Energieeinsparende Gebäude und Anlagentechnik (eBook)

Univ. Prof. Dipl.-Ing. Klaus W. Usemann war u.a. Oberbaurat beim Senat von Berlin und an der Ingenieur-Akademie für Bauwesen, Gründungsmitglied der Universitäten Trier und Kaiserslautern und Ordinarius für Bauphysik, Gebäudetechnik und baulichen Brandschutz an der Universität Kaiserslautern. Der Autor leitet seit Jahrzehnten Seminare zu den Themen Wärmeschutz und energiesparender Gebäudetechnik beim VDI Wissensforum.

Vorwort 6
Inhalt 12
0 Einleitung 19
1 Geo-Engineering 23
1.1 Problemstellung 23
1.1.1 Weltweite Klimaveränderungen 23
1.1.2 Zusammenhänge Architektur-Energie-Klima: Der Treibhauseffekt und was steckt dahinter 29
1.2 Ursachen der weltweiten Klimaveränderungen 32
1.2.1 Global (weltweit) 32
1.2.2 Die Rolle der Bundesrepublik Deutschland 42
1.2.3 Die Rolle des Anwendungsbereichs Niedertemperaturwärme in der Bundesrepublik Deutschland 48
1.2.4 Die Rolle des Anwendungsbereichs Niedertemperaturwärme eines einzelnen Gebäudes 49
1.3 Folgen der weltweiten Klimaveränderung 52
1.4 Gegenmaßnahmen: Energie und Architektur 54
1.4.1 Global (weltweit) 54
1.4.2 Rolle der Bundesrepublik Deutschland 56
1.5 Grundlegende Konsequenzen der novellierten Wärmeschutzverordnungen. Anlass und Ziele 57
1.6 Energie der Zukunft 60
2 Forderungen des Wärmeschutzes 62
2.1 Wärmeschutzforderungen vor der ersten Wärmeschutzverordnung 62
2.1.1 DIN 4108 – Wärmeschutz im Hochbau 62
2.2 Die Wärmeschutzverordnung (WSVO) 66
2.2.1 Erste Wärmeschutzverordnung 66
2.2.4 Weitere Ausgaben der DIN 4108 84
2.3 Heizungsanlagenverordnungen (HeizAnlV) 85
2.3.1 Heizungsanlagenverordnung 1978 85
2.3.2 Heizungsanlagenverordnung 1982 86
2.3.3 Heizungsanlagenverordnung 1989 87
2.3.4 Heizungsanlagenverordnung 1994 87
2.3.5 Heizungsanlagenverordnung 1998 89
2.5 Energiesparendes Bauen, Herausforderung für Architekten und Ingenieure 108
3 Energieeinsparverordnung – EnEV 111
3.1 Schwerpunkte der Verordnung im Einzelnen 112
3.1.1 Beitrag der Energieeinsparung zum Klimaschutz 112
3.1.2 Verschärfung der Anforderungen im Neubau 119
3.1.3 Integration von Wärmeschutz und Anlagentechnik 120
3.1.4 Vereinfachtes Nachweisverfahren bei Wohngebäuden 122
3.1.5 Anforderungskonzept für den Gebäudebestand 123
3.1.6 Erleichterung des Einsatzes erneuerbarer Energien und der Kraft- Wärme- Kopplung sowie sommerlicher Wärmeschutz 128
3.1.7 Erhöhung der Transparenz für Bauherren und Nutzer durch Energieausweise 129
3.1.8 Verweise auf Regeln der Technik, Anpassung an die europäische Normung 130
3.1.9 Rechtsvereinfachung 132
3.1.10 Umsetzung europäischer Richtlinien in nationales Recht 133
3.1.11 Sonderregelungen in Deutschland für Gebäude in energie- sparender Bauweise 133
3.2 Verordnungstext mit Erläuterungen 136
3.3 Energiebedarfs- und Wärmebedarfsausweise 314
3.4 EU-Richtlinie EER über die Energieeffizienz von Gebäuden 332
3.5 Wirtschaftliche Vertretbarkeit der Anforderungen, 337
3.5 Wirtschaftliche Vertretbarkeit der Anforderungen, Auswirkungen auf die Baukosten, Mieten und Preise sowie Honorierung 337
3.5.1 Wirtschaftliche Vertretbarkeit 337
3.5.2 Gebäudekosten 339
3.5.3 Preisniveau bei Bauprodukten 349
3.5.4 Mieten und Gesamtwohnkosten, Verbraucherpreise 352
3.5.5 Auswirkungen auf die öffentlichen Haushalte 354
3.5.6 Honorierung 356
3.5.7 Bautypische Instandhaltungsbegriffe 359
3.6 Gebäudegeometrieverhältnis (Kompaktheitsgrad) A/ Ve 363
4 Berechnung des Jahresheizwärme- und des Jahresheizenergiebedarfs nach DIN V 4108- 6 371
4.1 Der Baupfad. Allgemeines 371
4.2 Erläuterungen zum vereinfachten Nachweisverfahren nach der EnEV 378
4.3 Wärmeverluste nach dem Monatsbilanzverfahren 402
4.4 Wärmegewinne nach dem Monatsbilanzverfahren 406
4.5 Heizunterbrechung, Nachtbetriebsabschaltung nach dem Monatsbilanzverfahren 412
4.6 Ausnutzungsgrad der Wärmegewinne nach dem Monatsbilanzverfahren 414
4.7 Jahresheizwärmebedarf nach dem Monatsbilanzverfahren 419
4.8 Formblätter 419
4.9 Einige kritische Anmerkungen 430
4.9.1 Der nach DIN EN 832 bzw. DIN V 4108-6 ermittelte Jahresheizwärmebedarf ist keine alleinige Eigenschaft des Gebäudes 430
4.9.2 Lüftungswärmebedarf keine alleinige Gebäude- oder Anlageneigenschaft 430
4.9.3 Heizunterbrechungen keine alleinige Gebäude- oder Anlageneigenschaft 431
4.9.4 Bedarfsgeführte Regelung gleichberechtigt zu anderen Maßnahmen 432
4.9.5 Einfache Primärenergiebewertung auf Basis der Heizenergiebilanz und mit Primärenergiefaktoren 432
4.9.6 Weiterentwicklung des technischen Regelwerkes 432
5. Energetische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen ( Heizung, Trinkwassererwärmung, Lüftung) nach DIN 4701- 10 434
5.1 Der Anlagenpfad. Allgemeines 434
5.2 Grundlagen des Rechenverfahrens 443
5.3 Anlagenaufwandszahl eP 445
5.4 Bereiche und Stränge 451
5.5 Symbole und Indizierung 455
5.6 Diagrammverfahren nach DIN V 4701-10 456
5.7 Tabellen- und Detailliertes Rechenverfahren 459
5.8 Berechnungsgrundlagen für das Detaillierte Verfahren 459
5.9 Berechnungsblätter 463
5.10 Nachweise nach der EnEV 469
5.11 Mindestangaben für das Tabellenverfahren 471
5.12 Zusätzliche Angaben für das Detaillierte Verfahren 480
5.13 Der umfassendere Ansatz zur DIN V 4701-10 495
5.14 Verrechnung von Anlagentechnik und Bauphysik 497
6 Jahresheizwärmebedarfs- und Primärenergiebedarfsübersichten 502
Rechenprogramme nach der EnEV 536
7 Konsequenzen der Energieeinsparverordnung auf Konstruktion und Gestaltung der Gebäude 540
7.1 Energieeinsparhäuser 540
7.1.1 Definitionen 540
7.1.2 Gebäudeentwurf bei einer Niedrigenergiebauweise 544
7.1.3 Wärmeschutzkonstruktionen 549
7.1.4 Gebäudetechnik 566
7.2 Anforderungen an Bauteile für Neubauten 574
7.2.1 Außenwände 574
7.2.2 Decken, Dächer 595
7.2.3 Fenster, Fenstertüren, Dachfenster 601
7.2.4 Wärmedämmstoffe 627
7.2.5 Erdreichberührte Gebäudeaußenfläche 637
7.2.6 Massiv-Absorber 639
7.2.7 Allgemeine Feststellungen 644
7.3 Anforderungen an bestehende Gebäude 645
7.4 Anforderungen an denkmalgeschützte Gebäude 684
7.5 Ökologische Aspekte 690
7.6 Luftdichtheit der Außenhülle von Gebäuden 703
7.6.1 Konstruktive Anforderungen an die Fugendurchlässigkeit von Fenstern, Bauteilfugen usw. 707
7.6.2 Luftdichtigkeitsprüfung von Gebäuden 717
7.6.3 Ermittlung der Luftdichtigkeit durch Indikatorgasmesstechnik 732
7.6.4 Rechnerische Überprüfung des Luftwechsels 736
7.7 Möglichkeiten und Praxis der Bau-Thermographie 738
7.8 Energieberatung 742
7.9 Anforderungen an Wintergärten 744
7.9.1 Der unbeheizte Wintergarten, Neubau 745
7.9.2 Der beheizte Wintergarten, Neubau 745
7.9.3 Nachträglicher Anbau eines Wintergartens an ein bestehendes Gebäude 746
7.9.4 Allgemeine Hinweise 747
8 Konsequenzen der Energieeinsparverordnung auf die energiewirtschaftliche Beurteilung von Heizungsanlagen, Lüftung, Trinkwassererwärmung 749
8.1 Allgemeines 749
8.2 Wärmeerzeugung 760
8.2.1 Heizkessel 760
8.2.2 Blockheizkraftwerk (BHKW) 776
8.2.3 Wärmepumpen 781
8.3 Raumheizflächen 791
8.4 Pumpenauslegung 807
8.5 Regelungstechnik 814
8.6 Warmwasserversorgung 819
8.7 Einzelfeuerstätten 830
8.9 Solaranlagen 860
9 Nachweis nach der EnEV am Beispiel eines Einfamilienhauses 873
9.1 Berechnungsverfahren 873
9.2 Baubeschreibung 873
9.3 Grundrisse und Ansichten 874
9.4 Eingangsdaten 876
9.4.1 Wärmeübertragende Umfassungsfläche A 876
9.4.2 Beheiztes Gebäudevolumen Ve 878
9.4.3 Gebäudenutzfläche AN 882
9.4.4 A/ Ve- Verhältnis und Anforderungsniveau der EnEV 882
9.4.5 Nettoflächenermittlung 883
9.4.6 Fensterflächenanteil 885
9.4.7 Aufbau raumabschließender Außenbauteile 887
9.5 Monatsbilanzverfahren. Transmissionswärmeverluste 889
9.5.1 Berechnungshinweise 889
9.5.2 Eingangswerte 890
9.5.3 Wärmebrücken 892
9.5.4 Temperaturkorrekturfaktoren 894
9.5.5 Berechnung des Transmissionswärmeverlustes HT 894
9.5.6 Berechnung des monatlichen Bruttowärmeverlustes durch Transmission 896
9.6 Monatsbilanzverfahren. Lüftungswärmeverluste 897
9.6.1 Rechenvorschriften 897
9.6.2 Eingangsdaten 898
9.6.3 Berechnung des spezifischen Lüftungswärmeverlustes HV 898
9.6.4 Berechnung des Bruttowärmeverlustes durch Lüftung 899
9.7 Monatsbilanzverfahren: Bruttowärmeverluste durch Transmission und Lüftung 900
9.8 Monatsbilanzverfahren. Interner Wärmegewinn 901
9.8.1 Allgemeines 901
9.8.2 Berechnung des mittleren internen Wärmegewinns 902
9.8.3 Berechnung des internen Bruttowärmegewinns 902
9.9 Monatsbilanzverfahren. Solarer Wärmegewinn 903
9.9.1 Solarer Wärmegewinn der Fenster 903
9.9.2 Solarer Wärmegewinn des Wintergartens 908
9.10 Monatsbilanzverfahren. Bruttowärmegewinne 915
9.11 Monatsbilanzverfahren. Intermittierender Heizungsbetrieb 916
9.11.1 Berechnung der Reduzierung des Wärmeverlusts 917
9.11.2 Anmerkungen 927
9.12 Monatsbilanzverfahren. Nettowärmeverluste 927
9.13 Monatsbilanzverfahren. Nettowärmegewinne 929
9.13.1 Eingangswerte 930
9.13.2 Berechnung des Nettowärmegewinns 932
9.13.3 Anmerkungen 934
9.14 Monatsbilanzverfahren. Berechnung des Jahres-Heizwärmebedarfs 934
9.15 Monatsbilanzverfahren. Nachweis nach der EnEV 936
9.16 Nachweis nach der EnEV am Beispiel des Einfamilienhauses – Berechnung des Primärenergiebedarfs 936
9.16.1 Allgemeines 936
9.16.2 Berechnungsablauf 937
9.16.3 Eingangswerte 938
9.16.4 Trinkwarmwasserbereitung 944
9.16.6 Heizung 952
9.17 Zusammenfassung und Auswertung der Berechnungsergebnisse 958
9.17.1 Jahres-Heizwärmebedarf 959
9.17.2 Primärenergiebedarf 963
9.17.3 Nachweise nach der EnEV 969
9.18 Berechnung nach der EnEV 970
9.18.1 EnEV (Vereinfachtes Verfahren) 970
9.18.2 Bewertung 972
9.19 Allgemeine Anmerkungen 974
Literaturverzeichnis 981
Stichwortverzeichnis 1021
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8 Konsequenzen der Energieeinsparverordnung auf die energiewirtschaftliche Beurteilung von Heizungsanlagen, Lüftung, Trinkwassererwärmung
(S. 731-732)

8.1 Allgemeines

Die EnEV verknüpft Gebäude- und Anlagentechnik. Verbesserter Wärmeschutz und effiziente Anlagentechnik sind gleichberechtigte Maßnahmen. Die EnEV „belohnt" somit den Einsatz einer optimierten Anlagentechnik mit Nachlässen beim baulichen Wärmeschutz. Die Größe des Fensterflächenanteils wird jedoch durch die Einhaltung der Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz nach DIN 4108-2 begrenzt. Oftmals erfüllt man durch die Wahl einer effizienten Anlagentechnik das Anforderungsprofil der EnEV mit einem günstigeren Preis-Leistungsverhältnis als durch den Einsatz einer besonderen Wärmedämmung.

Untersuchungen zeigen, dass der Architekt bei entsprechendem Einsatz einer energieeffizienten Heizungstechnik mehr Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Gebäudehülle erhält. Als gleichwertig auf die prozentuale Energieeinsparung sind die Wärmedämmung und Heizungsmodernisierung zu bewerten, nicht jedoch, was die Kosten betrifft. Im Gebäudebestand liegt das größte Einsparpotential an Primärenergie, der Gebäudebestand repräsentiert 95% des Energiebedarfs bei 77% der Gesamtwohnfläche. Energieeinsparungen können mit baulichen und heiztechnischen Maßnahmen erreicht werden. Beide Wege sind erfolgsträchtig. Sie sind in der Vergangenheit beschritten worden und müssen, wenngleich sie verschiedenen Gewerken und Branchen angehören, gemeinsam weiterentwickelt werden. Leider ist in der Vergangenheit der Dialog zwischen beiden Branchen nicht immer objektiv und intensiv genug geführt worden.

Es muss der Heizungsbranche klar sein, dass auch die beste ölgefeuerte oder gasgefeuerte Heizungsanlage nicht effektiv arbeiten kann, wenn der Wärmeschutz uneffektiv ist. Umgekehrt wird baulicherseits nicht in Abrede gestellt, dass auch die Heizungsbranche durch Verbesserungen bei der Wärmeerzeugung, bei der Wärmeleitung im Gebäude und bei der Heizungsregelung erheblich zur Energieeinsparung beitragen kann. Beide Branchen müssen, wenn optimale Gesamtanlagen zustande kommen sollen, zusammenarbeiten. Energieeinsparung mit integriertem Umweltschutz sollte das Anliegen beider Branchen sein. Jede Branche kann hierzu im Neu- und Altbaubereich ihren spezifischen Beitrag leisten [172].

Der Ingenieur für Gebäudetechnik möchte nicht mehr für die bauphysikalische Unvollkommenheit der Gebäude durch große enorm energieverzehrende Anlagen gegen die Natur „kämpfend" ausgleichen. Alleingänge von Bautechnikern und Anlagenbauern führen nicht zum Ziel, deshalb die Forderung nach „Integraler Planung". Die Simulationswerkzeuge zur Beurteilung der verschiedenen Einflussfaktoren und Maßnahmen existieren und werden laufend vervollkommnet [273].

Wichtige Entscheidungen für die Gebäudetechnik fallen bereits bei Planung und Gebäudeentwurf an: Leitungslängen optimieren, räumliche Zuordnung von Küche, Bad, WC, Standort des Kessels möglichst im beheizten Gebäudebereich, eventuell unter dem Dach. Einfache Anlagenkonzepte entwickeln. Die Versorgungsleitungen müssen bereits in der frühen Gebäudeplanung berücksichtigt werden, um kurze Leitungslängen sicherzustellen. Hier muss der Informationsfluss zwischen Architekt und Fachingenieur früher und vernetzter einsetzen [186]. Der Anlagenplaner muss von dem Ziel abkommen, möglichst viel Technik ins Gebäude planen zu wollen.

Hier gilt in besonderem Maße der Grundsatz: Weniger ist mehr. Wichtig ist, dass die Gerätetechnik vom Nutzer verstanden und akzeptiert wird. Freude an der Technik und ein gutes Gefühl sind kaufentscheidend. Die Brennwerttechnik entwickelt sich zunehmend zum Standard- Heizungssystem. Die Mehrkosten gegenüber Niedertemperatur-Wärmeerzeugern fallen kaum mehr ins Gewicht. Der hohe Nutzungsgradvorteil wird durch die EnEV honoriert. Verteilungsverluste von Wärmeerzeugern, Speichern und Verteilungsleitungen werden nur dann als Verluste bewertet, wenn sie keine Heizwärmegewinne darstellen. Die Wärmedämmung der Armaturen in den Heizungs- und Warmwasserversorgungsanlagen muss verbessert werden. Hier treten immer noch sehr große Verluste auf. Auch Lüftungsleitungen benötigen gute Dämmungen [186].