Kanton Zürich Baudirektion Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft Energie Untersuchung Wärmeverbrauchsdaten von Neubauten Oktober 2015 3 80% 2.5 70% 60% Verhältnis 2 1.5 1 50% 40% 30% Anteil Fenster 20% 0.5 10% 0 0% Qh: Verbrauch effektiv / Nachweis Anteil Fenster / Fassade (S-SW-SE) Anteil Fenster / EBF Anteil Fenster / thermische Gebäudehülle
Impressum Auftraggeber AWEL Abteilung Energie Stampfenbachstrasse 12 8090 Zürich Telefon +41 43 259 42 66 energie@bd.zh.ch www.energie.zh.ch Auftragnehmer hässig sustech gmbh Ingenieure und Planer Neuwiesenstrasse 8 8610 Uster Telefon +41 44 940 74 15 info@sustech.ch www.sustech.ch Projektteam Messdaten Werner Hässig Sara Wyss Jan Staubli Elektrizitätswerke des Kantons Zürich (EKZ) Dreikönigstrasse 18 8002 Zürich Telefon +41 58 359 51 11 info@ekz.ch www.ekz.ch Christoph Wehrli Version 22.10.2015 Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 2 www.sustech.ch
Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis... 3 Beurteilung der Ergebnisse aus Sicht des Auftraggebers... 4 Zusammenfassung... 6 Abbildungsverzeichnis... 8 Tabellenverzeichnis... 10 Begriffe und Abkürzungen... 11 1 Einführung... 13 1.1 Ausgangslage... 13 1.2 Auftrag und Ziel... 13 1.3 Vorstudie... 13 2 Vorgehen zur Identifikation von möglichen Ursachen... 18 2.1 Projektorganisation... 18 2.2 Messungen... 18 2.3 Werte der detailliert untersuchten Objekte... 21 2.4 Hypothesen... 23 3 Resultate... 24 3.1 Hypothese 1 Berechnungsfehler bei der Planung... 24 3.2 Hypothese 2 Abweichung zwischen Planung und Ausführung Gebäudehülle26 3.3 Hypothese 3 Abweichung zwischen Planung und Ausführung Haustechnikanlagen... 26 3.4 Hypothese 4 Einfluss der Klimawerte gemäss SIA MB 2028... 31 3.5 Hypothese 5 Abweichung zu Standardnutzungswerten gemäss SIA 380/1... 33 3.6 Hypothese 6 Beschattungsverhalten der Bewohner reduzieren Wärmegewinne... 43 3.7 Hypothese 7 Bei mechanisch gelüfteten Bauten werden Fenster geöffnet... 43 3.8 Hypothese 8 Gebäude mit sehr hohem Glasanteil haben eine grössere Abweichung... 45 3.9 Hypothese 9 Planer bestellen Energie mit Sicherheitszuschlägen... 49 3.10 Nicht-untersuchte Hypothese Berechnung mit SIA TecTool ergibt bessere Übereinstimmung... 50 4 Schlussfolgerungen... 51 4.1 Abweichungen Verbrauch/Nachweis beim Qh... 51 4.2 Abweichungen Verbrauch/Nachweis beim QWW... 52 4.3 Abweichungen Vertrag/Nachweis und Verbrauch/Vertrag beim Qh und QWW 53 4.4 Ausblick... 53 Anhang 1- Protokolle... 54 Anhang 2 Erklärung zu den Unterschieden zwischen den Wohnungen... 57 Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 3 www.sustech.ch
AWEL, Abteilung Energie Beurteilung der Ergebnisse aus Sicht des Auftraggebers Beat Lehmann, Christoph Gmür, AWEL, Abteilung Energie Bisherige Verbrauchserhebungen basieren in der Regel auf Endenergieverbrauchsangaben. Dieser Endenergieverbrauch setzt sich zusammen aus dem Wärmebedarf dividiert durch den Nutzungsgrad, respektive bei Wärmepumpenheizungen der Jahresarbeitszahl. Weil sich Endenergiedaten also immer aus zwei Parametern zusammensetzen, sind Interpretationen schwierig. Insbesondere sind Nutzungsgradmessungen bei Heizkesseln oder Jahresarbeitszahlmessungen bei Wärmepumpen sehr aufwändig und werden daher nur sehr selten vorgenommen. Für Analysen von Verbrauchsdaten sind Daten von Contractingfirmen sehr interessant, weil diese direkt den Wärmebedarf messen und verrechnen. Damit entfällt ein Parameter, der sonst angenommen werden muss. Ein besonderer Dank gebührt deshalb der Contractingabteilung der EKZ. Die vorliegende Studie bestätigt, dass für weitergehende Analysen zum Wärmebedarf die Verbrauchsdaten von Contractingfirmen eine sehr wertvolle Ausgangsbasis sind. Die wichtigste Erkenntnis aus der Untersuchung der Wärmeverbrauchsdaten von Neubauten ist, dass Gebäude mit einem hohen Fensteranteil einen nicht erklärbaren Mehrbedarf an Heizwärme gegenüber den Berechnungen aufweisen. Dieser Sachverhalt soll anhand der nachstehenden Abbildung vertieft analysiert und deren Auswirkungen eingeordnet werden. 80 Wärmeenergie, Strom gewichtet [kwh/m 2 a] Fensteranteil [%] 70 60 50 40 30 20 10 0 Qh,li Grenzwert SIA 380/1 Qh Projektwert SIA 380/1 (eff. Luftwechsel) Qh Vertrag EKZ Qh Wärmebezug EKZ 2012/2013 Endenergiebedarf H+WW, Strom gewichtet Anteil Fenster/Fassade (S SW SE) Abbildung: Gegenüberstellung von berechnetem Heizwärmebedarf nach SIA 380/1, effektivem Wärmebezug von den EKZ im Betrieb und dem abgeschätzten Endenergiebedarf Strom zur Deckung des Heizwärmebedarfs für Heizung und Warmwasser. 4
AWEL, Abteilung Energie Die Reihenfolge der Bauten in dieser Grafik entspricht nicht derjenigen in den Abbildungen im Bericht: Links die zwei Nicht-Minergie-Bauten, dann die fünf Minergie- Gebäude. Innerhalb dieser Gebäudegruppen ist die Reihenfolge sortiert nach aufsteigendem Fensteranteil an den Fassaden mit südlicher Ausrichtung. Vergleicht man pro Gebäude den Projektwert des Heizwärmebedarfs Q h (pinke Säule) mit dem Grenzwert Q h,li nach SIA 380/1 (gelbe Säule), so erkennt man, dass alle Gebäude in der Berechnung den Grenzwert unterschreiten, die Minergie-Gebäude sogar deutlich. Dies ist ein Resultat der verbesserten Gebäudehülle (Primäranforderung Minergie), der reduzierten Lüftungsverluste infolge der kontrollierten Lüftung und der hohen (nutzbaren) Wärmegewinne bei hohem Fensteranteil. Beim Vergleich des effektiven Wärmebezugs von den EKZ (braune Säule) mit den berechneten Wärmebedarfswerten (pinke Säule) fällt auf, dass alle Gebäude (auch wenn es sich um eine nicht repräsentative Stichprobe handelt) mit einem hohen südlichen Fensteranteil von «über 40%» einen Mehrbedarf gegenüber den Berechnungen aufweisen, teilweise den doppelten Wert. Eine Erklärung für diese Feststellung konnte nicht gefunden werden. Demgegenüber liegt der Wärmebezug von Gebäuden mit tiefem Fensteranteil (unter 35%) im Bereich des berechneten Projektwertes für Q h. Bei vergleichbarem Fensteranteil haben dabei die «normalen» Neubauten einen höheren Wärmebezug als die Minergiebauten. Hätten diese «normalen» Neubauten höhere Fensteranteile, kann deshalb davon ausgegangen werden, dass ebenfalls ein erheblicher Mehrbedarf resultierte. Dem Thema «grosser Fensteranteil» soll mit weiteren Untersuchungen nachgegangen werden. Bis hierhin erfolgte der Vergleich auf Basis Nutzenergie, also Wärmebedarf respektive Wärmebezug. Weil letztlich aber der Endenergiebedarf massgebend ist, wurde aus dem Wärmebezug und den eingesetzten Heizsystemen für jedes Gebäude die gewichtete Energiekennzahl Strom für Heizung und Warmwasser grob abgeschätzt. Die Resultate für den Stromverbrauch sind in der Grafik mit den schwarzen Säulen dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dass die Minergiegebäude selbst dann eine tiefe Energiekennzahl Strom aufweisen, wenn der Heizwärmebedarf infolge eines hohen Fensteranteils extrem hoch ist. Besonders zu bemerken ist, dass diese Gebäude die Minergie-Grenzwerte für den Stromverbrauch (rechnerisch zu erbringender Nachweis) auch im Betrieb einhalten. 5
Zusammenfassung Im Rahmen des Energienachweises wird der Wärmebedarf für Heizung und Warmwasser von Gebäuden mittels einer SIA 380/1- Berechnung rechnerisch ermittelt. Verschiedene Messungen und Untersuchungen deuten darauf hin, dass die effektiven Verbrauchsdaten von Neubauten im realen Betrieb zum Teil massiv von den berechneten Werten abweichen. Dank genauen Messungen mittels Wärmezählern und einer mehrjährigen Messreihe im Rahmen des EKZ-Energie-Contractings, war für über Hundert Gebäude eine gute Basis für Auswertungen gelegt. Eine Vorstudie hat gezeigt, dass der effektive Heizwärmeverbrauch Qh bei vielen Gebäuden den geplanten Wert teilweise um 100% und mehr überschreitet. Andererseits hat diese Vorstudie ebenfalls gezeigt, dass die effektiven Verbrauchswerte für den Warmwasser-Wärmebedarf um etwa 50-60% tiefer liegen als die Planungswerte. Die Vorstudie zeigte auch, dass bereits die vertraglich bestellten Energiemengen für Heizwärme höher waren als die nach SIA 380/1 berechneten Planungswerte. Das Ziel dieser vorliegenden Untersuchung war nun, die Gründe dieser Abweichungen mit quantitativen Messungen herauszufinden. Insgesamt sieben Objekte wurden zwischen Januar und März 2015 wochenweise genau ausgemessen und deren Bewohner befragt. Anhand von neun Hypothesen wurde nach Erklärungen gesucht. Die Resultate sind hier kurz zusammengefasst: Insgesamt zeigte sich auch bei diesen detaillierten Betrachtungen, dass die Berechnungen nach SIA 380/1 für Qh durchwegs etwa 20% tiefer liegen als die gemessenen Werte, (auch wenn die Nutzungsparameter gemäss den effektiven Situationen eingesetzt wurden). Gebäude mit einem hohen Fensteranteil weisen einen überproportionalen Heizwärmebedarf auf. Ein Zusammenhang zwischen hohem Qh und grossen Fensterflächen konnte gezeigt werden. Die Gründe dazu sind erst Vermutungen. Die Bewohner wurden auch nach dem Beschattungsverhalten (im Winter!) gefragt. Nur wenige gaben an auch im Winter zu beschatten. Bei diesen Gebäuden konnte aber dennoch kein klarer Zusammenhang zum erhöhten Qh abgeleitet werden. Die Berechnungen nach SIA 380/1, resp. nach Minergie waren in den untersuchten Objekten weitgehend korrekt durchgeführt worden. Abweichungen zwischen Planung und Ausführung der Gebäudehülle können als Ursache für die grossen Unterschiede zwischen berechneter und gemessener Heizenergie ausgeschlossen werden. Der Energieverbrauch der Begleitheizungen zur Warmhaltung des Warmwassers wurde bei keinem Objekt erfasst (geht über den Wohnungszähler), obwohl dieser nicht vernachlässigt werden darf. Steuerungen, die diesen Verbrauch massiv reduzieren können, wurden nur bei jedem zweiten Objekt eingebaut. Diese Tatsache ist ein Grund weshalb der Wärmeverbrauch für Warmwasser eher zu tief registriert wurde. (d.h. in Tat und Wahrheit ist der Energieverbrauch für Warmwasser höher). Beim Warmwasserverbrauch erklären zudem die viel höheren Personenflächen den tieferen Warmwasserverbrauch. Lüftung: Eine direkte Korrelation zwischen offenen Fenstern und Energieverbrauch konnte nur ansatzweise festgestellt werden. Alle Objekte mit einer kontrollierten Lüftung wurden mit Parallellüftungen statt mit Kaskadenlüftungen geplant; d.h. die Wohnzimmer werden auch mit Zuluft versorgt. Diese Konstellation führt häufiger da- Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 6 www.sustech.ch
zu, dass Schlafzimmer weniger gut gelüftet sind und somit die Bewohner eher Fenster offen halten. Viele Bewohner wissen zudem zu wenig wie sie die Lüftung zu bedienen haben. Bei den Nicht-Minergie-Objekten lüftete nachts rund die Hälfte aller Bewohner über ein offenes Kippfenster. Bei den Minergie Objekten waren es nur vereinzelte und somit deutlich weniger. Der Einfluss der Klimadaten konnte die Abweichungen zwischen gemessener und berechneter Heizenergie nicht erklären. Die SIA 380/1 (2009) legt gewisse Nutzungswerte fest. In den untersuchten Objekten wichen die effektive Nutzungswerte zum Teil stark von den Standardwerten ab. Bei der Heizenergie konnte jedoch trotzdem kein Zusammenhang zwischen gemessenem und berechnetem Verbrauch festgestellt werden. Folgerungen: a) Die Berechnungsmethodik der SIA 380/1 sollte theoretisch überprüft werden. Insbesondere das Modell zur Nutzung von Wärmegewinnen über Fenster sollte überprüft werden. Ferner sollen die Wirkung von Beschattung, des Kaltluftabfalls und der Strahlung (der kühlen Fensteroberflächen) untersucht werden. b) Beim Warmwasser ist der tiefere Verbrauch vor allem auf die geringere Personenbelegung in den Wohnungen zurückzuführen. c) Beim Warmwasser ist genau darauf zu achten, wo der Energieverbrauch von Begleitheizbändern eingerechnet wird. Begleitheizbänder ohne aktivierte Steuerung erhöhen den Energieverbrauch teilweise massiv. d) Als grober Richtwert kann aufgrund dieser Untersuchung davon ausgegangen werden, dass der effektive Energieverbrauch für Heizung und Warmwasser um rund 20-30 % höher als nach SIA 380/1 gerechnet, ausfällt. Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 7 www.sustech.ch
Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 Verhältnis der Energieverbräuche Heizwärme (ohne Warmwasser) für die Objekte nach EBF sortiert (1 = Übereinstimmung). Es handelt sich um Minergie sowie um Nicht-Minergie Gebäude... 16 Abbildung 2 Verhältnisse der Energieverbräuche für Warmwasser (Qww) für die Objekte nach EBF sortiert (1 = Übereinstimmung Energieverbrauch)... 17 Abbildung 3 Verhältnis verschiedener Heizenergie-Verbrauchszahlen (Qh) für die untersuchten Objekte (1 = Übereinstimmung) und absoluter Verbrauch gemäss EKZ- Messung... 21 Abbildung 4 Verhältnis zwischen den drei Beurteilungsparameter beim Qww (1 = Übereinstimmung) und absoluter Verbrauch gemäss EKZ-Messung... 22 Abbildung 5 Qww-Verbrauch aus Zählerablesungen im Vergleich zum Qww-Verbrauch aus Messungen (100% ist der Qww-Verbrauch gemäss EKZ-Messung)... 29 Abbildung 6 Verhältnis zwischen Verbrauch/Nachweis beim Qh (1 = Übereinstimmung)... 31 Abbildung 7: Vergleich zwischen Qh Nachweis und Qh mit effektiven Aussentemperaturen. Die gemessenen Qh-Werte (EKZ-Daten) entsprechen 100%... 33 Abbildung 8: Vergleich zwischen Standardnutzungswerten (100%) und aktuellen Messwerten gemäss Tabelle 10... 35 Abbildung 9 Vergleich zwischen Qh Verbrauch (100%), mit Qh Nachweis mit Standardwerten und Qh mit realer Raumtemperatur korrigiert... 36 Abbildung 10 Vergleich zwischen Qh Verbrauch (100%), mit Qh Nachweis mit Standardwerten und Qh mit realer Personenfläche korrigiert... 37 Abbildung 11 Vergleich zwischen Qh Verbrauch (100%), mit Qh Nachweis mit Standardwerten und Qh mit reale Präsenszeit korrigiert... 38 Abbildung 12 Vergleich zwischen Qh Verbrauch (100%), mit Qh Nachweis mit Standardwerten und Qh mit reale Elektroverbrauch korrigiert... 38 Abbildung 13 Vergleich zwischen Qh Verbrauch (100%), mit Qh Nachweis mit Standardwerten und Qh mit realen thermisch wirksamem Aussenluftvolumenstrom korrigiert... 39 Abbildung 14 Vergleich zwischen gemessenem Qh (100%), mit Qh Nachweis mit Standardwerten und Qh mit allen realen Nutzungswerten korrigiert und absoluter Verbrauch gemäss EKZ-Messung... 40 Abbildung 15 Vergleich Qww Nachweis nach realer Personenfläche korrigiert und Qww Nachweis nach Standardwerten (100%)... 41 Abbildung 16 Vergleich zwischen Qww Nachweis mit Standardpersonenfläche und reale Personenfläche korrigiert mit Qww Verbrauch (100%)... 42 Abbildung 17 Verhältnis zwischen Verbrauch/Nachweis beim Qh (1 = Übereinstimmung)... 45 Abbildung 18 Verhältnis zwischen gemessenem Verbrauch und berechnetem Verbrauch (im Nachweis) des Heizenergieverbrauchs Qh (1 = Übereinstimmung) im Vergleich mit Flächenanteilen der Fenster; (EBF = Energiebezugsfläche)... 47 Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 8 www.sustech.ch
Abbildung 19 Vergleich Wärmeverluste zu Wärmegewinne und resultierender Restwärmebedarf (Qh). Nachweis für die Objekte 2.1 Bubikon (hoher Fensteranteil), Hinwil (mittlerer Fensteranteil) und 4.2 Pfäffikon (tiefer Fensteranteil) für die jeweilige Messperiode pro Objekt... 48 Abbildung 20 Vergleich Qh Vertrag/Nachweis und Qh Verbrauch/Vertrag (1 = Übereinstimmung)... 49 Abbildung 21 Vergleich Qww Vertrag/Nachweis und Qww Verbrauch/Vertrag (1 = Übereinstimmung)... 50 Abbildung 22 Protokoll Nutzerverhalten in Wohnungen... 54 Abbildung 23 Begehungsprotokoll Objekt ohne Elektrozählerablesung... 55 Abbildung 24 Begehungsprotokoll Objekt mit Elektro-Zählerablesung... 56 Abbildung 25 Bezeichnung "Gewinne" und "Verluste"... 57 Abbildung 26 Lage der untersuchten Wohnung im Haus... 57 Abbildung 27 Wärmeflüsse von Wohnung zu Wohnung für den Fall einer tieferen Raumtemperatur in der untersuchten Wohnung... 57 Abbildung 28 Wärmeflüsse Wohnung zu Wohnung bei hoher Raumtemperatur... 58 Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 9 www.sustech.ch
Tabellenverzeichnis Tabelle 1 Beispiel Abweichung zwischen Verbrauch/Nachweis bei einem grösseren Objekt.... 15 Tabelle 2 Projektorganisation Verbrauchsuntersuchung... 18 Tabelle 3 Auflistung aller untersuchten Objekte... 19 Tabelle 4 Anzahl und Anteil der Messungen... 20 Tabelle 5 Hypothesen zur Abweichung zwischen den drei Beurteilungsparametern für Qh und Qww-Werte mit Vorgehensweise zum Prüfen der Hypothesen... 23 Tabelle 6, Vergleich Verbrauch/ Nachweis Qh zum Systemnachweis aus den Berechnungsunterlagen der Objekte... 25 Tabelle 7 Zustand der Gebäudetechnik... 27 Tabelle 8 Übersicht der KWL... 30 Tabelle 9 Vergleich zwischen Aussentemperaturen aus Klimadaten und gemessenen Temperaturen für die Objekt-Messperioden... 32 Tabelle 10 Über alle Objekte gemittelte Nutzungswerte im Vergleich zu Standardwerte nach SIA 380/1 2009... 34 Tabelle 11 Lüftungsverhalten der unterschiedlichen Objekte... 44 Tabelle 12 Fenstercharakteristik der Objekten... 46 Tabelle 13 Zusammenfassung Resultate der untersuchten Hypothesen beim Qh... 51 Tabelle 14 Zusammenfassung Resultate der untersuchten Hypothesen beim Qww... 52 Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 10 www.sustech.ch
Begriffe und Abkürzungen AWEL EBF EFH EKZ H MFH Minergie Nachweis Qh Qi Qs QT QTw Qv Qww Verbrauch Vertrag WW Amt für Abfall, Wasser Energie und Luft des Kantons Zürich Energiebezugsfläche Einfamilienhaus (auch REFH oder DEFH) Elektrizitätswerke des Kantons Zürich Heizung Mehrfamilienhaus Schweizerisches Qualitätslabel für Gebäude mit hohem Raumkomfort und tiefem Energieverbrauch Energieverbrauch Heizung oder Warmwasser (Qh bzw. Qww) berechnet resp. ermittelt aus der SIA 380/1 Berechnung Heizenergiebedarf Nutzenergie in kwh/m 2 EBF Interner Wärmegewinn (Personen, Elektrogeräte, etc.) Solarer Wärmegewinn (Fenster) Transmissionswärmeverlust Transmissionswärmeverlust über die Fenster Lüftungswärmeverlust Warmwasserenergiebedarf Nutzenergie kwh/m 2 EBF Nutz-Energieverbrauch vom EKZ gemessen Energiemenge Heizung oder Warmwasser (Qh bzw. Qww) vom EKZ bestellt im Contracting-Vertrag Warmwasser Verhältnis Vertrag / Nachweis Verhältnis Verbrauch / Nachweis Verhältnis zwischen Energiemenge aus dem EKZ-Contracting Vertrag und dem berechneten Energiebedarf aus der Planung. Werte > 1: Es wurde mehr Energie von der EKZ im Contracting Vertrag bestellt als in der Planung an Bedarf berechnet Werte = 1: Es wurde genauso viel Energie von der EKZ im Contracting Vertrag bestellt wie in der Planung an Bedarf berechnet Werte < 1: Es wurde weniger Energie von der EKZ im Contracting Vertrag bestellt als in der Planung an Bedarf berechnet Verhältnis zwischen Energiemenge effektiv verbraucht gemäss Messungen EKZ und dem berechneten Energiebedarf aus der Planung. Werte > 1: Es wurde mehr Energie effektiv verbraucht gemäss Messungen EKZ als in der Planung an Bedarf berechnet Werte = 1: Es wurde genauso viel effektiv verbraucht gemäss Messungen EKZ wie in der Planung an Bedarf berechnet Werte < 1: Es wurde weniger Energie effektiv verbraucht gemäss Messungen EKZ als in der Planung an Bedarf berechnet Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 11 www.sustech.ch
Verhältnis Verbrauch / Vertrag Verhältnis zwischen Energiemenge effektiv verbraucht gemäss Messungen EKZ und von der EKZ im Contracting Vertrag bestellt Werte > 1: Es wurde mehr Energie effektiv verbraucht gemäss Messungen EKZ als von der EKZ im Contracting Vertrag bestellt Werte = 1: Es wurde genauso viel Energie effektiv verbraucht gemäss Messungen EKZ wie von der EKZ im Contracting Vertrag bestellt Werte < 1: Es wurde weniger Energie effektiv verbraucht gemäss Messungen EKZ als von der EKZ im Contracting Vertrag bestellt Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 12 www.sustech.ch
1 Einführung 1.1 Ausgangslage Im Rahmen des Energienachweises wird mittels der SIA 380/1-Berechnung der Wärmebedarf für Heizung und Warmwasser von Gebäuden rechnerisch ermittelt. Verschiedene Untersuchungen und Messungen deuten darauf hin, dass die effektiven Verbrauchsdaten von Neubauten im realen Betrieb zum Teil massiv von den berechneten Werten abweichen. So wurde im Rahmen einer Vorstudie anhand einer Auswertung von gemessenen Verbrauchsdaten von EKZ-Contracting-Anlagen festgestellt, dass der effektive Heizwärmeverbrauch bei vielen Gebäuden die geplanten Werte um 100% und mehr übersteigt. Auf der anderen Seite hat sich gezeigt, dass die verwendeten Standardwerte für den Warmwasser-Wärmebedarf im Mittel um 40-50% zu hoch angesetzt sind. Einige Gründe für die Abweichungen zwischen Planung und Realität, wie zum Beispiel höhere Raumtemperaturen oder geringere Belegungsdichten von Wohnbauten im effektiven Betrieb, sind intuitiv einleuchtend, erklären die Abweichungen aber nur teilweise. Die Diskrepanz im Wärmebedarf zwischen Planung und Realität ist aus verschiedenen Gründen unbefriedigend. Einerseits fragen sich die Bauherren zu Recht, wieso ihre Gebäude die prognostizierten Verbrauchszahlen überschreiten, anderseits werden durch die ungenauen Berechnungsresultate unter Umständen falsche Optimierungsanreize in der Planung gesetzt. Zudem sind die Effizienz- und Verbrauchsziele in der Energieplanung durch am Ziel vorbeischiessende energetische Vorschriften gefährdet, wenn flächendeckend von falschen Verbrauchsprognosen ausgegangen wird. Es fehlen neuere Untersuchungen, welche die Ursachen der Abweichungen beleuchten und die einzelnen Einflussfaktoren quantifizieren. 1.2 Auftrag und Ziel Zu erbringen sind: 1. Ermittlung und Quantifizierung der Ursachen für Abweichungen zwischen geplantem Wärmebedarf und effektivem Verbrauch für Heizung und Warmwasser bei Neubauten (Wohnnutzungen und Verwaltungsbauten) 2. Ableiten von Empfehlungen zur Anpassung der Berechnungsverfahren 1.3 Vorstudie 1.3.1 Beschrieb Eine Vorstudie wurde vom Auftraggeber zur Verfügung gestellt. Diese zeigt die Abweichungen zwischen drei verschiedenen Energiewerten. Zwei der Werte sind vom Energieplaner berechnet und der dritte entspricht dem effektiv durch die EKZ gemessenen Energieverbrauch. In diesem Bericht werden die drei Parameter folgendermassen bezeichnet: 1. Verbrauch effektiver Energieverbrauch gemessen durch die EKZ 2. Vertrag durch Energieplaner bestellte Energiemenge im Vertrag mit den EKZ für das Contracting 3. Nachweis durch Energieplaner berechneter Energiebedarf gemäss Systemnachweis SIA 380/1 und Minergie Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 13 www.sustech.ch
Wichtig ist, sich den folgenden Zusammenhang zwischen Endenergie (E; messbar) und den Nutzenergien für Heizung (Qh) und Warmwasser (Qww) zu vergegenwärtigen. Die Grössen ηh und ηww bezeichnen den Wirkungsgrad der entsprechenden Anlagen. In diesem Bericht werden berechnete Qh-Werte mit gemessenen Qh-Werten verglichen. Im Normalfall werden Endenergie-Werte (E) gemessen. Die EKZ hingegen messen bei allen ihren Anlagen die Nutzenergie (Qh). Somit kann ein direkter Vergleich zwischen gemessenen und berechneten Werten gemacht werden. Im Rahmen einer Vorstudie hat die Abteilung Energie des AWEL einzelne Objekte ausgewählt und die drei verschiedenen Verbrauchsdaten miteinander verglichen. Dazu wurden sowohl beim Qh wie auch beim Qww Verhältnisse gebildet, um die Abweichungen sichtbar zu machen. Die Verhältnisse wurden wie folgt gebildet: 1. Vertrag/Nachweis das Verhältnis zwischen dem bestellten und dem vom Energieplaner berechneten Energieverbrauch. Ein Wert > 1 bedeutet demnach, es wurde ein höherer Energieverbrauch beim Vertrag gemeldet als gemäss dem Systemnachweis berechnet wurde. 2. Verbrauch/Nachweis das Verhältnis zwischen dem effektiv gemessenen Verbrauch (EKZ Messungen) und dem nach dem Systemnachweis SIA 380/1 in der Planungsphase berechneten Energieverbrauch. Ein Wert >1 bedeutet, dass der effektive Energieverbrauch höher war als der geplante/berechnete Energieverbrauch. 3. Verbrauch/Vertrag das Verhältnis zwischen dem effektiv gemessenen Energieverbrauch und dem bestellten Energieverbrauch; d.h. vertraglich mit den EKZ festgelegten Energieverbrauch. 1.3.2 Plausibilisierung Die Daten aus der Vorstudie AWEL bilden eine gute Basis für diese Studie. Bei einzelnen Objekten wurde von den EKZ der Qh und Qww zusammen gemessen. Diese wurden in der Vorstudie nicht unterschieden. Stattdessen wurden diese Objekte beim Qh deklariert, was zu einer Verfälschung der Vergleichswerte geführt hat. Bei anderen Objekten hingegen wurde der Qww von den EKZ nicht gemessen, da die Warmwasseraufbereitung nicht Bestandteil des Contractings war. Häufig war dies der Fall, wenn das Wasser dezentral pro Wohneinheit erzeugt wurde. Bei genauerem Hinschauen wurde bei einzelnen Objekten mit sehr grossen Abweichungen teilweise festgestellt, dass die Abweichung vermutlich objektspezifische Gründe hat, die nicht über alle Objekte verallgemeinert werden können. Ein Beispiel dafür ist ein Objekt, bestehend aus fünf grossen Mehrfamilienhäusern. Die Abweichungen zwischen Verbrauch und Nachweis sind für diese Gebäude in Tabelle 1 aufgezeigt: Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 14 www.sustech.ch
Tabelle 1 Beispiel Abweichung zwischen Verbrauch/Nachweis bei einem grösseren Objekt. Gebäude Energiebezugsfläche Verhältnis Verbrauch/Nachweis 2 1482 3 4 2964 1.71 6 2964 1.71 8 2964 1.79 10 2964 1.79 Es ist ziemlich wahrscheinlich, dass beim Gebäude 2 irgendein Fehler in der Berechnung oder Messung passiert ist, der die Abweichungen gegenüber den anderen Gebäuden nicht erklären kann. Bei der Auswertung der auch in der Hauptstudie untersuchten Objekte wurde zudem ein Fehler beim Objekt 4.1 Männedorf (siehe Tabelle 3) festgestellt. Die berechneten Qh-/Qww-Werte werden aus der Berechnung pro m 2 EBF über ein ganzes Jahr normiert und ermittelt. Um diesen Wert mit dem effektiven Verbrauch pro Jahr vergleichen zu können, wurden die berechneten Qh-/Qww-Werte mit der gesamten EBF multipliziert. Beim Objekt 4.1 Männedorf, das aus mehreren Reiheneinfamilienhäusern besteht, wurden jedoch die Qh-Werte mit der EBF von nur einzelnen Häusern und nicht allen aus der Überbauung multipliziert. Dies ergab eine viel höhere Abweichung beim Vergleich zum Qh Nachweis. Auch beim Objekt 3.1 Bonstetten (Tabelle 3) wurde festgestellt, dass das Warmwasser teilweise mittels Solaranlagen erzeugt wird. Die Restwärme wird über die Heizung bereitgestellt. Allerdings wird nur die gesamte Nutzenergie Qh+Qww von den EKZ gemessen und ermittelt. Die gesamte Nutzenergie wurde beim Qh eingesetzt. Folglich war die Übereinstimmung von Verbrauch, Nachweis und Vertrag sehr gut (siehe Abbildung 3). An diesem Beispiel wird nochmals deutlich, dass eine Betrachtung des Gesamtenergieverbrauchs Qh+Qww zusammen eine verzerrte Aussage macht. Der höhere Verbrauch Qh wird durch den tieferen Verbrauch Qww kompensiert. Aus obigen Gründen ist es wichtig Vergleichswerte, die eine sehr hohe Abweichung oder eine sehr gute Übereinstimmung haben, kritisch zu hinterfragen. Jedoch können die festgestellten Trends bei den Abweichungen im allgemeinen Sinn als richtig erklärt werden. Ebenfalls müssen Objekte, die näher untersucht werden sollen, zuerst kurz kontrolliert werden. 1.3.3 Erkenntnisse Wie bereits in den obigen Abschnitten festgehalten, gibt es Abweichungen zwischen berechneten und gemessenen Energieverbräuchen. Diese sind in der Abbildung 1 für Qh dargestellt. Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 15 www.sustech.ch
4.00 3.50 3.00 Vertrag/Nachweis Qh Verbrauch/Nachweis Qh Verbrauch/Vertrag Qh Verhältnis 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Energiebezugsfläche [m2] Abbildung 1 Verhältnis der Energieverbräuche Heizwärme (ohne Warmwasser) für die Objekte nach EBF sortiert (1 = Übereinstimmung). Es handelt sich um Minergie sowie um Nicht-Minergie Gebäude Auffallend sind zuerst die Datenpunkte beim Verhältnis Vertrag/Nachweis (blaue Punkte). Das stellt ein Vergleich zwischen zwei berechneten Werten dar. Dies könnte wie folgt interpretiert werden: Die Planer rechnen mit einem höheren Verbrauchswert und bestellen von Anfang an mehr Energie. Wenn Planer mit einem verbreiteten Sicherheitszuschlag rechnen würden, wären die Verhältnisse nicht so heterogen. Nicht sofort nachvollziehbar sind Abweichungen grösser als 50%, denn dies würde bedeuten, dass die Planer eine um mehr als 50% grosse Abweichung zwischen ihrem bestellten Energieverbrauch und dem nach Systemnachweis 380/1 berechneten Energieverbrauch erwarten. Viele der Datenpunkte liegen jedoch in diesem Bereich zwischen 1.5 und 2.0 Verhältnis Vertrag/Nachweis. Bei den Datenpunkten Verbrauch/Nachweis (rote Punkte) ist ein deutlicher Trend erkennbar: die effektiven Energieverbräuche Qh sind klar höher als aus der SIA 380/1 berechnete Qh. Nur Vereinzelte liegen unter 1.0. Das heisst es wird klar mehr Energie verbraucht als im Nachweis errechnet wurde. Das Verhältnis Verbrauch/Vertrag (grüne Punkte) zeigt im Vergleich zu den anderen Verhältnissen eine relativ gute Übereinstimmung, da die meisten Punkte zwischen 0.50 und 2.0 liegen. Gleichwohl sind diese Werte für einen Contractor mit einer grossen Unsicherheit verbunden: Der effektive Verbrauch liegt trotzdem noch um die Hälfte bis das Doppelte neben der bestellten Menge. In der Abbildung 2 sind die Verhältnisse für Qww dargestellt. Hier sind nur teilweise dieselben Objekte wie beim Qh aufgeführt, da die EKZ je nach Vertrag nicht alle Objekte mit Heizwärme und Warmwasser versorgen. Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 16 www.sustech.ch
2.00 1.80 1.60 Vertrag/Nachweis Qww Verbrauch/Nachweis Qww Verbrauch/Vertrag Qww 1.40 Verhältnis 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Energiebezugsfläche [m2] Abbildung 2 Verhältnisse der Energieverbräuche für Warmwasser (Qww) für die Objekte nach EBF sortiert (1 = Übereinstimmung Energieverbrauch) Beim Qww sind die Trends eindeutiger als beim Qh. Die Planer übernehmen grösstenteils die Standardwerte SIA 380/1 für das Qww, wie die Konzentration der Punkte für Vertrag/Nachweis (blau) im Bereich von 1.0 zeigt. Einige Planer bestellen aber bis zur 1.6-fachen Energiemenge für Warmwasser. Nur wenige Planer bestellen weniger als die Standardwerte SIA 380/1 für das Qww. Die Verhältnisse Verbrauch/Nachweis (rot) und Verbrauch/Vertrag (grün) liegen allgemein unter 1.0. Das bedeutet, dass der Qww nach Standardwerten SIA 380/1 festgelegt, höher ist als der effektive Qww. Der Mittelwert bewegt sich etwa um 0.6, also wird in der Regel etwa 40% weniger Energie für Warmwasser effektiv verbraucht als nach Standardwert SIA 380/1 angenommen wird. Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 17 www.sustech.ch
2 Vorgehen zur Identifikation von möglichen Ursachen 2.1 Projektorganisation Der Schwerpunkt des Projekts wurde auf Vergleiche mit aktuellen Messungen in den erfassten Objekten gesetzt. In den kalten Wochen zwischen Januar und anfangs März 2015 wurden in ausgewählten Objekten wochenweise mittels Datenloggern Messdaten aufgezeichnet und Benutzerbefragungen durchgeführt. Durch die erhobenen Daten konnten diverse Hypothesen zu den Abweichungen zwischen berechneten und gemessenen Qh und Qww-Werten geprüft werden. In Tabelle 2 ist das Vorgehen beschrieben. Tabelle 2 Projektorganisation Verbrauchsuntersuchung Nr. Aufgabe Beschrieb 1. Vorbereitungsarbeiten Hypothesen aufstellen Objektauswahl Vorbereitungen Besuche Beschaffung von Planungsdaten 2. Analyse Berechnungen Resultate aus der Vorstudie analysieren Berechnungen aus Planung nach Fehlern überprüfen 3. Analyse am Objekt Überprüfung der effektiv am Objekt umgesetzten Daten (Baumaterialien, Haustechnik, Steuerung, Einstellungen). Energieverbrauch und zeitgleiche Einflüsse (Nutzerverhalten, Wetter, Funktion Haustechnik) über eine Woche messen Durch Analyse Schlüsse ziehen zur Diskrepanz zwischen berechneten und gemessenen Energieverbräuchen. 4. Bericht Schlussbericht verfassen 5. Besprechungen Teilnahme an 3 Besprechungen mit Auftraggeber 2.2 Messungen 2.2.1 Auswahl Messobjekte Um gewisse Schwierigkeiten von vorneherein ausschalten zu können, wurden bei der Auswahl der Objekte folgende Kriterien gesetzt: Objekte, die älter als 3 Jahre sind damit die Bauaustrocknung als abgeschlossen betrachtet werden kann (Hypothese 11, Tabelle 5 entfällt) Minergie Gebäude gute Unterlagen sind vorhanden. Minergie Gebäude zeigten in der Vorstudie zudem die grössten Abweichungen Unterschiedliche Gebäude so weit als möglich (REFH, MFH, Terrassenhäuser etc.) damit die Hypothesen auf einer breiten Anzahl Gebäude abgestützt sind Kleine Objekte mit einer EBF zwischen 1000 und 3000 m2 um den Messaufwand in Grenzen zu halten, durften die Objekte nicht zu gross sein Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 18 www.sustech.ch
Gebäude möglichst in der Nähe von Uster damit der Anfahrtsweg möglichst kurz ist (konnte nur bei den ersten zwei Objekten berücksichtigt werden) Bei den ersten Objekten konnten die oben genannten Punkte eingehalten werden. Bei den letzten zwei Objekten kam erschwerend hinzu, dass es sich um Nicht-Minergie Bauten handeln sollte. Die Beschaffung dieser Unterlagen erwies sich als sehr aufwändig. Zudem hatten viele der Nicht-Minergie Objekte sehr grosse EBF und mussten darum ausgeschlossen werden. Der Aufwand für eine Begehung wäre zu aufwändig gewesen. Somit kamen nur noch wenige Objekte infrage. Tabelle 3 Auflistung aller untersuchten Objekte Objekt Anzahl Gebäude Minergie EBF Total [m 2 ] Energiekennzahl Nachweis [kwh/m 2 *a] Baujahr (Inbetriebnahme EKZ) Vertrag/ Nachweis Qh Verbrauch/ Nachweis Qh Verbrauch/ Vertrag Qh Vertrag/ Nachweis Qww Verbrauch/ Nachweis Qww Verbrauch/ Vertrag Qww 1.1 Effretikon 2 MFH Ja 2876 35.7 2010 1.6 2.4 1.5 1.0 0.4 0.4 2.1 Bubikon 2 MFH Ja 1042 39.3 2010 1.0 2.4 2.4 1 0.6 0.6 2.2 Affoltern a. A. 2 MFH Ja 1267 36.2 2011 1.0 1.6 1.7 1.2 0.6 0.5 3.1 Bonstetten 1 REFH Ja 1299 36.6 2009 1.0 1.1 1.0 Solaranlage 3.2 Hinwil 2 MFH Ja 1019 41.1 2010 1.2 1.9 1.6 1.4 0.5 0.4 4.1 Männedorf 6 REFH Nein 2761 (1435) 49.5 2000 1.4 (2.7) 0.9 (1.7) 0.6 (0.6) Elektroboiler 4.2 Pfäffikon 2 MFH Nein 2399 39.7 2007 1.0 1.0 1.1 Elektroboiler Bei den Objekten Bonstetten, Männedorf und Pfäffikon gibt es keine separate Qww Messung. In Männedorf und Pfäffikon wird das Warmwasser über dezentrale Elektroboiler erwärmt und in Bonstetten je nach Haus über eine Solaranlage mit Elektroeinsatz oder über die Heizung. Beim Objekt in Männedorf wurde mit Hilfe der EKZ-Unterlagen festgestellt, dass die EBF rund doppelt so gross war wie aus der Vorstudie zu entnehmen war. Das hat die verschiedenen Verhältnisse zum Qh Nachweis beeinflusst, da der Wert vom Qh Nachweis über die ganze Überbauung dann höher wäre. Weil die Begehung schon vorbereitet war und keine anderen Objekte zu Auswahl standen, wurde diese trotzdem durchgeführt. In Tabelle 4 sind die korrigierten Werte aufgeführt und die ursprünglichen Werte in Klammern ersichtlich. Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 19 www.sustech.ch
Tabelle 4 Anzahl und Anteil der Messungen Objekt Anzahl Häuser Minergie Anzahl Wohneinheiten Anzahl gemessener Wohnungen Anteil gemessener Wohnungen 1.1 Effretikon 2 MFH Ja 21 13 62 % 2.1 Bubikon 2 MFH Ja 6 6 100 % 2.2 Affoltern a. A. 2 MFH Ja 7 7 100 % 3.1 Bonstetten 1 REFH Ja 5 3 60 % 3.2 Hinwil 2 MFH Ja 6 6 100 % 4.1 Männedorf 6 REFH Nein 13 5 38 % 4.2 Pfäffikon 2 MFH Nein 12 4 33% Total 70 44 63 % Die Tabelle 4 zeigt, dass bei einigen Objekten alle Wohnungen gemessen werden konnten, dies wäre für alle Objekte das Ziel gewesen. Leider konnten wir aber nicht immer alle Bewohner gewinnen bei den Messungen mitzumachen. Die Vorstudie hat die Verhältnisse zwischen den drei untersuchten Parametern Energieverbrauch effektiv, Energieverbrauch aus Vertrag und Energieverbrauch aus der SIA 380/1 Berechnung ermittelt. Diese werden in dem Bericht als Verbrauch, Vertrag und Nachweis benannt. Die Verhältnisse wurden für Qh und Qww separat berechnet. Die drei Verhältnisse für die ausgewählten Objekte sind für Qh in Abbildung 3 und Qww in Abbildung 4 aufgezeigt. 2.2.2 Begehungen In diesem Kapitel wird kurz beschrieben, wie nach der Auswahl eines Objekts weiter vorgegangen wurde. 1. Verwaltung, Hauswartung und EKZ über die geplante Begehung informieren und bei Bedarf Adressen der Bewohner einholen 2. Bewohner informieren und einen Termin vereinbaren 3. Unterlagen für die Begehung vorbereiten (Pläne thermische Gebäudehülle, Heizungspläne, Lüftungspläne, Begehungsprotokolle, usw.) 4. Begehung der Objekte (Zähler* ablesen, Temperatur Logger platzieren, Protokolle den Bewohnern in einem kurzen Gespräch erklären, Gebäudetechnik prüfen) 5. Bei den Objekten Effretikon, Bubikon und Pfäffikon Begehung in der Nacht mit Wärmebildkamera 6. Rückholen der Temperatur Logger und Protokolle, Ablesen der Zähler* *Je nach Objekt Elektrozähler, Wärmezähler und Warmwasserzähler Im Anhang 1 befinden sich die neusten Versionen der jeweiligen Protokolle, diese wurden im Verlauf des Projekts immer weiter optimiert. Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 20 www.sustech.ch
2.3 Werte der detailliert untersuchten Objekte 3 2.5 Verhältnis 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Q h +Q w 2 1.5 1 0.5 0 Verbrauch absolut gem. EKZ [kwh/m2] Vertrag/Nachweis Qh Verbrauch/Vertrag Qh Verbrauch/ Nachweis Qh Qh Verbrauch absolut Abbildung 3 Verhältnis verschiedener Heizenergie-Verbrauchszahlen (Qh) für die untersuchten Objekte (1 = Übereinstimmung) und absoluter Verbrauch gemäss EKZ-Messung Auffallend ist zuerst die relativ gute Übereinstimmung beim Objekt Bonstetten. Deshalb wurde auch dieses Objekt für die genauere Untersuchung gewählt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass diese Übereinstimmung darauf zurückzuführen ist, dass Qh und Qww von den EKZ nicht separat erfasst werden und einzelne EFH in der Überbauung eine solarthermische Anlage haben, die nicht in die Berechnungen eingeflossen ist. Das heisst, dass beim Objekt Bonstetten der Wert in Abbildung 3 Qh sowie Qww beinhaltet. Werden die anderen Objekte betrachtet, wird klar, dass der Verbrauch Qh viel höher ist als Qh in Nachweis und Vertrag. In Abbildung 4 ist das Umgekehrte der Fall. Vermutlich kompensiert beim Objekt Bonstetten der tiefere Qww den höheren Qh. Ebenfalls wird der Beitrag der thermischen Solaranlage im Verbrauch von der EKZ nicht erfasst. Konkret heisst das, dass die Daten vom Objekt Bonstetten beim Vergleich zwischen den drei Parametern Verbrauch, Vertrag und Nachweis nicht aussagekräftig sind. Allerdings sind die Messdaten wertvoll um ein Bild von typischen Nutzungsparametern in Einfamilienhäusern zu erfassen, was ausführlich im Abschnitt 3.5 aufgezeigt wird. Erstaunlich ist, dass der absolute Qh-Verbrauch grundsätzlich höher ist bei den Minergie Gebäuden als bei den Nicht-Minergie Gebäuden. Nur das Objekt Effretikon hat einen tiefen Verbrauch. Es ist jedoch möglich, dass dies einen Zusammenhang mit dem vor Ort gefundenen Zusatzgebäude hat, das auch an die Heizung angeschlossen ist und dessen Verbrauch schwer abzukoppeln war. Grundsätzlich korreliert ein hoher absoluter Verbrauch mit einer hohen Abweichung zwischen Verbrauch/Nachweis und Verbrauch/Vertrag. Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 21 www.sustech.ch
Nur beim Objekt Männedorf ist das Verhältnis Verbrauch/Nachweis < 1, jedoch weicht der Wert nicht so stark ab wie bei den anderen Gebäuden. Ebenfalls beim Objekt Pfäffikon ist das Verhältnis Verbrauch/Nachweis nahezu übereinstimmend. Bemerkenswert ist, dass beide (Objekt Männedorf und Objekt Bonstetten) Nicht-Minergie Gebäude sind. Es ist möglich, dass die grössere relative Abweichung bei den Minergie-Objekten auf den höheren Absolut-Verbrauch zurückzuführen ist. Bei den anderen Objekten ist der Verbrauch höher als die Berechnung. Der Vergleich Verbrauch/Vertrag ist abhängig von der beim Vertrag getroffenen Annahme. Diese Abweichung wird ausführlicher in Abschnitt 3.9 untersucht. In der Abbildung 4 sind die Abweichungen zwischen den drei Parametern beim Qww aufgezeigt. Verhältnis 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Qww mit Qh Elektroboiler dezentral 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 Verbrauch absolut gem. EKZ [kwh/m2] Vertrag/Nachweis Qww Verbrauch/Vertrag Qww Verbrauch/Nachweis Qww Qww Verbrauch absolut Abbildung 4 Verhältnis zwischen den drei Beurteilungsparameter beim Qww (1 = Übereinstimmung) und absoluter Verbrauch gemäss EKZ-Messung Bei den Objekten Männedorf und Pfäffikon wird das Warmwasser dezentral mit Elektroboilern aufbereitet und deswegen haben die EKZ keine Daten dazu. Warum beim Objekt Bonstetten kein Qww angegeben wird, wurde oben bereits erläutert. Die aufgeführten Objekte folgen dem Trend aus der Vorstudie; dieser wurde im Abschnitt 1.3.3 erläutert. Hier kann keine Korrelation zwischen dem absoluten Qww-Verbrauch und dem relativen Verbrauch festgestellt werden. Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 22 www.sustech.ch
2.4 Hypothesen Es wurden verschiedene Hypothesen sowohl aus dem Projektbeschrieb des Auftraggebers als auch aus der Erfahrung des Planungsbüros hässig sustech zusammengestellt. Diese sind in Tabelle 5 aufgeführt und kurz beschrieben. Tabelle 5 Hypothesen zur Abweichung zwischen den drei Beurteilungsparametern für Qh und Qww-Werte mit Vorgehensweise zum Prüfen der Hypothesen Nr. Hypothesen zu Fragen: a) Warum ist der Qh höher als erwartet? b) Warum ist der QWW tiefer als erwartet? 1. Berechnungsfehler bei der Planung 2. Abweichung zwischen Planung und Ausführung Gebäudehülle (Fenster, U-Werte, Pläne, thermische Gebäudehülle Lückenlos) Frage(n) a a Wie prüfen? Vorgehen Berechnungen grob kontrollieren Begehung mit Fotos, Ausführungsunterlagen studieren (falls vorhanden), mit Geplantem vergleichen 3. Abweichung zwischen Planung und Ausführung Haustechnikanlagen Begleitheizung/Zirkulation Legionellenschaltung VL Temp. (H und WW) Luftmengen Lüftung Dämmung Leitungen 4. Abweichung zu Klimawerten gemäss SIA MB 2028 a, b Daten EKZ (Heizung), Begehung (Lüftung) a Ablesungen Aussentemperatur beim Gebäude 5. Abweichung zu Standardnutzungswerten gemäss SIA 380/1 Raumtemperatur ist höher Personenbelegung ist geringer a (a), b Messungen Raumtemperatur Protokolle von Nutzer ausgefüllt Präsenszeit ist höher a, (b) Protokolle von Nutzer ausgefüllt Elektroverbrauch ist höher Thermisch wirksamer Aussenluftvolumenstrom 6. Beschattungsverhalten der Bewohner reduzieren Wärmegewinne a a a Ablesung Elektrozähler Einstellung Lüftungsgerät, Protokolle von Nutzer ausgefüllt Protokolle von Nutzer ausgefüllt, Messungen Raumtemperatur, Thermografie Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 23 www.sustech.ch
7. Auch bei mechanisch gelüfteten Bauten werden Fenster geöffnet 8. Gebäude mit sehr hohem Glasanteil haben eine grössere Abweichung a a Begehungen, Planungsunterlagen, Protokoll von Nutzer ausgefüllt, Verbrauchsdaten, Thermografie Glasanteil durch Pläne und Begehungen überprüft 9. Planer rechnen mit Sicherheitszuschlägen Qh: wegen höheren geplanten Innentemperaturen a Bestätigung der höheren Innentemperaturen durch Messungen Qww: Planer rechnen mit keinen Zuschlägen, weil der WW- Verbrauch je nach Nutzer sehr unterschiedlich sein kann b Objekte mit Zuschlägen haben offensichtliche Gründe dafür (bei der Begehung ersichtlich geworden). 10. Eine Berechnung mit dem SIA TecTool ergibt eine bessere Übereinstimmung 11. Höherer Verbrauch Heizung in ersten 1-2 Jahren wegen Bauaustrocknung a a Berechnung mit SIA TecTool bei den Objekten durchführen. (Konnte nur bei einem Objekt erfolgen) Nur Gebäude, die älter als 2 Jahre sind, wurden untersucht 3 Resultate 3.1 Hypothese 1 Berechnungsfehler bei der Planung 3.1.1 Vorgehen Für die gemessenen Minergie bzw. Nicht-Minergie-Gebäude wurden die abgegebenen Berechnungen von der Minergie Zertifizierungsstelle resp. von der zuständigen Behörde verlangt und überprüft. Im Detail wurden sie nicht beurteilt. Folgende Punkte wurden überprüft: 1. Sind die Berechnungen nach Systemnachweis in Ordnung? 2. Wenn die Berechnungen Fehler aufzeigen, reduziert oder erhöht sich dann der Qh? 3. Wird die Hypothese bestätigt, dass bei Objekten, bei denen sich nach der Überprüfung der Qh erhöhen würde, das Verhältnis Verbrauch/Nachweis grösser als eins ist? Bspw. beim Objekt Effretikon mit einem Verbrauch/ Nachweis Qh von 2.4 sollten um die Hypothese zu bestätigen massive Fehler im Systemnachweis zu finden sein, die zu einem reduzierten Qh führen. Beim Warmwasser war dieses Verfahren nicht anwendbar. Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 24 www.sustech.ch
3.1.2 Resultat Die Tabelle 6 zeigt eine Übersicht aller untersuchten Objekte mit den Resultaten. Tabelle 6, Vergleich Verbrauch/ Nachweis Qh zum Systemnachweis aus den Berechnungsunterlagen der Objekte Objekt Minergie Verbrauch/Nachweis Qh Systemnachweis Erwarteter Qh Hypothese bestätig 1.1 Effretikon Ja 2.4 Ok 1 Nein 2.1 Bubikon Ja 2.4 Ok 1 Nein 2.2 Affoltern a. A. Ja 1.6 Ok 1 Nein 3.1 Bonstetten Ja 1.1 Ok 1 Nein 3.2 Hinwil Ja 1.9 Ok 1 Nein 4.1 Männedorf Nein 0.9 Qh zu tief >1 Nein 4.2 Pfäffikon Nein 1.0 Ok 1 Nein Es zeigt sich, dass bei allen Objekten ausser Männedorf der Qh im Systemnachweis in Ordnung war. Oft gab es Fehler im Systemnacheis, diese kompensierten sich aber bis auf das Objekt in Männedorf immer von selbst. Der Fehler im Systemnachweis würde bei Männedorf bei der Behebung vermutlich zu einem markant höheren Qh führen. Erstaunlicherweise ist Männedorf das einzige Objekt, bei dem das Verbrauch/Nachweis-Verhältnis unter 1 ist. Es müsste also genau das Gegenteil der Fall sein. Zum Systemnachweis von Männedorf ist zu sagen, dass dieser nach SIA 380/1 1988 berechnet wurde und darum nicht bei allen Punkten genau auf seine Korrektheit überprüft werden konnte. Vielleicht war diese Abweichung dem Planer jedoch bewusst, da eine grössere Energiemenge von den EKZ bestellt wurde als aus dem Nachweis ermittelt (Verhältnis Vertrag/Nachweis = 1.4). 3.1.3 Fazit Die Hypothese konnte nicht bestätigt werden, im Gegenteil, es war genau das umgekehrte der Fall. Bei allen Objekten, bei denen Berechnungsfehler zu erwarten waren, fanden sich keine Fehler. Bei Männedorf wurden Fehler im Systemnachweis gefunden, jedoch in die falsche Richtung, der Qh hätte nach der Korrektur tiefer werden sollen und nicht höher. Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 25 www.sustech.ch
3.2 Hypothese 2 Abweichung zwischen Planung und Ausführung Gebäudehülle 3.2.1 Vorgehen Bei der Begehung konnte die Ausführung der Gebäudehülle grob kontrolliert werden. Es wurden vor allem drei Aspekte überprüft: 1. Thermische Gebäudehülle -> entspricht die vorgefundene IST-Situation der Planung 2. Fenster -> Typ und Fläche entsprechend der Planung 3. Beheiztes Volumen -> nicht wesentlich grösser/kleiner wie geplant Bei der Begehung wurden diese drei Aspekte betrachtet, dokumentiert und fotografiert. Anhand der Dokumentation und Fotos konnten Abweichungen identifiziert werden. Diese Abweichungen wurden dann einzeln, auf ihren möglichen Einfluss auf den Qh beurteilt. Beim Warmwasser war dieses Verfahren nicht anwendbar. 3.2.2 Resultat Hier ist es sehr schwierig die Ausführung zu kontrollieren. Weder Dämmungen, noch Fenster, noch Wärmbrücken konnten genau überprüft werden, da wichtige Bauteile nicht mehr sichtbar waren. Alles, was kontrolliert werden konnte, wurde auch kontrolliert, dabei wurden keine massgebenden Abweichungen festgestellt. 3.2.3 Fazit Weil die Bauteile nicht mehr sichtbar sind, kann im Rahmen dieser Studie nicht ausgeschlossen werden, dass unsichtbare Abweichungen zwischen Planung und Ausführung vorhanden sind, die die Abweichung zwischen Qh Verbrauch/Nachweis erklären könnten. Sicher ist, dass die Abweichung vom Verbrauch/Nachweis Qh Verhältnis nicht auf die wenigen festgestellten Abweichungen zwischen Planung und Ausführung zurückzuführen sind. 3.3 Hypothese 3 Abweichung zwischen Planung und Ausführung Haustechnikanlagen 3.3.1 Vorgehen Die Haustechnikanlagen wurden im Rahmen der Begehungen und im Austausch mit den EKZ beurteilt. Folgende Punkte wurden überprüft und beurteilt: 1. Bei der Haustechnik und den sichtbaren Wärmedämmungen an den Leitungen wurde bei der Begehung eine Sichtprüfung gemacht und wo möglich die Einstellungen überprüft. 2. Um zu überprüfen wie gut sich die Heizung bzw. die Temperatur in den Wohnungen und einzelnen Zimmern regulieren lässt, wurden die Bewohner während der Begehung danach befragt. 3. Die genauen Einstellungen der Heizung stellten uns die EKZ zur Verfügung. 4. Befragung von Christoph Wehrli vom EKZ-Contracting. Diese Punkte wurden danach wo nötig mit den Planungswerten verglichen. Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 26 www.sustech.ch
3.3.2 Resultat 3.3.2.1 Heizung und Wärmedämmung Leitung Neben der Befragung der Bewohner, erklärte Christoph Wehrli vom EKZ-Contracting was aus seiner Sicht oft falsch gemacht wird. Die Aussagen konnten wir nicht prüfen oder mit Messdaten unterlegen. Weil die Heizgrenzen höher liegt als 20/12 C, (Bewohnerwunsch). Somit wird bereits in der Übergangszeit geheizt. Der hydraulische Abgleich der einzelnen Wohnungen wurde nicht bei allen Wohnungen durchgeführt. Die untenstehende Tabelle 7 zeigt den Zustand, die Regulierbarkeit und die Vorlauftemperatur der Heizungen. Tabelle 7 Zustand der Gebäudetechnik Objekt Minergie Installation Heizung Zustand Heizung Zustand Wärmedämmung der Leitungen Regulierbarkeit Heizung Max. Vorlauftemperatur (Systemnachweis) Eingestellte Vorlauftemperatur (EKZ Daten) 1.1 Effretikon Ja Ok Ok Ok Ok 45 C 35 C 2.1 Bubikon Ja Ok Ok Ok Ok 40 C 40 C 2.2 Affoltern a. A. Ja Ok Ok Ok Ok 1 30 C 37 C 5 3.1 Bonstetten Ja Ok Ok Ok Mangelhaft 2 40 C 38 C 3.2 Hinwil Ja Ok Ok Ok Mangelhaft 3 40 C 43 C 5 4.1 Männedorf Nein Ok Ok Ok Mangelhaft 4 42 C 44 C 5 4.2 Pfäffikon Nein Ok Ok Ok Ok 45 C 42 C Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 27 www.sustech.ch
Tabelle 7 zeigt eine Zusammenfassung der installierten Haustechnik; die Installation und der Zustand der Heizung waren bei allen Objekten einwandfrei. Nur in Männedorf zeigt die 15-jährige Wärmepumpe teilweise Altersschwächen. Bei der Regulierung der Heizung in den Wohnungen zeigten sich jedoch in mehreren Objekten Planungs- bzw. Ausführungsfehler. Diese werden hier erläutert: 1 Die Ventile waren in den ersten 9 Monaten nicht angeschlossen, danach war die Regelung in Ordnung. 2 Die Mastersteuerung, welche direkt mit der Heizung kommuniziert, ist direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Dies könnte einer der Gründe für die schlechte Regulierbarkeit der einzelnen Zimmer sein. 3 Die Zimmer lassen sich gut regulieren, der Korridor ist jedoch immer sehr warm. Dies könnte daran liegen dass die Leitungen vom Verteiler bis zu den Räumen nicht isoliert wurden. Wäre die Installation fachgerecht ausgeführt worden, müsste zumindest der Vorlauf wärmegedämmt sein, um eine Überhitzung im Korridor zu vermeiden. Direkt bei den grossen Eckfenstern im Wohnzimmer ist es während den kalten Jahreszeiten sehr kalt. Es bildet sich an den Fenstern teilweise Kondenswasser. Dies könnte daran liegen, dass die Glasqualität zu wenig gut ist (U-Wert) oder im Fensterbereich zu wenige Heizrohre verlegt wurden. Bei diesem Objekt sind die Raumthermostate direkt bei den Lichtschaltern eingebaut, dies kann zur Verfälschung der Temperatur führen, wenn zum Beispiel neben dem Raumthermostat ein Dimmer eingebaut wurde, der viel Wärme produziert. 4 Das ganze Haus wird mit einem Master Raumthermostat im Wohnzimmer und einzelnen Thermostatventilen in den Zimmern reguliert. Jedes Haus verfügt über eine eigene Verteilung mit Mischventil, diese befindet sich im Untergeschoss. Die installierte Technik ist veraltet und könnte der Hauptgrund für die schlechte Regulierbarkeit sein. 5 In Affoltern a. A., Hinwil und Männedorf ist die Vorlauftemperatur teilweise deutlich höher eingestellt als im Systemnachweis berechnet wurde, bei den Objekten Affoltern a. A. und Hinwil würde dies mit dem höheren Qh übereinstimmen. In Männedorf kann diese Hypothese jedoch nicht bestätigt werden. 3.3.2.2 Warmwasser Das Warmwasser wird hier der Vollständigkeitshalber auch betrachtet, obwohl es genau genommen nicht Gegenstand dieser Hypothese ist. Bei den gemessenen Objekten wurden (wo möglich) Qww-Werte aus Zählerablesungen und EKZ-Daten ausgewertet. Bericht Verbrauchsuntersuchungen AWEL 28 www.sustech.ch