Bauphysik-Kalender 2013 by Ernst & Sohn

Hinweis des Verlages Die Recherche zum Bauphysik-Kalender ab Jahrgang 2001 steht im Internet zur Verf gung unter www.ernst-und-sohn.de

Titelbild: Nach DGNB-Gold zertifiziertes B rogeb ude in Stuttgart Architektur/Innenarchitektur: Blocher Blocher Partners, Stuttgart

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2013 Wilhelm Ernst & Sohn, Verlag f r Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Rotherstraße 21, 10245 Berlin, Germany Alle Rechte, insbesondere die der bersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Fotokopie, Mikrofilm oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache bertragen oder bersetzt werden. All rights reserved (including this of translation into other languages). No part of this book may be reproduced in any form – by photoprint, microfilm, or any other means – nor transmitted or translated into a machine language without written permission from the publisher. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden d rfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich gesch tzte Kennzeichen handeln, wenn sie nicht eigens als solche markiert sind. Umschlaggestaltung: Sonja Frank, Berlin Herstellung: HillerMedien, Berlin Satz: Dçrr + Schiller GmbH, Stuttgart Druck: Medialis, Berlin Bindung: Stein + Lehmann, Berlin Printed in the Federal Republic of Germany. Gedruckt auf s urefreiem Papier. ISBN 978-3-433-03019-6 ISSN 01617-2205 O-book ISBN 978-3-433-60319-2

III

Vorwort Der Bauphysik-Kalender 2013 widmet sich dem Thema des Nachhaltigen Bauens sowie der Energieeffizienz von Geb uden. Ein Thema von außerordentlicher Bedeutung, da die Aspekte der Nachhaltigkeit die Richtung zukunftweisender Geb udekonzepte bestimmen. Dabei werden Zukunftsf higkeit und Ressourcenschonung insbesondere an der Energieeffizienz gemessen. Seit April 2012 gibt es das Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen f r Bundesgeb ude (BNB) f r den Neubau von B ro- und Verwaltungsgeb uden. Hierf r hatte das Bundesministerium f r Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) in Zusammenarbeit mit der Deutschen Gesellschaft f r Nachhaltiges Bauen e. V. (DGNB) und wissenschaftlich begleitet durch das Bundesinstitut f r Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) einen Kriterienkatalog zur ganzheitlichen Betrachtung und Bewertung von Nachhaltigkeitsaspekten f r Geb ude entwickelt. F r die Gesamtbewertung werden außerdem verschiedene energetische Geb udestandards herangezogen, die im Bauphysik-Kalender 2013 erl utert und verglichen werden. Die Mitgliedsl nder der Europ ischen Union m ssen weiterhin ihre Regeln an die EU-Richtlinie f r energieeffiziente Geb ude 2010 anpassen. Diese erlaubt ab 2020 nur noch Niedrigst- und Nullenergie-Neubauten und fordert energieeffiziente Sanierungen im Bestand. Deutschland wird die Energieeinsparverordnung EnEV 2009 zur voraussichtlichen EnEV 2014 novellieren. Der Referentenentwurf liegt vor und wird nach Anhçrung, Kabinettsbeschluss sowie der Annahme in Bundesrat und Bundestag schließlich in Br ssel best tigt und voraussichtlich Mitte 2013 verk ndet werden, um zum 1. Januar 2014 in Kraft zu treten. Das Instrumentarium f r Entwurf und Bemessung energetischer Konzepte unter Einbeziehung der licht- und w rmedurchl ssigen Geb udeh lle sowie der Heizungs- und Klimatechnik, Beleuchtung und stromerzeu-

genden Anlagen liefert die DIN V 18599 „Energetische Bewertung von Geb uden – Berechnung des Nutz-, End- und Prim renergiebedarfs f r Heizung, K hlung, L ftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung“, Teile 1 bis 10, in der aktuellen Fassung von Dezember 2011. Alle zehn Normteile werden aus erster Hand im Bauphysik-Kalender 2013 f r die Praxis kommentiert. Es hat sich gezeigt, dass die Erstellung von nachhaltigen und energetisch sinnvollen Konzepten f r Geb ude unter Einbeziehung aller relevanten Parameter von den an Entwurf, Planung und Ausf hrung Beteiligten ein hohes Maß an Fachkenntnis ber den aktuellen Stand aller wichtigen Bereiche verlangt. Der vorliegende Bauphysik-Kalender soll daher f r die Planung und Ausf hrung von Neubauten sowie im Bestand eine aktuelle, verl ssliche und praxisgerechte Arbeitsgrundlage schaffen. Folgende Inhalte werden vermittelt: – Kommentierung/Erl uterung aktueller Verordnungen, Vorschriften, Leitf den, Richtlinien und Normen, – Beitr ge zu aktuellen Fragestellungen und Problemen zur Nachhaltigkeit, zu alternativen bzw. erneuerbaren Energien, Energieeffizienz und energetischer Sanierung im Bestand, – Beitr ge zu gebr uchlichen und innovativen Baustoffen sowie -konstruktionen, – aktueller Stand der materialtechnischen Tabellen. Mit seinen vielf ltigen Beitr gen stellt der BauphysikKalender 2013 eine solide Arbeitsgrundlage sowie ein aktuelles Nachschlagewerk nicht nur f r die Praxis, sondern auch f r Lehre und Forschung dar. F r kritische Anmerkungen sind die Autoren, der Herausgeber und der Verlag dankbar. Der Herausgeber mçchte an dieser Stelle allen Autoren f r ihre Mitarbeit und dem Verlag f r die angenehme Zusammenarbeit herzlichst danken. Hannover, im Februar 2013 N. A. Fouad

Inhalts bersicht A

Allgemeines und Regelwerke

Nachhaltiges Bauen – Beitrag des Bauwesens zur Nachhaltigkeit Andreas Rietz, Nicolas Kerz, Tanja Brockmann, Olaf Bçttcher

Von der Energieeffizienzbewertung zur Nachhaltigkeitsbeurteilung Andreas Wagner, Thomas L tzkendorf

Lebenszyklusorientierte Planung – Grundlagen, Methoden und Fallstudien Lamia Messari-Becker

Nachhaltige Energieversorgung – das Potenzial der Windenergie Andreas Reuter, Britta Rollert

Anwendung nationaler und internationaler Nachhaltigkeitsbewertungssysteme in Deutschland 69 Carmen Schneider, Alexander Wronna, Torsten Mielecke

Materialtechnische Grundlagen

D mmstoffe im Bauwesen 93 Wolfgang M. Willems, Kai Schild

Lastabtragende W rmed mmungen aus Polystyrol-Hartschaumstoffen Nabil A. Fouad, Ehab F. Sadek

Bauphysikalische Planungs- und Nachweisverfahren

Bilanzierungsverfahren nach der neuen DIN V 18599 (DIN V 18599-1) Hans Erhorn, Kati Jagnow

Nutzenergiebedarf f r Heizen und K hlen (DIN V 18599-2) Anton Maas, Kirsten Hçttges

Nutzenergie der thermischen Luftaufbereitung – Neuausgabe der DIN V 18599-3 (2011) Heiko Schiller

Nutz- und Endenergiebedarf f r Beleuchtung (DIN V 18599-4) Jan de Boer

Endenergiebedarf f r Heizsysteme und Warmwasserbereitungssysteme (DIN V 18599-5 und 8) 333 Kati Jagnow, Dieter Wolff

Endenergiebedarf von L ftungsanlagen, Luftheizungsanlagen und K hlsystemen f r den Wohnungsbau (DIN V 18599-6) 363 Thomas Hartmann, Wilhelm Reiners

Endenergiebedarf von Raumlufttechnik und Klimasystemen f r den Nichtwohnungsbau (DIN V 18599-7) 387 Claus H ndel

Ermittlung des End- und Prim renergieverbrauchs bei Kraft-W rme-gekoppelten Systemen (DIN V 18599-9) 401 Peter Loose

Nutzungsrandbedingungen, Klimadaten (DIN V 18599-10) 415 Anton Maas, Kirsten Hçttges

C 10 W rmebr cken: Berechnung – Bewertung – Vermeidung Wolfgang M. Willems, Kai Schild

3 31 43

169

209

251

429

287

275

Inhalts bersicht

Konstruktive Ausbildung von Bauteilen und Bauwerken

Nachhaltigkeit â&#x20AC;&#x201C; Vergleich verschiedener energetischer Geb udestandards Frank U. Vogdt, Kathleen Schwabe, Juliane Nisse

Nachhaltige Energiekonzepte f r Nichtwohngeb ude: Forschungsprojekt geothermisches Monitoring 519 Dirk Bohne, Gunnar Harhausen, Matthias Wohlfahrt

Leichte Dreifach-Verglasungen mit sommerlichem berhitzungsschutz Federico Giovannetti, Nabil A. Fouad, Gunter Rockendorf

Minimalinvasive Sanierung mit vorgefertigten, multifunktionalen Fassadenmodulen Michael Krause, Horst Stiegel

Energetische Stadtsanierung und Klimaschutz Dieter D. Genske, Lamia Messari-Becker

Materialtechnische Tabellen

Materialtechnische Tabellen Rainer Hohmann

Stichwortverzeichnis

581

609

687

Hinweis des Verlages Die Recherche zum Bauphysik-Kalender ab Jahrgang 2001 steht im Internet zur Verf gung unter www.ernst-und-sohn.de

471

541 563

209

C 1 Bilanzierungsverfahren nach der neuen DIN V 18599 (DIN V 18599-1) Hans Erhorn, Kati Jagnow

Dipl.-Ing. Hans Erhorn Fraunhofer Institut f r Bauphysik Nobelstraße 12, 70569 Stuttgart 1975 Diplom Versorgungstechnik TFH Berlin. 1975–1979 freiberufliche Mitarbeit in beratendem Ingenieurb ro. 1977–1980 Lehrauftrag TFH Berlin. 1980 Diplom Umwelttechnik TU Berlin. 1979–1984 wiss. Assistent im Fachgebiet Bauphysik der Universit t Essen. Seit 1984 Leiter der Abteilung W rmetechnik im FraunhoferInstitut f r Bauphysik, Stuttgart, Holzkirchen und Kassel. Seit 1992 Lehrauftrag Universit t Stuttgart. Seit 1998 Operating Agent in Forschungsvorhaben der Internationalen Energie Agentur (IEA). Seit 1999 Koordinator der Begleitforschung im nationalen BMWi-Forschungsfçrderprogramm „EnSan – Energetische Sanierung der Bausubstanz“ des Bundesministeriums f r Wirtschaft und Technologie. Seit 2003 Obmann des NABau/NHRS/FNL-Gemeinschaftsausschusses „Energetische Bewertung von Geb uden (DIN 18599)“ und nationaler Delegierter in der CEN EPBDCoordinationgroup. Seit 2004 Koordinator des integrierten EU-Projekts „BRITA in PuBs EPBD Concerted Action project“, nationaler Berater im EU-EPBD Artikel 14 Committee und nationaler Repr sentant in diversen EU-Projekten zur Umsetzung der EU-EPBD Richtlinie.

Dr. -Ing. Kati Jagnow Hochschule Magdeburg-Stendal Breitscheidstr. 2, 39114 Magdeburg 1997–2001 Studium der Technischen Geb udeausr stung an der Fachhochschule Braunschweig/Wolfenb ttel, 2001–2004 Promotion an der Universit t Dortmund, Fakult t Bauwesen, zum Thema Qualit tssicherung der Heizungsanlagentechnik. Seit 1999 Mitglied des VDI – derzeit im Arbeitskreis VDI 3807 Verbrauchskennwerte f r Geb ude, seit 2000 Mitarbeit an den Normen zur EnEV (DIN V 4701-10 sowie DIN V 18599). 2001–2003 wissenschaftliche Mitarbeit am Trainings- und Weiterbildungszentrum Wolfenb ttel e. V. an der Fachhochschule Braunschweig/Wolfenb ttel. Seit 2004 selbstst ndig – Schwerpunkte: Begleitung von Feldprojekten zur Energiebilanzierung und Qualit tssicherung; Erstellung von Energiegutachten und Optimierungskonzepten; Qualifizierung von Energieberatern in verschiedenen Einrichtungen. Seit 2009 Vertretungsprofessur an der Hochschule Magdeburg/Stendal im Fachbereich Bauwesen – Schwerpunkte: Energiebilanzierung, Energetische Geb udesanierung und Technische Geb udeausr stung.

Bauphysik-Kalender 2013: Nachhaltigkeit und Energieeffizienz. Herausgegeben von Nabil A. Fouad 2013 Ernst & Sohn GmbH & Co. KG. Published 2013 by Ernst & Sohn GmbH & Co. KG.

210

Bilanzierungsverfahren nach der neuen DIN V 18599 (DIN V 18599-1)

Inhaltsverzeichnis 1

Einf hrung

2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3

2.6.3 2.6.4 2.6.5 2.7

Energetische Bilanzierung 211 Der Bilanzraum 211 Struktur des Geb udemodells 212 Der integrale Ansatz 212 Die Bilanzierungsschritte 215 Bilanz der Nutzenergie 216 Nutzenergie f r Beleuchtung 217 Nutzenergie f r Trinkwarmwasser 217 Nutzenergie f r Heizw rme und K hlbedarf einer Zone 217 Aufteilung des Nutzw rme/-k ltebedarfs auf mehrere Versorgungssysteme 218 Nutzenergie der Luftaufbereitung und Wohnungsl ftung 218 Nutzenergiebedarf f r die Konditionierung eines Geb udes 218 Endenergiebewertung 219 Bilanzierung der Verluste f r bergabe, Verteilung und Speicherung 219 Heizung (Heizsystem und RLT-Heizfunktion) 219 K hlung (K hlsystem und RLT-K hlfunktion) 219 Befeuchtung in raumlufttechnischen Anlagen 220 Wohnungsl ftung 220 Trinkwarmwasserbereitung 221 Weitere Prozessw rme oder -k lte 221 Endenergie der thermischen Energien und Verluste der Erzeugung 221 Einzelnes technisches Gewerk und ein Erzeuger 221 Einzelnes technisches Gewerk mit mehreren Erzeugern 222 Mehrere technische Gewerke mit einem oder mehreren Erzeugern 222 Endenergie f r Beleuchtung 222 Endenergie der Hilfsenergien 222 Endenergie je nach Energietr ger 222 Prim renergiebewertung 223

3 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4

Beispielhafte Anwendung 224 Konditionierung im Beispielgeb ude 224 L ftung 226 Raumheizung 226 Raumk hlung 226 Beleuchtung 226 Zonierung 226 Kriterien bei der Zonierung 226 Zonierung des Beispielgeb udes 226 Praktikables Zusammenfassen 226 Bildung von Beleuchtungsbereichen 228

2.5.4 2.5.5 2.5.6 2.6 2.6.1 2.6.1.1 2.6.1.2 2.6.1.3 2.6.1.4 2.6.1.5 2.6.1.6 2.6.2 2.6.2.1 2.6.2.2 2.6.2.3

211

3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.5 3.6 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

4.6 4.7 4.8

4.9 4.10 4.11 5

Beispielrechnung 229 Ungeregelte Eintr ge durch Systemverluste 229 Berechnung der zweiten Zone „Großraumb ro“ 230 Gesamtergebnis 233 Variationen im Beispielgeb ude 233 Abbildung der Sanit rr ume in einer separaten Zone 233 Fensterl ftung anstelle vollst ndiger Bel ftung ber RLT-Anlage 234 VVS-Anlage im Großraumb ro 235 Nur-Luft-Anlage (KVS) im Großraumb ro mit vollst ndiger Deckung des K hlbedarfs der Geb udezone 236 Vernachl ssigung der Entspeicherung am Wochenende 236 Ergebnisbewertung 237 Fehlerabsch tzung 239 Details zur Neuausgabe der Norm 240 DIN V 18599 – Teil 1: Allgemeine Bilanzierungsverfahren, Begriffe, Zonierung und Bewertung der Energietr ger 240 DIN V 18599 – Teil 2: Nutzenergiebedarf f r Heizen und K hlen von Geb udezonen 241 DIN V 18599 – Teil 3: Nutzenergiebedarf f r die energetische Luftaufbereitung 242 DIN V 18599 – Teil 4: Nutz- und Endenergiebedarf f r Beleuchtung 242 DIN V 18599 – Teil 5: Endenergiebedarf von Heizsystemen und DIN V 18599 – Teil 8: Nutz- und Endenergiebedarf von Warmwasserbereitungssystemen 243 DIN V 18599 – Teil 6: Endenergiebedarf von Wohnungsl ftungsanlagen und Luftheizungsanlagen f r den Wohnungsbau 244 DIN V 18599 – Teil 7: Endenergiebedarf von Raumlufttechnik- und Klimak ltesystemen f r den Nichtwohnungsbau 245 DIN V 18599 – Teil 9: End- und prim renergetische Bewertung von Kraft-W rme-Kopplungs-, Photovoltaik- und Windenergieanlagen im unmittelbaren r umlichen Zusammenhang mit dem Geb ude 246 DIN V 18599 – Teil 10: Nutzungsrandbedingungen, Klimadaten 247 DIN V 18599 – Teil 11: Geb udeautomation 247 DIN V 18599 – Beibl tter 247 Vornormenreihe DIN V 18599 im internationalen Vergleich 248

Energetische Bilanzierung

Einf hrung

Der Beitrag „Bilanzierungsverfahren nach DIN V 18599“ aus dem Bauphysik-Kalender 2007 wurde aktualisiert. Geb ude stellen f r umweltspezifische Anforderungen eine besondere Herausforderung dar, da es sich bei ihnen um langlebige Produkte handelt, die sowohl f r ihre Erstellung als auch w hrend ihrer Lebensdauer Energie bençtigen. Europaweit hat sich hierbei in besonderem Maße die Reduzierung des K hlenergiebedarfs von Nichtwohngeb uden als eine signifikante Grçße herauskristallisiert. Mit der Ende 2002 erlassenen EU-Richtlinie „Gesamtenergieeffizienz von Geb uden“ ergibt sich ab dem Jahr 2006 europaweit die Anforderung, nicht nur Wohngeb ude sondern auch Nichtwohngeb ude, nicht nur die Raumheizung sondern auch die K hlsysteme, die L ftungssysteme und die Beleuchtungssysteme sowie die Geb udekonstruktion in eine ganzheitliche Bewertung der energetischen Effizienz von Geb uden einzubeziehen. Die Gesamtenergieeffizienz von Geb uden soll, gem ß der EU-Richtlinie, nach einer Methode berechnet werden, die regional differenziert werden kann und bei der zus tzlich zur W rmed mmung auch andere Faktoren einbeziehbar sind wie beispielsweise Heizungssysteme und Klimaanlagen, Nutzung erneuerbarer Energietr ger und unterschiedliche Konstruktionsarten des Geb udes. F r die Entwicklung der Methodik wurde vor 10 Jahren im DIN ein 40-kçpfiger Gemeinschaftsausschuss der Fachbereiche Bauwesen (NABau), Heiz- und Raumlufttechnik (NHRS), sowie Lichttechnik (FNL) gegr ndet, mit dem eine kooperative und gewerke bergreifende Diskussionsplattform bereit stand. So konnte erstmals im Jahr 2005 f r die nationale Umsetzung der EU-Richtlinie in Deutschland ein gemeinsames, durchg ngiges normatives Verfahren f r die Gesamtenergieeffizienz von Geb uden entwickelt und in der DIN V 18599 verçffentlicht werden. Mittlerweile ist die dritte Ausgabe dieser Norm verf gbar. Die entwickelten Algorithmen erlauben die Beurteilung aller Energiemengen, die zur bestimmungsgem ßen Heizung, Warmwasserbereitung, raumlufttechnischen Konditionierung und Beleuchtung von Geb uden notwendig sind. Dabei werden auch die gegenseitige Beeinflussung von Energiestrçmen und die daraus resultierenden planerischen Konsequenzen ber cksichtigt. Die Methodik ist geeignet, den langfristigen Energiebedarf f r Geb ude oder auch Geb udeteile mit raumlufttechnischen Anlagen zu ermitteln und die Einsatzmçglichkeiten erneuerbarer Energien f r Geb ude abzusch tzen. Die dokumentierten Algorithmen sind anwendbar f r die energetische Bilanzierung von: – Wohn- und Nichtwohnbauten, – Neubauten und Bestandsbauten.

211

Energetische Bilanzierung

Die energetische Bilanzierung eines Geb udes mit seiner Anlagentechnik kann je nach Aufgabenstellung (z. B. çffentlich-rechtlicher Nachweis, Energieberatung usw.) einen unterschiedlichen Umfang haben. So kann bei der Energieberatung die Bilanz des Energiebedarfs auf bestimmte Bereiche (z. B. Heizung, Be- und Entl ftung, Klimatisierung, Trinkwarmwasserbereitung, Beleuchtung usw.) begrenzt werden. F r den çffentlichrechtlichen Nachweis des Energiebedarfs ist der Bilanzumfang fest vorgegeben und umfasst f r Nicht-Wohngeb ude alle f r die Konditionierung notwendigen Bauund Energiesysteme. Bei Wohngeb uden wird h ufig die Bilanzierung auf die Systeme zur Beheizung, Bel ftung und zur Warmwasserbereitung begrenzt. 2.1

Der Bilanzraum

Die Energiebilanz eines konditionierten Geb udes sollte eine gemeinschaftliche Bewertung des Baukçrpers, der Nutzung und der Anlagentechnik unter Ber cksichtigung der gegenseitigen Wechselwirkungen umfassen, das bedeutet die Energieaufwendungen f r – Heizung, – L ftung, – Klimatisierung (einschließlich K hlung und Befeuchtung) – Trinkwarmwasserversorgung, – Beleuchtung von Geb uden einschließlich der Stromaufwendungen (Hilfsenergien), die unmittelbar f r die Energieversorgung erforderlich sind. Bild 1 zeigt den Umfang der in die Bilanzierungsmethode integrierten Systeme aus Geb ude- und Anlagentechnik. Sowohl passive Systeme (Sonnenschutz, Geb udemasse) als auch alle technischen Servicesysteme sind enthalten. Hierbei ist darauf zu achten, dass die Kennwerte, die den einzelnen Bilanzierungsschritten zugrunde zu legen sind, auch konsistent sind. So hat ein Sonnenschutz seine beste Effizienz, wenn er zur Heizungsunterst tzung gar nicht eingesetzt wird, zur K hlungsunterst tzung vollkommen geschlossen ist und zur Beleuchtungsunterst tzung ausreichend Tageslicht in den Raum transmittieren l sst. Bei der Bilanzierung muss jedoch darauf geachtet werden, dass f r alle Berechnungsvorg nge die gleichen Kennwerte f r den Sonnenschutz verwendet werden, um die konkurrierenden Effekte richtig bewerten zu kçnnen. Entscheidend bei der Methode ist auch, dass alle Strategien gleichartig gewichtet werden. So wird die Auswirkung einer K hldecke auf die Energiebilanz einer Zone in gleicher Weise bewertet werden wie die einer Nachtl ftung. Erst so ist sichergestellt, dass Maßnahmen aus verschiedenen Gewerken vergleichend gegen bergestellt werden kçnnen.

212

Bilanzierungsverfahren nach der neuen DIN V 18599 (DIN V 18599-1)

Bild 1. bersicht der Geb ude- und Anlagensysteme, die in die Bilanzierungsmethode integriert werden

2.2

Struktur des Geb udemodells

F r die Berechnung des Energiebedarfs kann es ggf. erforderlich sein, das Geb ude in Zonen zu unterteilen. Der Energiebedarf des Geb udes ergibt sich aus der Summe des Energiebedarfs aller Geb udezonen. Eine Zone umfasst die R ume bzw. den Grundfl chenanteil eines Geb udes, die/der durch einheitliche Nutzungsrandbedingungen (Temperatur, L ftung, Beleuchtung) gekennzeichnet sind bzw. ist. Außerdem weist sie mindestens eine Art der Konditionierung (Heizung, K hlung, Be- und Entl ftung, Befeuchtung, Beleuchtung und Trinkwarmwasserversorgung) auf. Innerhalb einer Zone muss es eine gleichfçrmige Konditionierung geben. F r jede konditionierte Zone muss, sofern sie beheizt und/oder gek hlt wird, der Nutzenergiebedarf f r Heizung und K hlung getrennt bestimmt werden. Neben der nutzungsspezifischen und konditionierungsabh ngigen Zonierung ist auch noch eine anlagenspezifische Zuordnung vorzunehmen. Dies erfolgt in Form von Versorgungsbereichen. Ein Versorgungsbereich (Heizung, Warmwasser, L ftung, K hlung, Beleuchtung usw.) umfasst die Geb udeteile, die von der gleichen Technik versorgt werden. Ein Versorgungsbereich kann sich ber mehrere Zonen erstrecken; eine Zone kann auch mehrere Versorgungsbereiche umfassen. Die Zonen und die in den Berechnungen der einzelnen technischen Gewerke verwendeten Versorgungsbereiche kçnnen r umlich voneinander abweichen. F r die Zuordnung der einzelnen gewerkespezifischen Bilanzanteile zu den Zonen gelten dann folgende Regeln: • Umfasst ein Versorgungsbereich mehr als eine Zone, oder verl uft die Grenzlinie einer Zone durch einen Versorgungsbereich, so ist der Energiebedarf, bzw. die Energieabgabe (Verluste) auf die einzelnen Zonen aufzuteilen.

•

Wird eine Zone in mehrere Versorgungsbereiche untergliedert, so ergibt sich der Energiebedarf der Zone als Summe des Energiebedarfs der innerhalb der Zone befindlichen Teilnettogrundfl chen aller Versorgungsbereiche.

2.3

Der integrale Ansatz

Von besonderer Wichtigkeit bei der Bilanzierung der Energiestrçme in Geb uden ist die Bewertung der sich gegenseitig beeinflussenden Anteile, wie die Auswirkung von Anlagenverlusten, k nstlicher Beleuchtung, Heizung und Klimatisierung auf die Ausnutzung der internen und solaren Gewinne. Auch die Beleuchtung mit Tageslicht muss hier in die Bewertung miteinbezogen werden. W hrend in der bis 2005 verf gbaren deutschen Berechnungsprozedur zur Ermittlung des Energiebedarfs gem ß DIN V 4108-6 in Verbindung mit DIN V 4710-10 diese gegenseitige Beeinflussung nicht ber cksichtigt wird – d. h. unterschiedlich große Anlagenverluste beeinflussen nicht den Heizw rmebedarf, sondern werden lediglich bei der Effizienzermittlung der Anlagentechnik ber cksichtigt – muss bei einer Erweiterung der Bilanzierungsmethode um die Anteile Beleuchtung und K hlung eine Korrektur hin zu einem physikalisch korrekteren Modell erfolgen. Indem die W rmeabgabe der Anlagentechnik als Teil der internen W rmequellen Ber cksichtigung findet, lassen sich die Auswirkungen unterschiedlicher Anlagenausf hrungen auf den W rmebedarf und besonders auf den K hlbedarf eines Raumes realit tsn her beschreiben. Diese als holistischer Berechnungsansatz gekennzeichnete Methode konnte auch als neuer Ansatz in die europ ische Normung eingef hrt werden. In Bild 2 sind die grunds tzlich unterschiedlichen Bewertungsmethoden dargestellt, wie dem relevanten

Energetische Bilanzierung

213

Bild 2. Alternative Mçglichkeiten der Verrechnung auftretender Systemverluste bei der Bilanzierung zur Ermittlung des End- und Prim renergiebedarfs, wie in prEN 15203 dokumentiert

CEN-Dokument prEN 15203 entnommen. Ausgehend von den W rmeverlusten der Geb udeh lle und den anfallenden Gewinnen in der zu konditionierenden Zone ergeben sich die erforderlichen Systemanforderungen an das Raumkonditionierungssystem. Dieses System wiederum weist Verluste auf dem Weg zwischen der Erzeugung und dem zu konditionierenden Raum auf. Diese Verluste erhçhen, so sie in den zu konditionierenden R umen anfallen, die Gewinne der Raumbilanz und damit die Anforderungen an die Raumkonditionierungssysteme. Im Bild 2 ist im linken Pfad dargestellt, wie diese Systemverluste bisher in Verrechnung gebracht wurden. Die r ckgewinnbaren Systemverluste werden pauschal mit den Gesamtverlusten verrechnet, unabh ngig von den Mçglichkeiten der Nutzbarmachung dieser Verluste in der konditionierten Zone. So wird bei der pauschalen Methode davon ausgegangen, dass in einem Passivhaus genau so viel W rmeverluste unged mmter Heizleistungen f r Heizzwecke genutzt werden kçnnen wie in einem schlecht ged mmten Altbau. Nach der integralen Bilanzmethode des rechten Pfades werden die W rmeverluste der Raumkonditionierungssysteme als variabler Anteil der internen Gewinne in Anrechnung gebracht und die Nutzbarkeit ber den Ausnutzungsgrad in Abh ngigkeit vom Gewinn/Verlust-Verh ltnis bewertet. Um die integrale Bilanzierung systematisch umsetzen zu kçnnen, bedarf es einer standardisierten Aufbereitung der Bilanzierungsabschnitte in aneinander gekoppelte Bilanzr ume. In Bild 3 sind die Energiestrçme eines Bilanzraumes dargestellt. Die Bilanzr ume eines

Gesamtsystems lassen sich so beliebig zusammensetzen. Die Ein- und Ausg nge der Gewinn- und Verlustseite m ssen spezifiziert werden und die Schnittstellen der Bilanzr ume untereinander verbunden werden. Dies

Bild 3. Darstellung eines System-Bilanzierungsraumes mit seinen Bilanzanteilen, wie er systematisch auf alle Geb ude- und anlagentechnischen Systeme angewendet werden kann

214

Bilanzierungsverfahren nach der neuen DIN V 18599 (DIN V 18599-1)

Bild 4. Darstellung der einzelnen Energiebilanzterme f r den System-Bilanzierungsraum beheizte Zone

sind z. B. bei konditionierten R umen die Transmissions- und L ftungsverluste, denen solare und interne Gewinne gegen berstehen. Bei der Anlagentechnik sind das z. B. die W rmeabgaben an die konditionierten Zonen und die Verluste auf dem Wege zur konditionierten Zone. Betrachtet man beispielsweise den Bilanzraum thermischer Speicher, so sind die Verluste die von der Verteilung abgeforderten W rmeabgaben sowie die Stillstandsverluste des Speichers, die sich wiederum in einen r ckgewinnbaren und einen nicht r ckgewinnbaren Anteil aufspalten lassen. Sowohl die abgeforderten W rmeabgaben wie auch die r ckgewinnbaren Stillstandsverluste kçnnen als Gewinne in einer anderen Zone in Anrechnung gebracht werden. Als Gewinnterm beim thermischen Speicher kçnnen z. B. die Ertr ge aus einer Solaranlage Ber cksichtigung finden. Aus der Differenz der Verluste und Gewinne ergibt sich der System-Energiebedarf, der in diesen Bilanzraum einzutragen ist. Dar ber hinaus muss der systembedingte Hilfsenergiebedarf bestimmt werden, der zum Betrieb dieses Bilanzierungsraumes erforderlich ist. Im Bild 4 sind die einzelnen Bilanzanteile beispielhaft f r einen beheizten Raum aufgef hrt. Aus dem Bild erkennt man, dass sich die beschriebene Systematik

auch durchg ngig auf Geb udesysteme anwenden l sst. So werden auch hier die Verluste, z. B. aus der L ftung, aufgeteilt in nicht r ckgewinnbare Anteile (nat rliche L ftung) und r ckgewinnbare (mechanische L ftung), die wiederum als Eingang f r den Bilanzraum L ftungssystem Ber cksichtigung finden. Alle Bilanzr ume lassen sich aufgrund ihrer eindeutigen Definition zu einem Gesamtsystem zusammenf gen, wie in Bild 5 exemplarisch dargestellt. Die vier Bilanzr ume Heizung, L ftung, Warmwasser und Beleuchtung sind an den beheizten Raum gekoppelt, die W rmeabgaben aus den Systemtechnikabschnitten werden ggf. als interne W rmegewinne in der Raumbilanz ber cksichtigt. Die solaren Raumeintr ge werden bei der Berechnung der passiven Gewinne in gleicher Grçße ber cksichtigt wie bei der Bewertung des Tageslichtanteils bei der Beleuchtung. Die Verkn pfung der einzelnen Bilanzr ume erfordert allerdings eine iterative Bewertungsprozedur. Die aus der Anlagentechnik anfallenden internen W rmegewinne beeinflussen den Heizw rmebedarf des Raumes und der Heizw rmebedarf wiederum beeinflusst die W rmeverluste der Heizanlage. Analoges gilt f r eine energetisch optimierte Sonnenschutzsteuerung, bei der die Tageslichtausbeute in Konkurrenz zur thermischen

Energetische Bilanzierung

215

Bild 5. Darstellung der Energiebilanzr ume und deren gegenseitige Beeinflussungen f r den Gesamt-Bilanzierungsraum Geb ude

Raumbelastung steht. Nach einem festzulegenden Abbruchkriterium kann die Anzahl der erforderlichen Iterationen definiert werden. Alle Berechnungswege f hren zur Bestimmung von Endenergieanteilen, die je nach Energietr ger prim renergetisch gewichtet werden. 2.4

Die Bilanzierungsschritte

Die erforderlichen Bilanzierungsschritte unter Ber cksichtigung des integralen Ansatzes ergeben sich nach DIN V 18599 in folgender Reihenfolge: 1. Feststellen der Nutzungsrandbedingungen und ggf. Zonierung des Geb udes nach Nutzungsarten und Konditionierung. 2. Zusammenstellung der notwendigen Eingangsdaten f r die Bilanzierung der Geb udezonen (Fl chen, bauphysikalische Kennwerte, anlagentechnische Kennwerte, auch Zulufttemperatur und Luftwechsel f r geplante L ftungssysteme). 3. Ermittlung des Nutzenergiebedarfs und Endenergiebedarfs f r die Beleuchtung sowie Festlegung der hieraus resultierenden W rmequellen f r die Zone. 4. Ermittlung der W rmequellen/-senken durch mechanische L ftungssysteme in der Zone.

5. Bestimmung der W rmequellen/-senken aus Personen, Ger ten und Prozessen (ohne Anlagentechnik) in der Zone. 6. Erste ( berschl gige) Bilanzierung des Nutzw rme/-k ltebedarfs der Zone (getrennt f r Nutzungstage und Nichtnutzungstage) unter Ber cksichtigung der zuvor ermittelten W rmequellen/-senken. 7. Aufteilung der ( berschl gig) bilanzierten Nutzenergie auf die Versorgungssysteme (RLT-System, Wohnungsl ftung, Heiz- und K hlsystem) nach DIN V 18599-5 und DIN V 18599-7 der Zone. 8. Ermittlung der auftretenden W rmequellen durch die Heizung in der Zone (Verteilung, Speicherung, ggf. Erzeugung in der Zone) anhand des berschl gigen Nutzw rmebedarfs der Zone. 9. Ermittlung der auftretenden W rmequellen/-senken durch die K hlung in der Zone (Verteilung, Speicherung, ggf. Erzeugung in der Zone) anhand des berschl gigen Nutzk ltebedarfs der Zone. 10. Ermittlung der auftretenden W rmequellen durch die Trinkwarmwasserbereitung in der Zone (Verteilung, Speicherung, ggf. Erzeugung in der Zone) anhand des Trinkwarmwasserbedarfs der Zone. 11. Bilanzierung des Nutzw rme-/-k ltebedarfs der Zone (getrennt f r Nutzungstage und Nichtnut-

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Bilanzierungsverfahren nach der neuen DIN V 18599 (DIN V 18599-1)

zungstage) unter zus tzlicher Ber cksichtigung der zuvor ermittelten, in der Zone anfallenden W rmequellen/-senken aus Heizung, K hlung und Trinkwarmwasserbereitung. Die Iteration mit den Schritten 6 bis 10 sind solange zu wiederholen, bis zwei aufeinanderfolgende Ergebnisse f r den Nutzw rmebedarf und den Nutzk ltebedarf sich jeweils um nicht mehr als eine festzulegende Differenz voneinander unterscheiden. Zur Sicherstellung einer mçglichst guten Genauigkeit soll laut Norm die Ergebnisdifferenz 1 % nicht berschreiten. Allerdings sollen maximal 10 Iterationsschritte durchgef hrt werden. Ermittlung des Nutzenergiebedarfs f r die Luftaufbereitung und ggf. Saldierung des Nutzk hlbedarfs der Zonen (VVS-Anlagen) inklusive der erforderlichen Hilfsenergie f r die Luftfçrderung. Endg ltige Aufteilung der bilanzierten Nutzenergie auf die Versorgungssysteme (RLT-System, Wohnungsl ftung, Heiz- und K hlsystem). Ermittlung der Verluste der bergabe, Verteilung und Speicherung sowie der erforderlichen Hilfsenergien f r die Heizung (Nutzw rmeabgabe des Erzeugers). Ermittlung der Verluste f r bergabe und Verteilung f r die luftf hrenden Systeme. Ermittlung der Verluste der bergabe, Verteilung und Speicherung sowie der erforderlichen Hilfsenergien f r die W rmeversorgung der RLT-Anlagen (Nutzw rmeabgabe des Erzeugers). Ermittlung der Verluste der bergabe, Verteilung und Speicherung sowie der erforderlichen Hilfsenergien f r die K lteversorgung (Nutzk lteabgabe des Erzeugers). Ermittlung der Verluste der bergabe, Verteilung und Speicherung sowie der erforderlichen Hilfsenergien f r die Trinkwarmwasserbereitung (Nutzw rmeabgabe des Erzeugers). Aufteilung der notwendigen Nutzw rmeabgabe aller Erzeuger auf die unterschiedlichen Erzeugungssysteme. Aufteilung der notwendigen Nutzk lteabgabe aller Erzeuger auf die unterschiedlichen Erzeugungssysteme. Ermittlung der Verluste bei der Erzeugung von K lte inklusive der energetischen Aufwendungen f r die R ckk hlsysteme sowie der erforderlichen Hilfsenergien. Ermittlung der Verluste bei der Erzeugung und Bereitstellung von Dampf f r die Luftaufbereitung sowie der erforderlichen Hilfsenergien. Ermittlung der Verluste bei der Erzeugung von W rme in Heiz- und Trinkwasserw rmeerzeugern, Wohnungsl ftungsanlagen, BHKWs u. . und ggf. aus der Abw rme der K ltemaschinen sowie der erforderlichen Hilfsenergien. Zusammenstellung aller ermittelten Hilfsenergien (z. B. Aufwand f r Lufttransport, Pumpen, Regelung, etc.).

25. Zusammenstellung der erforderlichen Endenergien f r die Heizung, K hlung, L ftung, Warmwasserbereitung und Beleuchtung inklusive der erforderlichen Hilfsenergien und Zuordnung zu den unterschiedlich verwendeten Energietr gern. 26. Prim renergetische Bewertung der energietr gerbezogenen Endenergieaufwendungen. 2.5

Bilanz der Nutzenergie

Zur Beschreibung des nutzungsspezifischen Geb udeenergiebedarfs sind also f r alle technischen Gewerke die Nutzenergien zu bestimmen, die unmittelbar aus den Nutzungsprofilen der Zonen resultieren. Unter den Nutzenergien sind zu verstehen: • Nutzenergie f r die Beleuchtung, d. h. die Energiemenge (Strom), die zur ausreichenden Beleuchtung des Geb udes bzw. der Geb udezone aufgewendet werden muss; • Nutzenergie f r die Trinkwarmwasserbereitung, d. h. die Energiemenge, die im gezapften Trinkwarmwasser des Geb udes bzw. der Geb udezone enthalten ist (ausgehend von der Kaltwassertemperatur als Bezugsgrçße); • Nutzw rmebedarf (Heizw rmebedarf), d. h. die W rmemenge, die dem Geb ude bzw. der Geb udezone (bedarfs-)geregelt zugef hrt wird, um die vorgegebene Sollinnentemperatur einzuhalten; • Nutzk ltebedarf (K hlbedarf), d. h. die K lteeintr ge, die dem Geb ude bzw. der Geb udezone (bedarfs-)geregelt zugef hrt werden, um die vorgegebene Sollinnentemperatur einzuhalten; • Nutzenergie f r die Luftaufbereitung, d. h. die Energiemenge, die zum Erw rmen, K hlen, Befeuchten und Entfeuchten der Luft in einer raumlufttechnischen Anlage zu- bzw. abgef hrt werden muss, um den erforderlichen Zuluftzustand zu erreichen. Grunds tzlich umfasst die Luftaufbereitung dabei die Aufbereitung der Außenluft bis zu einem vorgegebenen Zuluftzustand, der nicht abh ngig vom momentanen Bedarf in der Geb udezone geregelt ist (Klimazentrale). Der bilanzierte Nutzw rme- und Nutzk ltebedarf in der Geb udezone ist der ber Nacherw rmung/Nachk hlung der Luft, ber Erhçhung der Luftmenge oder ber andere Heiz- oder K hlsysteme zu deckende Bedarf, welcher der Einhaltung der Sollinnentemperatur dient. Bei Geb uden mit raumlufttechnischen Anlagen werden der berechnete Nutzw rme- und Nutzk ltebedarf in der Geb udezone je nach Art des Anlagensystems verschiedenen Komponenten des Heiz- und K hlsystems zugeordnet. Der Nutzw rme- und Nutzk ltebedarf wird somit auf mehrere Versorgungssysteme aufgeteilt (Beispiel: K hlung ber raumlufttechnische Anlage und K hldecke). Eine Aufteilung des Nutzw rme- und Nutzk ltebedarfs kann auch bei Geb uden oder Geb udezonen erfolgen, die keine raumlufttechnische Anlage aufweisen, wenn parallel verschiedene Heiz-

Energetische Bilanzierung

und K hlsysteme vorhanden sind (Beispiel: Heizung als Fußbodenheizung und Heizkçrperheizung). Die energetische Effizienz der eingesetzten Anlagentechniken zur Deckung des erforderlichen Nutzenergiebedarfs ergibt sich durch die Verh ltnisbildung von Nutzenergiebedarf zu Endenergiebedarf der jeweiligen Konditionierungsaufgabe. Die umweltbezogene Effizienz der eingesetzten Anlagentechniken ergibt sich durch die Verh ltnisbildung von Nutzenergiebedarf zu Prim renergiebedarf. 2.5.1

Nutzenergie f r Beleuchtung

Die Nutzenergie f r die Beleuchtung Ql,b ist die Energiemenge, die zur ausreichenden Beleuchtung des Geb udes bzw. der Geb udezone aufgewendet werden muss. Bilanzraum ist die Zone bzw. der Berechnungsbereich, in der Anforderungen an die Beleuchtung gestellt werden. Zus tzliche Aufwendungen, die nicht unmittelbar mit der Aufgabe der Beleuchtung zusammenh ngen, wie z. B. Energieaufwendungen f r die Regelung, z hlen nicht zur Nutzenergie. Die Nutzenergie der Beleuchtung wird in voller Hçhe als innere W rmequelle wirksam, es sei denn es werden Abluftleuchten verwendet. Die hiermit anfallende innere W rmequelle muss daher gesondert berechnet werden, f r alle anderen Beleuchtungssysteme entspricht die Nutzenergie der anfallenden internen W rmequelle. 2.5.2

Nutzenergie f r Trinkwarmwasser

Die Nutzenergie f r die Trinkwarmwasserbereitung Qw,b ist die Energiemenge, die im genutzten (d. h. gezapften) Trinkwarmwasser innerhalb des Geb udes bzw. der Geb udezone enthalten ist. Ausgehend von der Kaltwassertemperatur als Bezugsgrçße, der Zapftemperatur sowie der gezapften Wassermenge wird die Nutzenergie bestimmt. 2.5.3

Nutzenergie f r Heizw rme und K hlbedarf einer Zone

Zur Bilanzierung des Nutzw rmebedarfs (Heizw rmebedarf) und des Nutzk ltebedarfs (K hlbedarf) in der Geb udezone sind alle W rmequellen und W rmesenken zu bestimmen, welche die Energiebilanz des Geb udes bzw. der betroffenen Geb udezone beeinflussen. W rmequellen und W rmesenken beschreiben Energiezu- und Abfl sse, die nicht direkt ber das Heizund K hlsystem zum Zweck der Temperaturregelung dem Raum zugef hrt werden. Sie lassen sich in den folgenden vier Kategorien zusammenfassen: • Es werden Transmissionsw rmestrçme ber opake und transparente Bauteilfl chen bilanziert. • Es werden L ftungsw rmestrçme bilanziert, die sich durch geçffnete Fenster (Nutzereingriff) und Fugenl ftung (Infiltration) ergeben. Weiterhin z hlen auch die Energiestrçme zu den W rmequellen/-senken, die nicht (bedarfs-)geregelt ber die mechanische Zuluftzufuhr im Raum wirksam werden. Hierunter

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sind W rmestrçme zu verstehen, die unabh ngig vom Heiz- oder K hlbedarf in den Raum eingetragen werden (z. B. der Zuluftstrom aus einer W rmer ckgewinnungsanlage oder aus einer Luftaufbereitungsanlage mit vorgegebener fester Zulufttemperatur). • Unter den solaren Fremdw rmemengen/-k ltemengen sind Energiemengen zu verstehen, die ber opake oder transparente Bauteile im Geb ude bzw. in der beheizten Geb udezone eintreffen. • Zu den inneren W rmequellen/-senken z hlen alle W rme-/K lteeintr ge, die innerhalb des Geb udes bzw. der Geb udezone entstehen. Dies sind die Abw rmemengen aus der Beleuchtung, von Personen und elektrischen Ger ten. Im Nichtwohnbau kçnnen auch W rme-/K lteeintr ge aus G ter- oder Stoffstrçmen sowie Maschinen und Ger ten auftreten. Dar ber hinaus tr gt auch die Anlagentechnik selbst zu den inneren Fremdw rme-/K lteeintr gen bei. Dies sind Energiemengen, die aus dem Heizsystem, dem K hlsystem, dem raumlufttechnischen System und dem Trinkwarmwassersystem ber Verteilleitungen, Speicher usw. abgegeben werden. Ein Teil der inneren Fremdw rme aus der Anlagentechnik kann erst berechnet werden, wenn die Anlagenauslastung bekannt ist. Diese ergibt sich aber in der Abfolge der Bilanz erst, wenn die notwendige, dem Geb ude bzw. der Geb udezone zuzuf hrende Nutzw rme f r Heizung und K hlung bekannt ist. Die Nutzw rme ist wiederum ein Ergebnis der Gegen berstellung von W rmequellen und -senken f r das Geb ude bzw. die Geb udezone. Daher ist die Berechnung iterativ durchzuf hren. Hierbei erfolgt im ersten Schritt die Zusammenstellung der folgenden W rmequellen und -senken: – Transmission: QT – L ftung: QV,inf, QV,win, QV,mech – Passive solare W rmequellen: QS,trans, QS,op – Innere W rmequellen/-senken (ohne Anlagentechnik): QI,fac, QI,goods, QI,p, QI,el – Innere W rmequellen aus Beleuchtung: QI,l Anhand der genannten Bilanzposten wird dann ohne Ber cksichtigung der W rmequellen/-senken aus Heizung/K hlung/L ftung eine berschl gige Nutzenergie ( berschl gige Anlagenauslastung) unter Ber cksichtigung eines Ausnutzungsgrades f r die anfallenden W rmegewinne bestimmt. In allen weiteren Iterationsschritten werden die restlichen inneren W rmequellen/ -senken ebenfalls ermittelt: – Innere W rmequellen (Trinkwarmwassersystem): QI,w – Innere W rmequellen/-senken (RLT luftseitig): QI,vh, QI,vc – Innere W rmequellen/-senken (Wohnungsl ftung/ -k hlung): QI,rv, QI,rc – Innere W rmequellen/-senken aus der W rme-/ K lteversorgung der Raumlufttechnik: QI,h*, QI,c*, QI,m* – Innere W rmequellen aus dem Heizungssystem: QI,h – Innere W rmequellen/-senken aus dem K hlsystem: QI,c

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Bilanzierungsverfahren nach der neuen DIN V 18599 (DIN V 18599-1)

Die Iteration wird abgebrochen, wenn eine vorgegebene Genauigkeitsgrenze unterschritten (0,1 %) ist bzw. nach einer definierten Anzahl von Schritten (10). Die Nutzenergien einer Zone ergeben sich so zu: Qh,b = Qsink – h · Qsource mit Qh,b Qsink Qsource h

(1)

Nutzw rmebedarf (Heizw rmebedarf) in der Geb udezone Summe aller W rmesenken in der Geb udezone Summe aller W rmequellen in der Geb udezone Ausnutzungsgrad der W rmequellen

sowie Qc,b = (1 – h) · Qsource mit Qc,b Qsource h

(2)

Nutzk ltebedarf (K hlbedarf) in der Geb udezone Summe aller W rmequellen in der Geb udezone Ausnutzungsgrad der W rmequellen

Die berechneten Nutzenergiemengen m ssen dem Geb ude bzw. der beheizten/gek hlten Geb udezone geregelt (als reiner Energiestrom oder ber einen Luftstrom als Energietr ger) zugef hrt werden. Die Bilanz der Nutzw rme/-k lte wird im folgenden Abschnitt detailliert behandelt. 2.5.4

Aufteilung des Nutzw rme/-k ltebedarfs auf mehrere Versorgungssysteme

Wird der Geb udezone oder dem Geb ude die Nutzenergie ber mehr als ein Versorgungssystem zugef hrt, ist sie entsprechend auf die Systeme zu verteilen. Die Summe aller Versorgungssysteme muss den gesamten Nutzenergiebedarf decken. Die Aufteilung kann auf mehrere raumlufttechnische Anlagen, auf mehrere Heizungs- und K hlsysteme sowie auf kombinierte Versorgung mit Heizung oder K lte und Raumlufttechnik erfolgen. Ein Heizfallbeispiel f r ein solches System ist die Beheizung eines B rogeb udes ber einen temperierten Luftstrom (geregelte Nacherw rmung der Zuluft) sowie statische Heizfl chen. Die Aufteilung erfolgt hier auf eine raumlufttechnische Anlage und eine Heizungsanlage. Ein K hlfallbeispiel f r ein solches System ist die K hlung eines B rogeb udes ber eine K hldecke und zus tzliche Konverter in der Geb udezone. Die Aufteilung erfolgt hier auf eine raumlufttechnische Anlage und eine K hlanlage. 2.5.5

Nutzenergie der Luftaufbereitung und Wohnungsl ftung

Die Aufbereitung der Außenluft bis zu einem durch Temperatur und Feuchtebereich gegebenen Zustand der Zuluft wird durch eine Reihe von Anlagenkomponenten (Erhitzer, K hler, Befeuchter) sichergestellt. F r jede Komponente einer RLT-Anlage muss aufgrund der vorhandenen Konfiguration der RLT-Anlage und deren Betriebsweise

– Nutzungsparameter (Anforderungen an die Zulufttemperatur sowie Be- und Entfeuchtung), – weitere Verluste der Luftverteilung zwischen der beheizten Geb udezone und dem Ort der Luftaufbereitung eine an die Luft abzugebende Energiemenge bestimmt werden. F r Anlagen mit variablem Volumenstrom wird der zur Deckung von Nutzw rme- bzw. Nutzk ltebedarf zus tzlich notwendige Volumenstrom aus dem Nutzw rme- bzw. Nutzk ltebedarf in der Geb udezone berechnet. Die notwendige W rmebereitstellung (Nutzenergie) am Heizregister ergibt sich aus der zuvor beschriebenen Nutzw rme der Luftaufbereitung, die sich wiederum aus den Nutzungsparametern des Raumes ergibt, und den Verlusten der bergabe und Verteilung f r das RLT-Luftsystem, zu: Qh*,b = Qvh,b + Qvh,ce + Qvh,d mit Qh*,b Qvh,b Qvh,ce Qvh,d

(3)

Nutzenergie f r das Heizregister Nutzw rme der Luftaufbereitung Verluste der bergabe f r das RLT-Luftsystem Verluste der Verteilung f r das RLT-Luftsystem

Die notwendige K ltebereitstellung (Nutzenergie) am K hlregister wird analog bestimmt. Neben der Nutzk lte der Luftaufbereitung, die sich aus den Nutzungsparametern des Raumes ergibt, werden die Verluste der bergabe und Verteilung f r das Luftsystem wie folgt ber cksichtigt: Qc*,b = Qvc,b + Qvc,ce + Qvc,d mit Qc*,b Qvc,b Qvc,ce Qvc,d

(4)

Nutzenergie f r das K hlregister Nutzk lte der Luftaufbereitung Verluste der bergabe f r das RLT-Luftsystem Verluste der Verteilung f r das RLT-Luftsystem

F r den Fall, dass mit dem RLT-System auch eine Befeuchtung der Zuluft erfolgt, ergibt sich auch noch eine Nutzenergie Dampf Qm*,b, die im Zentralger t bereitzustellen ist. Aus den Verlusten der Verteilung der Luft Qvh,d und Qvc,d werden die Energiemengen QI,vh und QI,vc bestimmt, die als innere W rmequelle/-senke wirksam sind. Die Nutzenergie der Wohnungsl ftung Qrv,b beschreibt die Energiemenge, die der Zone geregelt ber die Zuluft einer Luftheizung zugef hrt wird. Die technischen Verluste eines Wohnungsl ftungssystems werden analog der eines RLT-Systems bestimmt. 2.5.6

Nutzenergiebedarf f r die Konditionierung eines Geb udes

Der Nutzenergiebedarf f r die Konditionierung eines Geb udes ergibt sich aus der Summe der Nutzenergien f r die einzelnen zuvor beschriebenen Konditionierungszwecke.

Energetische Bilanzierung

2.6

Endenergiebewertung

Die Endenergiebewertung schließt die Energieaufwendungen ein, die auf dem Weg vom Erzeuger zum Nutzer entstehen. Dies sind die Anteile aus bergabe, Verteilung, Speicherung und Erzeugung. Bei der Bestimmung der Verlustterme sind diese jeweils in nutzbare und nicht nutzbare zu unterteilen. 2.6.1

Bilanzierung der Verluste f r bergabe, Verteilung und Speicherung

Liegen die in die Zone direkt oder ber die Zuluft indirekt zu liefernden Nutzenergiemengen (Heizw rmebedarf, K hlbedarf) fest, werden im n chsten Schritt der Energiebilanzierung die technischen Verluste f r die – bergabe der W rme/K lte (direkt an den Raum, an die Luft in einer RLT-Anlage, in einer Wohnungsl ftungsanlage in Form von Luft an den Raum), – Verteilung und – Speicherung bestimmt. Liegen diese Aufwendungen fest, kann zusammen mit der bereits bekannten Nutzenergie die Nutzenergieabgabe des Erzeugers bzw. der Erzeuger an das Netz (Erzeugernutzw rme/-k lte) berechnet werden. 2.6.1.1 Heizung (Heizsystem und RLT-Heizfunktion) Bei der Bilanzierung des Heizsystems werden die W rmemengen zusammengefasst, die einerseits ber die konventionelle Raumheizung (Heizkçrperheizung, Stromdirektheizungen, Stromspeicherheizungen usw.), andererseits ber die Heizfunktion einer raumlufttechnischen Anlage (ein oder mehrere Heizregister) an die zu beheizende Geb udezone oder das Geb ude geliefert werden sowie die technischen Zusatzaufwendungen f r deren Bereitstellung. Erzeugernutzw rmeabgabe an das Heizsystem Die Erzeugernutzw rmeabgabe (die vom Erzeuger abzugebende W rme) ergibt sich nach untenstehender Gleichung. Zum Nutzw rmebedarf (der Anteil, der ber die konventionelle Heizung, d. h. nicht ber die RLT-Anlage in die Geb udezone gelangt) werden die Verluste der W rme bergabe, W rmeverteilung und W rmespeicherung (jeweils, falls vorhanden) addiert. Qh,outg = Qh,b,i + Qh,ce + Qh,d + Qh,s

(5)

mit Qh,outg Erzeugernutzw rmeabgabe an das Heizsystem Qh,b,i Nutzw rmebedarf (Anteil, der ber die konventionelle Heizung in den Raum eingetragen wird) Qh,ce Verluste der bergabe f r das Heizsystem Qh,d Verluste der Verteilung f r das Heizsystem Qh,s Verluste der Speicherung f r das Heizsystem Sind mehrere komplett getrennte W rmeversorgungssysteme vorhanden, so ist die Bilanzierung f r jedes System getrennt durchzuf hren und die Erzeugernutz-

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w rmeabgabe f r jeden Erzeuger einzeln zu bestimmen. Ein Beispiel f r diese Systemart ist die Versorgung eines Geb udes mit teilweise elektrischer Direktheizung und teilweise zentraler Pumpenwarmwasserheizung. Erzeugernutzw rmeabgabe f r die RLT-Heizfunktion Unter der Erzeugernutzw rmeabgabe f r die RLTHeizfunktion ist die Summe aller Energiemengen zu verstehen, die ein oder mehrere Erzeuger f r den Heizbetrieb der RLT-Anlage bereitstellen muss. Sie umfasst die Nutzenergie f r das Heizregister und zus tzlich die Verluste der bergabe, Verteilung und Speicherung des Heizwassers zwischen dem Ort der Erzeugung und der W rme bertragung an den Luftstrom. Es gilt: Qh*,outg = Qh*,b,i + Qh*,ce + Qh*,d + Qh*,s

(6)

mit Qh*,outg Erzeugernutzw rmeabgabe f r die RLT-Heizfunktion Qh*,b,i Nutzenergie f r das Heizregister Qh*,ce Verluste der bergabe f r die RLT-Heizfunktion Qh*,d Verluste der Verteilung f r die RLT-Heizfunktion Qh*,s Verluste der Speicherung f r die RLT-Heizfunktion Sind mehrere Heizregister vorhanden, die jedoch alle von einem gemeinsamen Heizwassernetz und einem gemeinsamen Erzeuger (oder einer gemeinsamen Heizzentrale mit mehreren Erzeugern) versorgt werden, dann kann vorstehende Gleichung sinngem ß angewendet werden. Werden einzelne Heizregister durch komplett getrennte Systeme versorgt, so ist Gl. (6) f r jedes System getrennt anzuwenden und die Erzeugernutzw rmeabgabe f r jeden Erzeuger einzeln zu bestimmen. Ein Beispiel f r diese Systemart ist der Betrieb eines Heizregisters ber einen Kessel und eines zweiten separaten elektrischen Heizregisters. Innere W rmequellen der Heizung Aus den Verlusten der w rmef hrenden Verteilung Qh,d (Qh*,d) und Speicherung Qh,s (Qh*,s) sind die Anteile der inneren W rmequellen der Heizung QI,h (sowie die Heizw rmeversorgung der RLT-Anlage QI,h*) zu bestimmen. 2.6.1.2 K hlung (K hlsystem und RLT-K hlfunktion) Bei der Bilanzierung der K hlung werden die W rmemengen zusammengefasst, die einerseits ber die direkte Raumk hlung (z. B. K hldecken, dezentrale K hlger te, stille K hlung usw.), andererseits ber die K hlfunktion einer raumlufttechnischen Anlage (ein oder mehrere K hlregister) an die zu k hlende Geb udezone oder das Geb ude geliefert werden sowie die technischen Zusatzaufwendungen f r deren Bereitstellung.

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