Verbrauchswerte. 1. Umgang mit Verbrauchswerten

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1 Verbruchswerte Dieses Unterkpitel ist speziell dem Them Energienlyse eines bestehenden Gebäudes nhnd von Verbruchswerten (Brennstoffverbräuche, Wrmwsserverbruch) gewidmet. BEISPIEL MFH: Ds Beispiel des MFH wird n dieser Stelle erweitert uf die Auswertung von Verbruchswerten. Die Gsrechnung des Jhres 2000 gibt für ds Gebäude einen Mengenverbruch n Erdgs H von m³/ n. Die Wsserbrechnung weist einen Gesmtwsserverbruch von 403m³/ us. Weitere Abrechnungsdten sind nicht vorhnden. 1. Umgng mit Verbruchswerten Jährliche Verbruchswerte für den Energieverbruch der Heizung und Wrmwsserbereitung liegen üblicherweise für jedes bestehende Gebäude vor. Ist ds Gebäude von einem Brennstoff (Gs, Öl, Holz, Kohle) versorgt, müssen vor der Energienlyse die Brennstoffverbräuche sofern dies nicht schon in der Abrechnung erfolgt ist in einen Energiekennwert umgerechnet werden. Dies erfolgt nhnd von spezifischen Energieinhlten für die Brennstoffe (vergleiche Kpitel 0). Energieinhlte für verschiedene Brennstoffe können Tbelle 1 entnommen werden. Die tbellierten Werte sind Heizwerte H U, d die Endenergie uf den Heizwert bezogen berechnet ist. Muss der Energieinhlt einer Brennstoffmenge uf den Brennwert H O bezogen ngegeben werden, dnn sind Brennwerte nderen gängigen Nchschlgewerken zu entnehmen. Brennstoff Einheit Heizwert H U in kwh/einheit Brunkohle Briketts kg 5,34 Steinkohle, Koks kg 8,60 Heizöl EL l 10,00 Heizöl S kg 11,40 Erdgs H m³ 10,40 Tbelle 1 Heizwerte HU verschiedener Brennstoffe Die energetische Bilnz für ein Gebäude, dessen Verbruchswerte usgewertet und bewertet werden soll, knn nhnd derselben Energiekennwerte (Verluste der Verteilung, Wrmwssernutzwärme, etc.) erfolgen, die uch für die Bedrfsrechnung herngezogen werden. Auch für die Dtenrecherche im Vorfeld der energetischen Untersuchung nhnd von Verbruchswerten gilt der Grundstz, dss die Aussgefähigkeit von Energiekennwerten steigt, wenn sie den relen Bedingungen entnommen sind und nicht nhnd von Stndrdwerten geschätzt werden müssen. So sollte us Gründen der Genuigkeit neben dem Energieverbruch für ds gesmte Gebäude uch zumindest der Wrmwsserverbruch beknnt sein. Gesmtbilnz: Verbruchswerte Seite 1

2 Beispiel MFH: Zunächst wird der Brennstoffverbruch in einer Energiemenge umgerechnet. Der Endenergieverbruch für die Heizung und Wrmwsserbereitung beträgt im Jhr 2000 (lle Werte für 2000 werden mit einem Stern "*" versehen.): m³ kwh kwh Q * = ,40 = m³ Bezogen uf die beheizte Fläche A EB =1098m² ergibt sich ein spezifischer Energiekennwert für die Heizung und Wrmwsserbereitung von: Q * kWh / kwh q* = = = 300. A 1098m² m² EB 2. Ablufschem für die Bereinigung von Verbruchswerten Wenn die Verbruchswerte für ds entsprechende Jhr ls Energiemengen in kwh/ vorliegen, knn die Energienlyse, deren schemtischer Abluf nun drgestellt wird, beginnen. Zur Verdeutlichung sollte Bild 1 herngezogen werden. Ausgngsposition: Endenergieverbruch für ein Jhr. Anteile für Heizung und Wrmwsser beknnt? NEIN JA Nutzwärme Wrmwsser beknnt? NEIN JA Nutzwärme bestimmen Verlustwärme Wrmwsser beknnt? NEIN JA Verlustwärme bestimmen Endenergiemenge für Heizung und Lüftung beknnt (Nutzen und Verluste) Verluste Heizung beknnt? NEIN JA Verluste bestimmen Nutzwärme Heizung und Lüftung für ds untersuchte Jhr beknnt Bereinigung der Nutzwärme mit Wetterdten bereinigte Nutzwärme Heizung und Lüftung für ein Stndrdjhr beknnt Summierung von bereinigtem Nutzen für Heizung, Lüftung und Wrmwsserbereitung und llen Verlusten Endenergieverbruch für ein Stndrdjhr beknnt Bild 1 Ablufschem für die Energienlyse eines bestehenden Gebäudes Gesmtbilnz: Verbruchswerte Seite 2

3 Der gesmte Endenergiebedrf für Heizung und Trinkwrmwsserbereitung q* muss zunächst einml uf die Bereiche "Heizung/Lüftung" und "Trinkwrmwsser" ufgeteilt werden. Flls keine Messwerte, zum Beispiel us seprten Wärmemengenzählern für die Heizung oder die Wrmwsserbereitung, vorliegen, wird zunächst der Wrmwssernutzen q w bestimmt. Dzu wird wenn möglich immer die Wsserbrechnung herngezogen. Im Anschluss drn werden die Verluste der Wrmwsserbereitung ermittelt. Dbei fließen die Ausführung und Regelungsstrtegie des Wrmwssersystems ein. Ist die Jhresendenergie für Trinkwrmwsserbereitung q W beknnt, knn uch die Jhresendenergie für Heizung und Lüftung q H ermittelt werden. Diese Energiemenge umfsst sowohl Verluste des Heiz- und Lüftungssystems ls uch den Nutzen, der zur Deckung der Wärmeverluste des Gebäudes notwendig ist. In der Regel müssen nun ncheinnder zunächst lle technischen Verluste der Heizung und Lüftung bestimmt werden. Wie bei der Trinkwrmwsserbereitung fließen in diese Ermittlung sowohl die technische Ausstttung ls uch Regelungsstrtegien ein. Aus der Endenergie für ds Heizungs- und Lüftunssystem q H und den technischen Verlusten wird die Nutzenergie q h bestimmt. Dieser indirekt us der Abrechnung ermittelte Nutzen für die Rumheizung q h (q h =q H - q Verluste ) sollte nschließend noch einml uf Plusibilität überprüft werden. Dzu wird er noch einml us den Energiekennwerten für Trnsmission und Lüftung, solre und innere Gewinne gebildet (q h =q T +q V -q Gewinne ). Stimmen beide Werte in etw überein, knn die eigentliche witterungsbezogene Bereinigung erfolgen. Ist dies nicht der Fll, sind offensichtlich Rnddten in der Anlyse nicht so gewählt worden, dss sie die relen Gegebenheiten wiederspiegeln. Oft ermöglichen eine Vrition der Innentempertur ( i ± C) oder des Luftwechsels (n ± 0,1...0,3 h -1 ) eine Anpssung der rechnerischen Bedrfswerte n die Verbruchswerte. Für den Fll, dss die Heizgrenztempertur eingngs flsch gewählt wurde, müsste die gesmte Bilnz wiederholt werden. Dies ist nur unter Verwendung von Softwre empfehlenswert. Hier zeigt sich uch der größte Unterschied einer Bedrfsrechnung zu einer Verbruchsuntersuchung. Während bei der Bedrfsermittlung mittlere Innentemperturen, Luftwechsel, Fremdwärmegewinne us Personen und Geräten etc. Eingngsgrößen bei der Bilnzierung sind, stellen sie bei einer Verbruchsnlyse Vriblen dr. Letztendlich sind lle Energieeinzelkennwerte beknnt. Die klimbhängigen Komponenten werden nun nhnd der Wetterdten des Untersuchungszeitrumes uf ds lngjährige Mittel bereinigt. In erster Näherung ist dies die Nutzenergie der Heizung und Lüftung (q h ). Alle Wärmeverluste der Heizung und Trinkwrmwsserbereitung sowie der Nutzen der Trinkwrmwsserbereitung werden zu diesem bereinigten Wert wieder hinzugezählt ggf. wird die dbei die Länge der Heizzeit verändert. Der bereinigte Energiebedrf für ds Gebäude ist beknnt. Gesmtbilnz: Verbruchswerte Seite 3

4 In diesem Zusmmenhng wurde die Vereinfchung getroffen, dss die technischen Verluste der Anlgentechnik (Wärmeverteilung, Wärmespeicherung,...) unbhängig von den klimtischen Verhältnissen sind. Dies ist physiklisch korrekt nicht der Fll, knn ber in erster Näherung ngenommen werden. Anhnd des hier beschriebenen Vorgehens wird uch ds vorgestellte Beispielgebäude behndelt. Dbei wird ds Vorgehen bei der Bestimmung der Kennwerte für die Trinkwrmwsserbereitung und Heizung nicht noch einml vollkommen neu beschrieben. Die Berechnung erfolgt sehr knpp, nur mit den notwendigen Erläuterungen. D für ds MFH eine Bereinigung der Verbruchswerte des Jhres 2000 durchgeführt wird, werden die Jhresklimdten dieses Jhres verwendet. Bei einer ngenommenen Heizgrenztempertur von HG =17 C ergibt sich mit den Wetterdten des Stndortes Wolfenbüttel für ds Jhr 2000 eine Heizzeit von t HP *=238d/ =6816h/. Die mittlere Außentempertur in diesem Zeitrum beträgt m *=6,9 C. Die Heizgrenztempertur wurde (wie bei der Bedrfsrechnung) nhnd der Bultersklsse bgeschätzt. Der Stern (*) steht ls Kennzeichnung für die Werte des Jhres Grundlgen zur Klimbereinigung Energieverbruchswerte werden bereinigt, um den Einfluss des Klims im Betrchtungszeitrum zu berücksichtigen. Der insgesmt geringere Energieverbruch für ein wrmes Betrchtungsjhr wird somit beispielsweise uf den lngjährigen Mittelwert eines Referenzstndortes hochgerechnet. Nch der Bereinigung sind Energieverbruchswerte verschiedener Jhre und Stndorte untereinnder vergleichbr. Aus Gründen der Vergleichbrkeit empfiehlt es sich, lle zu untersuchenden Gebäude uf denselben Referenzort und ein Stndrdjhr zu normieren. Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Bereinigung, von denen zwei im folgenden vorgestellt werden Bereinigung mit Heizgrdtgen Zunächst soll kurz erläutert werden, ws unter Heizgrdtgen zu verstehen ist. Dbei dient ds Bild 2 ls Hilfe. Gesmtbilnz: Verbruchswerte Seite 4

5 i G HG t t HG Bild 2 Heizgrdtge Heizgrdtge G beschreiben die Summe ller Temperturdifferenzen zwischen der Heizgrenztempertur HG und der Außentempertur in einer Heizperiode t HP. Im Bild 2 beschreibt die grue Fläche ds Ergebnis dieses Ausdruckes. D in der Regel die Außentempertur für jeden Tg nicht verfügbr ist, wird der Mittelwert innerhlb der Heizperiode m verwendet: G = ( ) t. HG m HP Die Heizgrdtge G erhlten einen Index je nch gewählter Heizgrenztempertur. Ist die Heizgrenztempertur beispielsweise HG =15 C für Gebäude im Bestnd (Bujhr vor 1995), werden die Heizgrdtge G 15 gennnt. Die Heizgrdtge sind proportionl zu der Energiemenge, die dem Gebäude ls Nutzwärmemenge (von der Heizung z.b. über Heizkörper) unterhlb der Heizgrenztempertur zuzuführen ist. Oberhlb der Heizgrenztempertur werden die Verluste des Gebäudes llein von den Wärmegewinnen gedeckt. Die Bereinigung mit Heizgrdtgen wird lso immer dnn ngewendet, wenn für ein Gebäude die mittlere Nutzwärmemenge für die Heizung und Lüftung q h beknnt ist. Die Bereinigung erfolgt nhnd der folgenden Formel: G' qh' = qh *. G * Die mit dem Stern (*) gekennzeichneten Größen sind die Werte des untersuchten Jhres; die bereinigten Werte bzw. die Werte für ds Stndrdjhr erhlten einen Apostroph ( ' ) zur Kennzeichnung. Gesmtbilnz: Verbruchswerte Seite 5

6 BEISPIEL MFH: Für ds Jhr 2000 ergeben sich mit der geschätzten Heizgrenztempertur HG =17 C und den Wetterdten (t HP *=284d/, m *=6,9 C) folgende Heizgrdtge: Kd G 17 * = (17 6,9)K 284d/ = Für ds mittlere Jhr mit den klimtischen Rndbedingungen betrgen die Heizgrdtge: Kd G 17 ' = (17 6,3)K 295d / = Bereinigung mit Grdtgszhlen Bild 3 dient zur Erklärung, ws unter Grdtgszhlen zu verstehen ist und wnn sie zur Anwendung kommen. Gt i HG t t HG Bild 3 Grdtgszhlen Die Grdtgszhlen Gt beschreiben die Summe ller Temperturdifferenzen zwischen der Innentempertur i und der Außentempertur im Verluf einer Heizperiode t HP. Im Bild 3 beschreibt die grue Fläche ds Ergebnis dieses Ausdruckes. Für die Innentempertur und die Außentempertur werden in der Regel die Mittelwerte innerhlb der Heizperiode verwendet: Gt = ( ) t. im m HP Die Grdtgszhlen erhlten zwei Indices je nch Innentempertur und gewählter Heizgrenztempertur. Ist die Innentempertur zum Beispiel im =19 C und die Heizgrenztempertur HG =12 C, wird die Grdtgszhl Gt 19,12 gennnt. Die Grdtgszhl Gt ist proportionl zu der Energiemenge, die ds Gebäude in der Heizzeit t HP ufgrund von Wärmeverlusten (Trnsmission und Lüftung) verliert. Die Bereinigung mit Grdtgszhlen wird lso immer dnn ngewendet, wenn für ein Gebäude die Wärmeverluste für Trnsmission und Lüftung (q T +q V ) beknnt sind. Die Bereinigung erfolgt nhnd der folgenden Formel: Gesmtbilnz: Verbruchswerte Seite 6

7 Gt' ( qt + qv )' = (qt + qv ) *. Gt * Die mit dem Stern (*) gekennzeichneten Größen sind die Werte des untersuchten Jhres; die bereinigten Werte bzw. die Werte für ds Stndrdjhr erhlten einen Apostroph ( ' ) zur Kennzeichnung. BEISPIEL MFH: Für ds Jhr 2000 ergibt sich mit der geschätzten Heizgrenztempertur HG =17 C, der mittleren Innentempertur im *=20 C und den Wetterdten (t HP *=284d/, m *=6,9 C) folgende Grdtgszhl: Gt 17 *, Kd = (20 6,9)K 284d / = Für ds mittlere Jhr mit den klimtischen Rndbedingungen und eine mittlere Innentempertur von im =20 C beträgt die Grdtgszhl: Kd Gt 20, 17 ' = (20 6,3)K 284d / = Energiebilnz für ds konkretes Untersuchungsjhr Zunächst wird der Nutzwärmebedrf für die Heizung und Lüftung q h für ds untersuchte Abrechnungsjhr 2001 us dem Gesmtverbruch bestimmt und uf Plusibilität überprüft. BEISPIEL MFH: Mit der Länge der Heizzeit des Jhres 2001 werden lle Energieeinzelkennwerte bestimmt. Ds Vorgehen ist dbei so wie für ds Stndrdjhr beschrieben. Die mit dem Stern (*) gekennzeichneten Werte gelten für ds untersuchte Jhr Als Trinkwrmwsserverbruch wird der Wert us der Abrechnung verwendet. Bei einer unterstellten Temperturerhöhung des klten Wsser von 10 C uf 55 C ergibt sich folgender Kennwert für die Trinkwrmwssernutzwärme: q VWsser ρcp 403m³ / 1,155kWh/(m³K) (55 10)K kwh * = & = 19. A 1098m² m² w = EB Die Verluste der Wrmwsserverteilung und der Wrmwsserspeicherung bleiben so, wie in der Bedrfsrechnung bestimmt, denn uch dort wurden bereits rele Leitungslängen und Dämmstndrds in der Rechnung berücksichtigt. Auch die Wärmeerzeugerufwndszhl bleibt erhlten: q d,w *= 28 kwh/(m²), q s,w *= 2 kwh/(m²) und e g,w *= 1,12. Der spezifische Endenergiebedrf für die Trinkwrmwsserbereitung beträgt: q W * = [ q * + q * + q *] w d,w s,w Σ( e g, W kwh = [ ] (1,0 1,12) = m² *) kwh 55 m². Gesmtbilnz: Verbruchswerte Seite 7

8 D der spezifische Endenergieverbruch us der Gsbrechnung beknnt ist, wird die Endenergie der Heizung und Lüftung bestimmt. Die Formel zur Berechnung der Endenergie Wärme wurde dzu umgestellt: q kwh kwh kwh * = q * qw * = m² m² m² H = Die Verluste für ds Heizsystem werden nlog zu denen in der Bedrfsrechnung bestimmt. Berücksichtigt wird nur die veränderte Länge der Heizzeit von t HP *=284d/. Es ergeben sich: q d,h *= 39 kwh/(m²), q s,h *= 0 kwh/(m²) und e g,h *= 1,08. Mit den Verluste des Heizsystems wird die Nutzwärme der Heizung und Lüftung q h * bestimmt. Die Formel zur Ermittlung der Endenergie der Heizung und Lüftung q H wurde dzu nch q h ufgelöst: qh * 245kWh /(m²) kwh kwh qh * = qdh * + qs, H * = 39 0 = 188 Σ( e *) (1,0 1,08) m² m² g,h kwh m² Dieser Wert wird nhnd der Wärmeverluste und -gewinne uf Plusibilität geprüft. Unter den gleichen Rndbedingungen für die Innentempertur (20 C) und den Luftwechsel (0,9 h -1 ) wie in der Bedrfsrechnung ergeben sich: q T * =170 kwh/(m²) und q V * =68 kwh/(m²). Dbei ist die Heizzeit von t HP *=284 d/ und die mittleren Außentempertur von m *=6,9 C berücksichtigt. Die solren Wärmegewinne werden ebenso hoch ngenommen wie in der Bedrfsrechnung, d die Länge der Heizperiode nur geringfügig kürzer ist: q S * = 20 kwh/(m²). Die inneren Gewinne werden ebenso berechnet wie in der Bedrfsrechnung. Auch hier wird die Länge der Heizzeit von t HP *=284 d/ berücksichtigt: q I * = 59 kwh/(m²). Der Nutzungsgrd für die Fremdwärmegewinne η und schließlich die Nutzenergie für die Heizung und Lüftung werden bestimmt: η* = 0,840 und kwh kwh kwh kwh kwh q h * = ,840 ( ) = 172. m² m² m² m² m². Gesmtbilnz: Verbruchswerte Seite 8

9 Die beiden Werte für die Nutzenergie 188 kwh/(m²) und 172 kwh/(m²) weichen um etw 9% voneinnder b. Geht mn zunächst dvon us, dss bei der Bewertung der Anlgentechnik keine großen Fehler gemcht wurden, dnn können Gründe für die Abweichung uch in einem veränderten Nutzerverhlten gesucht werden. Eine Nutzenergie von 188 kwh/(m²) knn beispielsweise erreicht werden, wenn eine höhere mittlere Innentempertur von z.b. im =21 C (sttt 20 C) oder ein höherer Fremdwärmenfll us Personen und Geräten. Diese veränderten Rndbedingen sind durchus denkbr, beispielsweise wenn Nutzerdichte und Komfortverhlten vergleichsweise hoch in diesem Gebäude sind wofür uch der erhöhte Wrmwsserverbruch spricht. Der us der Verbruchsbrechnung ermittelte Wert q h *=188 kwh/(m²) wird ls plusibel ngesehen und bereinigt. 5. Energiebilnz für ein Stndrdjhr Die us der Energienlyse für ds Stndrdjhr gewonnenen Erkenntnisse werden nun uf ein Stndrdjhr übertrgen. Die bereinigten Werte erhlten im folgenden einen Apostroph (') ls Index, dmit sie sich von den Werten des Jhres 2000 (*) unterscheiden. Die Nutzwärme q h ls der wetterbhängige Anteil des Energieverbruches wird mit den Heizgrdtgen G 17 bereinigt. G17 ' kwh 3157Kd / kwh qh ' = qh * = 188 = 210. G * m² 2868Kd / m² 17 Für ds Stndrdjhr wird die Endenergiebilnz erstellt. Auch hier ist die Heizgrenztempertur 17 C. D es sich ber um ein stndrdisiertes Klim hndeln soll, wird uch von den Normklimdten usgegngen (t HP =295 d/ und m =6,3 C). Die Nutzwärmemenge für die Trinkwrmwsserbereitung orientiert sich n den Meßwerten von 2001, lle Verlustkennwerte für die Heizung, Lüftung und Trinkwrmwsserbereitung werden us der Bedrfrechnung übernommen. Die wichtigsten Energiekennwerte des bereinigten Stndrdjhres sind: spezifische Endenergie Wärme für Heizung / Lüftung: spezifische Endenergie Wärme für Trinkwrmwsser: spezifische Endenergie ller Wärmeenergien: spezifische Endenergie ller Hilfsenergien: spezifische Primärenergie: q H = 273 kwh//(m²) q W = 55 kwh//(m²) q = 328 kwh//(m²) q El = 3 kwh//(m²) q P = 361 kwh//(m²). Quelle: Jgnow, Horschler, Wolff; Die neue Energieeinsprverordnung 2002; Deutscher Wirtschftsdienst; Köln; 2002 Gesmtbilnz: Verbruchswerte Seite 9