2.9 Berechnungen für den Nachweis der EnEV

2.9 Berechnungen für den Nachweis der EnEV
249
2.9 Berechnungen für den Nachweis der EnEV
Die Energie-Einsparverordnung EnEV stellt Anforderungen sowohl an die bautechnische als auch
an die anlagentechnische Ausführung eines zu errichtenden Gebäudes. Die Anforderungen an die
Bautechnik sind erfüllt, wenn der zulässige Höchstwert des spezifischen, auf die wärmeübertragende
'
Umfassungsfläche bezogenen Transmissionswärmeverlusts H T,
max unterschritten wird.
"
Der maximal zulässige Jahres-Primärenergiebedarf Qp, max des Gebäudes legt die Mindestanforderung an die Anlagentechnik unter Berücksichtigung der vorhandenen Bautechnik fest. Daraus
resultiert, dass beim EnEV Nachweis neben dem in ähnlicher Form schon in der WSchVO 95
vorhandenen Nachweis des baulichen Wärmeschutzes ein zweiter Nachweis für die effiziente
Bereitstellung des für das Gebäude notwendigen Wärmebedarfs für Heizung und Warmwasser
erfolgen muss. Die Methodik des EnEV-Nachweises ist in Bild 2.5.13 dargestellt. Es unterteilt
die Vorgehensweise – jeweils für Bau- und Anlagentechnik – in die Arbeitsschritte „planen“,
„ermitteln“ und „nachweisen“.
Nach Fertigstellung des Gebäudeentwurfs, aus dem die geometrischen Kenngrößen des Gebäudes ermittelt werden, muss das Konzept für den Wärmeschutz geplant werden. Neben den
Wärmedurchgangskoeffizienten der Außenbauteile ist auch das Konzept für die Wärmebrückenreduzierung sowie die Luftdichtheit der Gebäudehülle festzulegen. Aus den Kennwerten
wird der mittlere spezifische Wärmedurchgangskoeffizient der wärmeübertragenden Umfassungsfläche HT ermittelt und mit dem nach EnEV in Abhängigkeit vom Verhältnis A/Ve ermittelten maximal zulässigen Wert HT',max verglichen. Wird die Anforderung erfüllt, kann der
Jahres-Heizwärmebedarf als Grundlage für den Nachweis des Jahres-Primärenergiebedarfs
berechnet werden.
2.9.1 Beispiel: Nachweis für ein Einfamilienhaus mit dem Heizperiodenbilanzverfahren
Mit den zuvor beschriebenen einzelnen Rechenverfahren ist eine Berechnung des JahresHeizwärmebedarfs eines Gebäudes mit normalen Innentemperaturen im Rahmen des „Vereinfachten Verfahrens“ möglich. In der Energie-Einsparverordnung Anlage 1 Tabelle 2 sind die
einzelnen Schritte aufgelistet.
Nachfolgend soll das vereinfachte Verfahren anhand eines Berechnungsbeispieles für ein freistehendes, nicht unterkellertes Einfamilienhaus vorgestellt werden (Bilder 2.9.1 bis 2.9.7). Grundlage für die nachfolgenden Beschreibungen ist die Energieeinsparverordnung in ihrer Fassung vom
November 2007, mit den in Tafel 2.9.1 beschriebenen Höchstwerten sowie die Vornorm DIN
4108-6.
In einzelnen Schritten wird systematisch die Berechnung der Energieverluste und Energiegewinne, sowie der Ermittlung der Anlagenaufwandzahl ep beschrieben.
250
2 Wärmeschutz
Tafel 2.9.1 Vereinfachtes Verfahren zur Ermittlung des Jahres-Heizwärmebedarfs
Zeile
1
2
3
Zu ermittelnde
Größen
1
JahresHeizwärmebedarf Qh
Spezifischer Transmissionswärmeverlust HT
bezogen auf die
Wärmeübertragende
Umfassungsfläche
Spezifischer Lüftungs-Wärmeverlust
Gleichung
2
Qh = 66 (HT + HV) – 0,95 (Qs +
Qi)
HT = Σ (Fxi Ui Ai) + 0,05 A 1)
Zu verwendende
Randbedingung
3
Temperatur-Korrekturfaktoren
Fxi nach Tabelle 3
HT’ = HT/A
HV = 0,19 Ve
ohne Dichtheitsprüfung
nach Anlage 4 Nr. 2
HV = 0,163 Ve
mit Dichtheitsprüfung
nach Anlage 4 Nr. 2
4
Solare Gewinne Qs
Qs = Σ (Is)j,HP •Σ 0,567 gi Ai 2)
5
Interne Gewinne Qi
Qi = 22 AN
Solare Einstrahlung:
Orientierung
Σ (Is)j.HP
Südost bis Südwest
270 kWh/(m2 ∙ a)
Nordwest bis Nordost
100 kWh/(m2 ∙ a)
übrige Richtungen
155 kWh/(m2 ∙ a)
Dachflächenfenster mit
Neigungen < 30 °3)
225 kWh/(m2 ∙ a)
Die Fläche der Fenster Ai mit
der Orientierung j (Süd, West,
Ost, Nord und horizontal) ist
nach den lichten Fassadenöffnungsmaßen zu ermitteln.
AN: Gebäudenutzfläche nach
Nr. 1.4.4
1) Die Wärmedurchgangskoeffizienten der Bauteile Ui sind nach DIN EN ISO 6946 : 1996-11 und nach DIN
EN ISO 10077-1:2000-11 zu ermitteln oder sind technischen Produkt-Spezifikationen (z. B. für Dachflächenfenster) zu entnehmen. Bei an das Erdreich grenzenden Bauteilen ist der äußere Wärmeübergangswiderstand gleich Null zu setzen.
2) Der Gesamtenergiedurchlassgrad gi (für senkrechte Einstrahlung) ist technischen Produkt-Spezifikationen
zu entnehmen oder nach DIN EN 410 : 1998-12 zu ermitteln. Besondere energiegewinnende Systeme, wie
z. B. Wintergärten oder transparente Wärmedämmung, können im vereinfachten Verfahren keine Berücksichtigung finden.
3) Dachflächenfenster mit Neigungen ≥ 30 °sind hinsichtlich der Orientierung wie senkrechte Fenster zu
behandeln.
2.9 Berechnungen für den Nachweis der EnEV
251
Bild 2.9.1
Erdgeschoss des
Einfamilienhauses
Bild 2.9.2
Dachgeschoss des
Einfamilienhauses
252
2 Wärmeschutz
[
Bild 2.9.3
Querschnitt
des Einfamilienhauses
Bild 2.9.4
Ansicht Nord
des Einfamilienhauses
2.9 Berechnungen für den Nachweis der EnEV
253
Bild 2.9.5
Ansicht Süden
des Einfamilienhauses
Bild 2.9.6
Ansicht Ost
des Einfamilienhauses
254
2 Wärmeschutz
Bild 2.9.7
Ansicht West
des Einfamilienhauses
2.9.1.1 Berechnungsschritte des Vereinfachten Verfahrens für Wohngebäude
Im Gegensatz zum Monatsbilanzverfahren werden die Rechengleichungen für den Wärmeschutzund Primärenergienachweis für das Vereinfachte Verfahren für Wohngebäude vollständig in der
Energieeinsparverordnung aufgeführt.
Die EnEV stellt zwei energetische Anforderungen.
1. Der Jahresprimärenergiebedarf Qp ist zu begrenzen.
Die Begrenzung des der Jahresprimärenergiebedarf Qp gilt nicht für Wohngebäude, die überwiegend durch Heizsysteme beheizt werden, für die in der DIN V 4701-10: 2006-12 keine
Berechnungsregeln angegeben sind. Bei diesen muss ein Nachweis für die vorhandenen
Transmissionswärmeverluste HT geführt werden. Dieser darf max. 76% des zulässigen HT’
nach Tab. 1 Anlage 1 Spalte 4 der EnEV 2007 betragen.
2. Der spezifische, auf die wärmeübertragende Umfassungsfläche bezogene Transmissionswärmeverlust HT' ist zu begrenzen. Das vereinfachte Verfahren darf nur dann ausgeführt werden,
wenn der Fensterflächenanteil des Wohngebäudes ≤ 30% beträgt.
Hinweis: Wohngebäude mit einer Gebäudenutzfläche ≤50m² gelten als kleine Wohngebäude
(§ 8 der EnEV). Bei diesen Gebäuden genügt es, wenn die U- Werte der Außenbauteile den Anforderungen der Anlage 3 der EnEV entsprechen. Die Anlagentechnik muss dabei den Anforderungen des Abschnitts 4 der EnEV 2007 genügen.
2.9.1.2 Prüfung der Anwendbarkeit des Berechnungsverfahrens bei
Wohngebäuden
Zunächst ist eine Prüfung erforderlich, ob die Voraussetzungen für das Anwenden des Heizperiodenbilanzverfahren gegeben sind:
2.9 Berechnungen für den Nachweis der EnEV
255
1.1 Dies bedeutet: Das Gebäude wird zum Wohnen genutzt.
1.2 Sind die Innentemperaturen des Gebäudes ≥ 19 °C?
1.3 Es ist zu überprüfen, ob die Forderung erfüllt wird, dass der Fensterflächenanteil 30 % nicht
überschreitet.
1.1 Es ist der sommerliche Wärmeschutz zu überprüfen, siehe auch Hinweise in DIN 4108-2.
1.4 Es sind die Angaben der Planungs- und Ausführungsbeispiele der DIN 4108 Bbl. 2 in Planung und Ausführung einzuhalten, bzw. ist bei abweichenden Ausführungen die Gleichwertigkeit nachzuweisen.
2.9.1.3 Ermittlung der gebäudespezifischen Daten
Höchstwerte für den Jahres-Primärenergiebedarfs Qp" und den Transmissionswärmeverlust
H T' .
Ermittlung der geometrischen Daten des Gebäudes:
Bei der Ermittlung der wärmeübertragenden Umfassungsfläche A und des hiervon umschlossenen, beheizten Gebäudevolumens Ve gelten die Gebäudeaußenmaße.
Bei der Betrachtung wärmetechnischer Eigenschaften von Gebäuden sind deren geometrische
Daten von grundlegender Bedeutung. Die Ermittlung dieser Informationen steht daher am
Anfang der wärmeschutztechnischen Nachweisführung.
Zunächst ist die wärmetauschende Umfassungsfläche A festzulegen. Dies ist die Fläche, die
das beheizte Gebäudevolumen gegen die Außenluft oder nicht bzw. gering beheizte Gebäudebereiche abgrenzt. Die Fläche ist aus den Außenabmessungen der Flächen zu ermitteln und
in m2 anzugeben. (Abschnitt 2.5.9).
Tafel 2.9.2 Zusammenstellung der Außenwandflächen und Fensterflächen
Länge in m x
6,00
3,78
1,89
Außenwand Nord
Höhe in m x
3,96
3,31
2,50
Fläche Außenwand
Nord gesamt
Ergebnis in m2
23,76
12,51
4,73
41,00
Fenster Nord
Fläche Fenster
Nord gesamt
Haustür Nord
Außenwand West
0,76
0,76
0,76
1,01
1,01
1,01
0,77
0,77
0,77
2,30
2,51
9,03
2,00
4,60
0,75
2,135
3,96
2,00
2,00
3,10
Fläche Außenwand
West gesamt
5,36
35,76
4,00
9,20
2,33
51,28
Fenster West
Fläche Fenster
West gesamt
1,26
1,26
1,26
1,385
1,385
1,385
1,75
1,75
1,75
5,24
256
2 Wärmeschutz
Tafel 2.9.2 Fortsetzung
Länge in m x
9,78
2,01
2,01
Außenwand Süd
Fenster Süd
Höhe in m x
3,96
2,51
2,51
Fläche Fenster
Süd gesamt
10,09
9,03
2,00
4,60
0,75
Außenwand Ost
Ergebnis in m2
38,73
5,05
5,05
3,96
2,00
2,00
3,10
Fläche Außenwand Ost
gesamt
35,76
4,00
9,20
2,33
51,28
1,26
1,26
1,26
1,26
Fenster Ost
1,385
1,385
1,385
1,385
Fläche Fenster
Ost gesamt
Dach Nord
Dach West
Dach Süd
Dach Ost
6,98
7,00
1,75
9,78
1,75
9,78
2,50
Kehlbalkenlage
1,75
1,75
1,75
1,75
2,9
2,9
2,9
2,9
4,60
1,40
Fläche Kehlbalkenlage
gesamt
20,30
5,08
28,36
5,08
44,99
3,50
48,49
9,78
3,78
Bodenplatte
9,03
0,75
88,31
2,84
Fläche Bodenplatte
gesamt
91,15
Summe A gesamt :
380,74
Die gesamte Fläche der wärmeübertragenden bzw. wärmetauschenden Hüllfläche AAW beträgt =
380,74m2.
Die gesamte Fläche der darin enthaltenen transparenten Bauteile (Fenster AW und Haustür) beträgt = 29,97m2.
Berechnung des beheizten Gebäudevolumens:
Tafel 2.9.3 Zusammenstellung des Gebäudevolumens
Länge in m x
Breite in m x
Höhe in m
9,78
9,78
9,78
1,8
1,8
9,03
2,0
4,6
1,7
1,3
3,96
2,0
2
1,9
1,9
Ergebnis in m3
349,72
39,12
89,98
5,81
4,45
489,08
2.9 Berechnungen für den Nachweis der EnEV
257
Das beheizte Gebäudevolumen Ve beträgt 489,08m3
Das von diesen Flächen umschlossene Volumen ist das beheizte Gebäudevolumen Ve (Bruttovolumen), das in m3 angegeben wird. Aus der wärmetauschenden Umfassungsfläche A und dem
beheizten Gebäudevolumen Ve wird der Quotient A/Ve gebildet, der ein Maß für die Kompaktheit
der Gebäudeform ist.
Gebäude mit einem geringen A/V -Verhältnis sind kompakter – d. h. sie weisen pro Volumeneinheit weniger wärmetauschende Fläche auf- und sind damit bezüglich ihrer Form energetisch
günstiger als Gebäude mit hohem A/V-Wert.
A/Ve = 380,74/489,08 = 0,78 m–1
(2.91)
Eine abgeleitete geometrische Gebäudekenngröße ist die Gebäudenutzfläche AN. Für Wohngebäude wird AN im Rahmen der Energieeinsparverordnung aus dem beheizten Gebäudevolumen
nach folgender Gleichung berechnet:
AN = 0,32 · Ve
AN = 0,32 · 489,08 = 156,51 m2
(2.5.1)
Ermittlung des Fensterflächenanteils.
Das vereinfachte Verfahren darf für Wohngebäude angewendet werden, deren Fensterflächenanteil 30 % nicht überschreitet. Der Fensterflächenanteil f errechnet sich nach der Gleichung:
f = AW/AW + AAW
(2.92)
Hierbei sind: AW : Fläche der Fenster
Hierbei sind: AAW : Fläche der Außenwände
Werden Dachgeschosse beheizt, sind die Fensterflächen des beheizten Dachgeschosses der Fläche AW hinzuzurechnen und die Flächen der wärmeübertragenden Dachschrägen der Fläche AAW.
Für diese Beispielgebäude errechnet sich der Fensterflächenanteil zu:
Fensterfläche AW : 29,97 m2
Außenwände AAW: 289,59 m2
Fensterflächenanteil f : 29,97/(29,97 + 259,62) = 0,10 f ≤ 0,30
Ebenfalls ist ein Nachweis über den Wärmeschutz im Sommer im Sinne der EnEV nicht erforderlich, weil der Fensterflächenanteil 15 % nicht überschreitet.
Ermittlung der Höchstwerte.
In Abhängigkeit vom A/Ve-Verhältnis des Gebäudes wird der Höchstwert des auf die Gebäudenutzfläche bezogenen Jahres-Primärenergiebedarfs Qp" und des spezifischen, auf die wärmeübertragende Umfassungsfläche bezogenen Transmissionswärmeverlustes H T' ermittelt.
Hierbei ist festzulegen, ob es sich um ein Wohngebäude mit überwiegender Warmwasserbereitung aus elektrischem Strom handelt, oder ob die Warmwasserbereitung durch die Heizungsanlage erfolgen soll.
Für das Beispielgebäude ergeben sich somit folgende Höchstwerte des Jahres- Primärenergiebedarf und des spezifischen Transmissionswärmeverlustes in Abhängigkeit von A/Ve:
258
2 Wärmeschutz
Tafel 2.9.4 Max. zulässiger Jahres-Primärenergiebedarf nach EnEV, Anlage 1, Tabelle 1
Spezifischer, auf die wärmeübertragende Umfassungsfläche bezogener
Transmissions-Wärmeverlust
Jahres-Primärenergiebedarf
Verhältnis
A/Ve
Qp´´ in kWh/(m² ∙ a)
bezogen auf die Gebäudenutzfläche
Wohngebäude
(außer solchen nach Spalte 3)
1
Wohngebäude mit überwiegen- H´ in W/(m² ∙ K)
T
der Warmwasserbereitung aus
Wohngebäude
elektrischem Strom
2
3
4
≤ 0,2
66,00 + 2600/(100+AN)
83,80
1,05
0,3
73,53 + 2600/(100+AN)
91,33
0,80
0,4
81,06 + 2600/(100+AN)
98,86
0,68
0,5
88,58 + 2600/(100+AN)
106,39
0,60
0,6
96,11 + 2600/(100+AN)
113,91
0,55
0,7
103,64 + 2600/(100+AN)
121,44
0,51
0,8
111,17 + 2600/(100+AN)
128,97
0,49
0,9
118,70 + 2600/(100+AN)
136,50
0,47
1
126,23 + 2600/(100+AN)
144,03
0,45
≥1,05
130,00 + 2600/(100+AN)
147,79
0,44
1.2 Zwischenwerte zu Tabelle 1
Zwischenwerte zu den in Tabelle 1 festgelegten Höchstwerten sind nach folgenden Gleichungen zu ermitteln:
Spalte 2
Qp" = 50,94 + 75,29 ∙ A/Ve + 2600/(100 + AN) in kWh/(m2 ∙ a)
Spalte 3
Qp' = 72,94 + 75,29 ∙ A/Ve
in kWh/(m2 ∙ a)
Spalte 4
HT' = 0,3 + 0,15/(A/Ve)
in W/(m2 ∙ K)
1.3 Zuschläge bei Kühlung
Wird bei einem zu errichtenden Wohngebäude die Raumluft gekühlt, erhöhen sich die Höchstwerte des JahresPrimärenergiebedarfs in den Spalten 2 und 3 der Tabelle 1 wie folgt:
" =
Qp" + AN,c / AN ∙ 16,2 kWh/(m²∙a)
Qp,c
mit
"
Qp,c
Höchstwert des Jahres-Primärenergiebedarfs für das gekühlte Wohngebäude
AN
gekühlter Anteil der Gebäudenutzfläche AN
Max. zulässiger Jahres- Primärenergiebedarf nach Spalte 2 der Tabelle 1, Anlage 1 der EnEV:
(2.9.1)
Vorhandenes A/Ve = 380,74/489,08 = 0,78 m–1
Zwischenwerte zu den in Tabelle 1 festgelegten max. zulässigen Jahres- Primärenergiebedarf sind
nach der Gleichung:
Qp" = 50,94 + 75,29 · A/Ve + 2600/(100 + AN)
zu ermitteln.
Für unser Beispielgebäude bedeutet dieses:
in kWh/(m2 · a)
(2.9.3)