sind in Abhängigkeit der Nutzfläche A N in der DIN tabelliert (Zeile 2, 3). Gleiches gilt für die Verluste bei der Heizwärmeerzeugung (Zeile 16, 17). Ein Teil der Speicher- und Verteilungsverluste bei der Trinkwassererwärmung (Zeile 4, 5) kommt allerdings der Heizwärme zugute (Zeile 15). Bild 24: Varianten der Berechnung Dieser Gewinn ist bei innen verlegten Leitungen natürlich größer als bei Leitungen außerhalb der thermischen Hülle (Variante 1a, 2 in Zeile 5). Bei Aufstellung des Speicher-Wassererwärmers außerhalb der thermischen Hülle (Variante 1b) kann keine Gutschrift der Verluste erfolgen. Die sich ergebenden Summen an Nutzenergie für Trinkwassererwärmung (Zeile 6) und Heizung (Zeile 18) wird zunächst mit der Wärmeerzeuger-Aufwandszahl e g (Zeile 7 bzw. 19) multipliziert, Ergebnis ist die Endenergie. Aus der jeweiligen Endenergie ergibt sich mit dem Primärenergiefaktor f P (Zeile 8 bzw. 20) die einzusetzende Primärenergie (Zeile 9 bzw. 21). Die Aufwandszahlen für unterschiedliche Wärmeerzeuger sind in der DIN V 4701 ebenfalls in Abhängigkeit der Gebäudenutzfläche tabelliert. Für Gebäude bis 500 m 2 haben innerhalb der thermischen Hülle aufgestellte Wärmeerzeuger bessere Aufwandszahlen, da Oberflächenverluste auf den Wärmebedarf des Gebäudes angerechnet werden. Beim ausgeführten Beispiel gilt dies nicht, da 1000 m 2 angesetzt wurden. Vorteilhaft ist eine Innenaufstellung trotzdem, da Verteilverluste so minimiert werden. Analog muss auch für die erforderlichen Hilfsenergien für Trinkwassererwärmung und Heizung (Pumpen, Regelung etc.) vorgegangen werden (Zeile 10 bis 12 bzw. 22 bis 24). Die einzelnen Werte sind für Erzeugung, Speicherung und Verteilung in der Norm tabelliert und in der Tabelle 1 bereits zusammengefasst. Hier geht der Primärenergiefaktor für die Stromerzeugung ein. Wird der sich insgesamt ergebende Primärenergiebedarf (Zeile 26) ins Verhältnis zum Wärmebedarf (Summe aus Zeile 1 und 14) gesetzt, so ergibt sich die tatsächlich vorhandene primärenergiebezogene Aufwandszahl (Zeile 27). Symbole e Aufwandszahl f Primärenergiefaktor Q Jahres-Wärmebedarf [kwh/a] q Spezifischer Jahres-Wärmebedarf [kwh/(m 2 a)] A Fläche [m 2 ] Index d Verteilung (distribution) g Erzeugung (generation) s Speicherung (storage) ce Übergabe (control, emission) h Heiz-(Nutzenergie) H Heiz-(Primärenergie) t W Trinkwasser- (Nutzenergie) TW Trinkwasser- (Primärenergie) HE Hilfsenergie zul zulässig P Primärenergie 19

20 Grundlagen Varianten 1a 1b 2 Bemerkungen Quelle innerhalb, außerhalb, innerhalb DIN V 4701 Teil m m 2 10 x 100 m 2 Trinkwasser Wärmeenergie 1 q tw kwh/(m 2 a) 12,5 12,5 12,5 vorgegeben durch EnEV 2 q tw,d kwh/(m 2 a) 6,5 6,9 1,51 Verluste durch Verteilung Tab. C.1-2a Var. 2: Tab. C.1-2c 3 q tw,s kwh/(m 2 a) 0,9 1,1 5,3 Speicherverluste einschl. Z Tab. C.1-3a 4 q h,tw,s kwh/(m 2 a) 0,4 0 2,4 davon Wärmegutschrift aus Tab. C.1-3a Wärmeverlust durch Speicherung (siehe Zeile 15) 5 q h,tw,d kwh/(m 2 a) 2,9 2,1 0,68 davon Wärmegutschrift aus Tab. C.1-2a Wärmeverlust durch Var.2: Tab. C.1-2c Verteilung (siehe Zeile 15) 6 Summe kwh/(m 2 a) 19,9 20,5 19,31 Zeile e tw,g 1,1 1,1 1,17 Aufwandszahl der Tab. C.1-4b Wärmeerzeugung 8 f tw,p 1,1 1,1 1,1 Bewertungsfaktor für Erdgas Tab. C q TW kwh/(m 2 a) 24,08 24,81 24,85 PE-Bedarf Wärmeerzeugung-TW Hilfsenergie 10 q tw,he kwh/(m 2 a) 0,35 0,35 0,41 Zirkulations-, Speicherlade- Tab. C.1-2b pumpe etc. (Var.2: Tab. C.1-2c) Tab. C.1-3b Tab. C.1-4b 11 f tw,he,p Bewertungsfaktor für Strom Tab. C q TW,HE kwh/(m 2 a) 1,05 1,05 1,23 PE-Bedarf Hilfsenergie-TW 13 q TW,P kwh/(m 2 a) 25,13 25,86 26,08 Gesamt-Primärenergiebedarf für die Trinkwassererwärmung Heizung Wärmeenergie 14 q h kwh/(m 2 a) Heizwärmebedarf nach DIN 4108 T6 15 q h,tw kwh/(m 2 a) 3,3 2,1 3,08 Wärmegutschrift aus TW-Verlusten (Zeile 4 + 5) 16 q ce kwh/(m 2 a) 1,1 1,1 1,1 Verluste durch Wärmeübergabe Tab. C q d kwh/(m 2 a) 1,3 2,3 2,1 Verluste durch Wärmeverteilung Tab. C.3-2a Tab. C.3-2b 18 Summe kwh/(m 2 a) 69,1 71,3 70,2 Zeile e h,g 1,02 1,02 1,01 Aufwandszahl der Wärme- (rlu) erzeugung (55/45 C) Tab. C.3-4b 20 f h,p 1,1 1,1 1,1 Bewertungsfaktor für Erdgas Tab. C q H kwh/(m 2 a) 77, ,99 PE-Bedarf für Wärmeenergie Hilfsenergie 22 q h,he kwh/(m 2 a) 0,69 0,69 2,77 Hilfsenergiebedarf für Wärmeverteilung und -erzeugung Tab. C.3-2c Tab. C.3-4b 23 f h,he,p Bewertungsfaktor für Strom Tab. C q H,HE kwh/(m 2 a) 2,07 2,07 8,31 PE-Bedarf Hilfsenergie-Heizung 25 q H,P kwh/(m 2 a) 79,6 82,07 86,3 Gesamt-Primärenergiebedarf für die Heizung 26 q P,vorhanden kwh/(m 2 a) 104,73 107,9 112,38 Gesamt-Primärenergiebedarf für Trinkwassererwärmung und Heizung 27 e p,vorhanden 1,27 1,31 1,36 Primärenergiebezogene Anlagenaufwandszahl Tab. 1: Ermittlung der vorhandenen Anlagenaufwandszahl 20

21 Grundlagen Es zeigt sich im Vergleich der Varianten, dass bei prinzipiell vergleichbarer Technik (Gas-Brennwerttechnik, Trinkwassererwärmung über Speicher-Wassererwärmer) die zentrale Wärmeerzeugung primärenergetisch Vorteile aufweist. Der erhöhte Verbrauch der dezentralen Lösung ergibt sich durch höhere Speicherverluste bei der Trinkwassererwärmung, da die Summe aller Speicherinhalte bei dezentralen Systemen höher ist, größere Aufwandszahlen der Wärmeerzeuger für die Trinkwassererwärmung bei dezentralen Systemen, einen höheren spezifischen Hilfsenergiebedarf (Bild 25). Primärenergie [kwh/(m 2 a)] Variante: 1a 1b 2 6 Überprüfung Die Berechnung kann nun dazu genutzt werden, die zentrale Anforderung der EnEV zu überprüfen. Es muss gelten: q P, vorhanden q P,zul Für das beschriebene Gebäudebeispiel ergibt sich ein q P,zul von 90,95 kwh/(m 2 a). Mit dem gewählten Wärmedämmstandard von 70 kwh/(m 2 a) liegen alle Ergebnisse über dem zulässigen Wert. Es muss also entweder die Bauausführung hinsichtlich der Wärmedämmung verbessert werden oder eine Anlagentechnik gewählt werden, die eine geringere Anlagenaufwandszahl besitzt. Natürlich können auch beide Maßnahmen kombiniert werden. Durch Einsetzen eines geringeren Heizwärmebedarfes also eines verbesserten Wärmedämmstandards in Zeile 14 der Tabelle 1 kann man sich jetzt an den zulässigen Wert herantasten. Hilfsenergie Heizung Hilfsenergie Trinkwasser Bild 25: Vergleich des Primärenergiebedarfs Entsprechend müsste die Wärmedämmung verbessert werden. Am Wärmebedarf für die Trinkwassererwärmung besteht kein Verbesserungspotenzial (Vorgabe der EnEV). Andererseits könnte der Wärmedämmstandard bestehen bleiben, wenn die primärenergetische Bewertung der Anlagentechnik verbessert würde. Zur Erfüllung der Anforderung müsste für alle Varianten ein e P, zul von höchstens 1,1 erreicht werden: q P,zul = 90,95 kwh/(m 2 a); q h + q tw = 82,5 kwh/(m 2 a) Wärmeerzeugung Heizung Wärmeerzeugung Trinkwasser -> e P,zul = q P,zul / (q h + q tw ) = 90,95 / 82,5 = 1,1024 Dies kann z. B. durch die zusätzliche Einbindung von Solarenergie, die als Gewinn gutgeschrieben wird, oder durch die Wahl einer anderen Anlagentechnik erfolgen. Bei der dezentralen Lösung ist die Einbindung von Solarenergie allerdings kaum möglich. Generell kann auch die Verwendung herstellerspezifischer Produktkennwerte eine deutliche Reduzierung des Primärenergiebedarfes mit sich bringen (Tab. 2) (siehe auch Kapitel 4.10). Die gewählten Anlagenvarianten (Gas-Brennwerttechnik) wären zulässig bei einem Heizwärmebedarf (Zeile 14) von: Variante 1a 1b 2 q h,zul [kwh/(m 2 a)] Variante 1a 1b 2 q P,vorhanden [kwh/(m 2 a)] Normwerte 104,73 107,90 112,38 q P,vorhanden [kwh/(m 2 a)] Vitocrossal ,37 101,57 (32 kw) q P,vorhanden [kwh/(m 2 a)] Vitodens ,38 (13 kw) Reduzierung [kwh/(m 2 a)] 5,36 6,33 6,00 Tab. 2: Reduzierung des Primärenergiebedarfs durch produktspezifische Kennwerte 21