Rechenverfahren nach DIN V 4701-10

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EnEV
=
Energieeinsparverordnung
=
"Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz
und energiesparende Anlagentechnik von Gebäuden"
Energieeinsparverordnung 2002
Architektur Oberstufenseminar - WS 2005/06
ALLGEMEINES
ENEV als Teil des Klimaschutzprogramms der Bundesregierung
Quelle: Porenbeton
Entwicklung der Vorschriften zur Energieeinsparverordnung
Möglichkeiten der Einflussnahme auf die Berechnungsergebnisse
Quelle: TWW
Begriffsdefinitionen
Quelle: Bund der Energieverbraucher e.V.
Begriffsdefinitionen
Primärenergiebedarf
Heizenergiebedarf
Heizwärmebedarf
- Energiemenge, die zur Deckung des
Heizenergie- und Trinkwasserwärmebedarfs benötigt wird
- Berücksichtigung zusätzlicher Energiemengen aus vorgelagerten Prozessketten, die bei der Gewinnung,
Umwandlung und Verteilung der
jeweiligen Brennstoffe außerhalb des
Gebäudes entstehen
- Energiemenge, die dem Heizungssystem eines Gebäudes zuzuführen ist,
um den Heizwärmebedarf abzudecken
- Berücksichtigung zusätzlicher Energiemengen, die bei der Erzeugung,
Verteilung und Übergabe der Wärme
innerhalb des Gebäudes entstehen
(Anlagenverluste)
- wird auch als Endenergiebedarf
bezeichnet
- Wärmemenge, die den beheizten
Räumen über die Heizungsanlage
zugeführt werden muss, um eine innere
Solltemperatur während der
Heizperiode aufrecht zu erhalten
Bilanzkette
Quelle: Wärmeschutz im Dach- und Holzbau
Bilanzkette
Quelle: Porenbeton
Übersicht Berechnungsverfahren
Quelle: Porenbeton
Kombination von Nachweiskomponenten
Übersicht Berechnungsverfahren
Quelle: Bund der Energieverbraucher e.V.
Bestimmung des Fensterflächenanteils
- Wände gegen unbeheizte Räume
und Dachräume, Bauteile gegen
Erdreich und Flachdächer bleiben
bei der Berechnung unberücksichtigt
- geneigte Dachflächen werden nur
berücksichtigt, wenn Dachflächenfenster vorhanden sind
f=
AW
A W + A AW
Vergleich Bedarf - Verbrauch
• EnEV ermittelt den für das Gebäude notwendigen Energiebedarf bei genormten
Randbedingungen
• ist ein Anhaltswert für die energetische Qualität des Gebäudes und ein Vergleichswert
• der tatsächliche Verbrauch weicht i.d.R. vom Bedarf ab durch:
- örtlich (und jährlich) unterschiedliche Klimabedingungen
- stark unterschiedliches Nutzerverhalten
ANFORDERUNGEN
Anforderungen
Quelle: Porenbeton
Geometrische Faktoren bei der Bestimmung der Anforderungen
A/V - Verhältnis:
wärmeübertragende Oberfläche des Volumens
beheiztes Volumen
- Maß der Kompaktheit eines Gebäudes
- bei gleichem Volumen nimmt mit steigendem
A/V-Verhältnis die Oberfläche des Körpers zu
(in Pfeilrichtung auf dem Bild) und die
Kompaktheit ab
- je höher das A/V-Verhältnis, desto größer der
spezifische Transmissionswärmeverlust
- Kugelform kompaktester Körper
- Kompaktheit ist abhängig von der Größe: bei
gleicher Form sind größere Körper kompakter,
da das Volumen schneller zunimmt als die
Oberfläche
Zulässiger Primärenergiebedarf QP'' [kWh/(m²a)] für Wohngebäude
160
150
140
QP'' [kWh/(m²a)]
130
120
110
100
QP" bei WWB aus elektr. Strom
90
QP" bei AN = 100 m²
80
QP" bei AN = 10000 m²
70
60
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
A/Ve [1/m]
Zulässiger spezifischer Transmissionswärmeverlust HT' [W/(m²K)]
1,7
1,6
für Nichtwohngebäude mit f > 30%
1,5
1,4
für Nichtwohngebäude mit f < 30% und Wohngebäude
1,3
für Gebäude mit niedriger Innentemperatur
HT' [W/(m²K)]
1,2
1,1
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
A/Ve [1/m]
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
Anforderungsniveau der neuen Energieeinsparverordnung im
Vergleich mit bisherigen Wärmeschutzverordnungen
Quelle: TWW
BAUPHYSIK
0,024 kh/d = 1 d
Faktor für Nachtabsenkung, fNA = 0,95
Heizgradtagszahl, Gt19/10 = 2900 Kd/a
Gt19/10 = (19 °C – 3,3 °C) ⋅ 185 d/a
FGt = 66 kKh/a
Systematik Heizperiodenbilanzverfahren
QI,HP = 0,024 ⋅ fNA ⋅ Gt19/10 ⋅ (HV + HT)
Qh,HP = QI,HP – ηHP ⋅ Qg,HP
[kWh/a]
Transmissionswärmeverlust [W/K]
Lüftungswärmeverlust [W/K]
Qg,HP = Qs,HP + Qi,HP
interne Wärmegewinne [kWh/a]
solare Wärmegewinne [kWh/a]
Ausnutzungsgrad der Gewinne, ηHP = 0,95
Systematik Monatsbilanzverfahren
0,024 kh/d = 1 d
Qh = Σ Qh,M | pos
Wärmeverluste, HM = HT + HV
[kWh/a]
monatlicher Temperaturunterschied
QI,M = 0,024 ⋅ HM ⋅ (θi − θe,M) ⋅ tM
Qh,M = QI,M – ηM ⋅ Qg,M
[kWh]
Anzahl der Tage im Monat
Qg,M = 0,024 ⋅ (ΦS,M + Φi,M) ⋅ tM
monatliche interne Wärmegewinne
monatliche solare Wärmegewinne
monatlicher Ausnutzungsgrad
spezifischer Transmissionswärmeverlust
Temperaturkorrekturfaktor nach DIN V 4108-6, Tab. 3: Fx = (θi – θu)/(θi – θe)
Wärmedurchgangskoeffizient der Bauteile [W/m²K]
Fläche der Bauteile (Außenmaßbezug) [m²]
HT = Σ(Fx,i ⋅ Ui ⋅ Ai) + HWB + ∆HT,FH
[W/K]
Anteil für in Außenbauteilen integrierte Heizflächen
(für Bauteile an Außenluft, Erdreich und unbeheizte
Räume)
Anteil Wärmebrücken: HWB = ∆UWB ⋅ A
Beispiel zur Ermittlung der wärmeübertragenden Hüllfläche
Quelle: Kommentar zur EnEV
Berücksichtigung von Wärmebrücken
Erfassung durch zusätzlichen Wärmedurchgangskoeffizienten ∆UWB
HWB = ∆UWB ⋅ A
nach EnEV sind 3 Arten der Berücksichtigung möglich
(1) pauschal: ∆UWB = 0,10 W/m²K über gesamte Hüllfläche ohne Nachweis Wärmebrücken
(2) pauschal: ∆UWB = 0,05 W/m²K über gesamte Hüllfläche bei Anwendung der
Planungsbeispiele nach DIN 4108, Beiblatt 2
⇒ bei Anwendung des Heizperiodenbilanzverfahrens zwingend vorgeschrieben
(3) genauer Nachweis der Verluste durch Wärmebrücken nach DIN V 4108-6
(Ermittlung mit Wärmebrückenatlanten oder PC-Programme)
Erfassung folgender zweidimensionaler Wärmebrücken: Gebäudekanten,
Laibungen (umlaufend) bei Fenster und Türen, Wand- und Deckeneinbindungen,
Deckenauflager und wärmetechnisch entkoppelte Balkonplatten
HWB = Σ (Ψi ⋅ li)
Berücksichtigung von Wärmebrücken mit Planungsbeispielen nach
DIN 4108, Beiblatt 2
Ψ
Ψ = längenbezogener Wärmebrückenverlustkoeffizient für zweidimensionale Wärmebrücken
(unterschiedlich bei Außen- bzw. Innenmaßbezug!)
spezifischer Lüftungswärmeverlust
HV = n ⋅ VL ⋅ ρL ⋅ cpL
ohne Nachweis der Luftdichtheit
[W/K]
mit Nachweis der Luftdichtheit
freie Lüftung
Schnittstelle zur
DIN V 4701 - 10
mechanische Lüftung
n = nAnl ⋅ (1 - ηV) + nx
0,4 h-1
mit WRG
ohne WRG
ηv = 0,6/0,8
ηv = 0
n = 0,7 h-1
n = 0,6 h-1
0,2 h-1
n ≤ 0,6 h-1
interne Wärmegewinne
nach DIN V 4108-6, Anhang D
nutzflächenbezogene
interne Wärmegewinne
Φi = qi AN
• Wohngebäude
• Büro/Verwaltungsgebäude
qi = 5 W/m²
qi = 6 W/m²
• sonstige Gebäude
qi = 5 W/m²
[W]
Nutzfläche: AN = 0,32 ⋅ Ve
[m²]
solare Wärmegewinne durch transparente Bauteile
monatliche solare Einstrahlung
effektive Fläche des Bauteils
Bruttofläche des Bauteils
g = FW ⋅ g
AS = A ⋅ FS ⋅ FC ⋅ FF ⋅ g
Gesamtenergiedurchlassgrad
Abminderung Strahlungseinfall
Abminderung Rahmenanteil
Φs = Σ (l s,j ⋅ Σ As,ji)
[W]
Abminderung perm Sonnenschutz
Abminderung seitl. Verschattung
Indizes:
j = Orientierung
i = Bauteil
FS = Fo ⋅ Ff ⋅ Fh
Abminderung Verbauung
Abminderung hor. Verschattung
ANLAGENTECHNIK
Systematik der Indizierung
q H, d, HE, E
E = Endenergie
P = Primärenergie
Hinweis:
Abweichende Symbolbezeichnungen zwischen DIN 4701-10
und DIN V 4108-6
DIN V 4701-10
DIN V 4108-6 Bedeutung
tw
w
Trinkwasserwärmebedarf
TW
W
Trinkwasserenergiebedarf
WRG
WR
Wärmerückgewinnung
HE = Hilfsenergie
WE = Wärmeenergie (oder ohne Index)
ce = controll and emission (Übergabe)
d = distribution (Verteilung)
s = storage (Speicher)
g = generation (Erzeugung)
H = Heizung
L = Lüftung
TW = Trinkwarmwasser
Wärmeenergie
h = Jahres-Heizwärmebedarf
h,H = Beitrag der Heizung am qh
h,L = Beitrag der Lüftung am qh
h,TW = Beitrag der Trinkwassererwärmung am qh
tw = Trinkwasser-Wärmebedarf
Wärmebedarf
Primärenergiefaktoren
Energieträger
Brennstoffe
Nah/ Fernwärme aus KWK
Nah/ Fernwärme aus
Heizwerken
Strom
Holz (ab Mai 2003)
Heizöl EL
Erdgas H
Flüssiggas
Steinkohle
Braunkohle
Fossiler Brennstoff
Erneuerbarer Brennstoff
Fossiler Brennstoff
Erneuerbarer Brennstoff
Strom-Mix
Primärenergie-Faktoren fP
1,1
1,1
1,1
1,1
1,2
0,7
0,0
1,3
0,1
3,0
0,2
Die verwendeten Energieträger sind im Hinblick auf die Energieaufwendung bei der Herstellung und den
Rohstoffverbrauch unterschiedlich zu bewerten. Die Zahl vor dem Komma gibt den Verbrauch des
Rohstoffes an. Eine 1 bedeutet vollständiger Verbrauch ohne Ersatz (zum Beispiel bei fossilen Brennstoffen), nachwachsende und regenerative Rohstoffe besitzen eine 0 vor dem Komma. Die Zahl nach dem
Komma steht für Energieverluste, die bei der Gewinnung, Verarbeitung und beim Transport des Rohstoffs
entstehen. Bei den fossilen Brennstoffen sind das zum Beispiel 10 bis 20%.
Bei Nah-/Fernwärme ist zu berücksichtigen, dass bereits Endenergie am Gebäude zur Verfügung gestellt
wird und damit die Primärenergiefaktoren mit denen der Brennstoffe nicht direkt vergleichbar sind.
Anlagenaufwandszahl
Die Anlagen-Aufwandszahl eP beschreibt das Verhältnis von der durch die Anlagentechnik benötigten Primärenergie zu der von ihr abgegebenen Nutzwärme.
Primärenergiebedarf zur Erzeugung von
Heizwärme und Trinkwarmwasser
eP =
QP
=
Heizwärme- und Trinkwarmwasserbedarf des
Gebäudes
Qh + Qtw
Anlagenaufwandszahl
Primärenergie-Aufwandszahlen typischer Heizanlagen
Bilanzierungsprinzip der DIN V 4701-10
Energie-Verluste des
Trinkwassererwärmungs-Stranges
Trinkwassererwärmung
Bilanzumfang der
Norm beschränkt
sich auf:
QTW
Qtw
Trinkwassererwärmebedarf
Qh
Heizwärmebedarf
Lüftungsstranges
Qh,TW
Heizung
Lüftung
Warmwasser
Lüftung
Heizung
QL
QH
Qh,L
Qh,H
Heizungsstranges
Endenergie
Anlagentechnik
Nutzen
mögliche Rechenverfahren nach DIN V 4701-10
Diagrammverfahren
Grafische Ermittlung der Anlagen-Aufwandzahl eP und des
Endenergiebedarfs
Tabellenverfahren
Verwendung von Standardwerten, die sich am unteren energetischen
Durchschnitt befinden
Detailliertes Verfahren
Berechnung der Kennwerte mit festgelegten Randbedingungen und
Rechenvorschriften
Kombinationen zwischen den Rechenverfahren sind möglich!
Rechenverfahren nach DIN V 4701-10 - Diagrammverfahren
Q p = ep (qh + qtw) A N ; mit qtw = 12,5 kWh/m²a
anwendbar bei: - Versorgung des Gebäudes mit typischer Anlagentechnik und
Einsatz von Standard-Produkten
- verwendete Anlagentechnik in DIN 4701 – 10, Beiblatt 1,
enthalten (71 Anlagenkombinationen)
Vorteile
schneller Überblick über typische Anlagentechnik
geringe Planungstiefe erforderlich
keine Kenntnis der tatsächlich verwendeten Produkte erforderlich
Nachteile
Standard-Produkte führen zu ungünstigen Anlagen-Aufwandszahlen
nur die gängigste Anlagentechnik ist vorgerechnet
Beispiel der Anlage 01 aus der DIN V 4701-10, Beiblatt 1
Beispiel der Anlage 01 aus der DIN V 4701-10, Beiblatt 1
Rechenverfahren nach DIN V 4701-10 - Tabellenverfahren
anwendbar bei: - Versorgung des Gebäudes mit spezieller Anlagentechnik und
Einsatz von Standard-Produkten
- Anlagentechnik mit Standardprodukten und Normkennwerten
gem. DIN 4701 – 10, Anhang C.1 bis C.3
- Formblätter zur Berechnung
Vorteile
vereinfachte Berechnung beliebiger, unüblicher Anlagentechnik
keine Kenntnis der tatsächlich verwendeten Produkte erforderlich
Nachteile
Standard-Produkte führen zu ungünstigen Anlagen-Aufwandszahlen
Rechenverfahren nach DIN V 4701-10 – Detailliertes Verfahren
anwendbar bei: - Versorgung des Gebäudes mit beliebiger Anlagentechnik und
Einsatz von konkret geplanten Produkten
- Anlagentechnik mit konkreten Produkten und Herstellerangaben
- Formblätter zur Berechnung
Vorteile
Berechnung beliebiger Anlagentechnik
günstige Anlagen-Aufwandszahl
vereinfachte Berechnung mit Hilfe von Computer-Programmen
Nachteile
hohe Planungstiefe erforderlich
Energetische Beurteilung von Trinkwasseranlagen
Quelle: Porenbeton
qTW,P = (qtw + qTW,ce + qTW,d + qTW,s) • ∑i (eTW,g,i • α TW,g,i • fP,i)
qh,TW = qh,TW,d + qh,TW,s
qTW,HE,P = (qtw,ce,HE + qTW,d,HE + qTW,s,HE + ∑i qTW,g,HE,i • ∝TW,g,i) • fP
Anwendungsbeispiel Tabellenverfahren
Bei abweichenden Randbedingungen zu den Tabellen sind
die Werte genau zu berechnen (detailliertes Verfahren)!
Energetische Beurteilung von Lüftungsanlagen
Quelle: Porenbeton
qL,WE,P = ∑i (qL,g,i • eL,g,i • fP,i)
q h,L = (∑i qL,g,i - qL,d - qL,ce) - qh,n
qL,HE,P = (qL,ce,HE + qL,d,HE + ∑i qL,g,HE,i) • fP
Energetische Beurteilung von Heizungsanlagen
Quelle: Porenbeton
qH,WE,P = (qh,H - qh,TW - qh,L + qH,ce + qH,d + qH,s) • ∑i (eH,g,i • αH,g,i • fP,i)
qH,HE,P = (qH,ce,HE + qH,d,HE + qH,s,HE + ∑i (qH,g,HE,i • αH,g,i)) • fP,Strom
Gesamtbewertung der Heizungsanlage

Rechenverfahren nach DIN V 4701-10

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