Wärmeschutz und Energiebedarf nach EnEV 2006

Transkript

1 Wärmeschutz und Energiebedarf nach EnEV 2006 Schritt für Schritt zum Energieausweis für Wohngebäude mit 129 Abbildungen und 118 Tabellen Prof. Dipl.-Ing. Karlheinz Volland Architekt öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Schäden an Gebäuden (IHK Regensburg) Professor für Baukonstruktion, Baustoffkunde und Bauphysik an der FH München Lehrbeauftragter der virtuellen Hochschule Bayern Dipl.-Ing. (FH) Johannes Volland zertifizierter Energieberater der HWK Mitautor: Prof. Dr. Martin Fichter Diplom-Physiker Lehrtätigkeit an der FH München Rudolf Müller

2 0-1 Modul 0 Faktoren der Energiebilanz Autor: Mitautoren: Prof. Karlheinz Volland Prof. Dr. Martin Fichter Dipl.-Ing. (FH) Johannes Volland Inhalt Symbole Seite 0.1 Einleitung Primärenergiebedarf - Endenergiebedarf Anlagenaufwandszahl Anlagenverluste für Heizwärmebedarf Gewinne aus der Umwelt für den Heizwärmebedarf Endenergie für den Heizwärmebedarf Anlagenverluste für die Trinkwassererwärmung Gewinne aus der Umwelt für die Trinkwassererwärmung Endenergie für die Trinkwassererwärmung Anlagenverluste bei Lüftungsanlagen Endenergie für Lüftungsanlagen Hilfsenergie 0.3 Warmwasseraufbereitung 0.4 Heizwärmebedarf Temperaturdifferenz Heizgrenztemperatur Heizgradtagzahlfaktor Heizzeit Geografische Lage Wärmestrom und Transmissionswärmeverluste Spezifischer Transmissionswärmeverlust Wärmedurchgangskoeffizient Wärmedurchlasswiderstand Wärmeübergangswiderstand innen Wärmeübergangswiderstand außen Wärmeleitzahl Schichtdicke Temperatur-Korrekturfaktor Umfassungsfläche QP/QE 0-4 e P QH,E (q H, e ) Q-rw,E(qTw,E) Q L,E(qL, E ) 0-17 HE 0-18 Q w 0-19 Q h 0-20 AG 0-21 G ed 0-22 F Gt 0-23 t HP H T 0-27 U 0-29 R 0-30 R si 0-32 R se 0-34 X 0-35 d 0-36 F x 0-37 A 0-39

3 0-2 Inhalt Symbole Seite Wärmespeicherung - Wärmekapazität C 0-40 Wärmebrückenzuschlag U WB 0-43 Lüftungswärmebedarf Q v 0-45 Spezifischer Lüftungswärmebedarf H v 0-46 Luftvolumen V 0-48 Beheiztes Volumen V e 0-49 Luftwechsel rate n 0-50 Luftdichtigkeit des Gebäudes 0-52 Solare Wärmegewinne Qs 0-53 U w und g-wert Fenster 0-55 Effektive Kollektorfläche A s 0-57 Interne Wärmegewinne Qi 0-59 Elektrogeräte 0-60 Ausnutzung der Wärmegewinne r\ M Fragen Antworten 0-71

4 1. Modul Gebäudegeometrie Autor: Prof. Karlheinz Volland Inhalt Seite 1. Modul Definition der Bauteile Aufteilung in Zonen und Bereiche Verlauf der Systemgrenze und Definition der Abmessungen Definition der die Zone begrenzenden Bauteile Ermittlung der wärmeübertragenden Umfassungsfläche A Außenwände Bodenplatte - Kellerwand Kellerdecke-Außenwand (Sockelbereich) Boden gegen Außenluft Dächer Fenster und Türen Abmessungen Orientierung Verschattungsfaktoren f s Kellerfenster Haustüren Rollladenkästen Beheiztes Gebäudevolumen V e und Luftvolumen V Beheiztes Gebäudevolumen V e (Bruttovolumen) Beheiztes Luftvolumen V (Nettovolumen) Treppenhäuser (Interpretation Autor) Anwendungsbeispiel - Ermittlung der Gebäudegeometrie für ein Einfamilienhaus Ansichten Grundrisse und Schnitt Berechnungen Beheiztes Volumen V e Fensterdaten Bauteilflächen Ermittlung des Fensterflächenanteils 1-26

5 Ermittlung der Gebäudegeometrie von bestehenden Bauten Vereinfachungen für die Ermittlung der Gebäudehüllfläche innerhalb des Kurzverfahrens Fragen Antworten Übungsaufgaben Verwendung der Arbeitsblätter aus dem ARCHIDISK-Programm ENGP-bautop 1-31

6 2. Modul Wärmeausbreitung Autor: Prof. Karlheinz Volland Mitautor: Prof. Dr. Martin Fichter Inhalt Seite 2. Modul Grundlagen Einleitung Definition des Begriffs Wärme Maßeinheiten im Wärmeschutz Temperatur G Wärmemenge Q Arbeit und Energie Energie E Brennwert H Wärmestrom CD Ausbreitung der Wärme Wärmeausbreitung in der Materie Absorption - Reflexion Anwendung Messgrößen der Wärmeausbreitung Wärmeleitzahl^ Wärmeleitung in Metallen Wärmeausbreitung in mineralischen Stoffen Wärmeleitung in organischen Stoffen Wärmedurchlasskoeffizient A Wärmedurchgangswiderstandskoeffizient R T Wärmedurchgangswiderstand R T von Bauteilen aus thermisch homogenen Schichten Wärmedurchlasswiderstand von Luftschichten Wärmedurchlasswiderstand unbeheizter Räume Ru" Wärmeübergangskoeffizient h" Wärmeübertragung an die inneren Bauteiloberflächen Wärmeübertragung von der äußeren Bauteiloberfläche an die Außenluft Größe des Wärmeübergangskoeffizienten 2-27

7 Wärmedurchgangskoeffizient U" Wärmedurchgangskoeffizient von homogenen Bauteilen Wärmedurchgangskoeffizient von inhomogenen Schichten (Fachwerke) Wärmedurchgangskoeffizienten von transparenten Bauteilen (Fenster, Fenstertüren) Wärmedurchgangskoeffizient von keilförmigen Schichten Temperatur-Korrekturfaktor F x Erläuterung Temperatur-Korrekturfaktor F x für das HP-V Temperatur-Korrekturfaktor F x für MB-V Temperatur-Korrekturfaktoren F x für das Beispiel-Haus Ermittlung der U-Werte an bestehenden Gebäuden Ausführliches Verfahren Ermittlung der A.-Werte über die Material-Rohdichte Ermittlung der U-Werte über Temperaturmessungen Ermittlung der U w -Werte von transparenten Bauteilen Kurzverfahren Fragen Antworten Übungsaufgaben Verwendung der Arbeitsblätter aus dem Programm ENGP-bautop Arbeiten mit der Interaktiven Simulation Wärme-sim 2-73

8 3. Modul Vordimensionierung Berechnung des mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten Fj Uj (U-Mittelwert) für einen vorgegebenen Energieverbrauch Autor: Mitautoren: Prof. Karlheinz Volland Prof. Dr. Martin Fichter Inhalt Seite 3. Modul Einführung Erläuterung der Rechenschritte zur Berechnung des Fj - Uj-Wertes Schritt 1 - Primärenergiebedarf Q P Schritt 2 - Anlagenaufwandszahl e P und maximaler Heizwärmebedarf Q h Schritt 3 - Transmissionswärmeverluste Q T aus Q h Schritt 3a- Lüftungswärmeverluste Q v Schritt 3 b - Interne Wärmegewinne Qj Schritt 3 c - Solare Wärmegewinne Q s Schritt 4 - Überprüfung von H TvO rh mit H TjZ ui Schritt 5 - Heizwärmebedarf der opaken Bauteile Q T,o P ak Schritt 6 - Berechnung des mittleren U-Wertes Berechnung des Fj Uj -Wertes für das Beispiel-Haus Gebäudedaten Durchführung der Berechnung Schritt 1 - Primärenergiebedarf Q P Schritt 2 - Anlagenaufwandszahl e P und maximaler Heizwärmebedarf Q h Schritt 3 - Transmissionswärmeverlust Q T aus Q h Schritt 4 - Überprüfung von H T, VO rh mit H T, 2U i Schritt 5- Heizwärmebedarf der opaken Bauteile Q T, O pak Schritt 6 - Berechnung des mittleren U-Wertes Fragen Antworten Übungsaufgaben Verwendung der Arbeitsblätter aus dem Programm ENGP-bautop 3-21

9 4. Modul Optimierung Autor: Prof. Karlheinz Volland Inhalt Seite 4. Modul Schicht- und Stoffauswahl Festlegung der Bauteilschichten Grundlagen - Definition der Vorgaben und Beanspruchungen Festlegung des Schichtaufbaus Festlegung der Schichten für das Beispiel-Haus Überprüfung der Gleichwertigkeit nach DIN4108 Beiblatt Auswahl der Baustoffe Grundlagen - Theorie für eine nachvollziehbare Baustoffauswahl Optimierung der Materialien Darstellung des fertigen Schichtaufbaus Dimensionierung der Dämmschichten und Bilanzierung der Werte Grundlagen - Dimensionierung der Dämmschichten Dimensionierung der Dämmschicht in homogenen Bauteilen Dimensionierung der Dämmschicht in inhomogenen Bauteilen (Fachwerke) Dimensionierung und Bilanzierung der Bauteile für das Beispiel-Haus Durchführung der Optimierung Dimensionierung der Wärmedämmung mit selbst erstellter Excel-Tabelle Dimensionierung mit dem Programm ENGP-bautop Optimierte Anschlussdetails für das Beispiel-Haus Fragen Antworten Übungsaufgaben Schicht- und Stoffauswahl für opake Bauteile Dimensionierung der Dämmschichten und Bilanzierung der U-Werte Hinweis zur Verwendung der Arbeitsblätter aus ENGP- bautop 4-46

10 Modul Schwachstellen Autor: Prof. Karlheinz Volland Mitautor: Prof. Dr. Martin Fichter Inhalt Seite 5. Modul Wärmebrücken Einleitung Temperaturverteilung in thermisch homogenen Bauteilen Temperaturverteilung in thermisch inhomogenen Bauteilen Isothermen und Oberflächentemperaturen bei unterschiedlicher Lage der Wärmedämmung Abschätzung der inneren Wandoberflächentemperaturen an Wärmebrücken Abschätzung der Wärmeverluste an Wärmebrücken Wärmebrückenzuschlag nach EnEV Feststellung der Gleichwertigkeit Mindestwärmeschutz Tauwasser Tauwasser an Bauteiloberflächen Tauwasser innerhalb von Bauteilen Glaserdiagramm Aufbau eines Glaserdiagramms Berechnung der Tauwassermenge m w,t Randbedingungen Untersuchung des Tauwasserausfalls mit Hilfe des Glaserdiagramms Luftdurchlässigkeit von Bauteilen Lüftungsbedarf des Menschen Luftdurchlässigkeit der Gebäudehülle Luftdichtigkeitsprüfung Fragen Wärmebrücken Tauwasser an Bauteiloberflächen Tauwasser im Inneren von Bauteilen Nachweis der Tauwassersicherheit mit dem Glaserdiagramm 5-73

11 Luftdurchlässigkeit von Bauteilen Antworten Wärmebrücken Tauwasser an Bauteiloberflächen Tauwasser im Inneren von Bauteilen Nachweis der Tauwassersicherheit mit dem Glaserdiagramm Luftdurchlässigkeit von Bauteilen Übungsaufgaben Wärmebrücken Tauwasserschutz Arbeiten mit dem Programm ARCHIDISK-Wärmebrücken" Arbeiten mit dem Programm ARCHIDISK-Tauwasserschutz" 5-91

12 6. Modul Energieausweis Erläuterung des Nachweisverfahrens nach EnEV (gemäß Entwurf vom 3. April 2006) Autor: Dipl.-Ing. (FH) Johannes Volland, Energieberater (HWK) Inhalt Seite 6. Modul Prinzipielle Erläuterung der EnEV Einleitung Aufbau der Verordnung Anforderungsstruktur der Verordnung Erläuterung der Verordnung Abschnitt 1 -Allgemeine Vorschriften Anwendungsbereich ( 1) Begriffsbestimmung ( 2) Abschnitt 2 - Zu errichtende Gebäude Anforderungen an Wohngebäude ( 3) Anforderungen an Nichtwohngebäude ( 4) Berücksichtigung alternativer Energieversorgungssysteme ( 5) Dichtheit und Mindestluftwechsel ( 6) Mindestwärmeschutz und Wärmebrücken ( 7) Kleine Gebäude ( 8) Abschnitt 3 - Bestehende Gebäude und Anlagen Änderung von Gebäuden ( 9) Nachrüstung bei Anlagen und Gebäuden ( 10) Aufrechterhalten der energetischen Qualität ( 11) Energetische Inspektion von Klimaanlagen ( 12) Abschnitt 4 -Anlagen der Heizungs-, Kühl- und Raumlufttechnik sowie der Warmwasserversorgung Inbetriebnahme von Heizkesseln ( 13) Verteilungseinrichtungen und Warmwasseranlagen ( 14) Anlagen der Kühl-und Raumlufttechnik ( 15) Abschnitt 5 - Energieausweise und Empfehlungen für die Verbesserung der Energieeffizienz 6-15

13 Ausstellung und Verwendung von Energieausweisen ( 16) Grundsätze des Energieausweises ( 17) Ausstellung auf Grundlage des Energiebedarfs ( 18) Ausstellung auf Grundlage des Energieverbrauchs ( 19) Empfehlungen für die Verbesserung der Energieeffizienz ( 20) Ausstellungsberechtigung für bestehende Gebäude ( 21) Abschnitt 6 - Gemeinsame Vorschriften, Ordnungswidrigkeiten Gemischt genutzte Gebäude ( 22) Regeln der Technik ( 23) Ausnahmen ( 24) Befreiung ( 25) Verantwortliche ( 26) Ordnungswidrigkeiten ( 27) Abschnitt 7 - Überleitungsvorschriften Allgemeine Überleitungsvorschriften ( 28) Besondere Überleitungsvorschriften ( 29) Erläuterung des Nachweisverfahrens (Alt- und Neubau) Bestimmung der Gebäudekenndaten Bestimmung des Bruttovolumens V e [m 3 ] Bestimmung der Gebäudenutzfläche A N [m 2 ] Bestimmung der Fensterdaten Bestimmung der Hüllfläche A [m 2 ] Bestimmung der U-Werte [W/(m 2 K)] Opake Bauteile Transparente Bauteile Bestimmung des Fensterflächenanteils f [m 2 ] Bestimmung des A/V e -Verhältnisses Zulässiger Primärenergiebedarf Q P nach EnEV [kwh/(m 2 a)] Ermittlung des Heizwärmebedarfs Q h Vereinfachtes Verfahren HP-V Spezifische Transmissionswärmeverluste H T [W/K] HP-V Spezifische Lüftungswärmeverluste H V [W/K] HP-V Solare Wärmegewinne Q s [kwh/a] HP-V Interne Wärmegewinne Qi [kwh/a] HP-V Jahres-Heizwärmebedarf Q h [kwh/a] HP-V Monatsbilanzverfahren MB-V Ermittlung der monatlichen Wärmeverluste Qi, M [kwh/m] MB-V 6-35

14 6-3^ Ermittlung der monatlichen Wärmegewinne Q G, M [kwh/m] MB-V Berechnung des monatlichen Heizwärmebedarfs Q hm [kwh] MB-V Berechnung des Energiebedarfs für Warmwasserbereitung Q w [kwh/a] Anlagenaufwandszahl e P und Endenergiebedarf Q E Diagrammverfahren zur Bestimmung von e P, Q E (qwe.e) und q H E,E Tabellenverfahren zur Bestimmung von e P und Q E Detailliertes Verfahren zur Bestimmung von e P und Q E Primärenergiebedarf Q P [kwh/a] Sommerlicher Wärmeschutz nach DIN Energieausweis Fragen Antworten Übungsaufgaben 6-95