Verbrauchsgebundene Kosten der Heizung und Warmwasserbereitung. 1 Allgemeines. D. Wolff / K. Jagnow

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1 D. Wolff / K. Jagnow Verbraucsgebundene Kosten der Heizung und Warmwasserbereitung 1 Allgemeines Die verbraucsgebundenen Kosten K einer Heizungsanlage setzen sic im wesentlicen aus zwei Teilkomponenten zusammen. Zum einen sind es die anfallenden Brennstoffkosten, die zur Deckung der termiscen Energieanforderung des Gebäudes benötigt werden, zum anderen sind es Kosten für elektrisce Hilfsenergien el der Fördereinrictungen (Pumpen, Ventilatoren), die unmittelbar bei der Versorgung des Gebäudes mit Wärme auftreten. Jede Gruppe dieser Energien wird zur Kostenermittlung mit irem spezifiscen Preis k x je Energieeineit (z.b. /kw) multipliziert. K = k w + k el el Für die pysikalisc korrekte Bilanzierung der benötigten termiscen Energiemenge über ein Jar lassen sic Nutzung, Baupysik und Anlagentecnik eines Gebäudes nict mer voneinander trennen. Der zunemende Einfluss der kontrollierten Lüftung in Gebäuden fürt zu Luftwecseln, die sic sowol aus der baulicen Ausfürung und aus der Nutzung eines Gebäudes ergeben (Fugenlüftung, Fensterlüftung), als auc anlagentecnisc durc Lüftungsanlagen ergänzt werden. Für die Bereice Warmwasserbereitung und Raumeizung ergeben sic änlice Scwierigkeiten bei der Ausweisung von Einzelanteilen. Wärmeverluste des Warmwassersystems im beeizten Bereic des Gebäudes können als nutzbare innere Wärmegewinne für die Heizung wirksam werden. Der in der Praxis nict messbare Heizwärmebedarf für ein Gebäude wird im Gegensatz zu früeren Betractungen von so vielen Faktoren beeinflusst, dass seine Angabe scwer möglic ist. Mit einer Gesamtwärmebilanz 1 für Gebäude und Anlage als Eineit ist dies zur Kostenermittlung nict mer nötig. Bild 1-1. stellt die Verknüpfung der im Gebäude auftretenden Wärmeströme dar. Die Bezeicnung der Energien wird in den folgenden Abscnitten erklärt. Der griecisce Bucstabe η stet für einen Ausnutzungsgrad der Energie (vgl. Abscnitt 3). 1 in Anlenung an folgende Berecnungsvorscriften: DIN V Wärmescutz im Hocbau Teil 6: Berecnung des Jareseizwärmebedarfs von Gebäuden (2003) DIN V Energetisce Bewertung eiz- und raumlufttecniscer Anlagen Teil 10: Heizung, Trinkwassererwärmung, Lüftung (2003) Institut Wonen und Umwelt, IMPULS-Programm Hessen Energiepass Heizung/Warmwasser (1997) Institut Wonen und Umwelt LEG - Leitfaden Energiebewußte Gebäudeplanung (1995) Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 1

2 (1-η) r (1-η) (1-η) g,w r η r r,w dw sw t,w d,w s,w W w η d,w η s,w T r,h H V I t,h s,h d,h η s,h η d,h S (1-η) (1-η) (1-η) (1-η) I S g,h s,h d,h Bild 1-1. Verknüpfung der im Gebäude auftretenden Wärmeströme Tafel 1-1. Legende der Größen und Indizes des Bildes 1-1. pysikalisce Größen Wärme, Energie η Nutzungsgrad einer Wärme/Energie Indizes d Verteilung (distribution) H Jareseizenergie (eating) g Erzeugung (generation) I innere Wärmequelle (inner eat source) r regenerative Wärmequelle S solare Wärmequelle (solar eat source) (regenerative eat source) s Speicerung (storage) T Transmission (transmission) t tecnisc (tecnical) V Lüftung (ventilation) w Warmwassernutzwärme (domestic ot water) W Jareswarmwasserenergie (domestic ot water) Die Höe der benötigten termiscen Energie des Gebäudes ängt von einer großen Anzal von Faktoren ab, deren wictigste folgende sind: 1. Nutzerveralten, z.b. Komfortansprüce (öere Raumtemperatur, Sommereizung, benötigte Warmwassermenge) und Lüftungsveralten sowie Sorgfalt der Bedienung und Wartung; 2. Güte des Wärmescutzes und der Bauausfürung, namentlic der Fenster und bei neuen Gebäuden der Luftdicteit; Speicerfäigkeit des Gebäudes; 3. Verältnis der Summe aller Fremdwärmemengen (passive Solarenergie und innere Wärmequellen, u.a. ungeregelte Wärmeabgabe durc Heiz- und Warmwasserverteilrore) zu den Transmissions- und Lüftungswärmegewinnen: Gewinn/Verlust-Verältnis; 4. Güte der Anlagentecnik (Einstellung aller Regelparameter, ydrauliscer Abgleic, Überdimensionierung von Komponenten); 5. Dauer von Betriebsunterbrecungen bzw. des eingescränkten Heizbetriebes; 6. Höe der Wärmeverluste bei der Erzeugung, Verteilung und Speicerung von Wärme für das Heiz- und das Warmwassersystem; Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 2

3 7. Regelgüte der zentralen Wärmeerzeugung und der dezentralen Wärmeabgabe; 8. durcscnittlice Ausstattung des Gebäudes mit Warmwasserzapfstellen und deren Nutzung; 9. Heizwert bzw. Brennwert der Brennstoffe. 2 Grundgleicungen des Jareseizenergiebedarfs Zur Berecnung des fläcenbezogenen Jareseizenergiebedarfs q eines Gebäudes kann folgende Gleicung 2 erangezogen werden: q = A EB Die für diese und alle folgenden Berecnungen maßgeblice Fläce A EB ist die E- nergiebezugsfläce eines Gebäudes, also die Summe aller Won- bzw. Nutzfläcen, für deren Nutzung eine Beeizung notwendig ist. 3 Im Gegensatz dazu wird in der EnEV 4 und zugeörigen Normen die Nutzfläce AN = 0,32 Ve (mit V e als externem Hüllvolumen des Gebäudes) erangezogen. Im Mittel untersucter Einfamilienwongebäude liegt die Nutzfläce A N um etwa 27 % öer als die Energiebezugsfläce A EB. Für Merfamilienäuser ergibt sic ein Verältnis von 1,1 1,2. Der Jaresenergiebedarf setzt sic im Wesentlicen aus vier Komponenten zusammen, dem Heizwärmebedarf und dem Nutzwärmebedarf der Warmwasserbereitung w sowie der Summe aller zu deckenden tecniscen Anlagenverluste t, abgemindert um den Anteil der Energie, der regenerativen und rückgewinnbaren E- nergieströmen zugescrieben werden kann, r. = + ( w ) + t r Der Heizwärmebedarf eines Gebäudes ergibt sic aus den zu deckenden Verlustwärmemengen der Transmission durc die Gebäudeülle T und Lüftung (natürlice und/oder auc Zwangslüftung) V (ventilation). Diese Verlustwärmemengen werden reduziert um den Betrag der nutzbaren Energiegewinne G (gain) wärend der Heizzeit. Die Art der Gewinne kann in zwei große Gruppen geteilt werden, zum einen die nutzbaren inneren Gewinne η F I, deren Verursacer inneralb des beeizten Bereics eines Gebäudes liegen, zum anderen die nutzbaren solaren Gewinne η F S durc die Fenster. = + mit = η ( ) T V G G F S + I Die tecniscen Anlagenverluste t eines Gebäudes lassen sic jeweils dem Heizsystem t,h oder dem System der Warmwasserbereitung t,w zuscreiben. Dabei kann für jedes der beiden Systeme in Wärmeverluste der Verteilung d,h bzw. d,w 2 Detailliertere Informationen für Neubauten und Bestandsgebäude in: Die neue Energieeinsparverordnung 2002, Jagnow/Horscler/Wolff, DWD Verlag, Köln (2002). 3 beeizte Wonfläce nac BGBl. I: Verordnung über wonungswirtscaftlice Berecnungen 1990 (one Balkone und Wintergärten); beeizte Nutzfläce nac DIN 277 Teil 2 Grundfläcen und Rauminalte im Hocbau; Gliederung der Nutzfläcen, Funktionsfläcen und Verkersfläcen ( ). 4 Energieeinsparverordnung als nationale Umsetzung der europäiscen DIN EN 832 (s. Anscnitt 6.1.5) Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 3

4 (distribution), die Wärmeverluste der Speicerung s,h bzw. s,w (storage) und die Wärmeverluste der Erzeugung g,h bzw. g,w (generation) unterscieden werden. Verluste der Abgabe der Heizwärme an den Raum, die zum Beispiel aus Regelabweicungen der Regler sowie Trägeit eines Heizsystems entsteen können, werden an dieser Stelle nict einzeln als Verlustwärmemenge ausgewiesen, sie können als Eröung der mittleren Rauminnentemperatur in der Heizzeit ggf. in eröten Lüftungswärmeverlusten und verlängerten Heizperioden berücksictigt werden. + t = t,h t,w mit t,h d,h + s,h + g, H = und t,w = d,w + s,w + g, W 3 Heizwärmebedarf und Nutzwärmebedarf der Warmwasserbereitung -1 Heizzeit, Heizperiode, Gradtagszal sowie mittlere Innen- und Außentemperatur Die Heizzeit beginnt in Deutscland am 1. September und endet am 31. Mai (9 Monate). Wird außeralb dieser Zeit geeizt, wird dies als Sommereizung bezeicnet. Die Heizperiode t (bzw. t HP ) entsprict der Anzal der Tage im Jar, die ein Gebäude abängig von der Heizgrenztemperatur durc die Heizungsanlage versorgt wird. Je nac Heizgrenztemperatur ϑ HG (z.b. 12 C) wird die Heizperiode t ϑhg (z.b. t 12 ) genannt. Die Heizgrenztemperatur ϑ HG bescreibt die Temperatur, ab der ein Gebäude nict mer durc die Heizungsanlage versorgt werden muss. Für den Fall, dass keine inneren und solaren Wärmegewinne für ein Gebäude auftreten, liegt die teoretisce Heizgrenztemperatur bei der Innentemperatur, z.b. bei ϑ i = ϑ HG = 20 C. Die möglice Heizgrenztemperatur für ein Gebäude ängt sowol vom Dämmstandard des Gebäudes als auc der Höe der nutzbaren Fremdwärme im Verältnis zu den Wärmeverlusten (Gewinn/Verlust-Verältnis) in der Heizperiode ab. Fallen in einem Gebäude Wärmegewinne an, decken diese einen Teil der Jarestransmissions- und Lüftungswärmeverluste. Mit steigendem Gewinn/Verlust-Verältnis verkürzt sic die Heizperiode, die Heizgrenztemperatur fällt auf niedrigere Werte, die mittlere Außentemperatur ϑ a,m in der Heizzeit sinkt. Die Witterungseinflüsse können in der Gradtagszal Gt ϑi,ϑhg (z.b. Gt 19,10 ) zusammengefasst werden. Sie stellt die Summe aller Temperaturdifferenzen zwiscen mittlerer Innentemperatur ϑ i (z.b. 19 C) und Außentemperatur über alle Tage einer Heizperiode mit der Heizgrenztemperatur ϑ HG (z.b. 10 C), dar. Für versciedene Standorte Deutsclands ist die typisce Gradtagszal Gt 20,15 für eine Innentemperatur von ϑ i = 20 C und eine Heizgrenztemperatur von ϑ HG = 15 C dokumentiert. 5 Für andere mittlere Innentemperaturen als 20 C (ervorgerufen durc andere Nutzungswünsce eines Gebäudes, aber auc durc Regelabweicungen der Wärme- 5 Gradtagszalen können der VDI 3808, Energiewirtscaftlice Beurteilungskriterien bei Heizungsanlagen, ( ) entnommen werden bzw. aus den Wetterdaten der DIN 4710, Statistiken meteorologiscer Daten zur Berecnung des Energiebedarfs von eiz- und raumlufttecniscen Anlagen in Deutscland ( ), ermittelt werden. Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 4

5 übergabe) kann der Wert der Gradtagszal Gt (vgl. Abscnitt ) näerungsweise wie folgt korrigiert werden. Gtϑ i, ϑhg = Gt20, ϑhg + tϑhg ( ϑi 20 C) z.b. Gt 21, 15 = Gt20, 15 + t15 ( 21 C 20 C ) Nac diesem Ansatz bedeutet eine Änderung der Raumtemperatur um ϑ i = 1K eine Veränderung der Gradtagszal um etwa ± % für ältere Gebäude bzw. bis ± 10 % für neue Gebäude. Die Übersicten in Bild 3-1 gelten für einen mittleren Standort in Deutscland. a) möglice Gradtagszalen je nac Gebäudetyp b) Heizgradtage Gt 20, ϑ HG in Abängigkeit Gt 20,15 Gt 20,12 Gt 20,10 90kK/a 85kK/a 75kK/a 1 Gebäudebestand, älter als WScV95 2 Gebäude nac WScV95 und EnEV 3 Niedrigenergie- und Passiväuser Gt20, ϑ HG in kk/a von der Heizgrenztemperatur ϑ HG ϑ HG in C t in d/a c) Anzal der Heiztage t in Abängigkeit von der Heizgrenztemperatur ϑ HG ϑ HG in C ϑa,m in C d) mittlere Außentemperatur ϑ a,m in der Heizzeit in Abängigkeit von der Heizgrenztemperatur ϑ HG ϑ HG in C Bild 3-1. Zuordnung von Gradtagszalen zu Gebäudetypen (a) sowie Gradtagszalen (b), Anzal der Heiztage (c) und mittlere Außentemperatur (d) je nac Heizgrenztemperatur für einen mittleren Standort in Deutscland -2 Transmissionswärmebedarf T Der Transmissionswärmebedarf eines Gebäudes T ängt von der Gradtagszal Gt, also der Summe der Temperaturdifferenzen innen außen über die Heizperiode, sowie dem mittleren Wärmedurcgangskoeffizienten aller Umscließungsfläcen des Gebäudes U m und der Größe der wärmeübertragenden Hüllfläce A Hülle ab. Die Gebäudeeigenscaft U m A Hülle kann durc die spezifisce Transmissionseizlast H T ausgedrückt werden. Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 5

6 T = qt AEB = HT Gt mit HT = Um AHülle Für Gebäude versciedenen Baualters können als Näerungswerte mittlere Wärmedurcgangskoeffizienten nac Tafel 2-2 für die Gebäudeülle erangezogen werden. Die Werte gelten für den ursprünglicen Bauzustand one nacträglice Dämmung. Eine Erebung am realen Objekt ist auf jeden Fall anzustreben. Tafel 3-1. Mittlere Wärmedurcgangskoeffizienten Um und mittlerer fläcenbezogener (AEB) Transmissionswärmebedarf qt je nac Gebäudeart Gebäudeart Gebäude- Gebäude Niedrigenergiestandard Standard Passivaus- Altbestand nac WScV95 U m in W/m²K 1,0...1,5 0,5...0,8 0,25...0,5 0,1...0,25 q T in kw/(m²a) Lüftungswärmebedarf V Zur Bestimmung des Lüftungswärmebedarfs V ist die Bestimmung eines Luftwecsels üblic. Es gibt versciedene Ansätze, die an dieser Stelle nict vertieft beandelt werden. Ein Möglickeit ist die Abscätzung des wirksamen Luftwecsels n für ein Gebäude. Dieser setzt sic wie folgt zusammen. n = (1 η ) n + n WRG Anl Re st Bei durc mecanisce Lüftung zwangsbelüfteten Gebäuden wird nur der Teil des Anlagenluftwecsels n Anl den wirklicen Verlusten zugerecnet, der nict zur Aufeizung friscer Kaltluft in einer Wärmerückgewinnung (mit der Rückwärmzal η WRG ) genutzt wird. Zusätzlic entsteen auc für mecanisc belüftete Gebäude Luftwecsel durc im Gebäude vorandene Restundicteiten n Rest und natürlices Fensterlüftungsveralten. Für Gebäude one Lüftungsanlage gelten die Analtswerte für n nac Tafel 3-2. Tafel 3-2. Analtswerte für mittlere Luftwecsel n bzw. n Anl (a) und Restluftwecsel n Rest (b) a) Analtswerte für mittlere Luftwecsel in der Heizzeit in -1 natürlicer Luftwecsel durc Fenster und Fugen Wonen Heime Verwaltung Sculen n 0,6 0,6 0,43 0,37 mecaniscer Luftwecsel n Anl 0,4 0,4 0,23 0,17 b) Restlustwecsel n Rest durc Undictigkeiten in -1 one Drucktest 0,2 mit bestandenem Drucktest (n 50 1 bei 50Pa Differenzdruck) 0,1 Der järlice Lüftungswärmeverlust V für ein Gebäude kann analog zum Transmissionswärmeverlust aus der spezifiscen Lüftungseizlast H V und der Gradtagszal Gt bestimmt werden. Dabei ist die Größe H V nict allein eine gebäudespezifisce Größe, da sie auc von der Anlagentecnik und im besonderen Maße vom Nutzerveralten bestimmt wird. Die Größe H V beinaltet das belüftete Gebäudevolumen (übersclägig V L = A EB 2,5 m), den mittleren Luftwecsel n sowie die das Produkt aus Dicte und Wärmespeicerkapazität der Luft 0,34 W/(m³K). Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 6

7 V = H Gt = 0, 34 V W m³k n V L Gt Für Gebäude untersciedlicster Nutzung ergeben sic fläcenbezogene Lüftungswärmeverluste von q V = (75) kw/(m²a). Den oberen Grenzwert von 75 kw/(m²a) und öer findet man vor allem in von Raucern benutzten Räumen. Eine Änderung der Luftwecselzal n um n = 0,1-1 fürt nac diesem Ansatz zu einer Veränderung des fläcenbezogenen Lüftungswärmebedarfs um q V = kw/(m²a). -4 Solare Stralungswärme S Die nutzbaren Stralungswärmegewinne η F S durc Fenster ängen sowol von der Fensterfläce und -ausrictung und dem Energiedurclassgrad der Fenster als auc vom Ausnutzungsgrad der freien Wärme ab. Der Ausnutzungsgrad der freien Wärme η F (Fremdwärmenutzungsgrad) ist in erster Näerung eine Funktion des Verältnisses von Fremdwärme aus passiver solarer Stralung und inneren Wärmequellen ( S + I ) zu den Energieverlusten durc Transmission und Lüftung ( T + V ). Weiterin spielt das Nutzerveralten und die Regelungstecnik eine Rolle, die im nacfolgenden Ansatz jedoc vereinfacend vernaclässig wird. η F I = 1 0,3 T + + S V Der Ausnutzungsgrad kann Werte von etwa (0,7)...0,9...(1) annemen. Dabei tritt der Wert 1,0 für Gebäude mit ser geringer Fremdwärme bezogen auf die Energieverluste durc Transmission und Lüftung auf. Der untere Extremwert der nur 70%igen Nutzung anfallender Fremdwärme ist bei Gebäuden mit ser oen Gewinn-Verlust- Verältnis (zum Beispiel Niedrigstenergieäuser) anzusetzen. Die Berecnung der solaren Fremdwärmegewinne erfolgt nac folgender vereinfacter Formel. η = η q A. F S F S EB Sind genaue Berecnungen erforderlic, dann ist der Wert für S in einem ausfürlicen Recenverfaren aus den Fensterfläcen A F, den Energiedurclassgraden g sowie den immelsrictungsabängigen Werten für die Globalstralungen G und ggf. Minderungsfaktoren r für Verscattung u.ä. zu ermitteln. S = Σ A G g r. F Übersclägig kann mit Werten für den auf die beeizte Nutzfläce bezogenen nutzbaren Solarenergiegewinn von η F q S = (32) kw/(m²a) gerecnet werden. Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 7

8 -5 Innere Fremdwärme I Die in einem Gebäude frei werdenden Energien können grundsätzlic der geregelten und der ungeregelten Wärmeabgabe zugeordnet werden. Unter der geregelten Wärmeabgabe werden alle Energien verstanden, die von den geregelten Heizfläcen inneralb des Gebäudes abgegeben werden. Alle anderen inneren Energiequellen des Gebäudes (Personen, Geräte, ein Teil der Wärmeverteilleitungen) geben ire Energie ungeregelt ab. Die Menge der frei werdenden Energien ist stark von der Nutzungsart aber auc von der Art des Heiz- und Warmwasserverteilsystems eines Gebäudes abängig. Ein Teil der von den ungeregelten inneren Energiequellen frei werdenden Energie I kann für die Raumeizung genutzt werden. Diese nutzbaren inneren Fremdwärmegewinne η F I ängen wie die Stralungsgewinne vom Ausnutzungsgrad der freien Wärme η F ab. η = η q A mit q = q& t F I F I EB I i Die nutzbaren inneren Fremdwärmegewinne η F I setzen sic zusammen aus der Wärmeabgabe von Personen und Geräten sowie Wärmegutscriften der inneralb der gedämmten Hülle eines Gebäudes verlegten wärmefürenden Leitungen (ggf. mit Speicer und Wärmeerzeuger) des Warmwasser- und Heizsystems. Für Gebäudetypen versciedener Nutzung kann one Wärmegutscriften aus der Anlagentecnik mit Analtswerten der Tafel 3-3. für die fläcenbezogene innere Gewinnleistung q& i gerecnet werden. Tafel 3-3. Mittlere auf die beeizte Fläce A EB bezogene Wärmeabgabeleistung innerer Wärmequellen (one Wärmegutscriften aus der Anlagentecnik) Mittlere fläcenbezogene Wärmeabgabeleistung innerer Wärmequellen q& i in W/m² Einfamilienaus Merfamilienaus Heim Verwaltung Sculen 1,8 2,3 3,1 3,5...(6) 2,8 In guter Näerung ergeben sic anrecenbare innere Gewinne in der Größenordnung von η q = 6 36 kw/(m²a). F I Einen genaueren Ansatz liefert die Ermittlung der im Gebäude tatsäclic anfallenden Fremdwärmemengen. Dazu muss vor allem die mittlere Personenzal, die Ausstattung mit elektriscen Verbraucern (Geräte und Beleuctung), aber auc die zu erwartende Wärmeabgabe und Aufname verlegter Rorleitungen (ggf. auc - speicerung und -erzeugung) betractet werden. -6 Nutzwärmebedarf für die Warmwasserbereitung w Der absolute Nutzwärmebedarf für die Warmwasserbereitung kann nac folgender Formel ermittelt werden. w = q w A EB w ist ebenfalls stark von der Art der Nutzung des Gebäudes abängig. Für Wongebäude kann mit Energiewerten von etwa kw/(person a) für die Bereitung von Warmwasser recnen. Dies entsprict einer fläcenbezogenen Nutzener- Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 8

9 giemenge für Wongebäude von q w = kw/(m²a). Bei Gebäuden mit anderer Nutzung müssen Planungswerte eingesetzt werden. -7 Regenerative Energien r Als regenerative Energie r soll ier von allem die solare Energie zur Heizunterstützung oder Unterstützung der Warmwasserbereitung genannt werden. Für Solaranlagen zur Warmwasserbereitung kann bei optimaler Einbindung in das Gesamtsystem mit einem durcscnittlicen Anteil an der Nutz- und Verlustenergie für Warmwasser W (= w + t,w ) von 55 % ausgegangen werden. Für Anlagen mit solarer Heizunterstützung beträgt dieser Anteil nur etwa % von H (= + t,h ). Die rückgewonnen Energien eines eventuell in der Lüftungsanlage vorandenen Wärmeübertragers treten als regenerative Energie an dieser Stelle nict auf, da sie bereits in einem verminderten Lüftungswärmebedarf (energetiscer Luftwecsel) ausgedrückt werden. -8 Merzonengebäude Bestet ein Gebäude aus Zonen versciedener Nutzung oder auc untersciedlicer tecniscer Ausstattung, zum Beispiel ein kombiniertes Won- und Bürogebäude, erfolgt die Bestimmung des Jaresenergiebedarfs für jede Zone getrennt. 6 4 Jaresenergiebedarf der Heizung und Warmwasserbereitung Der Jaresenergiebedarf der Heizung und Warmwasserbereitung beinaltet sowol den Nutzen für den Verbraucer (Heizwärme und ggf. Nutzenergie Warmwasser w ) sowie alle zu deckenden tecniscen Verluste, die auf dem Wege der Bereitstellung dieser Wärme auftreten. In der Bilanz für den Jaresenergiebedarf werden Energien aus regenerativen uellen abgezogen. = + ( w ) + t r Im folgenden sollen die Wärmeverluste für die Warmwasserbereitung und Heizung vom Ort der Nutzung zum Ort der Erzeugung in verfolgt und ire Ermittlung bescrieben werden. Dabei werden die nacfolgenden vier Stufen durclaufen: Übergabe der Wärme aus dem Verteilnetz an den Ort der Nutzung, Verteilung der Wärme, Speicerung der Wärme und Erzeugung der Wärme. -1 Wärmeübergabe Die tecniscen Wärmeverluste der Wärmeübergabe an den zu beeizenden Raum, z.b. durc Regelabweicungen von Termostatventilen, können für das Heizsystem durc öere Innentemperaturen und somit öere Werte für die Gradtagszalen Gt ausgedrückt werden. Für die Warmwasserübergabe werden keine Verluste angenommen. 6 Hinweise zur Berecnung von Merzonengebäuden in der DIN V und im LEG/Energiepass Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 9

10 -2 Wärmeverteilung Die Ermittlung der Wärmeabgabe der Verteilleitungen von Warmwasser- und Heizungsroren d erfolgt nac zwei versciedenen Ansätzen. Zum einen wird die Wärmeverlustmenge von ständig durcströmten Roren ermittelt, zum anderen die Wärmeabgabe von nur periodisc durcflossenen Leitungsteilen. Als ständig durcströmte Leitungen können alle Heizrore (mit Ausname der Anbindeleitungen) und die ständig auf Temperatur gealtenen Zirkulations- und Förderleitungen des Warmwassernetzes angeseen werden. Periodisc durcflossen sind Anbindeleitungen der Heizung und Sticleitungen der Warmwasserbereitung, die nur bei Zapfung bzw. Wärmeanforderung der Heizfläcen erwärmt werden. Für die Verteilung des Heizsystems ergibt sic folgender Ansatz. d,h = ( & d,h,z + & d,h,s ) t mit ϑhg & d,h,z = Σ [UZ ( ϑi,z ϑa ) L ] & = q& L = Σ [U ( ϑ ϑ ) L ] d,h,s d,h,s S i,s a Die järlice Verlustwärmemenge des Verteilsystems der Heizung d,h kann aus der mittleren Verlustleistung der Heizungsverteilung ( & ) und der järlicen & d,h, Z + d,h, S Betriebszeit der Verteilung t ermittelt werden. Die Verlustleistung ist die Summe aller Einzelverluste jedes Rorabscnittes der Länge L. Dabei ergibt sic der Energieverlust für jeden Rorabscnitt aus der mittleren Rorinnentemperatur ϑ i,z bzw. ϑ i,s und der mittleren Temperatur der umgebenden Luft ϑ a sowie dem längenbezogenen Wärmedurcgangskoeffizienten je Meter Ror und Kelvin U. Die Betriebszeit kann für das Heizungsverteilsystem von t ϑhg verscieden sein, wenn das System am Wocenende oder Nacts abgescaltet ist. Ist dies der Fall, muss die vorliegende Betriebszeit zur Berecnung erangezogen werden. Die mittlere Temperatur eines Rorabscnittes ϑ i rictet sic nac der mittleren Heizkreistemperatur des angesclossenen Heizsystems. Für ein auf 55/45 C ausgelegten Heizsystems liegt die mittlere Heizwassertemperatur bei etwa ϑ i 38 C. 7 Die mittlere Temperatur der umgebenden Luft ängt von der Lage des Rorabscnittes ab. Verläuft er inneralb des beeizten Bereics eines Gebäudes wird die mittlere Rauminnentemperatur angesetzt, liegt er jedoc außeralb, z.b. im Keller, kann mit ϑ a C im Jaresmittel gerecnet werden. Der oben gemacte Ansatz für das Heizsystem kann auf die Warmwasserverteilung übertragen werden. d,w = ( & d,w,z + & d,w, S ) 365d / a mit & d W,,Z = Σ [UZ ( ϑi,z ϑa ) L ] und & = q& L = Σ [U ( ϑ ϑ ) L ] d W,,S d W,,S S i,s a Die järlice Verlustwärmemenge des Verteilsystems der Warmwasserverteilung d,w ergibt sic aus der järlicen Betriebszeit der Verteilung und der Summe der Verlustleistungen für ständig auf Temperatur gealtene Leitungsabscnitte & d,w, Z und periodisc durcflossene Leitungsabscnitte & d,w, S. Jede dieser Verlustleistungen kann analog zur Verlustleitung der Heizungsverteilung ermittelt werden. 7 Ermittlung der mittleren Heizkreistemperatur sowie weitere Beispiele in der DIN V Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 10

11 Die Betriebszeit kann auc für das Warmwasserverteilsystem von 365d/a verscieden sein, wenn das System am Wocenende oder Nacts abgescaltet ist. Ist dies der Fall, muss die vorliegende Betriebszeit zur Berecnung erangezogen werden. Die mittlere Temperatur eines ständig auf Temperatur gealtenen Rorabscnittes der Warmwasserverteilung kann mit ϑ i,z = C angenommen werden. Für nict ständig auf Temperatur gealtene Rorleitungen ängt sie stark von der Zapfäufigkeit ab. Die mittlere Temperatur der umgebenden Luft kann wie bereits bei der Heizungsverteilung bescrieben angenommen werden. Näerungswerte für den mittleren längenbezogenen Wärmedurcgangskoeffizienten ständig auf Temperatur gealtener Rore je Meter Länge und Kelvin Temperaturdifferenz U Z finden sic in Bild ,00 3,50 ungedämmtes Ror UZ in W/(mK) 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 DN 10 bis 15 DN 20 bis 32 DN 40 bis 65 DN 80 bis 100 albe Dämmdicke als nac HeizAnlV gedämmt nac HeizAnlV doppekte Dämmdicke als nac HeizAnlV Nennweite des Rorabscnittes Bild 4-1. Längenbezogener Wärmedurcgangskoeffizient U Z für Warmwasser-Zirkulationsleitungen und Heizungsleitungen Für Sticleitungen der Heizungsverteilung, die nict ständig durcflossen sind, kann mit U S 0,8 U Z gerecnet werden. Für Sticleitungen der Warmwasserverteilung kann der mittlere längenbezogene Wärmedurcgangskoeffizient q& d,w, S bei Verlegung im beeizten Bereic aus Bild 4-2. abgescätzt werden. Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 11

12 qd,w,s in W/m DN 10 DN 15 bis 20 DN 25 bis 32 DN 40 bis 50 Nennweite des Rorabscnittes Einfamilienaus Merfamilienaus Bild 4-2. Längenbezogener Wärmedurcgangskoeffizient für Warmwasser-Sticleitungen bei Verlegung im beeizten Bereic Mit den oben getroffenen Annamen liegt der typisce auf die beeizten Fläce A EB bezogene Wärmeverlust der Verteilung für das Warmwassernetz bei etwa q d W, = 5 13 (19) kw/(m²a). Für die Heizungsverteilung ergeben sic etwa Werte von q = 3 13 kw/(m²a). d,h Die Verluste der Verteilung sind um so geringer, je optimierter die Ausfürung des Heizungssystems bzw. Warmwassersystems, d.. je kürzer die Leitungslängen sind. Für ältere Anlagen kann aufgrund des sclecteren Dämmstandards der Rore und des Betriebs bei öeren Rorinnentemperaturen (Standard- bzw. Konstanttemperatur-Kessel) mit den öeren Werten gerecnet werden. Die Wärmeverluste der Verteilung können, sofern sie inneralb des beeizten Bereics auftreten, der inneren Fremdwärme I zugerecnet werden. Der für die Raumeizung nutzbare Anteil kann, wie bereits oben erläutert, über den Nutzungsgrad der freien Wärme η F ermittelt werden. -3 Wärmespeicerung Die Berecnung der Wärmeverluste eines Speicers s kann für die Speicerung von Trinkwarmwasser ( s,w ), aber auc von Heizwasser ( s,h ), nac dem selben Ansatz erfolgen. Für die Höe der zu erwartenden Wärmeverluste des Speicers sind die Betriebszeit des Speicers (t ϑhg oder 365d/a) und die Verlustleistung & S des Speicers zu bestimmen. Die Verlustleistung ängt dabei von der mittleren Temperaturdifferenz zwiscen Speicerinnerem (ϑ S,i ) und der in umgebenden Luft (ϑ S,a ) sowie dem Speicervolumen V S und dem volumenbezogenen Wärmedurcgangskoeffizienten U s ab. s,h = & t bzw. 365d / a s ϑhg s,w = & s mit S = US ( ϑs,i ϑs,a ) VS & Die Betriebszeit kann für einen Pufferspeicer des Heizsystems von t ϑhg verscieden sein, wenn das System am Wocenende oder Nacts abgescaltet ist. Dies gilt auc für die Betriebszeit eines Warmwasserspeicers. Ist dies der Fall, muss die vorliegende Betriebszeit zu Berecnung erangezogen werden. Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 12

13 Die mittlere Innentemperatur des Speicers über ein Jar kann für einen Trinkwasserspeicer mit etwa ϑ S,i = C angenommen werden. Bei Heizwasser- Pufferspeicern rictet sie sic nac der mittleren Heizkreistemperatur des angesclossenen Heizsystems. Für einen Pufferspeicer eines auf 55/45 C ausgelegten Heizsystems kann die mittlere Speicertemperatur etwa bei ϑ S,i 38 C liegen. 8 Die maßgeblice Umgebungslufttemperatur ϑ S,a ergibt sic aus dem Aufstellort des Speicers. Inneralb des beeizten Bereices eines Gebäudes wird die mittlere Rauminnentemperatur angesetzt, außeralb kann mit ϑ S,a C im Jaresmittel gerecnet werden. Sind über die Größe des Speicers keine Angaben bekannt, kann diese mit Hilfe von Bild 4-3. abgescätzt werden Speicervolumen VS in Litern Nutzfläce A EB in m² Elektro-WW-Kleinspeicer indirekt beeizter WW-Speicer Elektro-WW-Speicer (Aufeizung nur nacts) Pufferspeicer für das Heizungssystem sowie gasbeeizter WW- Speicer und Elektro-WW-Speicer (Aufeizung Tag und Nact) Bild 4-3. Speicervolumen V S für versciedene Speicerarten nac Größe der beeizten Fläce A EB Eine Näerung für den volumenbezogenen Wärmedurcgangskoeffizienten U S eines Speicers je nac Dämmstandard der Speicerülle kann der Grapik in Bild 4-4. entnommen werden. 8 Ermittlung der mittleren Heizkreistemperatur sowie weitere Beispiele in der DIN V Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 13

14 40 US in W/(m³K) Grenzwert nac DIN V sclecte Dämmung bis zu 2cm mäßige Dämmung bis zu 5 cm gut Dämmung bis zu 10 cm Speicervolumen V in Litern Bild 4-4. Volumenbezogener Wärmedurcgangskoeffizient für Speicer je nac Speicervolumen Mit den oben getroffenen Annamen liegt der auf die beeizte Fläce bezogene Wärmeverlust der Speicerung für Trinkwarmwasserspeicer bei etwa q s,w = 2 10 (14) kw/(m²a). Für Heizungspufferspeicer sind Werte von q s,h = 1 5 (9) kw/(m²a) realistisc. Dabei treten öere Verluste für sclect gedämmte Speicer älterer Bauart, aber auc für kleine Gebäude, d.. einem großen Speicervolumen je uadratmeter Nutzfläce, auf. Auc die Wärmeverluste der Speicerung können, sofern sie im beeizten Bereic des Gebäudes auftreten, der inneren Fremdwärme I zugerecnet werden. Der für die Raumeizung nutzbare Anteil kann, wie bereits oben erläutert, über den Nutzungsgrad der freien Wärme η F ermittelt werden. -4 Wärmeerzeugung Die Wärmeverluste der Wärmeerzeugung g können anand versciedener Ansätze bestimmt werden: als absolute Erzeugerverluste (mit einem nutzungsabängigen und einen nutzungsunabängigen Anteil), als Nutzungsgrade oder Aufwandzalen. Jaresnutzungsgrade η a und Erzeugungsaufwandzalen e g (beide noc bezogen auf den Heizwert H U ) werden im Ramen dieses Verfarens zur Bestimmung der Wärmeerzeugerverluste verwendet. Die Höe der Wärmeverluste g.h oder g,w ängt von der Summe der durc den Wärmeerzeuger zu deckenden Energien (Nutzenergie oder w, Energie zur Deckung der Verteilverluste d, Energie zur Deckung der Speicerverluste s ) sowie der Art und Betriebsweise des Wärmeerzeugers ab. Es gilt: = H + W mit: 1 ( + + ) = e ( + + ) = H = η und a a d,h s,h g 1 W = (w + d,w + s,w ) = eg (w + d,w + s,w ) = w + d,w + s,w + η d,h s,h d,h s,h g,h g,w Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 14

15 Für Wärmeerzeuger mit Jaresnutzungsgraden unter 100 % (z.b. Kessel) können die Wärmeverluste der Wärmeerzeugung g auc explizit ausgewiesen werden. Dabei ist der Ansatz für die Erzeugung von Trinkwarmwasser ( g,w ) - aber auc Heizwasser ( g,h ) derselbe. 1 = 1 ( + d,h s, H ) bzw. g,h = (eg 1) ( + d,h + s, H ) η a g,h + 1 = 1 ( + d,w s, W ) bzw. g,w = (eg 1) ( + d,w + s, W ) η a g,w + Der Jaresnutzungsgrad η a stellt das Verältnis der von einem Wärmeerzeuger abgegeben Energie zur eingesetzten Energie dar. Die Erzeugungsaufwandzal e g ist sein Kerwert. η a = 1 e g Im folgenden werden Analtswerte 9 für Jaresnutzungsgrade η a bzw. Erzeugungsaufwandzalen e g der Wärmeerzeuger näer aufgezeigt, die sowol für die Warmwasserbereitung als auc für die Heizung eingesetzt werden können (Kessel, Wärmepumpen etc.). Eine große Gruppe der Wärmeerzeuger bilden die Kessel (Konstanttemperatur-, Niedertemperatur- und Brennwertkessel). Der Jaresnutzungsgrad η a bzw. die Erzeugungsaufwandzal e g ist für alle Kessel eine Funktion der mittleren järlicen Kesselauslastung ϕ, des spezifiscen Betriebsbereitscaftsverlustes q B (bezogen auf die Feuerungsleistung des Kessels) und des Kesselwirkungsgrades η K. a 1 = e g ηk = 1 1 q ϕ η mit B + 1 ϕ = b b VK & = & m K Der Jaresnutzungsgrad eines Kessels steigt mit öerem Kesselwirkungsgrad η K (geringe Abgasverluste und Abstralung wärend des Betriebs), mit geringeren Betriebsbereitscaftsverlusten q B (Wärmeverluste der Kesseloberfläce an die Umgebung in Stillstandszeiten) und öerer Kesselauslastung ϕ. Die Kesselauslastung ϕ ist das Verältnis der mittleren benötigten Leistung. zur Kesselnennleistung & K. Sie kann auc durc das Verältnis der Vollbenutzungsstunden des Kessels b VK zu den Betriebsbereitscaftsstunden b ausgedrückt werden. Hat ein für Heizung und Warmwasserbereitung dimensionierter Kessel in den Sommermonaten (außeralb der Heizzeit) zum Beispiel nur eine Kesselbelastung von etwa 5 %, dann läuft er umgerecnet auf Vollbenutzungsstunden nur 5 % des Sommers mit seiner vollen Leistung, die restlice Zeit ist er in Bereitscaft. Oder anders ausgedrückt, er läuft wärend des Sommers durcscnittlic mit nur 5 % seiner Nennleistung. & m 9 Berecnung von Erzeugungsaufwandzalen e g vgl. DIN V Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 15

16 Dieser Zusammenang ist für die nacfolgenden Tafeln aussclaggebend. Mit sinkender Kesselbelastung sinkt für den Standardkessel der Jaresnutzungsgrad η a bzw. steigt die Wärmeerzeugungsaufwandszal e g. Dieser Einfluss ist für Niedertemperatur- und Brennwertkessel aber erst etwa unter % Kesselbelastung wirksam. Die Standardwerte in Tafel 4-1 für Jaresnutzungsgrade bzw. Erzeugungsaufwandzalen gelten für Niedertemperatur- und Brennwertkessel bei Heizungsnetzauslegungstemperaturen von 75/60 C. Bei Vorlauftemperaturen unter 60 C also auc für die Warmwasserbereitung kann der tabellierte Wert für den Jaresnutzungsgrad um η a = 0,03 eröt werden (entsprecend die Aufwandszal vermindert). Ist aufgrund einer Überdimensionierung des Kessels mit Belastungsgraden (vor allem für die Warmwasserbereitung in den Sommermonaten) unter etwa 10 % zu recnen, dann müssen die Jaresnutzungsgrade (Erzeugungsaufwandzalen) für diesen Fall nac einem ausfürlicen Berecungsverfaren ermittelt werden. 10 (Tabellierte Werte berücksictigen die Kesselverscmutzung.) Tafel 4-1 Jaresnutzungsgrade η a (und Erzeugungsaufwandzalen e g) für Niedertemperatur- und Brennwertkessel (bezogen auf H U) Kesselbauart Leistung in kw Gasbefeuerter Kessel Ölbefeuerter Kessel NT-Kessel mit Brenner bis 120 0,91 (1,10) - one Gebläse > ,92 (1,09) - NT-Kessel mit Gebläse bis ,92 (1,09) 0,90 (1,11) bis 50 0,97 (1,03) 0,91 (1,10) Brennwertkessel > ,98 (1,02) 0,92 (1,09) > ,99 (1,01) 0,93 (1,08) Eine noc im Altanlagenbestand zu findende Gruppe der Wärmeerzeuger sind die Konstanttemperaturkessel. Aufgrund der oen Heizlast älterer Gebäude und der früer üblicen Überdimensionierung weisen diese meist ser oe Nennleistungen bezogen auf die angesclossene Nutzfläce auf. Vor allem in der Übergangszeit und bei Warmwasserbereitung im Sommer ist die Auslastung dieser Kessel ser gering. Dient der Konstanttemperaturkessel als Grundlastkessel für ein System mit mer als einem Wärmeerzeuger, dann kann mit mittleren Auslastungsgraden von ϕ = 0,5...1,0 gerecnet werden. Die durcscnittlice Belastung eines korrekt dimensionierten Konstanttemperaturkessels in der Heizzeit liegt zwiscen ϕ = 0,3...0,5. Für die kombinierte Warmwasserbereitung und Heizung kann wärend der Sommermonate mit einer ser geringen Auslastung (ϕ < 0,06) gerecnet werden. Analtswerte für Jaresnutzungsgrade bzw. Erzeugungsaufwandzalen verscieden befeuerter Konstanttemperaturkessel 11 können Tafel 4-2. bis -4. entnommen werden (die Werte berücksictigen die Kesselverscmutzung). Die Bewertung von Holzkesseln nac DIN V ergibt Erzeugungsaufwandszalen von etwa e g = 1,7 1,8 (η a = 0,55 0,6) für die Stückolzfeuerung und e g = 1,3 1,5 (η a = 0,67 0,77) für Pelletkessel im Leistungsbereic unter 30 kw. 10 Berecnung von Erzeugungsaufwandzalen e g vgl. DIN V nac Energiepass/LEG. Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 16

17 Tafel 4-4. Jaresnutzungsgrade η a (und Erzeugungsaufwandzalen e g) für gasbefeuerte Konstanttemperaturkessel (bezogen auf H U) Baujar bis 1978 Baujar ab 1979 Auslastungsgrad ϕ Auslastungsgrad ϕ Kesselbauart Leistung in kw <0,06 0,06...0,2 0,2...0,5 0,5...1,0 <0,06 0,06...0,2 0,2...0,5 0,5...1,0 Vorrats- Wassereizer Umlauf- Wassereizer Spezialkessel mit Brenner one Gebläse automatiscer Spezialkessel mit Gebläse < 20 < 37 < 50 > > > < 50 > > > Umstell- und < 50 Wecselbrandkessel > ,36 (2,78) 0,63 (1,59) 0,50 0,71 (2,00) (1,41) 0,33 0,60 (3,03) (1,67) 0,39 0,65 (2,56) (1,54) 0,52 0,74 (1,92) (1,35) 0,59 0,78 (1,69) (1,28) 0,34 0,62 (2,94) (1,61) 0,40 0,67 (2,50) (1,49) 0,53 0,76 (1,89) (1,32) - 0,78 (1,28) 0,29 0,56 (3,45) (1,79) 0,40 0,65 (2,50) (1,54) 0,77 (1,30) 0,79 (1,27) 0,76 (1,32) 0,79 (1,27) 0,83 (1,20) 0,86 (1,16) 0,78 (1,28) 0,81 (1,23) 0,85 (1,18) 0,86 (1,16) 0,73 (1,37) 0,77 (1,30) 0,82 (1,22) 0,81 (1,23) 0,81 (1,23) 0,83 (1,20) 0,85 (1,18) 0,88 (1,14) 0,83 (1,20) 0,85 (1,18) 0,87 (1,15) 0,88 (1,14) 0,80 (1,25) 0,81 (1,23) 0,39 (2,56) 0,65 (1,54) 0,65 0,80 (1,54) (1,25) 0,48 0,72 (2,08) (1,39) 0,53 0,76 (1,89) (1,32) 0,67 0,82 (1,49) (1,22) 0,67 0,82 (1,49) (1,22) 0,48 0,72 (2,08) (1,39) 0,54 0,77 (1,85) (1,30) 0,68 0,83 (1,47) (1,20) - 0,83 (1,20) 0,40 0,66 (2,50) (1,52) 0,52 0,74 (1,92) (1,35) 0,79 (1,27) 0,82 (1,22) 0,85 (1,18) 0,87 (1,15) 0,87 (1,15) 0,83 (120) 0,86 (1,16) 0,88 (1,14) 0,88 (1,14) 0,80 (1,25) 0,83 (1,20) 0,83 (1,20) 0,86 (1,16) 0,85 (1,18) 0,87 (1,15) 0,89 (1,12) 0,89 (1,12) 0,86 (1,16) 0,88 (1,14) 0,90 (1,11) 0,90 (1,11) 0,85 (1,18) Tafel 4-3. Jaresnutzungsgrade η a (und Erzeugungsaufwandzalen e g) für ölbefeuerte Konstanttemperaturkessel (bezogen auf H U) Baujar bis 1978 Baujar ab 1979 Auslastungsgrad ϕ Auslastungsgrad ϕ Kesselbauart Leistung in kw <0,06 0,06...0,2 0,2...0,5 0,5...1,0 <0,06 0,06...0,2 0,2...0,5 0,5...1,0 automatiscer Spezialkessel mit Gebläse < 50 > > > Umstell- und < 50 Wecselbrandkessel > ,34 (2,94) 0,60 (1,67) 0,40 0,66 (2,50) (1,52) 0,52 0,74 (1,92) (1,35) - 0,76 (1,32) 0,29 0,55 (3,45) (1,82) 0,39 0,64 (2,56) (1,56) 0,76 (1,32) 0,79 (1,27) 0,83 (1,20) 0,72 (1,39) 0,76 (1,32) 0,81 (1,23) 0,83 (1,20) 0,86 (1,16) 0,87 (1,15) 0,78 (1,28) 0,79 (1,27) 0,47 (2,13) 0,71 (1,41) 0,53 0,75 (1,89) (1,30) 0,67 0,82 (1,49) (1,22) - 0,82 (1,22) 0,39 0,65 (2,56) (1,54) 0,51 0,73 (1,96) (1,37) 0,81 (1,23) 0,87 (1,15) 0,87 (1,15) 0,78 (1,28) 0,81 (1,23) 0,85 (1,18) 0,87 (1,15) 0,88 (1,14) 0,88 (1,14) 0,82 (1,22) Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 17

18 Tafel 4-4. Jaresnutzungsgrade η a (und Aufwandzalen e g) für mit Festbrennstoff befeuerte Konstanttemperaturkessel (bezogen auf H U) Baujar bis 1978 Baujar ab 1979 Auslastungsgrad ϕ Auslastungsgrad ϕ Kesselbauart Leistung in kw <0,06 0,06...0,2 0,2...0,5 0,5...1,0 <0,06 0,06...0,2 0,2...0,5 0,5...1,0 automatiscer Spezialkessel mit Gebläse < 50 > > > Umstell- und < 50 Wecselbrandkessel > ,31 (3,23) 0,55 (1,82) 0,36 0,60 (2,78) (1,67) 0,48 0,68 (2,08) (1,47) - 0,72 (1,39) 0,27 0,51 (3,70) (1,96) 0,37 0,60 (2,70) (1,67) 0,70 (1,43) 0,73 (1,37) 0,77 (1,30) 0,80 (1,25) 0,67 (1,49) 0,71 (1,41) 0,75 (1,33) 0,77 (1,30) 0,79 (1,27) 0,82 (1,22) 0,72 (1,39) 0,75 (1,33) 0,44 (2,27) 0,66 (1,52) 0,50 0,71 (2,00) (1,41) 0,63 0,77 (1,59) (1,30) - 0,77 (1,30) 0,36 0,60 (2,78) (1,67) 0,48 0,68 (2,08) (1,47) 0,76 (1,32) 0,79 (1,27) 0,82 (1,22) 0,82 (1,22) 0,72 (1,39) 0,77 (1,30) 0,79 (1,27) 0,82 (1,22) 0,83 (1,20) 0,83 (1,20) 0,76 (1,32) 0,79 (1,27) Werden Wärmepumpen zur Wärmeerzeugung eingesetzt, so können diese als alleinige Erzeuger installiert sein (monovalenter Betrieb) oder durc einen oder weitere Wärmeerzeuger ergänzt sein. Dem Jaresnutzungsgrad η a entsprecen für eine e- lektrisc betriebene Wärmepumpe die Arbeitszal β, für eine brennstoffbetriebene Wärmepumpe die Jareseizzal ζ. Einen Überblick über Jareseizzalen bzw. Jaresarbeitszalen und Erzeugungsaufwandzalen monovalent eingesetzter Wärmepumpen der Heizung und Warmwasserbereitung bietet Tafel Höere Jaresarbeitszalen sind vor allem für niedrige mittlere Heizwassertemperaturen (z.b. für 35/28 C Auslegung einer Fußbodeneizung) sowie bei exakter Dimensionierung der Wärmepumpe nac Bedarf des Gebäudes und bei regelmäßiger Wartung zu erwarten. Tafel 4-5. Jaresarbeitszalen β, Jareseizzalen ζ und Erzeugungsaufwandzalen e g für Wärmepumpen Bauart elektrisc betrieben brennstoffbetrieben β Wärmequelle Wärmequelle Wärmequelle Grundwasser Erdreic Luft (2,8)...3,2...4,5...(5,4) (2,7)...3,1...3,8...(4,2) (2,3)...2,7...3,1...(3,6) e g (0,36)...0,31...0,22...(0,19) (0,37)...0,32...0,26...(0,24) (0,43)...0,37...0,32...(0,28) 1,7...1,8 1,6...1,7 1,5...1,6 ζ e g 0,59...0,56 0,63...0,59 0,67...0,63 Werden Fern- oder Nawärmeübergabestationen als Wärmeerzeuger eingesetzt, so entsprecen die Verluste der Wärmeerzeugung eigentlic Wärmeverlusten der Verteilung. Standardwerte für Jaresnutzungsgrade bzw. Erzeugungsaufwandzalen von Fern- und Nawärmeansclüsse der Raumeizung und Warmwasserbereitung können Tafel 4-6. entnommen werden. 12 nac DIN V und LEG/Energiepass sowie W. Eicke-Henning und W. Sculz: Anforderungen an Elektrowärmepumpen zur Wongebäudebeeizung, SBZ, S. 48/57 ( ) und D. Wittwer, "Wärmepumpen im Vormarsc", Wärmepumpe aktuell, S. 2/3, ( ) Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 18

19 Tafel 4-6. Jaresnutzungsgrade η a (und Erzeugungsaufwandzalen e g) für Wärmeübergabestationen Raumeizung Warmwasserbereitung in der Heizzeit im Sommer Kompakt-Übergabestation mit Geäuse 0,98 (1,02) 1,00 (1,00) 0,90 (1,11) individuelles System aus gut gedämmt 0,95 (1,05) 1,00 (1,00) 0,85 (1,18) Einzelrorleitungen mäßig gedämmt 0,90 (1,11) 1,00 (1,00) 0,80 (1,25) Wird für die Heizung oder Warmwasserbereitung ein Blockeizkraftwerk verwendet, so kann der Jaresnutzungsgrad nac Tafel 4-7. abgescätzt werden. Tafel 4-7. Jaresnutzungsgrade η a (und Erzeugungsaufwandzalen e g) für Motor-Heizkraftanlagen (BHKW) Brennstoff elektrisce Leistung in kw η a (e g) Erdgas bis 15 0,65 (1,54) Propan > ,62 (1,61) ,59 (1,69) Butan ,58 (1,72) > 500 0,52 (1,92) bis 15 0,64 (1,56) ,61 (1,64) Diesel ,52 (1,92) ,48 (2,08) > 500 0,45 (2,22) Tafel 4-8. Jaresnutzungsgrade η a (und Erzeugungsaufwandzalen e g) für dezentrale Geräte zur Warmwasserbereitung zu deckender Wärmebedarf pro Gerät in kw/a Gasgeräte Kocendwassergeräte Durclauferitzer Durclauferitzer mit Zün- Durclauferitzer elektroniscer dung Neben den Wärmeerzeugern, die sowol für die Heizung und Warmwasserbereitung eingesetzt werden können, gibt es Geräte, die nur zum Heizen oder nur zur Warmwasserbereitung verwendet werden. Analtswerte für Jaresnutzungsgrade und Aufwandzalen für diese Wärmeerzeuger werden in Tafel 4-8. und Tafel 4-9. gegeben. Elektrogeräte ,96 (1,04) 0,99 (1,01) 0,16 (6,25) 0,96 (1,04) 0,99 (1,01) 0,27 (3,70) 0,96 (1,04) 0,99 (1,01) 0,35 (2,86) 0,96 (1,04) 0,99 (1,01) 0,41 (2,43) 0,96 (1,04) 0,99 (1,01) 0,49 (2,04) 0,99 (1,01) 0,55 (1,82) 0,99 (1,01) 0,62 (1,61) 0,99 (1,01) 0,69 (1,45) 0,99 (1,01) 0,74 (1,35) Tafel 4-9. Jaresnutzungsgrade η a (und Erzeugungsaufwandzalen e g) für Einzelöfen (a) und Elektro-Widerstandseizungen (b) a) Einzelöfen ölbefeuerter Einzelofen mit Verdampfungsbrenner 0,85 (1,18) Kacelofen 0,70 (1,43) kolebefeuerte eiserne Öfen 0,67 (1,49) Außenwand-Gasöfen 0,75 (1,33) b) Elektro-Widerstandseizungen Nactspeicerofen bis 50kW 0,95 (1,05) Nactspeicerofen >50kW 0,97 (1,03) Direkteizgeräte 0,98 (1,02) Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 19

20 Für Gebäude untersciedlicster Nutzung ergeben sic fläcenbezogene Wärmeverluste der Wärmeerzeugung von q g,h = kw/(m²a) (bezogen auf H U ) für das Heizsystem bzw. q g,h = kw/(m²a) (bezogen auf H U ) für die Warmwasserbereitung. Der öere Wert kann vor allem im Anlagenaltbestand erwartet werden. Die bei der Wärmeerzeugung inneralb des beeizten Bereics eines Gebäudes (dezentrale Warmwasserbereitung, wandängende Kombiwassereizer zur dezentralen Wonungsversorgung etc.) anfallenden Wärmeverluste durc Abstralung können als innere Fremdwärme gutgescrieben werden. Sie müssen wie bereits für Speicerwärmeverluste und Wärmeverluste der Verteilleitungen noc mit dem Ausnutzungsgrad der freien Wärme η F bewertet werden. Wird ein Gebäude von mereren Wärmeerzeugern versorgt (multivalente Anlage), zum Beispiel mit einer Zweikesselanlage gleicer Leistung oder einer Kombination aus Grundlast- und Spitzenlastwärmeerzeuger, so ist für jeden Wärmeerzeuger der Anteil am zu deckenden Energiebedarf zu bestimmen (Deckungsanteil) und die Berecnung der Wärmeerzeugungsverluste g für jeden Anteil getrennt vorzunemen Eingescränkter Heizbetrieb, Einfluss der Regelung der Wärmeabgabe Wie bereits oben bescrieben kann der eröte Energieaufwand, der durc die Regelung der Wärmeabgabe entstet, in einer eröten Innentemperatur oder damit in eröten Gradtagszalen ausgedrückt werden. Gleices gilt für den Einfluss der Nactabsenkung oder -abscaltung des Heizsystems, welce die mittlere Innentemperatur und somit die Gradtagszalen vermindern. Beide Einflüsse können wie folgt ausgedrückt werden. Gt * = Gt f RED f INC Bild 5-1. bietet einen Überblick über mittlere Reduktionsfaktoren f RED für den Einfluss des eingescränkten Heizbetriebes mit Nactabsenkung/Wocenendabsenkung des Sollwertes der Raumtemperatur um ϑ i = 5K je nac fläcenbezogener Auslegungseizlast q&. Reduktionsfaktoren für andere Gegebeneiten können mit Simulationsberecnungen ermittelt werden. 13 Näere Ausfürungen zu anderen Betriebsweisen in der DIN V bzw. LEG/Energiepass Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 20

21 0,99 0,96 Nactabsenkung 12/d + 60 am Wocenende: Reduktionsfaktor fred 0,93 0,9 0,87 0,81 0,78 50 (leicte Bauweise) 100 (mittlere Bauweise) 150 (scwere Bauweise) spezifisce Wärmespeicerfäigkeit in [W/(m²K)] q& q=100w/m² q& q=60w/m² q& q=40w/m² q& q=15w/m² Nactabsenkung 8/d: q& q=100w/m² q& q=60w/m² q& q=40w/m² q& q=15w/m² Bild 5-1. Reduktionsfaktoren f RED zur Bewertung des zeitlic eingescränkten Heizbetriebs Der Einfluss der Art der Regelung der Wärmeübergabe an den zu beeizenden Raum kann mit den nacfolgend tabellierten Übersclagswerten des Faktors f INC zur Korrektur der Gradtagszal abgescätzt werden. Da die Gradtagszal Gt nur zur Ermittlung des Jarestransmissions- und Lüftungswärmeverlustes verwendet wird, die Art der Regelung aber den Jareseizwärmebedarf (= T + V - η F S - η F I ) beeinflusst, ist der nacsteende Ansatz eine Näerung. Die in Tafel 5-1. genannten Werte bezieen sic auf ein mittleres Verältnis der Wärmegewinne ( I + S ) zu den Verlusten ( T + V ). Genauere Ergebnisse liefern auc ier Simulationsberecnungen. Tafel 5-1. Faktor f INC zur Bewertung der Regelgüte Art der Regelung der Wärmeübergabe elektronisce Optimierung der Wärmeübergabe 1,02 Wassereizung mit Termostatventilen (P-Bereic von 1K) 1,03 Fläceneizung (Wandeizung, Fußbodeneizung) mit Einzelraumregelung 1,03 Elektroeizung 1,05 Wassereizung mit Termostatventilen (P-Bereic von 2K) 1,07 Lufteizung 1,09 Mit diesem Ansatz kann die Scwankungsbreite des Einflusses der Art der Regeleinrictung abgescätzt werden. Als Übersclagswert kann ier = (1) (10) kw/(m²a) verwendet werden. f INC Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 21

22 6 Jaresenergiekosten, Jaresbrennstoffverbrauc und Jaresprimärenergiebedarf Die Jaresenergiekosten K können nac der eingangs bereits erläuterten Gleicung ermittelt werden. K = k w + k el el Neben der in den vorerigen Teilkapiteln erläuterten Berecnung des Jareswärmeenergiebedarfs ist die Menge der Hilfsenergien relevant, die unmittelbar mit der Versorgung eines Gebäudes mit Heizenergie und Nutzenergie der Warmwasserbereitung in Verbindung stet. Der Hilfsenergiebedarf der Elektroilfsgeräte el setzt sic wie folgt zusammen. = + + el H,HE W,HE L,HE Dabei stet die Energiemenge H,HE für alle Hilfsenergien des Heizungssystems (Umwälzpumpe, Speicerladepumpe, Brenner, Regelung, Solarumwälzpumpe etc.), die Energiemenge W,HE für die Hilfsenergien der Warmwasserversorgung (Zirkulationspumpe, Speicerladepumpe, Solarkreispumpe, Regelung etc.) und die Energiemenge L,HE für alle Hilfsenergien der kontrollierten Lüftung. Tafel 6-1. gibt Analtswerte für mittlere Leistungen und Laufzeiten für die zu berücksictigenden Hilfsenergien. Zwiscenwerte können interpoliert werden. Die Größe t ϑhg entsprict der Länge der Heizperiode in d/a je nac Heizgrenztemperatur ϑ HG. Tafel 6-1. Betriebszeiten und mittlere Leistungsaufname für Elektroilfsgeräte Umwälzpumpe Heizung mittlere elektrisce Järlice Betriebszeiten bei Nacabscaltung in /d Leistungsaufname in W/m² Standard effizient t ϑhg 24/d 5/6 t ϑhg 24/d 3/4 t ϑhg 24/d 1/2 t ϑhg 24/d 0,4 0,2 Umwälzpumpe Zirkulation 8760 /a 5/ /a 3/ /a 1/ /a 0,2 0,1 Regelung Heizung/Warmwasser 8760 /a 0,1 <0,01 Regelung Heizung one WW t ϑhg 24/d 0,1 <0,01 Umwälzpumpe Solarkreis 0,4 0,2 Abluftanlage t ϑhg 24/d 0,3 0,1 Zu-/ Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung t ϑhg 24/d 0,6 0,2 Als übersclägigen Wertebereic für den fläcenbezogenen Hilfsenergiebedarf einer Heizungsanlage mit ggf. Warmwasserbereitung und Gebäudelüftung kann q el = 0,5 4 (19) kw/(m²a) angesetzt werden. Die Pumpleistung des Heizsystems kann näerungsweise mit 0,1 5 % & Gebäude abgescätzt werden (Gebäudeeizlast & nac eemaliger DIN bis 3). Gebäude Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 22

23 Wird die Angabe des Jaresbrennstoffverbrauces B a (in l/a oder m³/a) eines Gebäude benötigt, dann ist der Jaresenergiebedarf der Heizung und Warmwasserbereitung durc den unteren Heizwert H U des Brennstoffes zu dividieren. B a = / H U Heizwerte versciedener Brennstoffe können der Tafel 6-2. entnommen werden. Tafel 6-2 Heizwerte versciedener Brennstoffe Brennstoff Eineit Heizwert H U in kw/eineit Braunkole Briketts kg 5,34 Steinkole, koks kg 8,60 Heizöl EL l 10,00 Heizöl S kg 11,40 Erdgas H m³ 10,40 Eine langfristige Umstellung auf den Bezugswert H O wird empfolen. Der Jaresprimärenergiebedarf P kann aus dem Jaresenergiebedarf der Heizung und Warmwasserbereitung sowie dem Hilfsenergiebedarf el ggf. auc zukünftig des elektriscen Energieverbraucs für Geräte und Beleuctung bestimmt werden. Dabei wird jede Jaresenergiemenge mit irem Primärenergiefaktor f P multipliziert. Dieser beinaltet den Aufwand, der bei der Förderung, der Erzeugung und beim Transport des Energieträgers bis zum Endverbraucer anfällt. P = f P + f P,el el Werden zur Wärmeenergieversorgung eines Gebäude Wärmeerzeuger mit versciedenen Energieträgern betrieben, zum Beispiel eine Elektrowärmepumpe in Kombination mit einem Erdgas-Spitzenlastkessel, so ist die Bestimmung der Jaresenergieanteile 1... n jedes Energieträgers notwendig. Nur dann kann eine korrekte primärenergetisce Bewertung erfolgen. Üblice Primärenergiefaktoren werden in Tafel 6-3. gegeben. Tafel 6-3. Üblice Primärenergiefaktoren Energieträger Primärenergiefaktor f P Brennstoffe 14 Heizöl EL, Erdgas H, 1,1 Flüssiggas, Steinkole Bezugswert ist unterer Heizwert H U Braunkole 1,2 Holz 0,2 Strommix 3,0 Fernwärme 15 70% KWK 0,7 Steinkole-Kondensations-Kraftwerk = Anteil Kraft- 35% KWK 1,1 Wärme-Kopplung (KWK) plus Heizöl-Spitzenlastkessel 0% KWK 1,5 Nawärme 70% KWK 0,6 Erdgas-BHKW = Anteil Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) 35% KWK 1,0 plus Erdgas-Spitzenlastkessel 0% KWK 1,4 14 nac DIN V nac Hessiscem Energiepass. Recknagel Sprenger Bilanz (Weitergabe nur nac Absprace) Seite 23