Endbericht - Haus der Zukunft

hausderzukunft.at

Endbericht - Haus der Zukunft

Entwicklung des ersten rechtssicherenNachweisverfahrens fürPlusenergiegebäude durch kompletteÜberarbeitung der ÖNORMENR. Rosenberger, T. Bednar, H. Schöberl,K. Ponweiser, C. Pöhn, A. Storch,W. Wagner, J. SchniedersBerichte aus Energie- und Umweltforschung6/2013


Impressum:Eigentümer, Herausgeber und Medieninhaber:Bundesministerium für Verkehr, Innovation und TechnologieRadetzkystraße 2, 1030 WienVerantwortung und Koordination:Abteilung für Energie- und UmwelttechnologienLeiter: DI Michael PaulaListe sowie Downloadmöglichkeit aller Berichte dieser Reihe unterhttp://www.nachhaltigwirtschaften.at


Entwicklung des ersten rechtssicherenNachweisverfahrens fürPlusenergiegebäude durch kompletteÜberarbeitung der ÖNORMENRobert RosenbergerWirtschaftskammer Österreich, Geschäftsstelle BauThomas Bednar, Simon Handler, Azra Korjenic, Markus LeebTU Wien, Institut für Hochbau und TechnologieHelmut Schöberl, Radoslav Hanic, Richard HoferSchöberl & Pöll GmbHKarl Ponweiser, Heike Huber-FaulandTU Wien, Institut für Energietechnik und ThermodynamikChristian PöhnMA 39, Prüf-, Überwachungs- u. Zertifizierungsstelle der Stadt WienAlexander Storch, Siegmund Böhmer, Daniela Fischer,Michael Gössl, Werner Pölz, Hubert ReisingerUmweltbundesamt GmbHWaldemar WagnerAEE – Institut für nachhaltige TechnologienWien, Oktober 2012Ein Projektbericht im Rahmen des Programmsim Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie


VorwortDer vorliegende Bericht dokumentiert die Ergebnisse eines Projekts aus dem ForschungsundTechnologieprogramm Haus der Zukunft des Bundesministeriums für Verkehr,Innovation und Technologie.Die Intention des Programms ist, die technologischen Voraussetzungen für zukünftigeGebäude zu schaffen. Zukünftige Gebäude sollen höchste Energieeffizienz aufweisen undkostengünstig zu einem Mehr an Lebensqualität beitragen. Manche werden es schaffen, inSumme mehr Energie zu erzeugen als sie verbrauchen („Haus der Zukunft Plus“).Innovationen im Bereich der zukunftsorientierten Bauweise werden eingeleitet und ihreMarkteinführung und -verbreitung forciert. Die Ergebnisse werden in Form von Pilot- oderDemonstrationsprojekten umgesetzt, um die Sichtbarkeit von neuen Technologien undKonzepten zu gewährleisten.Das Programm Haus der Zukunft Plus verfolgt nicht nur den Anspruch, besonders innovativeund richtungsweisende Projekte zu initiieren und zu finanzieren, sondern auch dieErgebnisse offensiv zu verbreiten. Daher werden sie in der Schriftenreihe publiziert undelektronisch über das Internet unter der Webadresse http://www.HAUSderZukunft.atInteressierten öffentlich zugänglich gemacht.DI Michael PaulaLeiter der Abt. Energie- und UmwelttechnologienBundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie5


InhaltsverzeichnisKurzfassung..................................................................................................................................... 8Abstract............................................................................................................................................ 91 Grundlagen............................................................................................................................. 101.1 Motivation ....................................................................................................................... 101.2 Zielsetzung ..................................................................................................................... 101.3 Durchgeführte Arbeiten ................................................................................................. 101.4 Definition Plus-Energie-Gebäude................................................................................. 121.5 Weitere Begriffsdefinitionen.......................................................................................... 142 Versorgungssicherheit, nationale und globale Ziele........................................................... 193 Analyse der normativen Abbildung von Energiestandards ................................................ 213.1 Entwicklung ÖNORM .................................................................................................... 213.2 Entwicklung ISO – CEN ................................................................................................ 233.3 Entwicklung Deutschland und Passivhaus Institut...................................................... 274 Konversion Endenergie auf Primärenergie/Treibhausgasemissionen Mittelwerte2004-2007 .............................................................................................................................. 314.1 Kohle............................................................................................................................... 344.2 Heizöl.............................................................................................................................. 354.3 Erdgas ............................................................................................................................ 364.4 Biomasse........................................................................................................................ 374.4.1 Scheitholz ............................................................................................................... 374.4.2 Hackschnitzel ......................................................................................................... 374.4.3 Pellets ..................................................................................................................... 384.5 Strom .............................................................................................................................. 394.6 Fernwärme ..................................................................................................................... 444.6.1 Primärenergie-Konversionsfaktoren für Fernwärme aus Heizwerken............... 444.6.2 Primärenergie-Konversionsfaktoren für Fernwärme aus KWK-Anlagen........... 465 Modifikation der Klimaannahmen......................................................................................... 495.1 Analyse von Testreferenzjahre für 27 Standorte ........................................................ 495.2 Halbsynthetisches Temperaturmodel .......................................................................... 505.3 Mittelwertstreue lineare Ausgleichsrechnung für die Temperatur ............................. 515.4 Halbsynthetisches Luftfeuchtemodell .......................................................................... 525.5 Halbsynthetische Klimadaten für Gebäudestandort in Österreich ............................ 543


5.6 Vorschlag für ein halbsynthetisches Klimamodell für Energiebedarfsberechnungen556 Modifikation Nutzung............................................................................................................. 566.1 Nutzung Wohnen ........................................................................................................... 566.1.1 Haushaltsstrombedarf plus Beleuchtungsenergiebedarf im Wohnbau ............. 566.1.2 Innere lasten aus Personen im Wohnbau............................................................ 586.2 Nutzung Büro ................................................................................................................. 596.2.1 Betriebsstrombedarf im Bürobau.......................................................................... 596.2.2 Innere Lasten aus Personen im Bürobau ............................................................ 606.3 Verbrauchsprofile elektrisch ......................................................................................... 617 Modifikation der Verschattungsfaktoren .............................................................................. 647.1 Berechnung der baulichen Verschattung nach verschiedenen Verfahren ............... 647.2 Festlegung der Verschattungsfaktoren........................................................................ 667.3 Diskussion...................................................................................................................... 688 Modifikation der Auslegungsberechnungen für Niedrigstenergiegebäude ....................... 708.1 Einleitung........................................................................................................................ 708.2 Grundlagen..................................................................................................................... 718.2.1 Berechnung der Heizlast ....................................................................................... 718.2.2 Nachweis der Zuluftbeheizbarkeit ........................................................................ 758.2.3 Berechnung der Kühllast ....................................................................................... 758.2.4 Nachweis der Vermeidung sommerlicher Überwärmung ................................... 778.2.5 Umstieg von stationären Berechnungsmodellen auf dynamischeSimulationsmodelle ............................................................................................................... 808.3 Dynamisches Simulationsmodell.................................................................................. 828.3.1 Raumknotenmodell................................................................................................ 828.3.1 Wirksame thermische und hygrische Kapazität von Bauteilen .......................... 828.3.2 Temperaturen......................................................................................................... 858.3.3 Opake Bauteile....................................................................................................... 878.3.4 Fenster.................................................................................................................... 918.3.5 Luftwechsel............................................................................................................. 948.4 Definition der meteorologischen Randbedingungen - Winterfall ............................... 978.5 Berechnung der Heizlast............................................................................................. 1108.5.1 Operative Temperatur.......................................................................................... 1108.5.2 Innere Lasten........................................................................................................ 1104


8.5.3 Luftwechsel........................................................................................................... 1108.5.4 Wärmeverluste zum Erdreich.............................................................................. 1118.5.5 Wärmeverlust zu Pufferräumen .......................................................................... 1128.5.6 Wärmeverlust zu Nachbarwohnungen............................................................... 1148.5.7 Wärmeverlust zu angrenzenden Räumen innerhalb einer Wohneinheit......... 1158.5.8 Berücksichtigung von Wärmebrücken................................................................ 1158.5.9 Berechnung der Raumheizlast............................................................................ 1158.5.10 Berechnung der Gebäudeheizlast...................................................................... 1158.6 Nachweis der Zuluftbeheizbarkeit von Wohnräumen............................................... 1178.6.1 Operative Raumtemperatur................................................................................. 1178.6.2 Innere Lasten........................................................................................................ 1178.6.3 Luftwechsel........................................................................................................... 1178.6.4 Wärmeverluste zum Erdreich.............................................................................. 1208.6.5 Wärmeverlust zu Pufferräumen .......................................................................... 1208.6.6 Wärmeverlust zu Nachbarwohnungen............................................................... 1208.6.7 Wärmeverlust zu angrenzenden Räumen innerhalb einer Wohneinheit......... 1218.6.8 Berücksichtigung von Wärmebrücken................................................................ 1218.6.9 Nachweis der Zuluftbeheizbarkeit ...................................................................... 1218.7 Definition der meteorologischen Randbedingungen - Sommerfall.......................... 1248.8 Berechnung der Kühllast............................................................................................. 1358.8.1 Operative Temperatur.......................................................................................... 1358.8.2 Innere Lasten........................................................................................................ 1358.8.3 Luftwechsel........................................................................................................... 1358.8.4 Wärmeaustausch mit dem Erdreich ................................................................... 1368.8.5 Wärmeaustausch mit Pufferräumen................................................................... 1368.8.6 Wärmeaustausch mit Nachbarwohnungen........................................................ 1368.8.7 Wärmeaustausch mit Pufferräumen................................................................... 1368.8.8 Wärmeaustausch mit Nachbarwohnungen........................................................ 1368.8.9 Wärmeaustausch mit angrenzenden Räumen innerhalb einer Wohneinheit . 1368.8.10 Berücksichtigung von Wärmebrücken................................................................ 1378.8.11 Berechnung der Raumkühllast............................................................................ 1378.8.12 Berechnung der Gebäudekühllast...................................................................... 1378.9 Nachweis über die Vermeidung sommerlicher Überwärmung ................................ 1385


9 Modifikation der Energiebedarfsberechnung .................................................................... 1399.1 Komponentenmodellierung......................................................................................... 1399.1.1 Biomassekessel................................................................................................... 1399.1.2 Wärmepumpe / Kältemaschine........................................................................... 1429.1.3 Erdreichmodell ..................................................................................................... 1489.1.4 Windkraftanlage ................................................................................................... 1529.1.5 Solarthermie ......................................................................................................... 1549.1.6 Photovoltaik .......................................................................................................... 1579.1.7 Warmwasserspeicher .......................................................................................... 1599.2 Systemberechnung...................................................................................................... 1649.2.1 Haushaltsstrombedarf (HHSB) und Betriebsstrombedarf (BSB) ..................... 1649.2.2 Beleuchtung – Berechnung des Nutz- und Endenergiebedarfs für Beleuchtung1649.2.3 Warmwasser......................................................................................................... 1839.2.4 Raumheizung & Kühlung..................................................................................... 1849.2.5 RLT (Raumlufttechnik)......................................................................................... 1879.3 Schwanenstadt ............................................................................................................ 1959.3.1 Geografische Lage............................................................................................... 1959.3.2 Gebäudebeschreibung ........................................................................................ 1959.3.3 Gebäudehülle ....................................................................................................... 1989.3.4 Haustechnik.......................................................................................................... 2009.3.5 Messungen ........................................................................................................... 2029.3.6 Vergleich mit Energieverbrauchsberechnung.................................................... 2069.4 Utendorfgasse.............................................................................................................. 2089.4.1 Geografische Lage............................................................................................... 2089.4.2 Gebäudebeschreibung ........................................................................................ 2089.4.3 Gebäudehülle ....................................................................................................... 2109.4.4 Haustechnik.......................................................................................................... 2119.4.5 Messungen ........................................................................................................... 2149.4.6 Vergleich mit Energieverbrauchsberechnung.................................................... 2179.5 Bürogebäude in Niederösterreich............................................................................... 2199.5.1 Introduction........................................................................................................... 2199.5.2 Location and climate conditions.......................................................................... 2199.5.3 Building description and building systems ......................................................... 2206


9.5.4 Experimental and computational investigations ................................................ 2219.5.5 Occupants and equipment operation ................................................................. 2229.5.6 Measurements...................................................................................................... 2239.5.7 Comparison between measurements and simulations..................................... 22510 Kenngrößen für Energieausweis ........................................................................................ 22810.1 Gesamtenergieeffizienz-Faktor .................................................................................. 22810.1.1 Allgemeines .......................................................................................................... 22810.1.2 Berechnung des Referenzwerts für Wohngebäude (SK) ................................. 22910.1.3 Berechnung des Referenzwerts für Wohngebäude (RK) ................................. 22910.1.4 Berechnung des Referenzwerts für Nicht-Wohngebäude (SK) ....................... 23010.1.5 Berechnung des Referenzwerts für Nicht-Wohngebäude (RK) ....................... 23010.2 Kenngrößen für Plus-Energie Energieausweis ......................................................... 23311 Ergebnisse ........................................................................................................................... 23611.1 AP1 (Rechenverfahren) .............................................................................................. 23611.2 AP2 (Normvorschläge) ................................................................................................ 23711.3 AP3 (Umsetzung) ........................................................................................................ 23812 Ausblick und Empfehlungen ............................................................................................... 24013 Verwendete Formelzeichen ................................................................................................ 24114 Literaturverzeichnis ............................................................................................................. 25715 Abbildungsverzeichnis......................................................................................................... 26416 Tabellenverzeichnis............................................................................................................. 26917 Anhang ................................................................................................................................. 2727


AbstractStarting point / motivationThe aim was to develop the Austrian standards regarding housing technologies and buildingphysics in order to provide a method for the calculation of plus-energy buildings.MethodsCalculation methods for plus-energy buildings were developed first. Therefore existing methodswere adapted and new ones developed. The development of calculation logarithms wererealised using hygrothermal dynamic simulation of virtual buildings. Within that newest insightsin the areas of housing technology and building physics were used and virtual buildingmodels completed.ResultsIn the new Austrian Energy Pass OIB 2011 primary engergy PEB, CO2 and overall energyefficiency were displayed using the factor f GEE . Methods for the calculation of Heat load,Cooling load and Overheating in summer are consistently and standardized provided. Thestandard ÖNORM B 8110-3:2012 03 15 - Prevention of overheating in summer has beenpublished. Calculation methods for dynamic solar thermals, dynamic biomass vessel calculationand linked heatpump/earth calculation are present. The works on those calculationmethods have been documented to be able to display plus-energy buildings in the energypass. On this basis the next publication of the standards to calculate parameters in the energypass for housing and non-housing projects can be developed.All mentioned calculation tools are summarized in an attached DEMO_TOOL.9


1 Grundlagen1.1 MotivationDerzeit sind die PlanerInnen in Österreich sowie in ganz Europa auf verschiedene Planungsinstrumentebzw. Rechenverfahren (z. B. Energieausweis-Berechnungs-Tools, PHPP bzw.andere Programme), wenn überhaupt vorhanden, angewiesen. Diese sind zwar meistensvalidiert, sind jedoch nicht genormt oder sonst irgendwie rechtlich unterlegt. Teilweise erreichendie Ergebnisse der Berechnungen große Abweichungen gegenüber der Realität. DieBundesinnung Bau als größte Interessenvertretung der Bauschaffenden in Österreich hattesich das Ziel gesetzt, ihren Mitgliedern die notwendige Sicherheit bei Planungen von Plus-Energiegebäuden zu schaffen.1.2 ZielsetzungDem Projekt lagen verschiedene Zielsetzungen zugrunde.Hauptziel war die Entwicklung rechtssicherer Nachweisverfahren für Planung von Plus-Energie-Häusern. Rechtsicherheit bedeutet Definitionen und Nachweisverfahren zu habendie unter Experten anerkannt sind. Wenn Nachweisverfahren unter Experten anerkannt sind,dann fließen diese in Normen, womit es zur Regel der Technik wird. Für Bereiche, wo keineNachweisverfahren existierten, war das Ziel diese zu schaffen und zu validieren.Weiteres Ziel war die Schaffung umfassender Wissensbasis auf dem Gebiet der bauphysikalischenund haustechnischen Planung und der Dimensionierung von technischen Anlagenkomponentender Plus-Energiehäuser. Diese dient als Grundlage, dass PlanerInnen Plus-Energiegebäude planen und berechnen können.Ein Ziel war es, dass Plus-Energiegebäude im neuen Energieausweis, Ausgabe OIB 2011,abgebildet werden sollen bzw. für die nächste Energieausweis Ausgabe vorbereitet werden.Schlussendlich sollte die internationale Position von Österreich bezüglich Klima- und Umweltschutzsowie wissenschaftlichem Know-how auf dem Gebiet der Plus-Energietechnologiegestärkt werden.1.3 Durchgeführte ArbeitenDie Anpassung der entwickelten Rechenverfahren für die Schaffung von rechtssicherenNachweisverfahren in ÖNORMEN erfolgte durch integrale Zusammenarbeit aller beteiligtenProjektpartnerInnen.Die beiden Institute der TU Wien (Forschungsbereich für Bauphysik und Schallschutz; Institutfür Energietechnik und Thermodynamik) und Schöberl & Pöll GmbH haben neue Rechen-10


verfahren anhand von dynamischen Computersimulationen, theoretischen Untersuchungenund Erfahrungen in Zusammenarbeit entwickelt. Zur Anwendung wurden selbst entwickelteund beliebig anpassbare Simulationstools herangezogen. Im Gegensatz zu derzeitiger Situation(Monatsbilanzverfahren) wurden als zeitliche Auflösung bei den Untersuchungen synthetischestandortabhängige Klimadatensätze auf Stundenbasis herangezogen.Das Umweltbundesamt und die MA 39 Prüf-, Überwachungs- und Zertifizierungsstelle derStadt Wien haben Konversionsfaktoren für CO2-Emissionen und Primärenergie erhoben,dokumentiert und präzisiert, welche nach verschiedensten Diskussionsprozessen schlussendlichin die OIB-Richtlinie 6 Ausgabe 2011 eingeflossen sind und hiermit, wenn alle Bundesländerim Laufe des Jahres 2012 und 2013 diese OIB-Richtlinie verbindlich machen, dieKonversionsfaktoren Gesetzesstatus erlangen.Durch internationale Zusammenarbeit einiger ProjektpartnerInnen an der Weiterentwicklungder internationalen Normung sind die entwickelten Rechenverfahren in die Diskussion dereuropäischen und internationalen Normung eingeflossen.Durch Kooperation mit internationalen Forschungsgruppen im Zuge des IEA Annex 53 wurdendie Definitionen für den Energieverbrauch in Gebäuden weiter konkretisiert. Die ProjekteMehrfamilienhaus Utendorfgasse und Bezirkshauptmannschaft Melk waren die österreichischenFallbeispiele für den IEA Annex 53.Durch Vertretung Österreichs in CEN TC 371 und ISO TC 163/205 JWG konnten die europäischenEntwicklungen zur Überarbeitung der Europanormen für den Energieausweis imÖNORM Plus Projekt berücksichtig werden.Das Schulungstool wird derzeit für die Erstellung der Energiebilanz des HdZ-Demonstrationsgebäudes TU Wien – Getreidemarkt – Plus-Energie-Bürogebäude verwendet.11


1.4 Definition Plus-Energie-GebäudeIm Rahmen derHaus der Zukunft Plus“ wird ein Plus-Energie-Gebäude wie folgt definiert[HDZ12]:„Unter „Plus-Energie-Gebäude“ wird ein Gebäude verstanden, dessen jährlicher Primärenergieverbrauchvor dem Hintergrund höchster Energieeffizienz unter der vor Ort produziertenerneuerbaren Energie liegt. Unter „vor Ort“ wird innerhalb der Grenzen der Siedlung oderdes Gebäudes bzw. in unmittelbarer Nachbarschaft hierzu verstanden.“Im Rahmen des Projektes Önorm+ wird die Definition Plus-Energie-Gebäude auf Basis derobigen Abbildung wie folgt präzisiert:Abbildung 1: Darstellung Bilanzgrenzen für Plus-Energie-Gebäude [IEA10]Ein Gebäude ist ein Plus-Energie-Gebäude, wenn der totale Primärenergiebedarf (Gebäudebetrieb+Nutzung+Eigendeckung)sehr gering ist und der nicht-erneuerbare Primärenergiebedarf(Gebäudebetrieb+Nutzung+Eigendeckung) kleiner als der durch denExport von Energie ins Netz reduzierte nicht erneuerbare Primärenergiebedarf bei anderenEnergienutzungen (andere Gebäude, Mobilität, etc.) ist.Im Kapitel 10.2 ist diese Definition in Abbildung 124 dargestellt.Die oben stehende Definition beinhaltet alle Bürogeräte, Server, Küchengeräte, die technischeGebäudeausstattung und die Beleuchtung.Die entscheidende Voraussetzung eines Plus-Energie-Gebäudes ist, dass der totale Primärenergiebedarfsehr gering ist. Im Ausblick (Kapitel 12) wird beschrieben, wie eine allgemeinfür Österreich gültige Anforderung festgelegt werden kann. Eine sinnvolle Größenordnung fürPrimärenergieanforderung ist im Kapitel 10.2 skizziert.12


Der gesamte Energiebezug vom Netz (alle Energieträger) wird somit durch die am Standortproduzierte Energie über das Jahr gesehen abgedeckt. Ein Plus-Energie-Gebäude kann mitderzeitigen Technologien nicht an allen Standorten erreicht werden, beispielsweise bei flächendeckendverschatteten Standorten. Wenn ein Plus-Energie-Gebäude auch an solchenStandorten möglich sein soll, könnte über reduzierte Konversionsfaktoren durch den Einkaufvon Ökostrom beim Import als erweiterte Definition in absoluten Ausnahmefällen nachgedachtwerden. Der Hintergrund dieser Überlegung ist, dass Ökostrom sinnvoll investiertesGeld in erneuerbare Energien außerhalb des Gebäudestandorts ist.Zur Veranschaulichung der Plus-Energie-Definition dient folgende Tabelle und Grafik:Tabelle 1: Plus-Energie-Gebäude am Beispiel des Plus-Energie-Dachgeschossausbaus Ybbsstraße Straßentrakt,Endenergie, Primärenergiebedarf (Et, Konversionsfaktor total und nicht erneuerbar)Endenergie[kWh/m²EBF.a]PE total 2,62[kWh/m²EBF.a]PE nicht erneuerbar2,15[kWh/m²EBF.a]Gebäude 8,2 21,5 17,6Photovoltaik für Gebäude Eigendeckung5,4 14,2 11,7Gebäude abzüglich Eigendeckung 2,8 7,3 5,9Nutzung 8,0 21,0 17,2Photovoltaik Nutzung Eigendeckung 5,4 14,2 11,7Nutzung abzüglich Eigendeckung 2,6 6,8 5,5Photovoltaik Ertrag 27,1 71,0 58,3Photovoltaik Export 16,3 42,6 35,013


Abbildung 2: Plus-Energie-Gebäude am Beispiel des Plus-Energie-Dachgeschossausbaus Ybbsstraße Straßentrakt,Primärenergiebedarf (Et, Konversionsfaktor nicht erneuerbar)1.5 Weitere BegriffsdefinitionenNachfolgend sind jene Begriffe definiert, wie sie in dieser Arbeit verwendet wurden. Für nichtangeführte Begriffe gelten die Definitionen, wie diese in der EN 12792 angeführt sind.BefeuchtungsbedarfDer Befeuchtungsbedarf ist jene Menge an Wasser, die einem Raum zugeführt werdenmuss, um einen bestimmten Sollwert des Feuchtegehalts in der Raumluft nicht zu unterschreiten.BefeuchtungsenergiebedarfDie Energiemenge, die aufgewendet werden muss, um die Befeuchtung durchzuführen.BeleuchtungsenergiebedarfVerbrauchte Energie der Summe aller Leuchten im Zeitabschnitt t im Raum oder in der Zone,wenn die Lampen in Betrieb sind, um die Beleuchtungsfunktion und den Beleuchtungszweckim Gebäude zu erfüllen, zuzüglich der Leerlaufverlust-Leistungen, wenn die Lampen nicht inBetrieb sind. [ONO08]14


BetriebsstrombedarfIst der gesamte Strombedarf im Gebäude, der für die Nutzung des Nicht-Wohn-Gebäudesbenötigt wird. Für die Berechnung des Energieausweises werden standardisierte Werte verwendet.CO2 KohlendioxidemissionenDie bei einem gegebenen Energieträger die je Endenergie-Einheit an die Atmosphäre abgegebeneMenge an CO2. [ONO08a]EffizienzVerhältnis zwischen dem erreichten Ergebnis und den eingesetzten RessourcenEnergieeffizienz: sparsame Anwendung von Energie, um die beabsichtigte Funktion undLeistung zu erreichen Technisch ist es die minimale Menge der geforderten Energie zur Lieferungeiner Funktion am Ausgang einer Einrichtung. [ONO05]EigendeckungEigendeckung bedeutet, dass die lokale Bereitstellung von Strom und Wärme vorranging zurAbdeckung des eigenen Strom- und Wärmbedarfs dient. Die nicht lokal verbrauchteStrom/Wärme wird in das elektrische/thermische Netz exportiert. Damit die Eigendeckung indie Berechnung des Primärenergiebedarfs an der Bilanzgrenze Et berücksichtigt werdendarf, müssen die dazu notwendigen technischen Einrichtungen vorhanden sein. Diese Berechnungmuss zumindest stundenweise erfolgen, noch besser im 15-Minuten-Takt. Vorrangigwird der Energiebedarf für den Gebäudebetrieb gedeckt und nachrangig die Nutzung.EinspeisenergiemengeDie ins thermische oder elektrische Netz abgegebene Energie.EndenergieEnergie, angegeben je Energieträger, die durch die Systemgrenze hindurch an die technischeGebäudeausrüstung geliefert wird, um den berücksichtigten Verwendungszwecken zugenügen (Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser, Beleuchtung, Geräte usw.) oderStrom zu erzeugen. [ONO08a]EntfeuchtungbedarfDer Entfeuchtungsbedarf ist jene Menge an Wasser, die der Luft eines Raums entzogenwerden muss, um einen bestimmten Sollwert des Feuchtegehalts in der Raumluft nicht zuüberschreiten.EntfeuchtungsenergiebedarfDie Energiemenge, die aufgewendet werden muss, um die Entfeuchtung durchzuführen. Jenach Art des Verfahrens unterscheidet man zwischen sorptiven Verfahren und dem Entfeuchtender Luft durch Abkühlen unterhalb der Taupunkttemperatur des gewünschten Luftzustandes.In der vorliegenden Arbeit wurde davon ausgegangen, dass die Entfeuchtung der15


Außenluft ausschließlich durch das Abkühlverfahren stattfindet. Da die gewünschte Lufttemperaturnur in den seltensten Fällen jener des Taupunktes der Zuluft entspricht, ist eine derEntfeuchteten nachfolgende Erwärmung der Zuluft notwendig.Gesamtenergieeffizienz-Faktor fGEEGesamtenergieeffizienz-Faktor als Relation des Endenergiebedarfes (zukünftig Lieferenergiebedarf)zur Anforderung an den Endenergiebedarf des Jahres 2007 bezogen auf das Referenz-oder Standortklima im Energieausweis. [OIB11]HaushaltsstrombedarfIst der gesamte Strombedarf, der für die Nutzung eines Wohn-Gebäudes benötigt wird.Im österreichischen Energieausweis wird der Haushaltsstrombedarf als flächenbezogenerDefaultwert festgelegt. Er entspricht ca. dem durchschnittlichen flächenbezogenen Stromverbrauchin einem durchschnittlichen österreichischen Haushalt. (Quelle: Energieausweis2012, Deckblatt)HeizenergiebedarfEnergiebedarf für Raumheizung, Warmwasser und Befeuchten an der Bilanzgrenze EtHeizwärmebedarfEnergiebedarf für Raumheizung an der Bilanzgrenze EbKühlbedarfEnergiebedarf für Raumkühlung an der Bilanzgrenze EbKühlenergiebedarfEnergiebedarf für Raumkühlung, Entfeuchten an der Bilanzgrenze EtLieferenergiebedarfZukünftige Bezeichnung für Endenergiebedarf in der OIB RL 6 [OIB11]LüftungsenergiebedarfEndenergiebedarf zum Transport der LuftNicht erneuerbare PrimärenergieEnergie aus einer Quelle, deren Vorrat sich durch die Entnahme verringert (wie z. B. fossileBrennstoffe). [ONO07c]NiedrigstenergiegebäudeDas Niedrigstenergiegebäude wird im nationalen Plan als gesetzliche Mindestanforderungfür Neubauten in Österreich definiert. Der nationale Plan liegt als Entwurf vor (Stand Oktober2012). Die Anforderung an den Primärenergiebedarf beträgt nach derzeitigem Stand des16


nationalen Plans 160 kWh/m².a mit den Konversionsfaktoren gemäß OIB Richtlinie 6 2011[OIB11]. Weitere Anforderungen betreffen den Heizwärmebedarf HWB und den Gesamtenergieeffizienzfaktorf GEE .NutzenergieEnergie, die dem Nutzer nach der letzten technischen Umwandlung zur Verfügung steht.[ONO96]PassivhausEin Passivhaus ist laut dem Passivhaus Institut über folgende Anforderungen definiert: Primärenergiekennwert PEK ≤ 120 kWh/m²EBF.a Heizwärmebedarf HWB ≤ 15 kWh/m²EBF.a Heizlast ≤ 10 W/m²EBF Luftdichtheit ≤ 0,6 1/hDie Anforderungen können mittels PHPP und österreichischem Klima gemäß ÖNORM B8110-5 und Heizlast gemäß Kapiteln 8.5 und 8.6 nachgewiesen werden. Der Heizwärmebedarfkann gemäß den Passivhaus-Anmerkungen der ÖNORM B 8110-6 abgeschätzt werden.Für den Primärenergiebedarf ist in PHPP und ÖNORM der totale Primärenergiebedarf (Gebäudebetrieb+Nutzung+Eigendeckung)gemäß OIB Richtlinie 6 2011 zu nehmen.PrimärenergieDie Primärenergie umfasst die nicht erneuerbare Energie und die erneuerbare Energie. Fallsbeide berücksichtigt werden, darf sie als Gesamtprimärenergie bezeichnet werden. Für einGebäude ist dies die Energie, die zur Erzeugung der an das Gebäude gelieferten Energieaufgewendet wird. Sie wird mit Hilfe von Umrechnungsfaktoren aus den gelieferten und denabgeführten Energieträgermengen berechnet. [ONO07c]RLTRaumlufttechnikRLT-AnlageDer Teil der Gebäudetechnik, der für den Transport und Zustandsänderung der Luft im Gebäudezuständig ist. Die RLT-Anlage besteht aus den Ventilatoren und je nach Anwendungaus Wärmetauschern, Feuchtetauschern, Heizregistern, Kühlregistern, Befeuchter, Filter,Schalldämpfer, Luftkanälen, Brandschutzklappen, Volumenstromreglern, Auslässen und Einlässen.SuffizienzSuffizienz steht in der Ökologie für das Bemühen um einen möglichst geringen Rohstoff- undEnergieverbrauch. [LIN11]17


WarmwasserwärmebedarfWärmemenge, die ohne Berücksichtigung der Wärmeverluste der Anlagentechnik zur Erzeugungder gewünschten Menge Warmwasser benötigt wird. [ONO10]18


2 Versorgungssicherheit, nationale und globale ZieleFür die Europäische Union besteht eine große Abhängigkeit von teilweise unsicheren Drittstaatenim Bereich der Energieversorgung. Insbesondere ein hoher Anteil von Öl und Gaskommen entweder aus Russland – und hier auf einer Transportstrecke durch diverse andereLänder – oder aus dem Bereich arabischer Staaten bzw. Nachfolgestaaten der ehemaligenSowjetunion. Insbesondere in „Energie 2020 - Eine Strategie für wettbewerbsfähige, nachhaltigeund sichere Energie“ [KOM10] wird festgehalten, dass eben diese Abhängigkeit inden nächsten Jahren zu vermindern ist. Für Österreich bedeutet diese Strategie im Rahmender 20-20-20-Ziele der EU eine Erhöhung des Anteils der erneuerbaren Energieträger auf34 %.Ebenso wird seitens der Europäischen Union nach wie vor das sog. „2 Grad-Ziel“ verfolgt. ImRahmen dieser Zielsetzung hätten schon bei den zuletzt stattgefundenen UN-KlimagipfelnPost-Kyoto-Prozesse verbindlich beschlossen werden sollen. Hätte es derartige verbindlicheBeschlüsse gegeben, an denen sich insbesondere die Vereinigten Staaten und China beteiligthätten, wäre das 20% Einsparungsziel der Europäischen Union sogar auf 30 % erhöhtworden. Insbesondere in dem „Fahrplan für den Übergang zu einer wettbewerbsfähigenCO2-armen Wirtschaft bis 2050“ [KOM11] wird festgehalten, in welchem Ausmaß die Kohlendioxidemissionenbis 2050 gesenkt werden sollen, ohne dabei Wettbewerbsfähigkeit zuverlieren. Für den Gebäudebereich sind das bis 2030 ca. -50 % und bis 2050 ca. -90 % Verringerungder Kohlendioxidemissionen.Vor dem Hintergrund dieser beiden europäischen Ziele sind nun die nationalen Antriebe imRahmen der Umsetzung der Gesamtenergieeffizienzrichtlinie für Gebäude innerhalb desGebäudesektors zu sehen. Hier sind bereits in der Gegenwart, nationale Pläne zu verfassen,wie 2020 die Anforderungen an den Neubau und an größere Renovierungen formuliert seinwerden. Dies soll einerseits insbesondere für den Neubau das Niedrigstenergieniveau seinund andererseits auch die Forderungen an die Kostenoptimalität erfüllen. Den Mitgliedsstaatenbleiben beide Definitionen überlassen, allerdings werden diese seitens der EuropäischenUnion vergleichend veröffentlicht.Ein österreichisches Spezifikum stellt dabei eine gewisse Berücksichtigung der Nutzungskomponentevia Haushalts- und Betriebsstrombedarf dar. Diese wurde vor allem aus Kommunikationsgründen– es ist dringend notwendig, dass möglichst jeder Energieverbrauchumfassend kommuniziert wird und keinesfalls beispielsweise über ein Null-Energiegebäudegesprochen wird, für das dann „lediglich“ ein Stromverbrauch via einer Stromrechnung kommuniziertwerden muss - und aus der möglichen direkten Verbuchung von Stromerträgeninnerhalb des Energieausweises eingeführt. Die Suche nach den österreichischen Grenzwertenfür die Jahre 2020 und folgende wurde nach folgenden Grundsätzen durchgeführt:1.) Die thermisch-energetische Beschreibung eines Gebäudes erfolgt hinkünftig durchdas Quadrupel Heizwärmebedarf, Primärenergiebedarf, Kohlendioxidemissionen und Gesamtenergieeffizienz-Faktor.19


2.) Das Niedrigstenergieniveau auf normativer Basis ist seit Mitte der 90er-Jahre durchdie 10er-Linie beschrieben. Im Rahmen bisher durchgeführter Kostenoptimalitätsuntersuchungenumfasst der mögliche Ergebnisbereich bezüglich der Kostenoptimalität jedenfallsauch diese Linie.3.) Infolge der sehr hohen Konversionsfaktoren für Nahwärme aus Biomasse war daslimitierende Element für Primärenergiebedarfsanforderungen durch Biomasse-Nahwärmevorgegeben.4.) Infolge des vorhandenen Gasnetzes und der daraus resultierenden wirtschaftlichenSinnhaftigkeit einer Gasversorgung von Gebäuden wurden die Anforderungen an die Kohlendioxidemissionenfür die höchste thermische Qualität so gelegt, dass eine Versorgung mitGas noch möglich ist.5.) Der Gesamtenergieeffizienz-Faktor, der primär auf den Lieferenergiebedarf abzielt,wurde so gewählt, dass ein höherer vor Ort erzielter erneuerbarer Energieertrag allenfalls zugeringeren Investitionen im Bereich der thermischen Hülle führen darf.20


3 Analyse der normativen Abbildung von Energiestandards3.1 Entwicklung ÖNORMDie ÖNORMen (Österreichische Normen) sind einem stetigen Wandel unterworfen und werdenin den Komitees und Arbeitskreisen des Österreichischen Normungsinstituts weiter entwickelt.Der Entwicklungsprozess der im Bericht inhaltlich behandelten Normen wird anhand der folgendenAuflistung der Erscheinungszeitpunkte dargestellt:Heizungssysteme in Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlasto ÖNORM H 7500:2006 01 01 (aktuell)o ÖNORM H 7500:2005 10 01Berechnung der sensiblen und latenten Kühllast sowie der sommerlichen Temperaturgängevon Räumen und Gebäudeno ÖNORM H 6040:2012 11 01 (aktuell)o ÖNORM H 6040:2012 08 01o ÖNORM H 6040:1997 03 01o ÖNORM H 6040:1994 05 01o ÖNORM H 6040:1990 10 01Wärmeschutz im Hochbau - Teil 3: Vermeidung sommerlicher Überwärmungo ÖNORM B 8110-3:2012 03 15 (aktuell)o ÖNORM B 8110-3:2011 12 15o ÖNORM B 8110-3:1999 12 01o ÖNORM B 8110-3:1998 02 01o ÖNORM B 8110-3:1989 03 01o ÖNORM B 8110-3:1987 05 01Wärmeschutz im Hochbau - Teil 6: Grundlagen und Nachweisverfahren - Heizwärmebedarfund Kühlbedarfo ÖNORM B 8110-6:2010 01 01 (aktuell)o ÖNORM B 8110-6:2009 08 15o ÖNORM B 8110-6:2007 08 01o ÖNORM B 8110-6:2007 04 01o ÖNORM B 8110-6:2004 12 01o ÖNORM B 8110-6:2004 07 01o ÖNORM B 8110-1:2000 09 01o ÖNORM B 8110-1:1998 06 01o ÖNORM B 8110-1:1997 10 0121


o ÖNORM B 8110-1:1983 02 01o ÖNORM B 8110:1978 09 01o ÖNORM B 8110:1978 07 01o ÖNORM B 8110:1959 04 27o ÖNORM B 8110:1952 08 22o ÖNORM B 8110:1950 02 22Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden - Heiztechnik-Energiebedarfo ÖNORM H 5056:2010 01 01 (aktuell)o ÖNORM H 5056:2009 08 15o ÖNORM H 5056:2007 08 01o ÖNORM H 5056:2007 04 01Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden - Raumlufttechnik-Energiebedarf für WohnundNichtwohngebäudeo ÖNORM H 5057:2011 03 01 (aktuell)o ÖNORM H 5057:2010 01 01o ÖNORM H 5057:2009 08 15o ÖNORM H 5057:2007 08 01o ÖNORM H 5057:2007 04 01Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden - Kühltechnik-Energiebedarfo ÖNORM H 5058:2011 03 01 (aktuell)o ÖNORM H 5058:2010 01 01o ÖNORM H 5058:2009 08 15o ÖNORM H 5058:2007 08 01o ÖNORM H 5058:2007 04 01Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden - Beleuchtungsenergiebedarf (Nationale Ergänzungzu ÖNORM EN 15193)o ÖNORM H 5059:2010 01 01 (aktuell)o ÖNORM H 5059:2009 08 15o ÖNORM H 5059:2007 08 01o ÖNORM H 5059:2007 04 0122


3.2 Entwicklung ISO – CENDie Entwicklung der europäischen Normen auf denen die Berechnung der Kennzahlen fürden Energieausweis basieren sollen gestaltet sich als schwierig, da ein Großteil der Normenunter der Leitung von ISO entsteht.Zur Steuerung des Vorganges wurde bei CEN das Technical Committee CEN TC 371 eingerichtet.Aufgrund des Mandats 480 der Europäischen Kommission an CEN zur Überarbeitungder Rechenregeln für den Energieausweis wurden Teams zusammengestellt, die die Überarbeitungder Normen in Zusammenarbeit mit den verschiedenen CEN TC’s bzw. ISO TC‘sorganisieren bzw. durchführen. In den beiden folgenden Abbildungen ist die Organsistiondes Überarbeitungsvorganges und das komplexe Geflecht der betroffenen Komitees zusammengefasst.Abbildung 3: Organisation der Überarbeitung der europäischen und internationalen technischenRegeln für den Energieausweis (Quelle:http://www.cen.eu/cen/Sectors/Sectors/Construction/Events/Documents/2.1%20National%20implementation%20of%20EPBD%20-%20Jaap%20Hogeling.pdf )23


Abbildung 4: Betroffene Gremien zur Überarbeitung der europäischen und internationalentechnischen Regeln für den Energieausweis (Quelle:http://www.cen.eu/cen/Sectors/Sectors/Construction/Events/Documents/2.1%20National%20implementation%20of%20EPBD%20-%20Jaap%20Hogeling.pdf )Aus derzeitiger Sicht ist mit einer Überarbeitung der europäischen und internationalen Rechenregelnund Ermittlung der Kennzahlen bis 2015 zu rechnen.24


Derzeitige Liste der zu überarbeitenden europäischen und internationalen NormenQuelle:www.rehva.euEN and EN-ISO EPBD Standards arranged by hierarchySection 1 ⎯ Standards concerned with calculation of overall energy use in buildings (based onresults from standards in section 2)EN 15217 Energy performance of buildings ⎯ Methods for expressing energy performance and forenergy certification of buildingsEN 15603 Energy performance of buildings ⎯ Overall energy use and definition of energy ratingsEN 15459 Energy performance of buildings ⎯ Economic evaluation procedure for energy systems inbuildingsSection 2 ⎯ Standards concerned with calculation of delivered energy (based where relevant onresults from standards in section 3)EN 15316-1 Heating systems in buildings ⎯ Method for calculation of system energy requirementsand system efficiencies ⎯ Part 1: GeneralEN 15316-2-1 Heating systems in buildings – Method for calculation of system energy requirementsandsystem efficiencies ⎯ Part 2-1: Space heating emission systemsEN 15316-4 Heating systems in buildings ⎯ Method for calculation of system energy requirementsand system efficiencies:Part 4-1: Space heating generation systems, combustion systems, boilersPart 4-2: Space heating generation systems, heat pump systemsPart 4-3: Heat generation systems, thermal solar systemsPart 4-4: Heat generation systems, building-integrated cogeneration systemsPart 4-5: Space heating generation systems, the performance and quality of districtheating and large volume systemsPart 4-6: Heat generation systems, photovoltaic systemsPart 4-7: Space heating generation systems, biomass combustion systemsEN 15316-2-3 Heating systems in buildings ⎯ Method for calculation of system energy requirementsand system efficiencies ⎯ Part 2-3: Space heating distribution systemsEN 15316-3 Heating systems in buildings ⎯ Method for calculation of system energy requirementsand system efficiencies ⎯Part 3-1: Domestic hot water systems, characterisation of needs (tapping requirements)Part 3-2: Domestic hot water systems, distributionPart 3-3: Domestic hot water systems, generationEN 15243 Ventilation for buildings - Calculation of room temperatures and of load and energy forbuildings with room conditioning systemsEN 15377 Heating systems in buildings ⎯ Design of embedded water based surface heating andcooling systemsPart 1: Determination of the design heating and cooling capacityPart 2: Design, dimensioning and installationPart 3: Optimizing for use of renewable energy sourcesEN 15241 Ventilation for buildings ⎯ Calculation methods for energy losses due to ventilation andinfiltration in commercial buildingsEN 15232 Energy performance of buildings ⎯ Impact of building automation, controls and buildingmanagementEN 15193 Energy performance of buildings ⎯ Energy requirements for lightingSection 3 ⎯ Standards concerned with calculation of energy need for heating and coolingEN ISO 13790 Thermal performance of buildings ⎯ Calculation of energy use for space heating (ISO13790:2008)EN 15255 Energy performance of buildings ⎯ Sensible room cooling load calculation ⎯ Generalcriteria and validation proceduresEN 15265 Energy performance of buildings ⎯ Calculation of energy needs for space heating andcooling using dynamic methods ⎯ General criteria and validation proceduresSection 4A ⎯ Standards to support the above ⎯ Thermal performance of building componentsEN ISO 13789 Thermal performance of buildings ⎯ Transmission and ventilation heat transfer25


coefficients ⎯ Calculation method (ISO/DIS 13789:2007)EN ISO 13786 Thermal performance of building components ⎯ Dynamic thermal characteristics ⎯Calculation methods (ISO 13786:2007)EN ISO 6946 Building components and building elements ⎯ Thermal resistance and thermaltransmittance ⎯ Calculation method (ISO 6946:2007)EN ISO 13370 Thermal performance of buildings ⎯ Heat transfer via the ground ⎯ Calculation methods(ISO 13370:2007)EN 13947 Thermal performance of curtain walling ⎯ Calculation of thermal transmittanceEN ISO 10077-1 Thermal performance of windows, doors and shutters ⎯ Calculation of thermaltransmittance ⎯ Part 1: General (ISO 10077-1:2006)EN ISO 10077-2 Thermal performance of windows, doors and shutters ⎯ Calculation of thermaltransmittance ⎯ Part 2: Numerical method for frames (ISO 10077-2:2003)EN ISO 10211 Thermal bridges in building construction ⎯ Heat flows and surface temperatures ⎯Detailed calculations (ISO/DIS 10211:2007)EN ISO 14683 Thermal bridges in building construction ⎯ Linear thermal transmittance ⎯ Simplifiedmethods and default values (ISO 14683:2007)EN ISO 10456 Building materials and products ⎯ Hygrothermal properties ⎯ Tabulated design valuesand procedures for determining declared and design thermal values (ISO/DIS 2007)Section 4B ⎯ Standards to support the above ⎯ Ventilation and air infiltrationEN 13465 Ventilation for buildings ⎯ Calculation methods for the determination of air flow rates indwellingsEN 15242 Ventilation for buildings ⎯ Calculation methods for the determination of air flow rates inbuildings including infiltrationEN 13779 Ventilation for non-residential buildings ⎯ Performance requirements for ventilation androom-conditioning systemsSection 4C ⎯ Standards to support the above ⎯ Overheating and solar protectionEN ISO 13791 Thermal performance of buildings ⎯ Calculation of internal temperatures of a room insummer without mechanical cooling ⎯ General criteria and validation procedures (ISO13791:2004)EN ISO 13792 Thermal performance of buildings ⎯ Calculation of internal temperatures of a room insummer without mechanical cooling ⎯ Simplified methods (ISO 13792:2005)EN 13363-1+A1 Solar protection devices combined with glazing ⎯ Calculation of solar and lighttransmittance ⎯ Part 1: Simplified methodEN 13363-2 Solar protection devices combined with glazing ⎯ Calculation of total solar energytransmittance and light transmittance ⎯ Part 2: Detailed calculation methodSection 4D ⎯ Standards to support the above ⎯ Indoor conditions and external climateCR 1752 Ventilation for buildings - Design criteria for the indoor environmentEN 15251 Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performanceof buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acousticsEN ISO 15927-1 Hygrothermal performance of buildings ⎯ Calculation and presentation of climaticdata ⎯Part 1: Monthly means of single meteorological elements (ISO 15927-1:2003)EN ISO 15927-2 Hygrothermal performance of buildings ⎯ Calculation and presentation of climaticdata ⎯Part 2: Hourly data for design cooling load (ISO/DIS 15927-2:2007)EN ISO 15927-3 Hygrothermal performance of buildings ⎯ Calculation and presentation of climaticdata ⎯Part 3: Calculation of a driving rain index for vertical surfaces from hourly wind and raindata (ISO/DIS 15927-3:2006)EN ISO 15927-4 Hygrothermal performance of buildings ⎯ Calculation and presentation of climaticdata ⎯Part 4: Hourly data for assessing the annual energy use for heating and cooling (2005)EN ISO 15927-5 Hygrothermal performance of buildings ⎯ Calculation and presentation of climaticdata ⎯Part 5: Data for design heat load for space heating (ISO 15927-5:2004)EN ISO 15927-6 Hygrothermal performance of buildings ⎯ Calculation and presentation of climaticdata ⎯Part 6: Accumulated temperature differences (degree days) (ISO 15927-6:2007)26


Section 4E ⎯ Standards to support the above ⎯ Definitions and terminologyEN ISO 7345 Thermal insulation Physical quantities and definitions (ISO 7345:1987)EN ISO 9288 Thermal insulation Heat transfer by radiation , Physical quantities and definitions (1989)EN ISO 9251 Thermal insulation Heat transfer conditions and properties of materials Vocabulary(1987)EN 12792 Ventilation for buildings ⎯ Symbols, terminology and graphical symbolsSection 5 ⎯ Standards concerned with monitoring and verification of energy performanceEN 12599 Ventilation for buildings ⎯ Test procedures and measuring methods for handing overinstalled ventilation and air conditioning systemsEN 13829 Thermal performance of buildings ⎯ Determination of air permeability of buildings ⎯ Fanpressurization method (ISO 9972:1996, modified)EN ISO 12569 Thermal insulation in buildings ⎯ Determination of air change in buildings ⎯ Tracer gasdilution method (ISO 12569:2000)EN 13187 Thermal performance of buildings ⎯ Qualitative detection of thermal irregularities inbuilding envelopes ⎯ Infrared method (ISO 6781:1983 modified)EN 15378 Heating systems in buildings ⎯ Inspection of boilers and heating systemsEN 15239 Ventilation for buildings ⎯ Energy performance of buildings ⎯ Guidelines for inspection ofventilation systemsEN 15240 Ventilation for buildings ⎯ Energy performance of buildings ⎯ Guidelines for inspection ofair-conditioning systems3.3 Entwicklung Deutschland und Passivhaus InstitutEine nachhaltige Energieversorgung wird den vorhandenen Energiebedarf vollständig auserneuerbaren Energien decken müssen, denn aus hinreichend bekannten Gründen sind wederfossile Energieträger noch Atomenergie geeignet, dauerhaft in bedeutendem Umfang zurEnergieversorgung beizutragen, ohne erhebliche negative Auswirkungen zu verursachen.Um das Ziel einer Versorgung aus erneuerbaren Energien zu erreichen, bieten sich – beigleicher bzw. wachsender Inanspruchnahme von Energiedienstleistungen – zwei grundsätzlicheAnsätze: der Ausbau der erneuerbaren Energien einerseits und die Verbesserung derEnergieeffizienz andererseits. Beide Möglichkeiten gilt es in Zukunft so weit wie möglichauszuschöpfen.In Bezug auf Gebäude wird in der öffentlichen Diskussion verstärkt der Bau von Null- oderPlusenergiehäusern gefordert. Das mag vor dem Hintergrund der technischen und wirtschaftlichenMachbarkeit solcher Gebäude nur folgerichtig erscheinen: Auf dem Dach einesEinfamilienhauses in Passivhausbauweise kann im Jahresverlauf mittels netzgekoppelterFotovoltaik ohne weiteres so viel Primärenergie erzeugt werden, wie das Gebäude in dieserZeit verbraucht; dank kostendeckender Preise für die Einspeisung oder den Eigenverbrauchvon Solarstrom und der ökonomischen Tragfähigkeit des Passivhauskonzepts selbst ist dasauch in wirtschaftlicher Hinsicht realisierbar.In dieser Weise bilanziert auch die aktuelle Fassung der deutschen Energieeinsparverordnung(EnEV): Unter bestimmten Voraussetzungen darf in der Energiebilanzierung der EnEV2009 der in unmittelbarem Zusammenhang mit dem Gebäude erzeugte Strom aus erneuerbarenEnergien vom berechneten Energiebedarf abgezogen werden.27


Das Problem liegt nun darin, dass die selbst erzeugte Energie den Verbrauch eben nur inder Jahresbilanz deckt: Ein hoher solarer Energieertrag im Sommer gleicht bilanziell einenhohen Wärmebedarf im Winter aus. Wie der Transfer dieser Energie vom Sommer in denWinter erfolgen soll, bleibt offen. Dies ist die eine der typischen Schwächen bei vielen derderzeit diskutierten Nullenergiekonzepte. Die zweite besteht in räumlich relativ eng gezogenenBilanzgrenzen, etwa auf Grundstücks- oder Siedlungsebene.Beides erweist sich nämlich bei näherer Betrachtung als nicht zielführend. Verlangt man eineausgeglichene Energiebilanz bezüglich der Grundstücksgrenze, so sind eigentlich wünschenswerteflächen- und verkehrssparende Bebauungen mit hoher Geschosszahl und baulicherDichte aufgrund ihrer – bezogen auf die Wohnfläche – geringen Dachfläche nicht mehrrealisierbar. Der Versuch möglichst in jedem Fall eine ausgeglichene Jahresbilanz zu erreichen,kann in manchen Fällen zu Fehloptimierungen führen, bei denen durch nicht kompakteBauweise ein hoher Energiebedarf im Winter erzeugt wird, nur um eine große Dachfläche fürsolare Erträge zur Energieproduktion im Sommer zu erhalten. Gleichzeitig besteht für eineBilanzierung auf Grundstücks- oder Siedlungsebene keine Notwendigkeit, denn der Transportelektrischer Energie über mittlere Entfernungen ist mit den bestehenden Netzen vergleichsweiseeinfach.Problematisch ist dagegen die Speicherung erneuerbarer Energie, insbesondere dann, wennsie saisonal erfolgen muss. Im letzteren Fall wird der Speicher nur einmal im Jahr be- bzw.entladen, entsprechend hoch wird die Kilowattstunde gespeicherter Energie durch die umzulegendenInvestitionskosten belastet. Daher sollten Erzeugung und Verbrauch von Energiemöglichst synchron erfolgen; geht es um Raumwärme oder Warmwasser, ist eine Speicherungüber einige Tage problemlos möglich. Geht man realistischerweise davon aus, dass einGroßteil der in Zukunft nachhaltig erzeugten erneuerbaren Energie aus Fotovoltaik stammt,so ist vor allem eine Begrenzung des Heizwärmeverbrauchs von Gebäuden erforderlich, umdas „Winterloch“ zu minimieren. Abbildung 5 illustriert diesen Zusammenhang.28


Abbildung 5: Monatlicher Endenergiebedarf, solarelektrische Energieproduktion, Biomassepotential und Stromexporteines Reihenendhauses in verschiedenen Energie-standards. Die Varianten unterscheiden sich nur bezüglichder Komponenten der Hülle inklusive der Lüftung, die Gebäudetechnik und der Haushaltsstrombedarf sind inallen Fällen identisch. Heizen und Warmwasserbereitung via Wärmepumpe. Aus [Feist 2012].Zu berücksichtigen ist auch die begrenzte Verfügbarkeit erneuerbarer Energien, insbesondereauf regionaler Ebene. Dachflächen, auf denen Fotovoltaik installiert werden kann, sindnaturgemäß nicht beliebig vorhanden. Sobald jedoch Solarenergie auf Agrarflächen erzeugtwerden soll, tritt sie in Konkurrenz mit der Nahrungsmittelerzeugung. In noch stärkerem Maßeist dies beim gezielten Anbau von Pflanzen zur energetischen Nutzung der Fall. Auch fürWindenergie nutzbare Flächen sind nicht in beliebigem Maße verfügbar. Anzustreben ist29


dagegen die Nutzung von Rest- und Abfallstoffen, eine geringfügige Unterdeckung des Bedarfsdurch die übrigen Energieträger ist daher in den Wintermonaten akzeptabel.Eine schlichte Summierung der im Jahresverlauf auf einem Grundstück erzeugten und verbrauchtenEnergiemengen liefert somit keinen brauchbaren Indikator dafür, ob ein Gebäudesich in ein Nachhaltigkeitskonzept sinnvoll einfügt.Die Zielsetzung für nachhaltige Gebäude muss vielmehr etwa folgendermaßen lauten: DasPassivhaus-Niveau als ökonomisch tragfähiger und technisch erprobter Standard ist in jedemFalle nachzuweisen. Dadurch wird gewährleistet, dass im Durchschnitt über eine größereRegion Erzeugung und Verbrauch hinreichend gut übereinstimmen. Hinzu kommen musseine möglichst umfassende Nutzung des Fotovoltaik-Potenzials auf dem Dach jedes Gebäudes,was allerdings eine hierfür geeignete Lage und Orientierung voraussetzt.Auf europäischer Ebene sind diese Zusammenhänge zumindest teilweise bereits in die Gesetzgebungeingeflossen. Die europäische Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz vonGebäuden verlangt, dass ab 2021 nur noch „Niedrigstenergiegebäude“ erstellt werden, alsosolche, die nur noch einen sehr geringen Restenergiebedarf besitzen. Wenn es auch bisheran einer klaren Definition dieser Anforderung mangelt, darf doch angenommen werden, dassdamit im Kern Passivhäuser gemeint sind. Der geringe Restenergiebedarf soll dann möglichstweitgehend aus erneuerbaren Quellen gedeckt werden. Die Mitgliedsstaaten sind gehalten,entsprechende Maßnahmen zu ergreifen.In Deutschland ist, dieser Zielsetzung zum Trotz, für die kommende EnEV 2013 nur einemoderate Verschärfung des Anforderungsniveaus geplant, 2015 und 2017 sollen weiteregeringfügige Absenkungen des zulässigen Primärenergiebedarfs folgen. Ähnliches gilt vomGrundsatz her auch für den zulässigen Transmissionswärmeverlust H’T, der sich, wenn auchnur ungenügend, auf die Effizienz der thermischen Hülle bezieht. Wie in Deutschland dieweiteren Schritte hin zum Niedrigstenergiegebäude aussehen werden, ist derzeit noch völligunklar.30


4 Konversion Endenergie auf Primärenergie/TreibhausgasemissionenMittelwerte 2004-2007Die Konversionsfaktoren dienen dazu die Energieströme an der Bilanzgrenze Et auf denPrimärenergiebedarf umzurechnen. Dazu muss die gesamte Energiekette zwischen Primärenergiegewinnungund Energienutzung erfasst werden. Dabei treten Allokationsproblemeauf, da z.B. bei KWK-Anlagen die verwendete Energiemenge in Form von Gas oder Biomassein Form von Wärme oder Strom abgegeben wird und damit eine Entscheidung getroffenwerden muss, wie viel Treibhausgasemissionen der Wärme oder dem Strom zugschriebenwerden. Im Anhang ist eine Analyse der in der Literatur vorhandenen Allokationsmethodenim Bericht des Umweltbundesamtes „Untersuchung von Allokationsmethoden für KWK-Anlagen“ enthalten.Im Rahmen des Projektes wurden die Konversions- und Primärenergiefaktoren für die Jahre2004 bis 2007 für Österreich ermittelt. Dabei wurde die finnischen Methode für KWK-Anlagenverwendet.Zur Festlegung der strategischen Konversionsfaktoren wurden folgende Grundsätze in derOIB-Richtlinie 6 [OIB11] zugrunde gelegt:1) Primär wollte man, wenn möglich, Konversionsfaktoren aus Europäischen Normen verwenden.a) Die Quelle dafür stellt die ÖNORM EN 15603:2008 [ONO08a] dar.b) Die Daten in dieser Norm stammen aus dem Jahr 1996 (Quelle: Ökoinventare fürEnergiesysteme - ETH Zürich, 1996).c) Infolge des Alters der Daten wurde versucht, diese aus grundsätzlich derselben, allerdingsaktuelleren Quelle (ecoinvent, Version 2.1, 2009) zu entnehmen.2) Für die Energieträger Kohle, Heizöl, Erdgas und Biomasse wurden alle zur Verfügungstehenden Daten aus der Datenbank entnommen und danach arithmetisch gemittelt.3) Für Strom wird ein gewichteter Mix aus dem österreichischen Produktionsmix und einemgewichteten Importmix herangezogen. Für Stromgutschriften im Rahmen von KWK wirdder gewichtete Import-Mix verwendet.4) Die Berechnung der Konversionsfaktoren für Fernwärmesysteme erfolgt gemäß ÖNORMEN 15316-4-5 [ONO07e], wobei zwischen folgenden Wärmenetzen unterschieden wird:31


Heizwerk erneuerbar, Heizwerk konventionell, Fernwärmenetz klein, Fernwärmenetzgroß.a) Die Definition für Heizwerk erneuerbar lautet: Fernwärme mit einem Anteil erneuerbarerEnergie von zumindest 90% (dabei werden für die Wärmegewinnung die Konversionsfaktorenfür Biomasse eingesetzt, ein Jahresnutzungsgrad von 85% in Rechnunggestellt und Netzverluste in der Höhe von 20% angenommen.).b) Die Definition für Heizwerk konventionell lautet: Fernwärme aus konventionellerEnergie (dabei werden für die Wärmegewinnung die Konversionsfaktoren aus einergewichteten Mittelung der Daten der Statistik Austria „Energiebilanzen Fernwärme“aus den Jahren 2004 bis 2008 abzüglich der unter a. in Rechnung gestellten Energiemengeneingesetzt, ein Jahresnutzungsgrad von 85% in Rechnung gestellt undNetzverluste in der Höhe von 10% angenommen.).c) Für Fernwärmenetz klein (thermische Leistung kleiner 300 MW und KWK) wurde fürdie Wärmegewinnung eine hocheffiziente KWK gemäß EU-Richtlinie 2004/8/EG angenommen,wobei den Verbrennungsprozessen die Konversionsfaktoren aus einergewichteten Mittelung der Daten der Statistik Austria „Energiebilanzen Fernwärme“aus den Jahren 2004 bis 2008 abzüglich der unter der in Rechnung gestellten Energiemengenunterstellt wurden, ein Jahresgesamtnutzungsgrad von 80% in Rechnunggestellt wurde, eine Stromgutschrift von 20% angenommen wurde, eine zusätzlicheAbwärmenutzung [aus sonstigen Prozessen] in der Höhe von 10% angenommenwurde und Netzverluste in der Höhe von 10% angenommen wurden.d) Für Fernwärmenetz groß (thermische Leistung größer oder gleich 300 MW und KWK)wurde für die Wärmegewinnung eine hocheffiziente KWK gemäß EU-Richtlinie2004/8/EG angenommen, wobei dem Verbrennungsprozess die Konversionsfaktorenfür Gas und ein 10%iger Biomasseanteil unterstellt wurden, ein Jahresgesamtnutzungsgradvon 90% in Rechnung gestellt wurde, eine Stromgutschrift von 30% angenommenwurde, eine zusätzliche Abwärmenutzung [aus sonstigen Prozessen] in derHöhe von 10% angenommen wurde und Netzverluste in der Höhe von 10% angenommenwurden (siehe e.).e) Aufgrund der Tatsache, dass es für den Fall d. nur sehr wenige Netze in Österreichüberhaupt gibt, wurde festgelegt, dass ein besserer Konversionsfaktor für die Primärenergieals nach d. berechnet, nicht zur Anwendung kommen darf. Grundsätzlich32


sind aber für Fernwärmenetze mit Fernwärme aus KWK die Werte nach c. anzunehmenoder nach EN 15316-4-5 [ONO07e] als Einzelnachweis zu führen.33


4.1 KohleAus ecoinvent, Version 2.1, 2009 wurden folgende Werte entnommen:Tabelle 2: Konversionsfaktoren Kohle aus ecoinvent, Version 2.1, 2009 [ECO09]Energieträgerf PE f PE,n.ern. f PE,ern. f CO2 f CO2,äqu.[kWh/kWh] [kWh/kWh] [kWh/kWh] [g/kWh] [g/kWh]Anthrazit in Einzelofen5-15 kW 1,193 1,192 0,001 299 338Steinkohle inIndustriefeuerung1-10 MW 1,386 1,382 0,004 349 376Steinkohle Brikettin Einzelofen 5-15kW 1,371 1,369 0,002 320 371Steinkohlekoks inEinzelofen 5-15kW 1,896 1,893 0,004 379 416Mittelwert 1,462 1,459 0,003 337 375Damit wurde für die OIB-Richtlinie 6 folgender Wertesatz festgelegt:Tabelle 3: Konversionsfaktoren Kohle OIB RL 6 [OIB11]fPE fPE,n.ern. fPE,ern. fCO2 fCO2,äqu.Energieträger[kWh/kWh] [kWh/kWh] [kWh/kWh] [g/kWh] [g/kWh]Kohle 1,46 1,46 0,00 337 37534


4.2 HeizölAus ecoinvent, Version 2.1, 2009 wurden folgende Werte entnommen:Tabelle 4: Konversionsfaktoren Heizöl aus ecoinvent, Version 2.1, 2009 [ECO09]EnergieträgerfPE fPE,n.ern. fPE,ern. fCO2 fCO2,äqu.[kWh/kWh] [kWh/kWh] [kWh/kWh] [g/kWh] [g/kWh]Heizöl EL in Heizkessel100 kWBW n.mod.1,218 1,214 0,005 310 318Heizöl EL in Heizkessel100 kWn.mod.1,218 1,213 0,005 310 318Heizöl EL in Heizkessel10 kW BWn.mod.1,244 1,236 0,008 312 320Heizöl EL in Heizkessel10 kWn.mod.1,244 1,236 0,008 312 320Mittelwert 1,231 1,225 0,006 311 319Damit wurde für die OIB-Richtlinie 6 folgender Wertesatz festgelegt:Tabelle 5: Konversionsfaktoren Heizöl OIB RL 6 [OIB11]fPE fPE,n.ern. fPE,ern. fCO2 fCO2,äqu.Energieträger[kWh/kWh] [kWh/kWh] [kWh/kWh] [g/kWh] [g/kWh]Heizöl 1,23 1,23 0,00 311 31935


4.3 ErdgasAus ecoinvent, Version 2.1, 2009 wurden folgende Werte entnommen:Tabelle 6: Konversionsfaktoren Erdgas aus ecoinvent, Version 2.1, 2009 [ECO09]Energieträgerf PE f PE,n.ern. f PE,ern. f CO2 f CO2,äqu.[kWh/kWh] [kWh/kWh] [kWh/kWh] [g/kWh] [g/kWh]Erdgas in Heizkessel atm.Brenner n.mod


4.4 Biomasse4.4.1 ScheitholzAus ecoinvent, Version 2.1, 2009 wurden folgende Werte entnommen:Tabelle 8: Konversionsfaktoren Biomasse Scheitholz aus ecoinvent, Version 2.1, 2009 [ECO09]Energieträgerf PE f PE,n.ern. f PE,ern. f CO2 f CO2,äqu.[kWh/kWh] [kWh/kWh] [kWh/kWh] [g/kWh] [g/kWh]Stückholz Holzmixin Einzelofen 6 kW1,043 0,030 1,012 -8 2Stückholz Holzmixin Feuerung 100kWStückholz Holzmixin Feuerung 30kW1,071 0,054 1,016 4 101,071 0,055 1,016 4 10Scheitholz 1,061 0,046 1,015 0,237 7,2494.4.2 HackschnitzelAus ecoinvent, Version 2.1, 2009 wurden folgende Werte entnommen:Tabelle 9: Konversionsfaktoren Biomasse Hackschnitzel aus ecoinvent, Version 2.1, 2009 [ECO09]f PE f PE,n.ern. f PE,ern. f CO2 f CO2,äqu.[kWh/kWh] [kWh/kWh] [kWh/kWh] [g/kWh] [g/kWh]Holzschnitzel ausIndustrie Holzmixin Feuerung 1000kW1,089 0,062 1,027 6 9Holzschnitzel ausIndustrie Holzmixin Feuerung 300kW1,087 0,060 1,027 5 9Holzschnitzel ausIndustrie Holzmixin Feuerung 50kW1,087 0,060 1,027 5 9Holzschnitzel ausWald Holzmix inFeuerung 1000kW1,158 0,075 1,083 7 10Holzschnitzel ausWald Holzmix inFeuerung 300 kW1,154 0,071 1,083 6 10Holzschnitzel ausWald Holzmix inFeuerung 50 kW1,155 0,071 1,083 6 10Hackschnitzel 1,122 0,066 1,055 6,125 9,47137


4.4.3 PelletsAus ecoinvent, Version 2.1, 2009 wurden folgende Werte entnommen:Tabelle 10: Konversionsfaktoren Biomasse Pellets aus ecoinvent, Version 2.1, 2009 [ECO09]EnergieträgerPellets Holzmix inFeuerung 15 kWPellets Holzmix inFeuerung 50 kWf PE f PE,n.ern. f PE,ern. f CO2 f CO2,äqu.[kWh/kWh] [kWh/kWh] [kWh/kWh] [g/kWh] [g/kWh]1,256 0,234 1,022 35 401,255 0,234 1,022 35 39Pellets 1,255 0,234 1,022 34,711 39,661Zur Ermittlung eines gemeinsamen Wertesatzes für Biomasse wurde für Scheitholz 5/6 angenommen,für Hackschnitzel 1/12 und für Pellets 1/12 angenommen.Tabelle 11: Konversionsfaktoren Biomasse Mittelwert aus ecoinvent, Version 2.1, 2009 [ECO09]Energieträgerf PE f PE,n.ern. f PE,ern. f CO2 f CO2,äqu.[kWh/kWh] [kWh/kWh] [kWh/kWh] [g/kWh] [g/kWh]Scheitholz1,061 0,046 1,015 0,237 7,249Hackschnitzel1,122 0,066 1,055 6,125 9,471Pellets1,255 0,234 1,022 34,711 39,661Mittelwert 1,083 0,064 1,019 3,601 10,135Damit wurde für die OIB-Richtlinie 6 folgender Wertesatz festgelegt:Tabelle 12: Konversionsfaktoren Biomasse OIB RL 6 [OIB11]Energieträgerf PE f PE,n.ern. f PE,ern. f CO2 f CO2,äqu.[kWh/kWh] [kWh/kWh] [kWh/kWh] [g/kWh] [g/kWh]Biomasse 1,08 0,06 1,02 4 1038


4.5 StromAus ecoinvent, Version 2.1, 2009 wurden folgende Werte entnommen:Tabelle 13: Konversionsfaktoren Strom aus ecoinvent, Version 2.1, 2009 [ECO09]Energieträgerf PE f PE,n.ern. f PE,ern. f CO2 f CO2,äqu.[kWh/kWh] [kWh/kWh] [kWh/kWh] [g/kWh] [g/kWh]AT: Strommix,Produktion AT(Erzeugungsmix)2,013 1,367 0,646 277 309CH: Strommix(Versorgungsmix)2,630 2,251 0,379 105 112CZ: Strommix(Versorgungsmix)3,618 3,586 0,031 770 794DE: Strommix(Versorgungsmix)3,463 3,407 0,056 602 640HU: Strommix(Versorgungsmix)3,789 3,738 0,051 581 620IT: Strommix(Versorgungsmix)2,675 2,473 0,202 541 566SI: Strommix(Versorgungsmix)2,615 2,185 0,430 409 425Mittelwert 2,510 2,061 0,449 400 4313,486 3,424 0,062 640 673Damit ergeben sich unter Berücksichtigung von Netzverlusten für den Österreich-Mix bzw.für den Import-Mix folgende Wertesätze:Tabelle 14: Konversionsfaktoren Strom Österreich-Mix [OIB11], Import-MixEnergieträgerf PE f PE,n.ern. f PE,ern. f CO2 f CO2,äqu.[kWh/kWh] [kWh/kWh] [kWh/kWh] [g/kWh] [g/kWh]Österreich-Mix 2,62 2,15 0,47 417 449Import-Mix 3,49 3,42 0,06 640 673Auf den folgenden drei Seiten sind Auszüge aus den statistischen Jahrbüchern der UCTEder Jahre 2004, 2006 und 2008 als Faksimile wiedergegeben, um die Nachvollziehbarkeitder Importmengen bzw. Produktionsmengen in den folgenden Tabellen zu gewährleisten.39


Abbildung 6: Auszug aus dem statistischen Jahrbuch der UCTE 200440


Abbildung 7: Auszug aus dem statistischen Jahrbuch der UCTE 200641


Abbildung 8: Auszug aus dem statistischen Jahrbuch der UCTE 2008Damit ergeben sich folgende Importmengen aus den sechs Importländern Tschechien,Schweiz, Italien, Deutschland, Ungarn und Slowenien:42


Tabelle 15: Importmengen2004 2005 2006 2007 2008CZ 6248 6114 6139 6908 5335CH 309 211 82 37 106I 0 2 3 0 1DE 8922 15371 14799 16132 14997HU 740 857 1062 243 721SI 234 533 1062 579 87316453 23088 23147 23899 22033Damit ergeben sich folgende Importanteile aus den sechs Importländern Tschechien,Schweiz, Italien, Deutschland, Ungarn und Slowenien:Tabelle 16: ImportanteileCH CZ DE HU I SI0,7% 28,3% 64,6% 3,3% 0,0% 3,0%Damit ergeben sich folgende Importanteile bezogen auf den Verbrauch:Tabelle 17: Importanteile bezogen auf Verbrauch2004 2005 2006 2007 2008Import 16453 23088 23147 23899 22033Verbrauch 56565 63174 66500 67439 6837829,1% 36,5% 34,8% 35,4% 32,2%43


4.6 Fernwärme4.6.1 Primärenergie-Konversionsfaktoren für Fernwärme aus HeizwerkenZur Berechnung der Primärenergie-Konversionsfaktoren für Fernwärme aus Heizwerken istgemäß ÖNORM EN 15316-4-5 [ONO07e] Formel (1) heranzuziehen:EPE,zuPE,FW (1)HWQabfUnterstellt man dabei einen thermischen Gesamtnutzungsgrad des FW-Netzes vonsowohl den thermischen NutzungsgradNetzverlustee in der FormFW N th thderdes Heizwerkes als auch den Energieaufwand fürthth(2)eFWNberücksichtigt, so ergibt sich fürf PE,FW HWfPE,FW HWEQPE,zuabE EthPE,zuEE,zufePE,zuthFW NEEEE,zuEE,zu eFW NfPE,zuth. (3)44


Primärenergie-Konversionsfaktoren für Fernwärme aus Heizwerken (erneuerbar)Unterstellt man 85% Jahresnutzungsgrad und 20% Netzverlust, so ergeben sich mit den zugrundezulegenden 1,136 (0% Kohle, 5% Heizöl, 5% Erdgas und 90% Biomasse):fPE,FWHWfPE,zu1,136 eFW N 1,20 1,604(4) 0,85thIn Analogie erhält man 51 g/kWh.Primärenergie-Konversionsfaktoren für Fernwärme aus Heizwerken (fossil)Unterstellt man 85 % Jahresnutzungsgrad und 10 % Netzverlust, so ergeben sich mit denzugrunde zulegenden 1,172 (0 % Kohle, 15 % Heizöl, 75 % Erdgas und 10 % Biomasse):fPE,FWHWfPE,zu1,172 eFW N 1,10 1,517(5) 0,85thIn Analogie erhält man 291 g/kWh.45


4.6.2 Primärenergie-Konversionsfaktoren für Fernwärme aus KWK-AnlagenZur Berechnung der Primärenergie-Konversionsfaktoren für Fernwärme aus Heizwerken istgemäß ÖNORM EN 15316-4-5 [ONO07e] Formel (3) heranzuziehen:fPE,FWKWKEE fPE,zu Strom,KWK PE,Strom (6)QabGeht man analog zur Berechnung der Primärenergie-Konversionsfaktoren für Fernwärmeaus Heizwerken, so erhält man:fPE,FW KWK efE f EfPE,zu EE,zu PE,Strom el EE,zuPE,zu PE,Strom elFW N eFWN(7)thEEE,zuth f Wird zusätzlich noch Abwärme aus sonstigen Quellen (Industrie, Müllverbrennung, ...) zugeführt,so erhält man:fPE,FW fPE,zu fPE,Strom el eFWN (1 xAW) xAW fPE,AW thKWK(8)46


Primärenergie-Konversionsfaktoren für Fernwärme aus KWK-Anlagen (< 300 MW)Unterstellt man 10 % Abwärmenutzung, 20 % Stromproduktion und 60 % Wärmeproduktionsowie 10 % Netzverluste, so ergeben sich mit den zugrunde zulegenden 1,190 (15 % Kohle,29 % Heizöl, 11 % Erdgas und 43 % Biomasse):fPE,FWKWK eFWN (1 xAWf) PE,zu fPE,StromIn Analogie erhält man 73 g/kWh.thel xAW fPE, AW 1,190 3,480,20 1,1 (10,1) 0,1 1,00 0,9230,60 (9)47


Primärenergie-Konversionsfaktoren für Fernwärme aus KWK-Anlagen (≥ 300 MW)Unterstellt man 10 % Abwärmenutzung, 30 % Stromproduktion und 60 % Wärmeproduktionsowie 10 % Netzverluste, so ergeben sich mit den zugrunde zulegenden 1,162 (0 % Kohle,0 % Heizöl, 90 % Erdgas und 10 % Biomasse):fPE,FWKWK eFWN (1 xAWf) PE,zu fPE,Stromthel xAW fPE, AWIn Analogie erhält man 38 g/kWh.Tabelle 18: Konversionsfaktoren Fernwärme OIB RL 6 [OIB11] 1,162 3,48 0,30 1,1 (10,1) 0,1 1,00 0,3020,60 (10)EnergieträgerEnergiemix FW-HW-ernEnergiemix FW-HW-fossilEnergiemix KWKkleinEnergiemix KWKgroßf PE f PE,n.ern. f PE,ern. f CO2 f CO2,äqu.[kWh/kWh] [kWh/kWh] [kWh/kWh] [g/kWh] [g/kWh]1,60 0,28 1,32 51 591,52 1,38 0,14 291 3180,92 0,20 0,72 73 830,30 0,16 0,01 38 3948


5 Modifikation der KlimaannahmenZur Berechnung des Energiebedarfs sind die Standortklimadaten notwendig. Bis jetzt wurdenfür die Ermittlung der Kenngrößen des Energieausweises ein 7-Zonen-Klimamodell derZAMG verwendet und in der ÖNORM B 8110-5 [ONO11] normiert.Seit 2012 gibt es auf der Webseite des Bundesministeriums für Wirtschaft, Familie und Jugendeine abrufbare Klimadatenbank(http://www.bmwfj.gv.at/hp/klimadatenbank/Seiten/default.aspx) für die Erfordernisse derGebäudeplanung in der Monatsmittelwerte der Außenlufttemperatur, Temperaturen zu bestimmtenUnter- bzw. Überschreitungshäufigkeiten und mittlere monatliche Strahlungssummenauf verschieden orientierte Empfangselementen abrufbar sind. Der Berechnung liegendie Klimadaten von dreißig Jahren (1978-2007) zugrunde.Eine Berechnung des Energiebedarfs für die Luftkonditionierung in Lüftungsanlagen aufstundenweiser Basis mit stundenweisen Klimadaten ist wesentlich genauer. Vorarbeiten zurErmittlung eines synthetischen Stundendatensatzes für die Lufttemperatur und Luftfeuchtewurden in den Forschungsprojekten „Standortunabhängige Berechnung des Energiebedarfsfür Heizen / Befeuchten und Kühlen / Entfeuchten in Ergänzung zur Vornorm ÖNORM H5057, Ein Forschungsprojekt zwischen TU Graz und MA 39, Stand: 31. Dezember 2009“ und„Ergänzung der Excel-Schulungs-tools um ein Wärmepumpenmodul und der Einbindung vonPrimärenergiebedarf und CO2-Emissionen, ein Forschungsprojekt der MA 39, Stand: 31.Dezember 2009“ erbracht. In den folgenden Kapiteln sind die wesentlichen Erkenntnisse derbeiden Vorprojekte zusammengefasst und ein Vorschlag für die zukünftige Normierung wirddargestellt.5.1 Analyse von Testreferenzjahre für 27 StandorteIn Zusammenarbeit mit der ZAMG wurden folgende 27 Orte ausgewählt, um die 7 Klimaregionenrepräsentativ zur Ermittlung eines halbsynthetischen Temperaturmodells zu erfassen:Tabelle 19: 27 Orte der 7 Klimaregionen in ÖsterreichOrt Detail Klimaregion Bundesland SeehöheGroßenzersdorf N W 153 mWien Innere Stadt N W 171 mWien Hohe Warte N W 198 mLinz N OÖ 263 mSt. Pölten N NÖ 270 mAllentsteig N NÖ 596 mEisenstadt N/SO B 184 mMönichkirchen N/SO NÖ 991 mSalzburg Freisaal NF S 420 mKufstein NF T 493 mInnsbruck Uni NF T 578 m49


Wolfsegg NF OÖ 660 mBad Radkersburg S/SO St 208 mGraz Uni S/SO St 366 mKlagenfurt SB K 450 mLienz SB T 659 mKötschach Mauthen SB K 714 mMallnitz SB K 1198 mVirgen SB T 1198 mBregenz W V 424 mWarth W V 1475 mBischofshofen ZA S 543 mWindischgarsten ZA OÖ 596 mBad Aussee ZA St 660 mMariapfarr ZA S 1153 mRamsau Dachstein ZA St 1203 mBrenner ZA T 1445 mFür diese 27 Orte wurden Testreferenzjahre angeschafft, die den Analysen auf den nächstenSeiten zugrunde gelegt wurden. Dabei wurden einerseits mittlere Tagesamplituden ermittelt,mit denen sich allerdings nicht die Extremtemperaturen jedes Monats ermitteln lassen. Daherwurde als zweite Abweichung eines linearen Tagesmitteltemperaturverlaufes eine Monatsamplitudeermittelt.5.2 Halbsynthetisches TemperaturmodelAuf Basis der Analyse der obigen 27 Testreferenzjahre aus den 7 Klimaregionen kann folgendeNäherung gefunden werden: dhdsin 2 cos 2MT 24 mTh,mTm Am Ad(11)Dabei wird einer Tagesschwingung mit der Amplitude A d – wie bisher – eine Monatsschwingungmit der Amplitude A m überlagert. Selbstverständlich wird die Tagesmitteltemperatur T m– wie bisher – durch lineare Interpolation zwischen dem jeweils 15. jedes Monats ermittelt.Die Amplituden sind den folgenden Tabellen zu entnehmen.Dabei ist darauf zu achten, dass der lineare Ausgleich bezüglich der Monatsmitteltemperaturmittelwertstreu bleibt. Dies gilt als erfüllt, wenn lineare Ausgleiche durch die Temperatur desMonatsfünfzehnten derart gelegt werden, dass die Steigung je Monat konstant ist und dieTemperatur des Monatsletzten mit der Temperatur des Monatsersten des darauffolgendenMonats ident ist. Sollte die Abweichung vom Mittelwert des Monatsersten bzw. -letzten vomMonatsmittelwert größer sein als die Monatsamplitude, so ist die Monatsamplitude gleich null50


zu setzen. Für alle anderen Fälle ist die Monatsamplitude um das Maximum der Abweichungdes Monatsersten bzw. -letzten zu vermindern.Tabelle 20: Tagesamplitude AdA dTagesamplitudeKlimaregionN N/SO NF S/SO SB W ZAJän 8,8 K 8,7 K 7,6 K 6,1 K 6,3 K 8,3 K 7,4 KFeb 6,3 K 6,6 K 6,9 K 6,9 K 5,9 K 8,2 K 6,6 KMär 5,7 K 5,8 K 6,0 K 5,4 K 6,4 K 5,8 K 5,5 KApr 6,6 K 7,2 K 6,2 K 6,3 K 7,0 K 8,3 K 7,7 KMai 5,9 K 5,9 K 7,2 K 6,9 K 5,5 K 6,8 K 6,2 KJun 7,1 K 5,7 K 7,5 K 5,8 K 6,0 K 6,0 K 6,9 KJul 5,3 K 5,2 K 6,1 K 4,9 K 4,3 K 5,0 K 6,1 KAug 5,4 K 5,7 K 5,4 K 3,8 K 5,2 K 5,2 K 6,2 KSep 5,4 K 5,4 K 5,4 K 4,1 K 5,3 K 5,9 K 5,2 KOkt 6,1 K 6,5 K 5,6 K 7,4 K 5,3 K 6,0 K 5,9 KNov 5,4 K 8,1 K 7,6 K 9,7 K 7,0 K 8,8 K 8,2 KDez 6,6 K 8,1 K 7,1 K 5,6 K 7,6 K 7,8 K 7,8 KTabelle 21: Monatsamplitude AmA mMonatsamplitudeKlimaregionN NSO NF SSO SB W ZAJän 3,1 K 3,3 K 3,8 K 5,0 K 5,2 K 3,9 K 3,2 KFeb 4,1 K 4,0 K 4,9 K 7,0 K 5,9 K 4,3 K 6,3 KMär 4,9 K 4,3 K 7,5 K 6,3 K 6,7 K 4,7 K 6,7 KApr 4,8 K 3,7 K 5,3 K 5,9 K 5,9 K 4,5 K 6,1 KMai 4,9 K 4,8 K 5,4 K 6,4 K 7,3 K 5,5 K 6,4 KJun 4,4 K 4,5 K 5,0 K 4,7 K 6,4 K 5,2 K 5,8 KJul 5,9 K 4,4 K 5,3 K 6,0 K 6,2 K 4,8 K 6,1 KAug 5,6 K 4,3 K 5,1 K 6,5 K 7,1 K 5,0 K 6,0 KSep 5,2 K 4,3 K 5,3 K 4,8 K 6,3 K 6,0 K 6,6 KOkt 4,9 K 4,0 K 4,7 K 5,4 K 5,0 K 4,2 K 5,4 KNov 3,9 K 3,1 K 4,1 K 3,8 K 4,4 K 3,6 K 4,8 KDez 2,5 K 2,2 K 3,3 K 3,6 K 3,7 K 2,8 K 3,8 K5.3 Mittelwertstreue lineare Ausgleichsrechnung für die TemperaturBeim Berechnen von Tagesmitteltemperaturen als Basis halbsynthetischer Temperaturmodellewurde bisher in der ÖNORM H 5056 (Kapitel Wärmepumpe) die Empfehlung gegeben,die aus der ÖNORM B 8110-5 [ONO11] ermittelte Monatsmitteltemperatur dem jeweils Monatsfünfzehntenzuzuordnen und dazwischen linear zu interpolieren. Wie auf der nächstenSeite leicht zu sehen ist, ist gerade für die Extremmonate (Jänner und Juli), in denen Temperaturverlaufsumkehrstattfindet, sicher keine Mittelwertstreue zu erwarten. Ebenso ist in allenanderen Monaten in der überwiegenden Anzahl von Fällen die Steigung der linearen Interpolationvor dem Monatsfünfzehnten unterschiedlich zu der Steigung nach dem Monatsfünfzehnten,was dann ebenso zu Mittelwertuntreue führt.51


Leicht lösbar ist dieses Problem durch folgenden Ansatz:i 15 ki= -15 ki+1 i+1T MT Ti(12)Stellt man diese Gleichung für alle 12 Monate auf, so ergibt sich folgendes lineares Gleichungssystem,in dem die 12 Steigungen k i unbekannt sind und die 12 MonatsmitteltemperaturenT i bekannt sind. 3115 15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 k1 T2 T1 0 28 15 15 0 k2 T3 T2 0 31 15 15 0 k 3 T4 T 3 0 30 15 15 0 k4 T5 T4 0 3115 15 0 k 5T6 T 5 0 30 15 15 0 k 6 T7 T6 0 31 15 15 0 k =7 T8 T 7 0 3115 15 0 k8 T9 T80 30 15 15 0 k 9T10 T 9 0 31 15 15 0 k10 T11 T10 0 30 15 15k11T12 T1115 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3115 k 12 T1 T 12 (13)Excel eröffnet durch seine Matrizenfunktionen (insbesondere die Funktion MDET (...)) dieMöglichkeit, unter Anwendung der Regeln der linearen Algebra dieses Gleichungssystemeinfach zu lösen. Dabei wurde auf allfällige Erleichterungen für eine nahezu symmetrischeMatrix verzichtet. Der Grund, warum auf der übernächsten Seite die Überschrift „neue mittelwertstreueNäherung“ und nicht „neue mittelwertstreue Lösung“ lautet, ist die nach wie vorbestehende kleine Ungenauigkeit, dass in manchen Monaten vor und nach dem Monatsfünfzehntennicht gleich viel Tage liegen.5.4 Halbsynthetisches LuftfeuchtemodellAuf Basis der Analyse der obigen 27 Testreferenzjahre aus den 7 Klimaregionen kann folgendeNäherung gefunden werden: d m, a d m hdxh ,m xm Aa cos 2 Am sin 2 Ad cos 2 (14) 365 MT 24 Dabei wird einem Jahresmittelwert eine Jahresschwingung mit einer Jahresamplitude A a miteiner Monatsschwingung mit der Amplitude A m und einer Tagesschwingung mit der AmplitudeA d überlagert. Die Amplituden sind den folgenden Tabellen zu entnehmen.Zur Bestimmung des Monatsmittelwertes der relativen Luftfeuchte sind die Stundenwerte desWasserdampfpartialdrucks zu berechnen; aus den Stundenwerten der Wasserdampfpartialdrückeist der Monatsmittelwert des Wasserdampfpartialdrucks zu errechnen und mithilfe52


des Monatsmittelwertes der Außentemperatur ist der Monatsmittelwert der relativen Luftfeuchtezu bestimmen.Tabelle 22: Jahresmittelwert und JahresamplitudeJahresmittelwert und JahresamplitudeKlimaregionN N/SO NF S/SO SB W ZAx m 6,8 g/kg 6,4 g/kg 6,8 g/kg 7,3 g/kg 6,4 g/kg 6,5 g/kg 6,1 g/kgA a 3,6 g/kg 3,4 g/kg 3,8 g/kg 4,1 g/kg 3,7 g/kg 3,2 g/kg 3,3 g/kgTabelle 23: Tagesamplitude AdA dTagesamplitudeKlimaregionN N/SO NF S/SO SB W ZAJän 1,8 g/kg 1,6 g/kg 1,7 g/kg 1,4 g/kg 1,5 g/kg 1,8 g/kg 1,5 g/kgFeb 1,7 g/kg 1,4 g/kg 1,4 g/kg 1,7 g/kg 1,5 g/kg 1,6 g/kg 1,5 g/kgMär 1,6 g/kg 1,7 g/kg 1,4 g/kg 1,5 g/kg 1,9 g/kg 1,4 g/kg 1,5 g/kgApr 2,4 g/kg 2,2 g/kg 2,1 g/kg 2,0 g/kg 2,1 g/kg 2,2 g/kg 1,9 g/kgMai 2,4 g/kg 3,2 g/kg 2,7 g/kg 3,6 g/kg 2,5 g/kg 2,4 g/kg 2,5 g/kgJun 3,9 g/kg 3,5 g/kg 3,2 g/kg 3,6 g/kg 3,2 g/kg 2,8 g/kg 2,8 g/kgJul 2,6 g/kg 3,4 g/kg 2,4 g/kg 3,5 g/kg 2,5 g/kg 2,5 g/kg 2,6 g/kgAug 2,9 g/kg 2,4 g/kg 2,8 g/kg 2,9 g/kg 3,2 g/kg 2,8 g/kg 2,6 g/kgSep 2,5 g/kg 2,6 g/kg 2,8 g/kg 2,5 g/kg 3,0 g/kg 2,0 g/kg 2,1 g/kgOkt 2,4 g/kg 2,7 g/kg 2,5 g/kg 2,9 g/kg 2,6 g/kg 1,7 g/kg 2,5 g/kgNov 1,7 g/kg 2,6 g/kg 2,1 g/kg 3,3 g/kg 2,5 g/kg 1,9 g/kg 2,2 g/kgDez 1,6 g/kg 2,0 g/kg 1,6 g/kg 1,5 g/kg 1,7 g/kg 1,9 g/kg 1,7 g/kgTabelle 24: Monatsamplitude AmA mMonatsamplitudeKlimaregionN N/SO NF S/SO SB W ZAJän 0,7 g/kg 0,6 g/kg 0,6 g/kg 0,6 g/kg 0,5 g/kg 0,6 g/kg 0,5 g/kgFeb 0,7 g/kg 0,7 g/kg 0,6 g/kg 0,5 g/kg 0,7 g/kg 0,7 g/kg 0,5 g/kgMär 0,7 g/kg 0,8 g/kg 0,7 g/kg 0,9 g/kg 0,8 g/kg 0,7 g/kg 0,7 g/kgApr 0,7 g/kg 0,8 g/kg 1,0 g/kg 1,3 g/kg 0,8 g/kg 0,9 g/kg 0,9 g/kgMai 1,4 g/kg 1,3 g/kg 1,7 g/kg 1,5 g/kg 1,3 g/kg 1,8 g/kg 1,5 g/kgJun 1,7 g/kg 1,4 g/kg 1,8 g/kg 1,6 g/kg 1,8 g/kg 1,7 g/kg 1,8 g/kgJul 1,6 g/kg 1,6 g/kg 1,8 g/kg 2,0 g/kg 2,0 g/kg 1,6 g/kg 1,6 g/kgAug 2,1 g/kg 1,5 g/kg 1,7 g/kg 1,7 g/kg 1,9 g/kg 1,3 g/kg 1,7 g/kgSep 1,2 g/kg 1,7 g/kg 1,3 g/kg 1,6 g/kg 1,4 g/kg 1,4 g/kg 1,5 g/kgOkt 1,0 g/kg 1,0 g/kg 1,0 g/kg 1,1 g/kg 0,9 g/kg 1,0 g/kg 1,1 g/kgNov 0,6 g/kg 0,8 g/kg 0,7 g/kg 0,6 g/kg 0,7 g/kg 1,1 g/kg 0,8 g/kgDez 0,6 g/kg 0,6 g/kg 0,5 g/kg 0,7 g/kg 0,4 g/kg 0,5 g/kg 0,5 g/kg53


5.5 Halbsynthetische Klimadaten für Gebäudestandort in ÖsterreichZur Erhöhung der Genauigkeit von Energiebedarfsberechnungen sind repräsentative stundenweiseKlimadaten für den Standort von großem Vorteil. Die Erstellung von Testreferenzjahrengemäß ÖNORM EN ISO 15927-4 [ONO05a] hat den Nachteil, dass die Klimadateneines bestimmten Standortes in stündlicher Form langjährig vorhanden sein müssen. Da esin Österreich nur eine beschränkte Anzahl an Messstellen gibt, die diese Daten zur Verfügungstellen, wurde im Jahr 1990 von W.Heindl et.al [Hei90] eine Methodik entwickelt, wieein halbsynthetisches Testreferenzjahr an einem beliebigen Standort mit definierten Mittelwertenerzeugt werden kann. In Rahmen des Haus der Zukunft - Forschungsprojektes „GE-BIN – Gebäude maximaler Energieeffizienz mit integrierter erneuerbarer Energieerschließung„ wurde die Methodik der Erstellung wie folgt beschrieben [Kre10].„Für die Erzeugung halbsynthetischer Klimadatensätze sind vorerst alle Monatsmittelwertefür jede in den Datensatz aufzunehmende meteorologische Größe vorzuschreiben. Im Fallder hier generierten Datensätze sind dies jeweils die an der Messstation aus Langzeitmessungendurch Mittelung errechneten Werte, die somit für die langjährigen Verhältnisse charakteristischsind. Gemäß WMO sind langjährigen Werten Messreihen über 30 Jahre zugrundezu legen. Diese Vorgabe wird hier nach Maßgabe der Verfügbarkeit der jeweiligenDatenart eingehalten. Um auch die Einflüsse des derzeit ablaufenden Klimawandels zu erfassen,wurden Messungen aus dem Zeitintervall zwischen 1. Januar 1978 und 31. Dezember2007 der Mittelwertbildung zugrunde gelegt. Die bei der Erzeugung halbsynthetischerKlimadatensätze als Eingabedaten eingehenden Mittelwerte bilden somit eine zum derzeitigenZeitpunkt aktuelle Datenbasis.Neben den einzuhaltenden Monatsmittelwerten muss zudem auch ein möglichst großer Fundusan gemessenen Stundenwerten, aus denen in der Folge Testreferenzjahre zusammengesetztwerden, bereitgestellt werden. Im vorliegenden Fall steht als Basisdatensatz ein Paketvon an der Station Wien, Hohe Warte, gemessenen Stundenwerten aus dem Zeitintervallzwischen 1. Januar 1951 und 31. Dezember 2009 zur Verfügung.Zur Erzeugung der halbsynthetischen Klimadatensätze wird in einem ersten Schritt durchAneinanderstückeln von aus dem Basisdatensatz ausgesuchten Monaten spezieller Jahre,die Monatsmittelwerte bzw. Monatssummen liefern, die den vorgegebenen Werten möglichstnahe kommen, ein Testreferenzjahr erzeugt. Natürlich wird bei jedem Monat für alle Datenartendas gleiche Jahr ausgewählt, sodass die Korrelation zwischen den Messwerten strengerhalten bleibt.Neben den Monatsmittelwerten können zur Auswahl der Monate für den Zusammenbau zumTestreferenzjahr auch Vorgaben in Hinblick auf die statistischen Verteilungen berücksichtigtwerden. Vorgegeben werden hierbei monatlich die Summenhäufigkeitskurven, die vom betrachtetenmeteorologischen Element für den langjährigen Schnitt vorliegen. Natürlich kannnicht erwartet werden, dass ein für das Testreferenzjahr ausgewählter Monat genau die vorgegebeneSummenhäufigkeitsverteilung aufweist. Daher wird aus den in Frage kommenden54


Monaten gemäß EN ISO 15927-4 jener Monat ausgewählt, der der vorgegebenen Verteilungam ehesten entspricht.Im vorliegenden Datensatz wurde eine Summenhäufigkeitsverteilung nur für die Tagesmittelwerteder Außenlufttemperatur vorgegeben. Diese monatlichen Verteilungen und dielangjährigen Monatsmittelwerte wurden unter Zugriff auf das Programmpaket OEKLIM[OEK10] ermittelt.Die Wahrscheinlichkeit, Monate zu finden, die zum einen die vorgegebenen Mittelwerte füralle in Betracht zu ziehende meteorologischen Größen gleich gut erfüllen und zum anderenauch den vorgegebenen statistischen Verteilungen sehr nahe kommen, liegt nahe bei null –eine für Testreferenzjahre gut bekannte Problematik.Daher wird in einem zweiten Schritt dieses Testreferenzjahr durch kleine Änderungen an denStundenwerten aller in Betracht gezogenen meteorologischen Größen derart verändert, dassdie vorgegebenen Monatsmittelwerte von jeder Datenart möglichst genau eingehalten werdenund gleichzeitig die Korrelation zwischen den Werten verschiedener Datenarten erhaltenbleibt. Die als Ergebnis dieser Modifikation erhaltenen Datensätze werden „halbsynthetischeKlimadatensätze“ (HSKD) [Hei90] genannt.“5.6 Vorschlag für ein halbsynthetisches Klimamodell für EnergiebedarfsberechnungenEine Integration des Algorithmus aus [Hei90] in die Klimadatenbank des BMWJ ist sehr zuempfehlen. Damit wäre gewährleistet, dass es eindeutige Klimadaten für einen Standort inÖsterreich gibt bei denen die Mittelwerte dem langjährigen Durchschnitt entsprechen und dieKorrelation der Stundenwerte der einzelnen Klimakomponenten erhalten ist.55


6 Modifikation NutzungUm den Energiebedarf von Plusenergiegebäuden genauer zu ermitteln, bedarf es auch einerAdaptierung der Nutzung. Die inneren Lasten aus Personen und Geräten müssen stundenweiseeruiert werden, um genaue Ergebnisse zu erlangen. In den folgenden Kapiteln ist aneinzelnen Beispielen dargestellt, wie diese Ableitung erfolgen kann.6.1 Nutzung WohnenIn den jetzigen Energiebilanzen wird der Energiebedarf bzw. Betriebsstrombedarf BSB undder Beleuchtungsenergiebedarf BelEB der Nutzung mit einem spezifischen Wert der innerenLasten des Heiz- und Kühlfall eruiert. Es wird nicht berücksichtigt, wieviele Personen ineinem Haushalt leben bzw. ob diese Standard- oder effiziente Geräte bzw.Standardbeleuchtung oder optimierte Beleuchtung verwenden. Die Einsparung beieffizienten Geräten liegt bei bis zu 69 %. (Abbildung 10) Dies hat auch einen direktenEinfluss auf die Ermittlung der Heiz- bzw. Kühllast.6.1.1 Haushaltsstrombedarf plus Beleuchtungsenergiebedarf im WohnbauAus einem aktuellen Evaluierungsprojekt eines Wiener Mehrfamilienhauses stellen sichfolgende Werte für den jährlichen Strombedarf aus Hausshaltsstrombedarf HHSB und derBeleuchtungsenergiebedarf BelEB dar:Abbildung 9: jährlicher Strombedarf bzw. Haushaltsstrombedarf HHSB und der BeleuchtungsenergiebedarfBelEB in Abhängigkeit der Anzahl der Personen je Haushalt (Quelle: Morishita, Bednar, 2011, Evaluierungsprojekteines Wiener Mehrfamilienhauses, detaillierte Auswertung von 27 Wohneinheiten unter Ausschluss von 4Extremfällen: Veröffentlichung geplant)Aus diesen Werten kann der spezifische HHSB spez berechnet werden. Der Mittelwert für dasGebäude beträgt 22 kWh/(m².NF.a) bzw. 16 kWh/(m².BGF.a).(HHSB Sta,spez + BelEB Sta,spez)=16 kWh/(m².BGF.a) (15)HHSB Sta,spezBelEB Sta ; spezspezifischer Haushaltsstrombedarf für Standardgeräte bezogen auf die BGF[kWh/(m².BGF.a]spezifischer Beleuchtungsenergiebedarf für Standardbeleuchtung bezogen aufdie BGF [kWh/(m².BGF.a]56


BGFBruttogrundfläche [m²]Abbildung 10: Analyse verschiedener Haushaltsgeräte hinsichtlich dem Einsparungseffekt (Quelle: [TOP12])Abbildung 11: Vergleich verschiedener Lampen hinsichtlich Lichtausbeute und Lebensdauer (Quelle: [ENE10])Aufgrund der Analyse in Abbildung 10 kann der Strombedarf, bei der Verwendung effizienterGeräte um 40 % gesenkt werden. Auch bei der Beleuchtung kann man von einer vierzigprozentigenEinsparung bei Verwendung effizienter Leuchtmittel ausgehen (siehe Abbildung 11bzw. Tabelle 37)(HHSB Sta,spez + BelEB Sta,spez)*0,6=(HHSB eff,spez + BelEB eff,spez)=9,6 kWh/(m².BGF.a) (16)HHSB eff,spezspezifischer Haushaltsstrombedarf für effiziente Geräte bezogen auf die BGF[kWh/(m².BGF.a]57


BelEB Eff ; spezspezifischer Beleuchtungsenergiebedarf für effiziente Beleuchtung bezogenauf die BGF [kWh/(m².BGF.a]Um den Strombedarf auf Stundenwerte umzurechnen, wird das VDEW-Lastprofil H0 verwendet.(siehe 6.3)Für Lift und Beleuchtung der Stiegenhäuser ergeben sich 1,6 kWh/m²BGF.a zusätzlich.6.1.2 Innere lasten aus Personen im WohnbauDer Verlauf der Anwesenheit von Personen in Wohnbauten kann mit Hilfe von Befragungenoder Messungen erhoben werden. Beispielhaft ist in der folgenden Abbildung die mit Hilfevon Fragebögen erhobene Anwesenheit in einer Wohnhausanlage mit 45 retournierten Fragebögendargestellt.Abbildung 12: Anwesenheitsprofil der BewohnerInnen in einem Mehrfamilienhaus. (Quelle:Morishita, Bednar, 2011, Evaluierungsprojekt eines Wiener Mehrfamilienhauses; Veröffentlichunggeplant)Die Wohnnutzfläche pro Personen beträgt in dem untersuchten Objekt 31 m²/Person.58


6.2 Nutzung BüroAuch im Bürobau werden der Energiebedarf bzw. Betriebsstrombedarf BSB und derBeleuchtungsenergiebedarf BelEB der Nutzung mit einem spezifischen Wert der innerenLasten des Heiz- und Kühlfall eruiert. Es wird nicht berücksichtigt, wieviele Personen ineinem im Gebäude arbeiten bzw. ob diese Standard- oder effiziente Geräte bzw.Standardbeleuchtung oder optimierte Beleuchtung verwenden. Die Einsparung beieffizienten Geräten liegt bei ca. zu 63 %. (Abbildung 13) Dies hat auch einen direktenEinfluss auf die Ermittlung der Heiz- bzw. Kühllast. Im Gegensatz zum Wohnbau wird indiesem Kapitel nur der BSB erläutert, da der BelEB in Kapitel 9.2.2 dargestellt wird.6.2.1 Betriebsstrombedarf im BürobauBei einem Monitoring eines Amtsgebäudes wurde ein spezifischer Betriebsstrombedarf vonca. 40 kWh/(m².BGF.a) festgestellt. [KOR11] [LEE11]In [REI11] wurde ein primärenergetischer Betriebsstrombedarf, mit einem Primärenergiefaktorfür Strom von 3,5 kWh/kWh, von 179 kWh/(m².BGF.a) ermittelt. Daraus resultiert einBSB spezvon circa 51 kWh/(m².BGF.a). Da es sich bei dem ersten Objekt um ein Amtsgebäudehandelt und in diesem die Betriebszeiten unter anderen Büronutzungen liegen [PRÖ09],wird derBSB spezmit 50 kWh/(m².BGF.a) für Bürobauten festgelegt.BSBSta ; spez 50 kWh / ( m². BGF . a)(17)BSB Sta ; spezspezifischer Betriebsstrombedarf für Standardgeräte bezogen auf die BGF[kWh/(m².BGF.a]Eine Analyse aller wichtigen Komponenten im Bürobau hat ergeben, dass das Einsparpotentialbei Bürogeräten plus Beleuchtung bis zu 63 % beträgt. (Abbildung 13) Werden nur dieGeräte, ohne Beleuchtung, betrachtet, so ergibt sich hier ein Einsparungspotential von circa60 %. Auch in [REI11] ergab sich eine ähnliche Einsparung gegenüber Standardgeräten.Abbildung 13: Analyse aller Komponenten im Bürobau plus Beleuchtung. Quelle:[SCH13]59


Abbildung 14: Vergleich Primärenergiebedarf Referenzobjekt – PEB Passivhausstandard Effiziente Geräte Quelle:[REI11]BSB *0,4 BSB 20 kWh / ( m². BGF. a)Sta; spezEff ; spez(18)BSB Eff ; spezspezifischer Betriebsstrombedarf für effiziente Geräte bezogen auf die BGF[kWh/(m².BGF.a]Um den Strombedarf auf Stundenwerte umzurechnen, wird das VDEW-Lastprofil G1 verwendet.(siehe 6.3)6.2.2 Innere Lasten aus Personen im BürobauDie inneren Lasten aus Personen errechnen sich über Anwesenheitswahrscheinlichkeiten. Inder Arbeit [PRÖ09] wurden fünf verschiedene Bürobauten hinsichtlich Anwesenheitswahrscheinlichkeituntersucht. Diese Profile waren Grundlage für die Überlegungen in diesemKapitel. Wichtig ist es, ungefähr die Anzahl der zukünftigen Nutzer plus die Standardbetriebszeitenzu kennen. Sind keine Daten über die zukünftige Nutzung bekannt, so kann vereinfachtdie Beispielkurve (siehe. Abbildung 15) verwendet werden.60


Abbildung 15: Anwesenheitswahrscheinlichkeit eines typischen Bürobaues Quelle: [PRÖ09]Mit diesen Daten werden mit Hilfe von Zufallszahlen stündlich die anwesenden Personen,und daraus resultierend, die inneren Lasten eruiert.Eine Person gibt im Sitzen durchschnittlich 80 W sensible Wärme ab. Es wird zwischen Konvektionund Strahlung unterschieden. Der konvektive sowie der radiative Anteil beträgt je50 %.IL , Pers,iAnzahl Arbeitsplätze1 80W 0ZZ Pn, i ANW , i Pn1 n, i ANW , i(19) IL , Pers , iZ n , iP ANW , iWärmestrom zufolge Personen innerer Lasten in der jeweiligen Stunde [W]Anzahl der Arbeitsplätze in der Zone [W]Anwesenheitswahrscheinlichkeit in der jeweiligen Stunde [W] 0,5IL, Pers, rIL,Pers 0,5IL, Pers, cIL,Pers(20)(21) IL , Pers , r IL , Pers , cWärmestrom zufolge Personen innerer Lasten infolge Strahlung [W]Wärmestrom zufolge Personen innerer Lasten infolge Konvektion [W]Bei genauen Analysen steht außerdem die Möglichkeit offen den Betriebsstrombedarf nichtüber die Verbrauchsprofile, sondern auch über die Anwesenheitswahrscheinlichkeit und Anzahlder Personen zu errechnen. Dafür ist ein umfangreiches Wissen über Nutzerdaten plusAusstattung notwendig.6.3 Verbrauchsprofile elektrischUm den Jahresenergieverbrauch stündlich zu ermitteln, wurde wie folgt vorgegangen. Fürdie Generierung der elektrischen Energie wurde stark auf die VDEW Lastprofile [SCH99]61


eingegangen. Bei der Erstellung können verschiedene Nutzergruppen definiert werden. Fürdie Nutzung Wohnen wird ein Betriebsstrombedarf und ein Beleuchtungsenergiebedarf vorgegeben.Für die Nutzung Büro wird nur der Betriebsstrombedarf vorgegeben, da der Beleuchtungsenergiebedarfnach 9.2.2 berechnet wird. Aufbauend auf dem Jahresenergieverbrauchwurde mittels Lastprofilen ein auf Stundenbasis aufgelöster Leistungswert ermittelt,einige Beispiele sind in der folgenden Abbildung dargestellt. Der Kurvenzug entspricht dabeidem gängig verwendeten Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft (VDEW)- Verlauf.Es gibt eine Vielzahl von Profilen, eines für Haushalt H0, drei für Landwirtschaft L0- L2und die Bezeichnung G in der Profilbenennung kennzeichnet Gewerbeprofile, wovon insgesamtsieben unterschieden werden, nämlich G0-G6. Des Weiteren erfolgt eine Aufteilung aufdrei Jahreszeiten Sommer, Winter und Übergangszeit, wobei hier nur jeweils Sonntag undWerktag für die Übergangszeit dargestellt sind. G0 kennzeichnet Gewerbe allgemein undstellt den Mittelwert der Gesamtgruppe da. G1 ist speziell für Bereiche, die nur werktags von8h-18h besetzt sind z. B. Büros, Arztpraxen, usw. ausgelegt. Gegenüber G0 sind bei G1 dergeringe Grundlastverbrauch außerhalb der Arbeitszeiten und die höhere Lastspitze erkennbar.Des Weiteren ist für das G1 Profil der geringe Verbrauch am Wochenende ersichtlich.Die Werte in den VDEW-Lastprofilen sind so normiert, dass sich ein Jahresenergieverbrauchvon 1000 kWh ergibt.Abbildung 16: VDEW-Lastprofile (H0, G0, G1) [SCH99]Auch bei den Geräten wird zwischen konvektivem und radiativem Wärmetransport unterschieden.Der konvektive Anteil beträgt hier 80 % und der radiative Anteil 20 %. BSB VDEWIL, Ger , i spez i(22)62


IL , Ger , iWärmestrom zufolge Geräte innerer Lasten in der jeweiligen Stunde[W] 0, 2IL, Ger , rIL,Ger 0,8IL, Ger , cIL,Ger(23)(24) IL , Ger , r IL , Ger , cWärmestrom zufolge Personen innerer Lasten infolge Strahlung [W]Wärmestrom zufolge Personen innerer Lasten infolge Konvektion [W]Zusätzlich für den Wohnbau gilt: BelEB VDEWIL, Bel , i spez i(25) IL , Bel , iWärmestrom zufolge Beleuchtung innerer Lasten in der jeweiligen Stunde[W] 0,5IL, Bel , rIL,GerIL, Bel , c 0,5ILBel(26)(27) IL , Bel , r IL , Bel , cWärmestrom zufolge Beleuchtung innerer Lasten infolge Strahlung [W]Wärmestrom zufolge Beleuchtung innerer Lasten infolge Konvektion [W]63


7 Modifikation der Verschattungsfaktoren7.1 Berechnung der baulichen Verschattung nach verschiedenen VerfahrenAm Beispiel der Verschattung durch einen Horizont werden drei verschiedene Verfahren imHinblick auf ihre Tauglichkeit für die Verwendung in ÖNORM B 8110-1 Bbl. 1 untersucht: PHPP 2007 ISO/DIS 13790 (Draft 2005) DIN 18599-2:2007-02Betrachtet werden zunächst nur senkrechte Fenster mit Orientierung in den Haupthimmelsrichtungen.Die Tabelle auf der folgenden Seite zeigt die Ergebnisse. Dabei wird in ISO13790 und im PHPP die geografische Breite mit berücksichtigt, in der DIN 18599 ist sie festvorgegeben. Dargestellt sind zwei Beispiele für 45° und 55° geogr. Breite.In der Tabelle sind zum Teil gravierende Unterschiede in der Beurteilung der Verschattungzu erkennen. Über die Ursachen kann nur spekuliert werden, da dem Autor die Grundlagenfür die beiden Normen nicht vorliegen.Es scheint jedoch, als sei in den Faktoren der ISO 13790 eine starke Reflexion des verschattendenElements enthalten und/oder als sei die Verschattung der Diffusstrahlung nicht berücksichtigtworden; im PHPP wird das jeweils anders gehandhabt. Dies würde die von derSüd- zur Nordorientierung stark anwachsenden Unterschiede erklären.Die Unterschiede zwischen PHPP und DIN 18599 sind weniger ausgeprägt, aber immernoch deutlich erkennbar. Sie sind möglicherweise auf unterschiedliche Annahmen zur Bodenalbedooder zur Reflexion durch die verschattenden Elemente zurückzuführen.Anzumerken ist ferner, dass in beiden Normen ein Horizontwinkel oberhalb von 40°, wie manihn z. B. in innerstädtischen Lagen durchaus antreffen kann, nicht mehr betrachtet wird. ISO13790 lässt eine (vermutlich lineare) Interpolation zwischen den Werten zu (daher die Extrapolationin den Grafiken), in DIN 18599 hat der Autor keine Aussage hierzu gefunden.Die Interpolation zwischen verschiedenen Himmelsrichtungen erfolgt in ISO 13790 linearzwischen den Haupthimmelsrichtungen; angemessener ist jedoch eine Fourier-Interpolationwie im PHPP. In DIN 18599 werden acht Himmelsrichtungen und 5 Neigungen betrachtet,und es wird wie im PHPP zwischen Sommer- und Winterhalbjahr unterschieden.Vor diesem Hintergrund empfiehlt der Autor, die Algorithmen des PHPP zu verwenden, wiesie im PHPP selbst abgelesen werden können. Idealerweise sollten die Formeln gleich ineiner Form angegeben werden, die auch in anderen geografischen Regionen Europas angemesseneErgebnisse liefert. Die teils sehr komplexen Formeln könnten möglicherweiseauf Kosten der Genauigkeit noch etwas vereinfacht werden.64


45° Breite 13790 PHPP 18599S0 1.00 1.00 1.0010 0.97 0.95 0.9020 0.85 0.83 0.5830 0.62 0.65 0.3840 0.46 0.46 0.2850 0.46 0.2960 0.46 0.1770 0.46 0.11E/W0 1.00 1.00 1.0010 0.95 0.85 0.8320 0.82 0.73 0.5930 0.70 0.61 0.4940 0.61 0.50 0.4450 0.61 0.4060 0.61 0.3070 0.61 0.22N0 1.00 1.00 1.0010 1.00 0.86 0.9020 0.98 0.75 0.8030 0.94 0.65 0.7340 0.90 0.57 0.6750 0.90 0.4960 0.90 0.4370 0.90 0.3955° BreiteS0 1.00 1.00 1.0010 0.94 0.92 0.9020 0.68 0.71 0.5830 0.49 0.47 0.3840 0.40 0.26 0.2850 0.40 0.1460 0.40 0.0870 0.40 0.07E/WN0 1.00 1.00 1.0010 0.92 0.84 0.8320 0.75 0.71 0.5930 0.62 0.58 0.4940 0.56 0.47 0.4450 0.56 0.3760 0.56 0.2870 0.56 0.200 1.00 1.00 1.0010 0.99 0.86 0.9020 0.95 0.75 0.8030 0.92 0.65 0.7340 0.89 0.56 0.6750 0.89 0.4960 0.89 0.4270 0.89 0.3810.80.60.40.200 30 60 9010.80.60.40.200 30 60 9010.80.60.40.200 30 60 9010.80.60.40.200 30 60 9010.80.60.40.200 30 60 9010.80.60.40.200 30 60 9013790PHPP1859913790PHPP1859913790PHPP1859913790PHPP1859913790PHPP1859913790PHPP18599Abbildung 17: Vergleich verschiedener Methoden zur Berücksichtigung von Verschattung65


7.2 Festlegung der VerschattungsfaktorenAls Vorschlag für in der Norm zu verwendende Verschattungsfaktoren wurde am PHI aufGrundlage der PHPP-Algorithmen eine Tabelle ausgearbeitet, in der für Horizont, Laibungund Überstand jeweils Verschattungsfaktoren angegeben sind.Diese Verschattungsfaktoren beziehen sich auf eine geografische Breite von 48°N, also einefür Österreich repräsentative Lage. Sie sind, anders als im PHPP, als Funktion des Horizont-,Laibungs- bzw. Überhangswinkels entsprechend ÖNORM B 8110-6 angegeben. DieDaten stehen für verschiedene Neigungen der Empfängerfläche zur Verfügung.Tabelle 25: Verschattungsfaktoren zur Berücksichtigung einer Horizontüberhöhung für den Sommer- und denWinterfall in Abhängigkeit der Neigung der EmpfängerflächeWinterPHPP,48 ° N SommerPHPP,48 ° N90° 90°Horizontwinkel N O/W S Horizontwinkel N O/W S0 1.00 1.00 1.00 0 1.00 1.00 1.0020 0.75 0.72 0.80 20 0.76 0.78 0.8840 0.57 0.50 0.40 40 0.60 0.58 0.7660 0.43 0.29 0.14 60 0.49 0.37 0.5780 0.38 0.18 0.08 80 0.45 0.21 0.2560° 60°Horizontwinkel N O/W S Horizontwinkel N O/W S0 1.00 1.00 1.00 0 1.00 1.00 1.0020 0.81 0.78 0.82 20 0.82 0.82 0.9040 0.66 0.59 0.45 40 0.69 0.66 0.7860 0.55 0.41 0.20 60 0.60 0.48 0.6180 0.49 0.29 0.14 80 0.56 0.32 0.2930° 30°Horizontwinkel N O/W S Horizontwinkel N O/W S0 1.00 1.00 1.00 0 1.00 1.00 1.0020 0.93 0.91 0.86 20 0.93 0.91 0.9240 0.86 0.79 0.56 40 0.88 0.82 0.8360 0.79 0.64 0.33 60 0.83 0.70 0.6980 0.73 0.51 0.26 80 0.78 0.53 0.370° 0°Horizontwinkel N O/W S Horizontwinkel N O/W S0 1.00 1.00 1.00 0 1.00 1.00 1.0020 0.99 0.97 0.88 20 0.99 0.95 0.9340 0.96 0.88 0.61 40 0.97 0.89 0.8560 0.91 0.76 0.39 60 0.95 0.81 0.7380 0.85 0.62 0.31 80 0.89 0.64 0.4166


Tabelle 26: Verschattungsfaktoren zur Berücksichtigung der Fensterlaibung für den Sommer- und den Winterfallin Abhängigkeit der Neigung der EmpfängerflächeWinterPHPP,48 ° N SommerPHPP,48 ° N90° 90°Laibungswinkel N O/W S Laibungswinkel N O/W S0 1.00 1.00 1.00 0 1.00 1.00 1.0020 0.90 0.86 0.92 20 0.90 0.95 0.9040 0.79 0.71 0.83 40 0.80 0.88 0.7860 0.64 0.51 0.68 60 0.68 0.78 0.6280 0.42 0.23 0.34 80 0.51 0.50 0.3360° 60°Laibungswinkel N O/W S Laibungswinkel N O/W S0 1.00 1.00 1.00 0 1.00 1.00 1.0020 0.89 0.84 0.91 20 0.91 0.94 0.9040 0.78 0.68 0.81 40 0.81 0.88 0.7960 0.63 0.48 0.66 60 0.68 0.77 0.6480 0.38 0.22 0.32 80 0.47 0.47 0.3430° 30°Laibungswinkel N O/W S Laibungswinkel N O/W S0 1.00 1.00 1.00 0 1.00 1.00 1.0020 0.89 0.82 0.89 20 0.91 0.94 0.9140 0.76 0.64 0.77 40 0.82 0.87 0.8160 0.59 0.43 0.60 60 0.68 0.75 0.6680 0.31 0.19 0.29 80 0.39 0.42 0.350° 0°Laibungswinkel N O/W S Laibungswinkel N O/W S0 1.00 1.00 1.00 0 1.00 1.00 1.0020 0.88 0.80 0.88 20 0.92 0.94 0.9240 0.75 0.61 0.75 40 0.82 0.86 0.8260 0.58 0.40 0.58 60 0.68 0.74 0.6880 0.28 0.18 0.28 80 0.35 0.39 0.3567


Tabelle 27: Verschattungsfaktoren zur Berücksichtigung eines Überhangs für den Sommer- und den Winterfall inAbhängigkeit der Neigung der EmpfängerflächeWinterPHPP,48 ° N SommerPHPP,48 ° N90° 90°Überhangswinkel N O/W S Überhangswinkel N O/W S0 1.00 1.00 1.00 0 1.00 1.00 1.0020 0.90 0.90 0.95 20 0.96 0.95 0.8740 0.79 0.79 0.88 40 0.83 0.80 0.5860 0.64 0.63 0.77 60 0.64 0.57 0.3080 0.36 0.28 0.43 80 0.42 0.27 0.1760° 60°Überhangswinkel N O/W S Überhangswinkel N O/W S0 1.00 1.00 1.00 0 1.00 1.00 1.0020 0.88 0.91 0.95 20 0.95 0.95 0.9040 0.76 0.81 0.89 40 0.84 0.82 0.6760 0.59 0.66 0.80 60 0.67 0.63 0.4680 0.33 0.36 0.52 80 0.42 0.35 0.3430° 30°Überhangswinkel N O/W S Überhangswinkel N O/W S0 1.00 1.00 1.00 0 1.00 1.00 1.0020 0.84 0.93 0.96 20 0.94 0.95 0.9540 0.69 0.85 0.92 40 0.85 0.87 0.8660 0.50 0.73 0.86 60 0.71 0.75 0.7780 0.28 0.51 0.72 80 0.41 0.53 0.680° 0°Überhangswinkel N O/W S Überhangswinkel N O/W S0 1.00 1.00 1.00 0 1.00 1.00 1.0020 0.82 0.94 0.97 20 0.94 0.95 0.9840 0.65 0.87 0.94 40 0.86 0.89 0.9660 0.46 0.77 0.89 60 0.74 0.81 0.9380 0.26 0.59 0.81 80 0.41 0.62 0.85Für die Anwendung nach Norm sind Zwischenwerte der Einfachheit halber linear zu interpolieren.Anschließend sind die einzelnen Verschattungsfaktoren für Horizont, Laibung undÜberstand miteinander zu multiplizieren. Es wird im hier vorgeschlagenen Rechenverfahrenalso nicht das Minimum der Verschattungsfaktoren verwendet.7.3 DiskussionDie Verschattungsfaktoren sind relativ grob aufgelöst, um die Tabellen übersichtlich zu halten.Die Verschattungswinkel wachsen in Schritten von 20° an, und die Verschattungsfaktorenstehen lediglich für die Haupthimmelsrichtungen zur Verfügung. Angesichts des einfachenInterpolationsverfahrens und der unten genannten Einschränkungen der Genauigkeitwird diese Auflösung für die Anwendung in einem Nachweis-Verfahren als ausreichend er-68


achtet. Für Planungszwecke ist dagegen eine genauere Berechnung und Interpolation problemlosmöglich und daher vorzuziehen.Tatsächlich gibt es in gewissem Umfang Wechselwirkungen zwischen den verschattendenElementen, so ist etwa die prozentuale Reduktion der Strahlung durch den Überhang umsogrößer, je stärker das Gebäude bereits durch den Horizont verschattet ist. Es hat sich jedochin der Vergangenheit gezeigt, dass eine Multiplikation der einzelnen Verschattungsfaktoreneine praktikable, einfach handhabbare Lösung mit relativ guter Genauigkeit darstellt.Bei sehr starken Verschattungen hängen die Verschattungsfaktoren zusätzlich stark von derBestrahlung und Reflexivität der verschattenden Elemente (Verschattung durch einen Baumoder durch eine spiegelnde Gebäudefassade) und von ihrer genauen Form (Überhang fensterbreitoder unendlich breit etc.) sowie von der Wechselwirkung zwischen den verschattendenElementen ab. Diese Einflüsse können sich in der realen Umgebung sehr unterschiedlichdarstellen. Ein verspiegeltes Hochhaus auf der Nordseite eines Gebäudes kann beispielsweisedie Strahlung auf die Nordfassade gegenüber dem unverschatteten Fall sogarerhöhen. Eine genauere Berücksichtigung solcher Einflüsse ist mit vertretbarem Aufwandnicht möglich, da der Anwender zur Berücksichtigung von Mehrfachreflexionen ein geometrischesModell der Umgebung einschließlich der jeweiligen Reflexivitäten erstellen müsste. Eswird jedoch empfohlen, in der Norm genauere Ermittlungen der Verschattungsfaktoren aufGrundlage von stundenweisen Berechnungen und/oder detaillierten geometrischen Modellenbzw. genauere Interpolationen zuzulassen.69


8 Modifikation der Auslegungsberechnungen für Niedrigstenergiegebäude8.1 EinleitungDie Methoden für die Auslegung von Gebäuden in Österreich stammen teilweise aus Zeiten,in den der Energieverbrauch um eine Vielfaches höher war, als dies bei modernen Niedrigstenergiegebäudender Fall ist. In den letzten Jahren haben sich die Anforderungen an dieEnergieeffizienz von Gebäuden drastisch verschärft. Mit dem reduzierten Energieverbrauchist die Notwendigkeit der Genauigkeit der Auslegungsberechnungen stark gestiegen.Grundsätzlich wird mit den Berechnungsverfahren für die Auslegung von Gebäuden versuchtphysikalische Vorgänge bis zu einem gewissen Genauigkeitsgrad abzubilden. Da jedes Berechnungsverfahrennur eine Annäherung an die Realität ist, sind geringfügige Ungenauigkeitenals akzeptabel einzustufen. Zur Entstehungszeit der Auslegungsmethoden wirktensich Berechnungsungenauigkeiten, aufgrund des generell hohen Energieverbrauchs, relativgesehen nicht stark aus. Die Anforderung an die Genauigkeit der Rechenmethoden spieltedaher keine entscheidende Rolle. Bei Gebäuden mit einem sehr geringen Energieverbrauchwirkt sich derselbe absolute Fehler jedoch entscheidend auf die Berechnungsgenauigkeitaus. Es ergibt sich somit die Notwendigkeit einer Anpassung der Auslegungsberechnungenan die heutigen Gegebenheiten. Grundsätzlich führen die bestehenden Rechenmethodenmeist zu einer Überdimensionierung der haustechnischen Anlage. Ziel ist daher die Entwicklungeines Verfahrens, das die physikalischen Gegebenheiten genauer abbildet, als die bestehendenBerechnungsmethoden. Die erhöhte Genauigkeit der Auslegungsberechnungenführen in weiterer Folge zu einer Verbesserung der Effizienz der gebäudetechnischen Anlagen.Grundlage für die Verwendung eines realitätsnahen Rechenverfahrens ist eine ausreichendgenaue Berücksichtigung der benötigten Randbedingungen. Für die in diesem Forschungsprojektentwickelten Modelle stellen die Außentemperatur und die solare Einstrahlung, nebenden inneren Lasten, die wichtigsten Randbedingungen dar. In der bisherigen Normung wurdenhier teilweise erhebliche Vereinfachungen getroffen. Dieser Umstand stellte in der Vergangenheit,aufgrund der geringen thermischen Qualität der Gebäudehüllen, meist kein allzugroßes Problem dar. Den Randbedingungen für die Auslegungsberechnungen kam jedochdurch den Bau von Niedrigstenergiegebäuden in den letzten Jahren immer größere Bedeutungzu.70


8.2 Grundlagen8.2.1 Berechnung der HeizlastMit der Heizlastberechnung wird die Leistung ermittelt, die benötigt wird, um einen Raumbzw. ein Gebäude unter Auslegungszuständen auf einem bestimmten Temperaturniveauhalten zu können. Auf Basis der berechneten Heizlast werden die Wärmebereitstellungs- undWärmeabgabesysteme ausgelegt.Berechnung nach ÖNORM H 7500 [ONO06] bzw. ÖNORM EN 12831 [ONO03].Normativ ist die Berechnung der Heizlast ist in der ÖNORM EN 12831 bzw. ÖNORM H 7500festgehalten.Randbedingungen:Die Norm-Heizlast lt. ÖNORM H 7500 wird für eine definierte Norm-Außentemperatur undeine definierte Norm-Innentemperatur ermittelt. Die Norm-Außentemperatur ist dabei definiertals das tiefste Zweitagesmittel der Außentemperatur, das in 20 Jahren 10 Mal erreichtbzw. unterschritten wird. Für die Norm-Innentemperatur sind in [ONO06] unterschiedlicheWerte für unterschiedliche Nutzungen angegeben. Für Wohn- und Schlafräume bzw. für Büroräumeist eine Norm-Innentemperatur von 20 °C angegeben.In der ÖNORM H 7500 werden weder die solare Einstrahlung noch die inneren Lasten berücksichtigt.Methodik der Berechnung:Die Ermittlung der Heizlast erfolgt nach einem stationären Berechnungsverfahren. Die Norm-Wärmeverluste werden aus der Summe der Norm-Transmissionswärmeverluste und derNorm-Lüftungswärmeverluste gebildet. Für Räume mit unterbrochenem Heizbetrieb sieht dieÖNORM H 7500 für die Ermittlung der Heizlast außerdem eine sog. „Aufheizleistung“ vor.Diese zusätzliche Heizleistung kann in der Berechnung nach Absprache mit dem Bauherrnangesetzt werden. i T , i V , i(28) i T , i V , iWWWGesamt-NormwärmeverlustNorm-TransmissionswärmeverlustNorm-LüftungswärmeverlustDie Norm-Transmissionsverluste werden nach folgender Gleichung berechnet: ( H H H H ) ( )T , i T , ie T , iue T , ig T , ij int, i e(29) T , iH T , ieWW/KNorm-TransmissionswärmeverlustNorm-Transmissionswärmeverlust-Koeffizient zwischen beheiztem71


H T , iueH T , igH T , ij int,i eRaum und der AußenluftW/K Norm-Transmissionswärmeverlust-Koeffizient zwischen beheiztemRaum und der Außenluft über einen unbeheizten RaumW/K Norm-Transmissionswärmeverlust-Koeffizient zwischen beheiztemRaum und dem ErdreichW/K Norm-Transmissionswärmeverlust-Koeffizient zwischen beheiztemRaum und einem Raum mit anderem Temperaturniveau°C Norm-Innentemperatur°C Norm-AußentemperaturDie direkten Verluste des Raumes an die Außenluft werden mit folgender Gleichung berücksichtigt:H A U e l eT , ie k k k k i i i i(30)H T , iekAU ke k il ie iW/K Norm-Transmissionswärmeverlust-Koeffizient zwischen beheiztemRaum und der Außenluftm² Fläche eines Bauteils kW/m²K Wärmedurchgangskoeffizient eines Bauteils k- witterungsbedingter KorrekturfaktorW/mK linearer Wärmebrückenkoeffizient der Wärmebrücke im Länge der linearen Wärmebrücke i- witterungsbedingter KorrekturfaktorDie witterungsbedingten Korrekturfaktoren können gemäß ÖNORM H 7500 mit 1,0 angenommenwerden. Die Wärmebrücken können nach ÖNORM H 7500 auch über einen pauschalenWärmebrückenzuschlag von 0,1 W/m²K (ohne bauseitige Berücksichtigung vonWärmebrücken) bzw. 0,05 W/m²K (bei bauseitiger Berücksichtigung von Wärmebrücken)abgeschätzt werden.Für die Ermittlung des Wärmeverlustkoeffizienten durch unbeheizte Nachbarräume werdendie witterungsbedingten Korrekturfaktoren durch einen Temperaturreduktionsfaktor ersetzt.Dieser kann nach ÖNORM EN 12831 entsprechend dem nachfolgenden Zusammenhangberechnet werden (in ÖNORM H 7500 sind Werte für die Temperaturen in unbeheiztenNachbarräumen gegeben):buint, iint, iue(31)b u int,i- Temperatur-Reduktionsfaktor für den Wärmeverlust zwischen einembeheizten Raum und einem unbeheizten Raum°C Norm-Innentemperatur72


u e°C Temperatur im unbeheizten Nachbarraum°C Norm-AußentemperaturDer Wärmeverlust zu beheizten Räumen, die auf einem anderen Temperaturniveau liegen,wird ebenfalls über einen Temperaturkorrekturfaktor abgeschätzt:fijint, ibeheizterNachbarraumint, ie(32)f ij beheizterNachbarraum int,i e- Temperatur-Reduktionsfaktor für den Wärmeverlust zwischen einembeheizten Raum und einem beheizten Raum auf anderemTemperaturniveau°C Temperatur des beheizten Nachbarraums°C Norm-Innentemperatur°C Norm-AußentemperaturDie Verluste zum Erdreich werden gemäß ÖNORM EN ISO 13370 [ONO08d] oder über einvereinfachtes Verfahren berechnet.Die Norm-Lüftungsverluste berechnen sich nach folgender Formel: H ( )V , i V , i int, i e(33) V , iH V , i int,i eW Norm-LüftungswärmeverlusteW/K Norm-Lüftungswärmeverlust-Koeffizient°C Norm-Innentemperatur°C Norm-AußentemperaturDer Norm-Lüftungsverlust-Koeffizient berechnet sich dabei wie folgt:H V cV , i i p(34)H V , iV ic pW/Km³/skg/m³J/kgKNorm-Lüftungswärmeverlust-KoeffizientLüftungsvolumenstromDichte der Luftspezifische Wärmekapazität der LuftDer Zuluftvolumenstrom ergibt sich bei Räumen mit natürlicher Belüftung aus dem Maximumaus Infiltrationsvolumenstrom und hygienisch notwendigem Luftwechsel. In der ÖNORM H7500 sind Mindestluftwechselzahlen für verschiedene Nutzungen angegeben. Für denWohnraum wird z. B. eine Luftwechselzahl von 0,5 1/h angegeben.Der Infiltrationsvolumenstrom wird nach folgender Formel berechnet:73


V 2 n e inf, i 50 i i(35)V inf,in50e i im³/h Infiltrationsvolumenstrom1/h Luftwechselrate bei einer Druckdifferenz von 50 Pa- Abschirmungskoeffizient- HöhenkorrekturfaktorWobei der Höhenkorrekturfaktor bei Gebäuden mit einem Raumhöhenmittel bis 10 m überdem Erdreich gemäß ÖNORM H 7500 mit 1,0 angenommen werden kann. Der Abschirmungskoeffizientnimmt je nach Abschirmungsklasse Werte zwischen 0 und 0,05 an.Bei Räumen mit mechanischer Belüftung wird der Zuluftvolumenstrom wie folgt berechnet:V V V f Vi inf, i su, i V , i mech,inf,i(36)V iinf,im³/hm³/hLüftungsvolumenstromInfiltrationsvolumenstromV V su,if V , imech ,inf, im³/h Zuluftvolumenstrom des Raumes- Temperaturreduktionsfaktor bei einer Temperaturerhöhung der Zuluftdurch z. B. eine WärmerückgewinnungfV , iint, i su , iint, iem³/h Überschuss des Abluftvolumenstroms des RaumesV , , ,Gemäß ÖNORM EN 12831 kann zusätzlich eine Aufheizleistung berücksichtigt werden. Diesewird mit einem Aufheizfaktor in Abhängigkeit der Innentemperaturabsenkung sowie derGebäudemasse und der gewünschten Aufheizzeit berechnet.Die Norm-Heizlast ergibt sich somit zu:i T i V i RH i(37) i T , i V , i RH , iWWWWGesamt-NormwärmeverlustNorm-TransmissionswärmeverlustNorm-LüftungswärmeverlustAufheizleistung74


Berechnung der Heizlast von NiedrigstenergiegebäudenFür die Planung von Passivhäusern liefert die Methodik der Heizlastberechnung nachÖNORM EN ISO 12831 bzw. ÖNORM H 7500 unzureichend genaue Berechnungsergebnisse.Aufgrund der Vernachlässigung der inneren Lasten und der solaren Einstrahlung sind dieerrechneten Heizlasten zu hoch. Dies führt zu einer Überdimensionierung der Wärmeabgabe-und Wärmebereitstellungssysteme. Die Zuluftbeheizbarkeit von Passivhäusern kann beiwirtschaftlicher Dimensionierung der Bauteile in der Regel nicht nachgewiesen werden.Um eine realitätsnahe Heizleistung berechnen zu können, ist es notwendig, die inneren Lasten(Geräte und Personen) in die Bilanzierung aufzunehmen. Bei einer stationären Berechnungkann die Leistung der Geräte und Personen über eine Einzahlangabe berücksichtigtwerden. Eine zeitlich veränderliche Leistung kann dabei nicht berücksichtigt werden.8.2.2 Nachweis der ZuluftbeheizbarkeitDie immer besser werdenden Gebäudehüllen ermöglichen eine Beheizung der Räume ausschließlichüber die Zuluft. Aufgrund der geringen Speicherkapazität von Luft kann die Zuluftbeheizbarkeitnur bei Gebäuden mit geringen Heizlasten sichergestellt werden. In derösterreichischen Normung ist derzeit kein Nachweis über die Zuluftbeheizbarkeit von Gebäudendefiniert.8.2.3 Berechnung der KühllastMit der Kühllastberechnung wird jene zeitlich veränderliche Leistung ermittelt, die unter Auslegungsbedingungenbenötigt wird, um die operative Temperatur in Gebäuden unter einemdefinierten Maximalwert halten zu können. Die berechnete Kühllast ist die Grundlage für dieAuslegung der für die Kühlung der Räume benötigten haustechnischen Anlage.Berechnung nach ÖNORM EN 15255 [ONO07a]Die Berechnung der Kühllast erfolgt in Österreich nach ÖNORM H 6040 [ONO12c] und wirdderzeit überarbeitet. Diese Norm wird im November 2012 erscheinen. Grundlage für dieneue ÖNORM H 6040 stellt die ÖNORM EN 15255 [ONO07a] dar.In der ÖNORM EN 15255 [ONO07a] werden die Ein- und Ausgangsdaten für die Berechnungder wahrnehmbaren Kühllast festgelegt. Die Norm kann als Grundlage für die Berechnungder maximalen Kühllast und für die Bewertung des Temperaturprofils bei verringerterKühlkapazität der Kühlanlage herangezogen werden. Sie ermöglicht außerdem die Analysevon Teillastbetrieben für die Auslegung und Regelung der Anlage.Die Berechnung der Kühllast nach ÖNORM EN 15255 [ONO07a] wird für einen einzelnenRaum durchgeführt. Dabei wird angenommen, dass die Lufttemperatur über den gesamtenRaum gleichförmig ist. Die Berechnung der Kühllast basiert auf stundenbezogenen Eingangswerten.Sowohl die Außenlufttemperatur und die solare Einstrahlung, die inneren Lastendurch Personen, Geräte und Beleuchtung, als auch Abluft- und Zuluftwechselrate sindzeitlich variabel.75


Die ÖNORM EN 15255 schreibt keine spezifischen Verfahren für die Berechnung vor, siebeinhaltet jedoch ein Validierungsverfahren, anhand dessen die normgemäße Funktionsweiseeines Berechnungsverfahrens überprüft werden kann. Folgende Parameter werden indem Validierungsverfahren überprüft [ONO07a]:Wärmebilanz für die AußenoberflächeWärmeleitung durch die GebäudehülleEinfluss der thermischen Speicherkapazität des BauwerkesWärmebilanz für die InnenoberflächeWärmebilanz für die LuftLösungsverfahren für die WärmebilanzDie ÖNORM EN 15255 [ONO07a] beinhaltet eine Einstufung der Berechnungsverfahren inverschiedene Klassen.Tabelle 28: Einstufung der Berechnungsverfahren gemäß ÖNORM EN 15255 [ONO07a]Tabelle 29: Untereinstufung der Berechnungsverfahren gemäß ÖNORM EN 15255 [ONO07a]Berechnung der Kühllast von NiedrigstenergiegebäudenIn der ÖNORM EN 15255 wird bereits ein Simulationsmodell für die Ermittlung der Kühllastvorgesehen. Die Berechnung erfolgt auf Stundenbasis, womit Lastgänge und Temperaturverläufein der Simulation abgebildet werden können. Auf Grundlage der ÖNORM EN 15255kann die Kühllast auch für Niedrigstenergiegebäude berechnet werden. In diesem Berichterfolgt die Definition der benötigten Randbedingungen für die Ermittlung der Kühllast, mitdem Ziel ein einheitliches Verfahren für die Berechnung der Heizlast bzw. den Nachweis derZuluftbeheizbarkeit und der Kühllast bzw. den Nachweis der Vermeidung sommerlicherÜberwärmung zu schaffen.76


8.2.4 Nachweis der Vermeidung sommerlicher ÜberwärmungWährend man im Winter Energie aufwenden muss, um die Temperatur innerhalb eines Gebäudesauf einem behaglichen Niveau halten zu können, muss im Sommer die Überwärmungder Räume begrenzt werden. Die sommerliche Überwärmung eines Gebäudes stelltgerade in Zeiten, in denen Niedrigstenergiegebäude immer öfter umgesetzt werden, einwichtiges Themengebiet im Hochbau dar. Anders als in Bürogebäuden, wo die Installationeiner Kühlanlage aufgrund des hohen Wärmeeintrags durch Personen und Geräte oft unumgänglichist, sollte in Wohngebäuden normalerweise darauf verzichtet werden.Wird die Gefahr von überhöhten Raumtemperaturen in einer frühen Planungsphase erkannt,gibt es verschiedene Möglichkeiten, der Überwärmung entgegenzuwirken. Die Raumtemperaturinnerhalb eines Gebäudes wird neben der Außentemperatur und der solaren Einstrahlungmaßgeblich von den Eigenschaften der Gebäudehülle und den inneren Lasten bestimmt.Bautechnische Mittel zur Begrenzung der Raumüberwärmung stellen die Orientierung,Größe und Qualität der strahlungsdurchlässigen Flächen, die speicherwirksame Masseder raumumschließenden Bauteile, die Raumlüftung und der Sonnenschutz dar.Berechnung nach ÖNORM B 8110-3 bzw. ÖNORM EN ISO 13791Die ÖNORM B 8110-3 [ONO12a] trägt den Titel „Wärmeschutz im Hochbau – Vermeidungsommerlicher Überwärmung“ und ist in Österreich das maßgebende Normenwerk im Zusammenhangmit der sommerlichen Überwärmung von Gebäuden.Der Anwendungsbereich der ÖNORM B 8110-3 [ONO12a] beschränkt sich auf Gebäudeoder Räume, die dem dauernden oder vorübergehenden Aufenthalt von Menschen dienenund über keine mechanische Kühlung verfügen.Normative GrenztemperaturenDie ÖNORM B 8110-3 [ONO12a] betrachtet die sommerliche Überwärmung eines Raumesals vermieden, wenn die operative Temperatur die Grenzwerte von +27 °C unter Tags und+25 °C in der Nacht nicht überschreitet. Um nachzuweisen, dass diese Grenztemperaturennicht überschritten werden, stellt die Norm zwei verschiedene Verfahren zur Verfügung:Nachweis über den Tagesverlauf der operativen TemperaturNachweis über die mindesterforderliche speicherwirksame Masse (vereinfachtes Verfahren)Gemäß [ONO12a] ist die Vermeidung der sommerlichen Überwärmung grundsätzlich überden Tagesverlauf der operativen Temperatur nachzuweisen. Bei Wohngebäuden darf jedochunter folgenden Voraussetzungen das vereinfachte Verfahren angewandt werden: der Tagesmittelwert der Außentemperatur beträgt maximal 23 °Csämtliche Fenster können nachts offen gehalten werden77


Nachweis über den Tagesverlauf der operativen TemperaturDer Nachweis der Unterschreitung der geforderten maximalen Temperaturen kann lautÖNORM B 8110-3 [ONO12a] über die Berechnung des Tagesganges der operativen Temperaturenmithilfe eines Rechenprogrammes erfolgen, solange das verwendete Programm denAnforderungen der ÖNORM EN ISO 13791 [ONO12b] entspricht.Die ÖNORM EN ISO 13791 schreibt keine spezifischen Techniken für die Berechnung vor,sie beinhaltet jedoch ein Validierungsverfahren, anhand dessen die normgemäße Funktionsweiseeines Berechnungsverfahrens überprüft werden kann.Der für die Berechnung zu verwendende Tagesmittelwert der Außenlufttemperatur wird nachÖNORM B 8110-5 [ONO11] ermittelt und entspricht jener Temperatur, die am jeweiligenStandort (im langjährigen Mittel) nicht öfter als 13 Tage pro Jahr überschritten wird. Um einenTagestemperaturverlauf zu erhalten, wird der Tagesmittelwert der Außenlufttemperaturmit einer in ÖNORM B 8110-3 angegebenen Amplitude überlagert.In der ÖNORM B 8110-3 [ONO12a] ist die Nutzungsdauer eines Raumes nach der jeweiligenNutzungsart genau festgelegt. Für die Berechnung der operativen Temperatur spielendie Nutzungsart und die Nutzungsdauer eines Raumes eine gewichtige Rolle, da sie dasLüftungsverhalten bzw. den Wärmeeintrag durch Personen und Geräte bestimmen.Nachweis über die mindesterforderliche speicherwirksame MasseWie oben beschrieben wird der Nachweis der Vermeidung sommerlicher Überwärmungdurch die Berechnung des Tagesganges der operativen Temperatur erbracht. Die Norm gehtjedoch auch davon aus, dass die geforderte Grenztemperatur unterschritten wird, wenn dieimmisionsflächenbezogene speicherwirksame Masse m w,I größer ist, als in Tabelle 30 angegeben.Die erforderliche immisionsflächenbezogene speicherwirksame Masse ist dabei vondem immisionsflächenbezogenen stündlichen Luftvolumenstrom abhängig und muss für denkritischsten Einzelraum eines Gebäudes berechnet werden.78


Tabelle 30: Erforderliche immisionsflächenbezogene speicherwirksame Masse m w,I,min in Abhängigkeit vom immisionsflächenbezogenenstündlichen Luftvolumenstrom V L,sImmisionsflächenbezogener stündlicherLuftvolumenstrom V L,s inm³/(h·m²)Immisionsflächenbezogene speicherwirksameMasse m w,I,min in kg/m²≥ 100 ≥ 200075 ≥ 400050 ≥ 8000immisionsflächenbezogene Luftvolumenströme von weniger als50 m³/(h·m²) sind grundsätzlich zu vermeidenImmisionsflächenbezogener stündlicher Luftvolumenstrom V L,sDer immisionsflächenbezogene stündliche Luftvolumenstrom V L,s wird nach folgender Formelerrechnet:VL,snLVAI(38)V L , sm³/m²himmisionsflächenbezogener stündlicher Luftvolumenstromn LVA I1/h Luftwechselzahlm³ Volumen des Raumesm² Immisionsfläche der Fläche i des RaumesDie Immisionsfläche A I wird gemäß nachstehender Formel berechnet:AI FSc Z on AAL fG Fc g(39)A IF ScZ onA ALf Gm² Immisionsfläche- Verschattungsfaktor für Umgebung, auskragende Bauteile- Orientierungs- und Neigungsfaktorm² Architekturlichte der verbauten Fenster- Glasflächenanteil79


F cg- Abminderungsfaktor für beweglichen Sonnenschutz- Gesamtenergie-DurchlassgradJe nach Orientierung und Neigung eines Gebäudes bzw. je nachdem, ob Abschattungseinrichtungenvorhanden sind oder nicht, gibt die ÖNORM B 8110-3 [ONO12a] Werte für dieerforderlichen Faktoren an.Immisionsflächenbezogene speicherwirksame MasseDie speicherwirksame Masse eines Raumes setzt sich aus der Summe der speicherwirksamenMassen aller raumabschließenden Bauteile und der speicherwirksamen Masse der Einrichtungsgegenständezusammen. Die speicherwirksame Masse der Bauteile wird dabeigemäß ÖNORM EN ISO 13786 ermittelt.Für den vereinfachten Nachweis laut Norm muss die speicherwirksame Masse auf die ImmisionsflächeA I bezogen werden.mw,Im mw, B w,EAI(40)m w , Im w , Bm w , Ekgkgkggesamte speicherwirksame Massespeicherwirksame Masse eines Bauteilsgesamte speicherwirksame Masse der EinrichtungA Im² ImmisionsflächeMit der so ermittelten immisionsflächenbezogenen speicherwirksamen Masse m w,I kann nunanhand von Tabelle 1 der Nachweis der Vermeidung sommerlicher Überwärmung erbrachtwerden.Nachweis der Vermeidung sommerlicher Überwärmung für NiedrigstenergiegebäudeDie ÖNORM B 8110-3 [ONO12a] bietet mit dem Nachweis über den Tagesverlauf der operativenTemperatur bereits ein genaues Berechnungsverfahren für die Auslegung von Gebäudenohne mechanische Kühlung. Der Nachweis über die Vermeidung sommerlicher Überwärmungkann auch für Niedrigstenergiegebäude erbracht werden.8.2.5 Umstieg von stationären Berechnungsmodellen auf dynamische SimulationsmodelleDie Anforderungen an die Energieeffizienz von Gebäuden sind in den vergangen Jahrenstark gestiegen. Aufgrund des immer geringer werdenden Heizwärmebedarfs von Gebäudenbekommen die Wärmebereitstellungs-, Wärmespeicher-, Wärmeverteil- und Wärmeabgabe-80


verluste immer größere Bedeutung. Der prozentuelle Anteil des Heiztechnikenergiebedarfsund des Kühltechnikenergiebedarfs an dem Endenergiebedarf von Gebäuden ist bei modernenNiedrigstenergiegebäuden meist höher als der Heizwärme- bzw. Kühlbedarf. Um denEnergiebedarf von Niedrigstenergiegebäuden weiter reduzieren zu können, bedarf es einerexakten Anpassung der gebäudetechnischen Anlage an die jeweiligen bauphysikalischenGegebenheiten. Die in diesem Kapitel behandelte Modifikation der Auslegungsberechnungensoll eine genaue Dimensionierung der haustechnischen Anlage ermöglichen.Ziel der Modifikation der Auslegungsberechnungen ist die möglichst exakte Abbildung desrealen Gebäudeverhaltens unter gezielt ausgewählten Randbedingungen. Dies kann z. B.mit einer dynamischen Raumsimulation erreicht werden. In Simulationsprogrammen könnenTagesverläufe der Außenlufttemperatur, der solaren Einstrahlung, der inneren Lasten durchPersonen und Geräte usw. hinterlegt werden. Die Berücksichtigung der Speicherkapazitätvon Bauteilen ermöglicht die Nachbildung der thermischen Trägheit des Systems. Die Simulationführt somit zu einer realitätsnahen Abbildung des Raumverhaltens und ist daher für dieBeantwortung von Fragestellungen mit erhöhter Anforderung an die Genauigkeit der Ergebnisseanwendbar.Die Auslegung von Gebäuden mithilfe der dynamischen Raumsimulation ist zeitlich aufwendigerals die Auslegung mit stationären Berechnungsmodellen. Grund dafür ist einerseitsder erhöhte Aufwand für die Definition der Randbedingungen, andererseits nimmt der eigentlicheRechenvorgang (Simulation) wesentlich mehr Zeit in Anspruch, als dies bei stationärenModellen der Fall ist. Wie bei jeder Berechnungsmethode muss der Benutzer von Auslegungsprogrammendie grundlegende Berechnungsmethodik bis ins Detail verstehen, umBerechnungsfehler vermeiden zu können. Die dynamische Raumsimulation ist hier wesentlichkomplexer und erfordert ausgezeichnete Fachkenntnisse.81


8.3 Dynamisches Simulationsmodell8.3.1 RaumknotenmodellDas Raumkontenmodell für die Berechnung der Temperaturen in einem Raum kann wie folgtaufgebaut sein:Abbildung 18: Schema des RaumknotenmodellsDas in Abbildung 18 dargestellte Raumknotenmodell enthält nur einen Wand- und einenFensterbauteil. Das Modell kann jedoch um eine beliebige Anzahl von Knotenpunkten erweitertwerden. In den folgenden Kapiteln werden die einzelnen Bestandteile des Modells beschrieben.Die Bestimmung der Kapazitäten der Wandknoten ist im folgenden Kapitel dargestellt.8.3.1 Wirksame thermische und hygrische Kapazität von BauteilenWenn in einem Raum die Temperatur ansteigt, wird von allen Bauteilen Wärme aufgenommen.Analog wird von den Oberflächen Feuchte aufgenommen, wenn der Wasserdampfpartialdruckim Raum größer als der in der Oberfläche ist. Für den Fall, dass die Temperatur derRaumluft und der Oberfläche ähnlich ist, kann in guter Näherung für die Beschreibung derFeuchtetransport- und Speichervorgänge nicht nur der Gradient des Wasserdampfpartialdruckessondern auch der Gradient der absoluten Luftfeuchte verwendet werden. Dadurchergibt sich eine Analogie für die Berechnung der thermischen sowie der hygrischen Kapazitätder Bauteile.82


Die flächenbezogene wirksame Wärmekapazität ist der Koeffizient, der die Amplitude derTemperaturschwingung mit der Amplitude des Wärmestroms verknüpft. Je größer die Periodendauerist (statt Tagesschwingungen, Wochenschwingungen oder Monatsschwingungen),desto größere Bereiche wirken an der Wärmespeicherung mit und die wirksame Wärmekapazitätwird größer. Die flächenbezogene wirksame Feuchtekapazität ist der Koeffizient, derdie Amplitude der Feuchteschwingung mit der Amplitude des Feuchtestroms verknüpft. DieDefinition der Kapazität ergibt sich aus den folgenden Gleichungen.t pQ 2 Tˆ max( q(t),0 ) dt M 2 cˆ max( m(t),0 ) dt0mt p0(41)Ausgangspunkt der Berechnung der Kapazität einer Schichtenfolge ist der Zusammenhangzwischen einer sinusförmigen Temperaturamplitude und der Wärmestromamplitude auf denbeiden Seiten einer Schichte.T aT bc ac bq alcrq bj adVzj bAbbildung 19: Modell einer Schicht mit den Amplituden der thermischen/hygrischen Größen Tˆ Z ˆb 11Z12 T a qˆ Z Z qˆ b 21 22 a cˆb W cˆ11W12 a ˆj W W ˆ j b 21 22 a (42)Zur Bestimmung der Elemente der Matrix wird die periodische Eindringtiefe benötigt. t P dV tP c m mdm(43)Die Elemente der Matrix ergeben sich durch folgende Gleichungen:11 22 Z Z cosh cos j sinh sin (44)Z12 sinh cos cosh sin j cosh sin sinh cos2 (45)83


Z21 sinh cos cosh sin j sinh cos cosh sin(46) W W cosh cos jsinh sin11 22 m m m m(47)W sinh cos cosh sin j cosh sin sinh cos m12 m m m m m m m m2 V(48)W sinh cos cosh sin j sinh cos cosh sin V21 m m m m m m m mm(49)Für einen Schichtenaufbau ergibt sich die Gesamtmatrize durch Multiplikation der Schichtmatrizen.Da der Wärmeübergang von der Raumluft an den Bauteil eine Schichte darstellt,die keine Wärmekapazität besitzt, wird für die Übergangsmatrizen folgender Grenzwert benützt. Tˆ 1 R ˆb t T a qˆ 0 1 qˆ b a cˆˆb 1 Rcm a ˆj 0 1 ˆ j b a Rms d0(50)Damit ergibt sich für einen Schichtenaufbau zusammen mit den beiden Übergängen folgendeDarstellung:c Lc L1c 12 c 23 c 3Rc Rj LR mL dj L1 j 12j 23j 3R j RV1x1dxV22dxV33R mRAbbildung 20: Thermisches Modell mit n Schichten84


T LT l1 T 12 T 23 T 3RT Rq L q L1 q 12q 23q 3R q RR tL l1l l23c1c2c3r r r123R tRAbbildung 21: Hygrisches Modell mit n Schichten Tˆ RTˆ ZL 11Z12 TˆL ZR Z3 Z2 Z1 ZLqˆ ˆ ZRq L 21Z 22 qˆ L (51)cˆ R cˆ L W11 W12 cˆLWR W3 W2 W1 WLˆ j ˆ WˆRj L 21W 22 j L (52)Ermittlung der wirksamen Wärmekapazität für die Ermittlung des Ausnutzungsgrades vonGewinnen (ÖNORM EN ISO 13790) bzw. der wirksamen hygrischen KapazitätUm mit den obigen Formeln die flächenbezogene wirksame Wärmekapazität eines Bauteilsermitteln zu können, muss die Randbedingung auf der raumabgewandten Oberfläche festgelegtwerden. Für den Fall der Berechnung der wirksamen Wärmekapazität zur Bestimmungdes Heizwärme- und Kühlbedarfs wird festgelegt, dass an beiden Oberflächen dieselbeTemperaturamplitude existiert. Dies bedeutet, T L = T R und die Wärmekapazität kann mit folgenderFormel ermittelt werden. Die Übergangswiderstände werden in diesem Fall mitgerechnet.t Z 12 ZP 11R i 2 1 L 12Z Z Z .... Z Z Z(53)t W 1W W W .... W W WP 11R i 2 1 Lm2 W12(54)8.3.2 TemperaturenDer Außenlufttemperaturverlauf wird für den Winter- und Sommerfall in Kapitel 8.4 bzw. 8.7hergeleitet. In der Beschreibung des Raummodells wird die Außenlufttemperatur durchgän-85


gig mit e , airbenannt. Die Strahlungstemperatur des Himmels wird in Abhängigkeit der Lufttemperaturvereinfacht nach folgendem Zusammenhang berechnet: f ( ) (1 f ) e, rad sky e, air e, rad sky e,air(55) e , radf sky e , rad e , air°C Strahlungstemperatur des Himmels- Sichtfaktor zum HimmelK10 K°C AußenlufttemperaturDie mittlere Strahlungstemperatur in einem Raum wird nach folgender Gleichung berechnet:n n A A hi, surf , k k i, f f IL, r i,rk 1 f 1i,radn nAkk 1 k 1Af(56) i , rad i , surf , kA kA f i , f IL , rh i , r°C Strahlungstemperatur im Raum°C innere Oberflächentemperatur des Bauteils km² Fläche des Bauteils km² Fläche des Fensters°C Oberflächentemperatur an der inneren Oberfläche derVerglasungW Wärmestrom zufolge Strahlung innerer LastenWm²/K Wärmeübergangskoeffizient für Strahlung an der InnenseiteDie mittlere Lufttemperatur in einem Raum wird durch folgende Differenzialgleichung ermittelt:i , air( t) ( t)tCEmitCE 38 1046, 7 ABoden[ONO12b]bzw. für die Lösung mit dem Zeitschrittverfahren: IL , c k , c f , c LW heat, c cool,ci, air i, air , i i, air , i1 tCE(57) i , air i , air , ii, air, i1KLufttemperatur im Raum°C mittlere Lufttemperatur im Raum zum Zeitpunkt i°C mittlere Lufttemperatur im Raum zum Zeitpunkt i-186


IL , c k , c f , c LW heat . c cool , cC EWWWWWWJ/KWärmestrom zufolge konvektiver Wärmeabgabe innererLastenWärmestrom zufolge konvektiver Wärmeabgabe innererLastenWärmestrom zufolge konvektiver Wärmeabgabe anFensterflächenWärmestrom durch LuftwechselWärmestrom zur konvektiven Kühlung (z.B. über dieLüftungsanlage)Wärmestrom zur konvektiven Heizung (z.B. über dieLüftungsanlage)wirksame Wärmespeicherkapazität der EinrichtungA Bodentm² Bodenfläche des RaumessZeitschrittweiteEs wird dabei angenommen, dass der Wärmeeintrag zufolge solarer Einstrahlung zu 10 %konvektiv und zu 90 % durch Strahlung erfolgt. Für die inneren Lasten aus Personen undGeräten werden der konvektive und der strahlende Anteil mit jeweils 50 % angenommen.Aus der Strahlungs- und Lufttemperatur kann die operative Temperatur in einem Raum wiefolgt angenähert werden:op i, air i,rad2(58) op°C operative Temperatur i , air i , rad°C mittlere Lufttemperatur im Raum°C mittlere Strahlungstemperatur im Raum8.3.3 Opake BauteileFür die Berechnung des Wärmestroms durch ein Bauteil wird an der Außenseite eine effektiveTemperatur verwendet. 1 I h e, eff , k e, air g , k sol r e, rad e,airhc h r(59) e , eff , k e , airh e , ch e , r°C effektive Temperatur an der Außenseite von Bauteilen°C AußenlufttemperaturW/m²K konvektiver Wärmeübergangskoeffizient an der AußenseiteW/m²K Wärmeübergangskoeffizient für Strahlung an der Außenseite87


I g , kW/m²Globalstrahlung auf die Bauteiloberfläche k sol e , rad- Absorptionskoeffizient für Solarstrahlung°C Strahlungstemperatur des HimmelsFür die kurzweilige Einstrahlung ist für die Außenseite der opaken Außenbauteile ein deräußeren Oberfläche entsprechender Absorptionsgrad für kurzweilige Strahlung anzusetzen.Ist der Absorptionsgrad nicht bekannt, kann der Wert 0,5 verwendet werden [ONO12a]. Fürden konvektiven Wärmeübergang an der Außenseite kann der Übergangskoeffizient mit 20W/m²K angesetzt werden. Der Übergangskoeffizient für Strahlung kann mit 5 W/m²K angenommenwerden.Das thermische Verhalten von opaken Bauteilen kann über ein Zwei-Kapazitäten-Modell angenähertwerden. Dieses liefert für die gegebene Problemstellung ausreichend genaue Ergebnisse.Soll eine wärmeabgebende Schicht in einem Bauteil berücksichtigt werden, so istder Umstieg auf ein Modell mit einer höheren Anzahl von Kapazitäten empfehlenswert. Damitsteigen jedoch die benötigte Rechenleistung und die Berechnungsdauer. Im Folgendenwird daher das Zwei-Kapazitäten-Modell beschrieben.Die Speicherkapazität der Bauteile wird nach ÖNORM EN ISO 13786 [ONO07b] ermittelt. Daes sich um ein Zwei-Kapazitäten-Modell handelt, werden eine Wärmekapazität für die Innenoberflächeund eine Kapazität für die Außenoberfläche benötigt.In Abbildung 22 ist das verwendete Bauteilmodell schematisch dargestellt.h eC e , k1R kC i , kh i , r i , rad e , eff , kh i , c i , air e , surf , k i , surf , kAbbildung 22: Schema des Zwei-Kapazitäten-Modells für opake BauteileWärmetransport durch opake BauteileDer Wärmetransport durch opake Bauteile zufolge Transmission wird nach folgender Gleichungberechnet: 1 U ( ) A T , k WB e, surf , k i, surf , k kRk(60) T , kR kU WBWm²K/WW/m²KWärmestrom zufolge Transmission durch den Bauteil kWärmedurchgangswiderstand des Bauteils kWärmebrückenzuschlag88


e , surf , k i , surf , kA k°C äußere Oberflächentemperatur des Bauteils k°C innere Oberflächentemperatur des Bauteils km² Fläche des Bauteils kDer Wärmeübergang an der Außenoberfläche eines opaken Bauteils wird nach folgenderGleichung berechnet: mit (61)e, k he ( e, eff , ke, surf , k) Akhe he, c he,r e , kWWärmestrom zufolge Konvektion und Strahlungh eh e , ch e , r e , surf , k e , eff , kA kW/m²K gemeinsamer Wärmeübergangskoeffizient für Konvektion undStrahlungW/m²K konvektiver WärmeübergangskoeffizientW/m²K Wärmeübergangskoeffizient für Strahlung°C äußere Oberflächentemperatur des Bauteils k°C effektive Temperatur an der Außenseite von Bauteilenm² Fläche des Bauteils kDer Wärmeübergang an der Innenoberfläche eines opaken Bauteils zufolge Konvektion wirdnach folgender Gleichung berechnet. h ( ) Ai, c, k i, c i, surf , k i,air k(62) i , c , kh i , c i , surf , k i , airA kW Wärmestrom zufolge Konvektion an der InnenseiteW/K Wärmeübergangskoeffizient für Konvektion an der Innenseite°C innere Oberflächentemperatur des Bauteils°C Lufttemperatur im Raumm² Fläche des Bauteils kDer konvektive Wärmeübergangskoeffizient ist von der Richtung des Wärmestroms abhängig.Verläuft der Wärmestrom horizontal, wird ein konvektiver Übergangskoeffizient von2,5 W/m²K angenommen. Für einen Wärmestrom von oben nach unten (abwärts) wird einÜbergangskoeffizient von 0,7 W/m²K angesetzt. Verläuft der Wärmestrom aufwärts, beträgtder Wärmeübergangskoeffizient 5 W/m²K.Der Wärmeübergang an der Innenoberfläche eines opaken Bauteils zufolge Strahlung wirdnach folgender Gleichung berechnet: h ( ) Ai, r , k i, r i, surf , k i,rad k(63)89


i , r , kh i , r i , surf , k i , radA kW Wärmestrom zufolge Konvektion an der InnenseiteW/m²K Wärmeübergangskoeffizient für Konvektion an der Innenseite°C innere Oberflächentemperatur des Bauteils°C Innenlufttemperaturm² Fläche des Bauteils kDer Wärmeübergangskoeffizient für Strahlung ist unabhängig von der Richtung des Wärmestromsund wird mit 5 W/m²K angesetzt.Für den Wärmeübergang an innenliegenden Bauteilen sind an beiden Oberflächen die Übergangskoeffizientenfür Innenoberflächen und anzusetzen.hi,ch i , rBerechnung der OberflächentemperaturenDie Oberflächentemperaturen der einzelnen Bauteile werden durch Lösung der folgendenDifferentialgleichung berechnet:surf , k( t) k( t)tCkmit C A(64)k k kDie Änderung der Oberflächentemperaturen kann nach folgenden Gleichungen mit demZeitschrittverfahren berechnet werden:i, c i, r T , ki, surf , k i, surf , k , ii , surf , k , i1 tCi,kbzw. …für die Innenwandoberfläche (65)e T , k t…für die Außenwandoberfläche (66)e, surf , k e, surf , k , i e, surf , k , i1Ce,k i , surf , k e , surf , k i , surf , k , ii, surf , k , i1 e , surf , k , ie, surf , k , i1 i , c , k i , r , k T , k e , kKÄnderung der inneren OberflächentemperaturKÄnderung der äußeren Oberflächentemperatur°C Innenoberflächentemperatur zum Zeitpunkt i°C Innenoberflächentemperatur zum Zeitpunkt i-1°C Außenoberflächentemperatur zum Zeitpunkt i°C Außenoberflächentemperatur zum Zeitpunkt i-1W Wärmestrom zufolge Konvektion an der InnenoberflächeW Wärmestrom zufolge Strahlung an der InnenoberflächeW Wärmestrom zufolge TransmissionW Wärmestrom zufolge Konvektion und Strahlung an derAußenoberfläche90


C iC etJ/KJ/Ks8.3.4 Fensterwirksame Wärmespeicherkapazität an Innenseitewirksame Wärmespeicherkapazität an InnenseiteZeitschrittweiteDas Modell für den Wärmetransport durch die Fenster ist dem Modell für die opaken Bauteileähnlich. Aufgrund der geringen Masse der Verglasung kann jedoch vereinfachend auf dieBerücksichtigung der Wärmespeicherkapazität der Fenster verzichtet werden. Im Gegensatzzu den opaken Bauteilen muss bei transparenten Flächen der Wärmeeintrag durch solareEinstrahlung berücksichtigt werden.h e1R fh i , r i , rad e , eff , f i , eff , fI I Ig b d e , surf , f i , surf , fh i , c i , airAbbildung 23: Schema des FenstermodellsWärmetransport durch transparente BauteileDer Wärmestrom zufolge Transmission durch eine Verglasung wird wie folgt ermittelt: h ( ) Af , c i, c i, air i, surf , f f(67) f , c i , surf , f i , airh i , cA fW Wärmestrom durch Konvektion an der Innenoberfläche derVerglasung°C Oberflächentemperatur an der inneren Oberfläche derVerglasung°C Lufttemperatur im RaumW/m²K Wärmeübergangskoeffizient für Konvektionm² Fläche des FenstersDie Oberflächentemperatur an der Innenseite einer Verglasung kann dabei nach folgenderFormel berechnet werden:1 1i, surf , f i , eff , f ( i , eff , fe, eff , f) R h hf i, r i,c(68) i , surf , f°C Oberflächentemperatur an der inneren Oberfläche derVerglasung91


i , eff , f e , eff , fR f°C effektive Oberflächentemperatur an der Innenoberfläche derVerglasung°C effektive Oberflächentemperatur an der Außenoberfläche derVerglasungm²K/W Wärmedurchgangswiderstand durch das Fensterh i , rh i , cW/m²KW/m²KWärmeübergangskoeffizient für StrahlungWärmeübergangskoeffizient für KonvektionDie effektive Temperatur an der Innenseite einer Verglasung kann durch folgende Gleichungangenähert werden: h ( )i,ri, eff , f i, air i, rad i,airhi , r hi , c(69) i , eff , f i , airh i , rh i , c i , rad°C effektive Oberflächentemperatur an der Innenoberfläche derVerglasung°C Lufttemperatur im RaumW/m²K Wärmeübergangskoeffizient für StrahlungW/m²K Wärmeübergangskoeffizient für Konvektion°C Strahlungstemperatur im RaumDie effektive Temperatur an der Außenoberfläche von Verglasungen kann wie folgt berechnetwerden:0,84 5, 6 ( )e, eff , f e, air e, rad e,airh e(70) e , eff , f e , airh e e , rad°C effektive Oberflächentemperatur an der Außenoberfläche derVerglasung°C AußenlufttemperaturW/m²K gemeinsamer Wärmeübergangskoeffizient für Konvektion undStrahlung an der Außenseite des Fensters°C Strahlungstemperatur des HimmelsDer Wärmeeintrag durch solare Einstrahlung wird über folgenden Zusammenhang beschrieben:, ( I r ( ) I r ( )) A g F Fi sol b b d d g c Sc…mit Sonnenschutz bzw. Blendschutz (71)bzw.92


, ( I I ) A g F Fi sol b d g c Sc… ohne Sonnenschutz bzw. Blendschutz (72) i , solI bWW/m²Wärmeeintrag durch solare EinstrahlungDirektstrahlung an der Außenseite der VerglasungI dA ggF cF Scr ( ) brd( )W/m² Diffusstrahlung an der Außenseite der Verglasungm² Glasfläche- Gesamtenergiedurchlassgrad- Abminderungsfaktor des beweglichen Sonnenschutzes inKombination mit der Verglasung- Verschattungsfaktor für Umgebung, auskragende Bauteile,Laibungsrücksprung- winkelabhängiger Reduktionsfaktor für die Direktstrahlung- Reduktionsfaktor für die DirektstrahlungFür die Berechnung des Wärmeeintrags zufolge Strahlung wird das Modell aus der ÖNORMB 8110-3 [ONO12a] herangezogen. Dieses berücksichtigt die Abminderung des Strahlungstransmissionsgradesbei schräg einfallender Sonnenstrahlung. Der Strahlungstransmissionsgradfür direkte Sonnenstrahlung von Verglasungen ist für einen Einfallswinkel der Strahlungnormal zur Scheibe definiert. Das Modell berücksichtigt einen Reduktionsfaktor in Abhängigkeitvom Einfallswinkel der solaren Einstrahlung. Die Abhängigkeit des Reduktionsfaktorsfür den Strahlungstransmissionsgrad rB ()gemäß folgender Formel darstellen:lässt sich für die einfallende Direktstrahlunge( )r ( ) 1 (1 cos )b (0)e(73)r ( ) b ( ) e(0) e- Reduktionsfaktor für den Strahlungstransmissionsgrad beiDirektstrahlung- Transmissionsgrad in Abhängigkeit des Einfallwinkels- Transmissionsgrad bei senkrechter Einstrahlung auf dieVerglasung°/rad Einfallswinkel der Solarstrahlung auf die Verglasung- Exponent der Verglasung in Abhängigkeit der GlasartDurch den Exponenten wird die Reduktion des Strahlungstransmissionsgrades in Abhängigkeitvon der Verglasungsart bestimmt und kann aus dem winkelabhängigen g-Wert Angabenvon Herstellern abgeleitet werden. [ONO12a]Für die diffuse Einstrahlung kann der Abminderungsfaktor für den Strahlungstransmissionsgradr ( ) Dwie folgt ermittelt werden:93


d( ) ( 3)( 1) ( 2)(74)r ( ) b--Reduktionsfaktor für den Strahlungstransmissionsgrad beiDiffusstrahlungExponent der Verglasung in Abhängigkeit der GlasartEs ist zu beachten, dass die Abminderung des Energieeintrags bei verwendetem SonnenoderBlendschutz über die Reduktionsfaktoren nicht zu berücksichtigen ist.8.3.5 LuftwechselHinsichtlich des Luftwechsels muss in zwei Fälle unterschieden werden:hygienisch notwendiger Luftwechsel wird über eine mechanische Lüftungsanlage sichergestellthygienisch notwendiger Luftwechsel wird über Fensterlüftung sichergestelltDer Wärmeaustausch aufgrund des Luftwechsels zwischen Innen und Außen setzt sich ausfolgenden Anteilen zusammen: max( ; ) LW LW ,inf L W , hyg LW , fen…ohne mechanischer Lüftungsanlage (75)bzw. LW LW ,inf LW , mech LW , fen… mit mechanischer Lüftungsanlage (76) LW LW ,inf LW , hyg LW , fen LW , mechWWWWWWärmestrom zufolge LuftwechselWärmestrom zufolge InfiltrationsluftwechselWärmestrom zufolge hygienischem LuftwechselWärmestrom zufolge Luftwechsel über die FensterWärmestrom zufolge Luftwechsel über die mechanischeLüftungsanlageWärmeaustausch zufolge InfiltrationDie Höhe des anzusetzenden Infiltrationsvolumenstroms wird im Zuge der Definition derRandbedingungen für die Auslegungsberechnungen festgelegt. In dem Simulationsmodellwird der Wärmeaustausch durch den Infiltrationsluftwechsel wie folgt berechnet: 0,34 V ( )LW ,inf inf e, air i,air(77) LW ,infV infWm³/hWärmestrom zufolge InfiltrationsluftwechselInfiltrationsvolumenstrom94


e , air i , air°C Außenlufttemperatur°C InnenlufttemperaturWärmeaustausch zufolge hygienischem LuftwechselDie Höhe des anzusetzenden hygienischen Luftwechsels wird im Zuge der Definition derRandbedingungen für die Auslegungsberechnungen festgelegt. In dem Simulationsmodellwird der Wärmeaustausch durch den hygienischen Luftwechsel wie folgt berechnet: 0, 34 V ( )LW , hyg hyg e, air i,air(78) LW , hygWWärmestrom zufolge InfiltrationsluftwechselV hyg e , air i , airm³/h Volumenstrom zufolge hygienischem Luftwechsel°C Außenlufttemperatur°C InnenlufttemperaturWärmeaustausch zufolge FensterluftwechselDer Luftwechsel über geöffnete oder gekippte Fenster wird nach folgender Gleichung berechnet: 0,34 0,7 C A H ( )LW , fen ref e, air i, air e, air i,air(79) LW , fenC refAH e , air i , airW Wärmestrom zufolge Fensterluftwechsel- Austauschkoeffizientm² Fläche der LüftungsöffnungmHöhe der Lüftungsöffnung°C Außenlufttemperatur°C InnenlufttemperaturWärmeaustausch zufolge Luftwechsel über die mechanische LüftungsanlageDie Wärmeverluste bzw. die Wärmegewinne des Raumes durch den Luftwechsel über diemechanische Lüftungsanlage können nach folgender Gleichung berechnet werden: 0, 34 V ( )LW , mech mech zul i,air(80) LW , mechV mechWm³/hWärmestrom zufolge FensterluftwechselLuftvolumenstrom über die mechanische Lüftungsanlage95


zul i , air°C Zulufttemperatur°C Lufttemperatur im RaumEs ist darauf zu achten, dass die angesetzte Zulufttemperatur jener Lufttemperatur entspricht,die effektiv eingeblasen wird.Wird ein Wärmerückgewinnungssystem eingesetzt, kann die Lufttemperatur nach dem Wärmetauscher(in Abhängigkeit der Lage der Ventilatoren) durch folgende Gleichungen berechnetwerden:Zuluftventilator raumseitig, Abluftventilator raumseitig: ( ) 0, 34 0, 34S FP , zuSFP , abzul aul aul i , air WRGZuluftventilator raumseitig, Abluftventilator außenseitig: ( ) 0, 34S FP , zuzul au l aul i , a ir WRGZuluftventilator außenseitig, Abluftventilator raumseitig: ( ) 0, 34 0, 34 0, 34SFP , zu SFP , zu SFP , a bzul aul aul i , air WRGZuluftventilator außenseitig, Abluftventilator außenseitig: ( ) 0, 34 0, 34SFP , zuSFP , zuzul aul aul i , air WRG(81)(82)(83)(84) zul aul i , air SFP , zu SFP , ab WRG°C Temperatur der Zuluft°C Temperatur am Wärmetauschereintritt (z.B. Außenluft)°C Temperatur der RaumluftW/m³ spezifische Leistung des ZuluftventilatorsW/m³ spezifische Leistung des Abluftventilators- WärmerückgewinnungsgradWird eine Frostsicherung eingesetzt, um das Vereisen des Wärmetauschers zu verhindern,ist als Temperatur am Wärmetauschereintritt die Temperatur nach der Frostsicherung einzusetzen.96


8.4 Definition der meteorologischen Randbedingungen - WinterfallFür die Planung der Wärmeabgabesysteme in einem Gebäude sind klimatische Auslegungszuständefestzulegen. Diese müssen so gewählt werden, dass eine ungewollte Absenkungder Temperatur innerhalb eines Raumes während einer Kälteperiode mit hoher Wahrscheinlichkeitausgeschlossen werden kann. In der bisherigen Normung wurde dies durch die Festlegungeiner Norm-Außentemperatur sichergestellt. Auf die Berücksichtigung der solarenEinstrahlung wurde in der bisherigen Normung zur Heizlastberechnung vollständig verzichtet.Es wurde somit indirekt davon ausgegangen, dass an Tagen, an denen die Normaußentemperaturvorliegt, keine solare Einstrahlung gemessen werden kann. Klimaaufzeichnungenzeigen jedoch einen Zusammenhang zwischen Temperatur und solarer Einstrahlung. ImSommer sind Temperaturspitzen immer gebunden an eine hohe solare Einstrahlung. Dasselbegilt für negative Temperaturspitzen im Winter. Die Untersuchung von Messdaten zeigt,dass extrem niedrige Temperaturen unter Tags immer zeitgleich mit einer erhöhten solarenEinstrahlung vorkommen.Abbildung 24: Zusammenhang zwischen dem Tagesmittel der Globalstrahlung und der Außenlufttemperatur fürverschiedene Standorte in Österreich, Datenquelle: IWEC Wetterdatensätze [ASH01]97


Abbildung 25: Zusammenhang zwischen dem Tagesmittel der Globalstrahlung und der Außenlufttemperatur mitKennzeichnung des Auslegungszustands laut bestehender Normung für den Standort Wien (Winterfall)Datenquelle: Messdaten der Wetterstation der TU Wien in der Adolf-Blamauer-Gasse aus den Jahren 2005,2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012 (Jan-Apr).Es ergeben sich somit zwei Klimaszenarien, die für die Auslegung der Wärmeabgabesystemevon Gebäuden maßgeblich sein können:Klimazustand 1: mäßig niedrige Temperaturen, bewölkter Himmel und dadurch keineoder zumindest sehr geringe solare EinstrahlungKlimazustand 2: extrem niedrige Außentemperaturen, klarer Himmel und dadurch eineerhöhte solare Einstrahlung.Die Berechnung der Heizlast wird grundsätzlich für den Sonnenstand am 15. Jänner durchgeführt.Außentemperatur für die Berechnung der HeizlastDie Berechnung der Heizlast ist in der ÖNORM EN 12831 [ONO03] und in der ÖNORM H7500 [ONO06] normativ geregelt. Derzeit wird die Berechnung der Heizlast für einen stationärenZustand durchgeführt. D. h. die Randbedingungen für die Berechnung bleiben zeitlichkonstant. Als Auslegungs-Außentemperatur wird die sogenannte Norm-Außentemperaturherangezogen. Die Norm-Außentemperatur ist das tiefste Zweitagesmittel der Außentemperatur,das in 20 Jahren 10-mal erreicht oder unterschritten wird. Für die Berechnung derWärmeverluste an das Erdreich fließt das Jahresmittel der Außentemperatur in die Berechnungein. Vereinfachend darf hier auch ein konstanter Wert von 8 °C angenommen werden.98


Um der Forderung nach einem genaueren Berechnungsmodell nachzukommen, wird in diesemBericht die Einführung eines zeitlich veränderlichen Außentemperaturverlaufs für dieBerechnung der Heizlast vorgeschlagen. Der Außentemperaturverlauf muss die beidenmaßgeblichen Klimaszenarien berücksichtigen.Mit dem Klimazustand 1 werden bedeckte und mäßig kalte Wintertage berücksichtigt. AlsAußentemperatur wird für diesen Zustand der Tagesmittelwert der Außenlufttemperatur herangezogen,der im langjährigen Mittel zumindest 130 Mal in 10 Jahren unterschritten wird.Diese Temperatur kann für jeden Standort Österreichs in Abhängigkeit der Seehöhe aus[BMW12] ermittelt werden. Um einen zeitlichen Verlauf der Außentemperatur generieren zukönnen, wird die Temperatur mit einer definierten Tagesschwingung überlagert. Diese kanndem halbsynthetischen Klimadatenmodell der ÖNORM 8110-5 [ONO11] entnommen werden.Mit dem Klimazustand 2 werden sehr kalte und klare Wintertage berücksichtigt. Als Außentemperaturwird für diesen Zustand jener Tagesmittelwert der Außentemperatur herangezogen,der im langjährigen Mittel zumindest 10 Mal in 10 Jahren unterschritten wird. DieserTagesmittelwert wird analog zum Klimazustand 1 mit einer sinusförmigen Tagesschwingung,deren Amplitude aus [ONO11] ermittelt wird, überlagert.Anmerkung:In der ÖNORM B 8110-3 [ONO12a] sind stündliche Werte für die Amplitude der Tagesschwingungangegeben. Das Maximum der Außenlufttemperatur wird dabei um 16:00 Uhrerreicht. Geht man davon aus, dass dies auch im Winter der Fall ist und berücksichtigt mandie Umstellung von Sommerzeit auf Normalzeit, so ergibt sich für den Winterfall eine Verschiebungdes Temperaturmaximums um drei Stunden auf 15:00 Uhr.Berücksichtigt man dies bei der Überlagerung des Tagesmittelwertes mit der Tagesschwingung,wird der stündliche Verlauf der Außentemperatur wie folgt festgelegt: 2 ( hd 3) A cos 24h,m m d(85) h , m m°C Stundenmitteltemperatur°C TagesmitteltemperaturA dh dKhTagesamplitudeStunde am TagAnwendungsbeispiel:Für den Standort Wien Landstraße ergibt sich für den Klimazustand 1 ein Tagesmittelwertder Außenlufttemperatur von -3 °C und für den Klimazustand 2 ein Tagesmittelwert der Außentemperaturvon -10 °C. Überlagert werden die Tagesmittelwerte mit einer Tagesamplitudevon 8,8 K. Die sich ergebenden Temperaturverläufe sind Abbildung 26 dargestellt.99


Abbildung 26: Außenlufttemperaturverlauf für den Winterfall - Klimazustand 1 und Klimazustand 2 (Standort: WienLandstraße)Die Aufrechterhaltung der gewünschten Raumtemperaturen muss für den Klimazustand 1dauerhaft möglich sein. Der Klimazustand 2 stellt hingegen nur ein zeitlich begrenztes Ereignisdar. Die Wahrscheinlichkeit, dass der Tagesmittelwert der Außenlufttemperatur an mehrerenTagen hintereinander im Bereich des Klimazustands 2 liegt, ist äußerst gering. Dieswird durch die geringe Dichte der Punktwolke bei Temperaturen unter -5 °C in Abbildung 24und Abbildung 25 verdeutlicht. Die Aufrechterhaltung der Raumtemperaturen muss bei demKlimazustand 2 nicht für einen unbegrenzten Zeitraum sichergestellt werden.Vor dem Start der eigentlichen Berechnung wiederholt das Simulationsprogramm die Berechnungdes ersten Tages mit dem Auslegungszustand 1 so lange bis ein periodisch eingeschwungenerZustand erreicht wird. Danach startet die eigentliche Berechnung des Klimazustands1. Nach dem ersten Tag wird die Temperatur mittels einer Exponentialfunktion innerhalbvon 5 Tagen auf das Niveau des Klimazustands 2 abgesenkt und die solare Einstrahlungsimultan erhöht.Die Außentemperatur wird in Abhängigkeit der Zeit nach folgender Exponentialfunktion berechnet:hb2424hb hd , K 2 e hd , K 1hd, K 2 ( )(86)h bh bhd, K 2hd, K1°C Außentemperatur zur Stunde h im Berechnungszeitraum°C Außentemperatur zur Tagesstunde h im Klimazustand 2h Stunde im Berechnungszeitraum°C Außentemperatur zur Tagesstunde h im Klimazustand 1bdd100


Die Simulation wird dann für einen weiteren Tag unter den Bedingungen des Klimazustands2 durchgeführt Abbildung 27 zeigt die Entwicklung der Außentemperatur über den Simulationszeitraum.Abbildung 27: Außentemperaturverlauf während des Auslegungszeitraumes für den Winterfall (Standort: WienLandstraße)Solare EinstrahlungNeben der Anpassung der Außentemperaturverhältnisse stellt die Integration der solarenEinstrahlung in die Auslegungsberechnungen einen wesentlichen Ansatzpunkt zur Erhöhungder Berechnungsgenauigkeit dar.Im Zuge der Untersuchungen im Rahmen dieses Forschungsberichts wurden verschiedeneModelle zur Berechnung der solaren Bestrahlungsstärke untersucht. Die Berechnung dersolaren Einträge lässt sich in folgende Teile aufgliedern:Berechnung des SonnenstandsBerechnung der Strahlung auf eine horizontale FlächeBerechnung der Strahlung auf eine beliebig orientierte und geneigte FlächeBerechnung der Strahlung durch eine beliebig orientierte und geneigte transparenteFlächeDie Berücksichtigung einer eventuellen Verschattung durch Umgebungsbebauung oder auskragendeBauteile muss in der Berechnung der solaren Einstrahlung auf die Verglasungenenthalten sein.Berechnung des SonnenstandsModelle für die Ermittlung des Sonnenstands sind in unterschiedlichen Quellen niedergeschrieben.Die Berechnung des Sonnenstands kann z. B. nach den Ausführungen in der101


Richtlinie VDI 6007 [VDI10] erfolgen. Der Sonnenstand kann mithilfe der VDI-Richtlinie fürjede Stunde im Jahresverlauf über die Sonnenhöhe und den Sonnenazimut festgelegt werden.Als Eingangswerte werden lediglich der geografische Längen- und Breitengrad des Ortes,für den die Berechnung durchgeführt wird, benötigt. Auf die einzelnen Berechnungsschrittewird hier nicht näher eingegangen.Berechnung der Strahlung auf eine horizontale FlächeEs existiert grundsätzlich eine Vielzahl verschiedener Methoden, um die Strahlung auf einehorizontale Fläche zu ermitteln. Um die Strahlung auf eine Fläche auf der Erdoberfläche generierenzu können, wird die Strahlung außerhalb der Erdatmosphäre ermittelt. Diese wirdbei dem Durchgang durch die Atmosphäre abgemindert. Es gibt unterschiedliche Ansätze fürdie Modellierung dieser Strahlungsabminderung. Speziell für den Einfluss der Bewölkungsind in der Literatur verschiedenste Modelle zu finden.Wie weiter oben bereits erwähnt wurde, werden für die entwickelte Auslegungsmethodikzwei Klimazustände definiert. Für die Abbildung des Klimazustands 1 muss die solare Einstrahlungauf einen Minimalwert abgemindert werden. In der VDI-Richtlinie 6007 erfolgt überdie Reduktion der Sonnenwahrscheinlichkeit auf einen Wert von 0. Es wird dann lediglich diediffuse Strahlung berücksichtigt. Für den Klimazustand 2 wird die Sonnenwahrscheinlichkeitgemäß VDI-6007 mit 100 % angenommen.Berechnung der Strahlung auf eine beliebig orientierte und geneigte FlächeDie VDI 6007 [VDI10] beinhaltet auch einen Formelapparat für die Umrechnung der Strahlungvon einer horizontalen Fläche auf eine beliebig orientierte und geneigte Fläche.Anwendungsbeispiel:Für den Standort Wien ergeben sich für den Klimazustand 1 je nach Ausrichtung der Flächedie in Abbildung 28 und Abbildung 29 dargestellten Verläufe der Strahlungsintensität. Beieiner Sonnenwahrscheinlichkeit von 0 % wird keine Direktstrahlung angesetzt. Die nach[VDI10] ermittelte Globalstrahlung ist dann für alle Himmelsrichtungen gleich groß.102


Abbildung 28: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine horizontale Fläche fürden Klimazustand 1 (Winterfall, Standort: Wien Landstraße)Abbildung 29: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf nach Norden, Osten, Südenund Westen ausgerichtete Flächen für den Klimazustand 1 (Winterfall, Standort: Wien Landstraße)In Abbildung 30, Abbildung 31, Abbildung 32, Abbildung 33 und Abbildung 34 sind die Verläufeder Strahlungsintensität des Klimazustands 2 für verschieden Ausrichtungen dargestellt.103


Abbildung 30: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine horizontale Fläche fürden Klimazustand 2 (Winterfall, Standort: Wien Landstraße)Abbildung 31: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nach Norden ausgerichteteFläche für den Klimazustand 2 (Winterfall, Standort: Wien Landstraße)Abbildung 32: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nach Osten ausgerichteteFläche für den Klimazustand 2 (Winterfall, Standort: Wien Landstraße)104


Abbildung 33: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nach Süden ausgerichteteFläche für den Klimazustand 2 (Winterfall, Standort: Wien Landstraße)Abbildung 34: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nach Westen ausgerichteteFläche für den Klimazustand 2 (Winterfall, Standort: Wien Landstraße)Die Zusammensetzung der beiden Klimazustände zu einem Strahlungsverlauf für den Auslegungszeitraumerfolgt analog zur Vorgangsweise bei der Bildung des Temperaturverlaufsfür den Auslegungszeitraum.Die Strahlungsintensität wird in Abhängigkeit der Zeit nach folgender Exponentialfunktionberechnet:hb2424h b hd , K 2 hd , K1 hd, K 2I I e ( I I )(87)Ih bIhd, K 2h bIhd, K 1W/m² Strahlungsintensität zur Stunde h im Berechnungszeitraum°C Strahlungsintensität zur Tagesstunde h im Klimazustand 2h Stunde im Berechnungszeitraum°C Strahlungsintensität zur Tagesstunde h im Klimazustand 1bdd105


In Abbildung 35, Abbildung 36, Abbildung 37, Abbildung 38 und Abbildung 39 sind die Verläufeder Intensität der Direkt-, Diffus- und Globalstrahlung für verschiedene Ausrichtungendargestellt.Abbildung 35: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine horizontale Fläche währenddes Auslegungszeitraums (Winterfall, Standort: Wien Landstraße)Abbildung 36: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nach Norden ausgerichteteFläche während des Auslegungszeitraums (Winterfall, Standort: Wien Landstraße)106


Abbildung 37: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nach Osten ausgerichteteFläche während des Auslegungszeitraums (Winterfall, Standort: Wien Landstraße)Abbildung 38: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nach Süden ausgerichteteFläche während des Auslegungszeitraums (Winterfall, Standort: Wien Landstraße)107


Abbildung 39: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nach Westen ausgerichteteFläche während des Auslegungszeitraums (Winterfall, Standort: Wien Landstraße)Durch die Festlegung des Verlaufs der Außenlufttemperatur und des Verlaufs der Strahlungsintensitätwurde das Klimamodell für die Berechnung der Heizlast definiert. In Abbildung40 ist der Zusammenhang zwischen dem Tagesmittel der Außenlufttemperatur unddem Tagesmittel der Globalstrahlung auf eine horizontale Fläche für mehre Messjahre amStandort Wien dargestellt. Zusätzlich sind die Tagesmittel der Außentemperatur und derGlobalstrahlung der hergeleiteten Auslegungszustände in der Abbildung enthalten.Abbildung 40: Zusammenhang zwischen dem Tagesmittel der Globalstrahlung und der Außenlufttemperatur mitKennzeichnung der Auslegungsklimazustände für den WinterfallDatenquelle: Messdaten der Wetterstation der TU Wien in der Adolf-Blamauer-Gasse aus den Jahren 2005,2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012 (Jan-Apr).108


Berechnung der Strahlung durch eine beliebig orientierte und geneigte transparente FlächeDie Berechnung des Strahlungsdurchgangs durch transparente Bauteile ist in der Beschreibungdes Simulationsmodells enthalten (siehe Kapitel 8.3.4).109


8.5 Berechnung der Heizlast8.5.1 Operative TemperaturBei der Berechnung der Heizlast wird, für Räume, die für den Aufenthalt von Personen bestimmtsind, eine operative Raumtemperatur von 22 °C angesetzt. In Absprache mit demAuftraggeber können jedoch auch andere Raumtemperaturen für die Berechnung der Heizlastherangezogen werden.8.5.2 Innere LastenDie für die Berechnung der Heizlast heranzuziehenden inneren Lasten werden in Kapitel 6ausführlich beschrieben. Für die Heizlastberechnung ist der effiziente Betriebsstrombedarfzu verwenden.8.5.3 LuftwechselDer bei der Berechnung der Heizlast anzusetzende Luftwechsel setzt sich bei natürlicherBelüftung der Räume aus dem Maximum aus hygienischem Luftwechsel und Infiltrationsluftwechselzusammen. Bei Verwendung einer mechanischen Lüftungsanlage wird der anzusetzendeLuftvolumenstrom aus der Summe aus dem Luftwechsel über die Lüftungsanlage unddem Infiltrationsluftwechsel gebildet. Der Wärmeeintrag durch die Ventilatoren der Lüftungsanlagedarf, in Abhängigkeit ihrer Lage und ihrer Leistung, bei der Berechnung der Heizlastberücksichtigt werden.Hygienischer LuftwechselFür Wohnräume wird eine Luftwechselzahl von 0,4 1/h bezogen auf das Nettoraumvolumenangesetzt. Wie in der ÖNORM B 8110-3 [ONO12a] ist für die Berechnung der Heizlast vonBüroräumen zwischen 5:00 Uhr und 22:00 Uhr pro Person ein Volumenstrom von 35 m³/h zuberücksichtigen.Die oben erwähnten Luftwechselraten stellen Empfehlungen für den hygienisch notwendigenMindestluftwechsel dar. Wird in der Planung ein anderer Luftvolumenstrom vorgesehen, istder höhere von beiden Werten anzusetzen.Anmerkung:Der Luftwechsel sollte im Winter aufgrund des geringen Feuchtigkeitsanteils der Außenluftlängerfristig nicht über 0,4 1/h liegen. Bei geringer bis mittlerer Belegungsdichte kann dieLuftwechselrate auch tiefer liegen. Kurzzeitig kann der Luftvolumenstrom auf bis zu 0,6 1/hangehoben werden, ohne ein zu starkes Abfallen der Raumluftfeuchte, mit der damit in Zusammenhangstehenden Verringerung der Behaglichkeit, erwarten zu müssen.InfiltrationsluftwechselDer Infiltrationsluftwechsel wird gemäß ÖNORM EN ISO 12831 [ONO03] bzw. ÖNORM H7500 [ONO06] über folgende Formel ermittelt:110


V 2 n e inf, i 50 i i(88)V inf,in50e i im³/h Infiltrationsvolumenstromm² Luftwechselrate bei einer Druckdifferenz von 50 Pa- Abschirmungskoeffizient- HöhenkorrekturfaktorWobei der Höhenkorrekturfaktor bei Gebäuden mit einem Raumhöhenmittel bis 10 m überdem Erdreich gemäß ÖNORM H 7500 [ONO06] mit 1,0 angenommen werden kann. Bei einemRaumhöhenmittel von mehr als 10 m über dem Erdreich wird der Höhenkorrekturfaktornach folgender Gleichung berechnet: h i 1049(89) i- HöhenkorrekturfaktorhmRaumhöhenmittel über ErdreichDer Abschirmungskoeffizient kann der folgenden Tabelle entnommen werden:Tabelle 31: Abschirmungskoeffizient für verschiedene Gebäudestandorte [DRA07]8.5.4 Wärmeverluste zum ErdreichDie Wärmeverluste zum Erdreich sind nach ÖNORM EN ISO 13370 [ONO08d] zu berechnen.Diese enthält ein Verfahren zur Ermittlung stündlicher Temperaturwerte für das angrenzendeErdreich. Die ermittelten Temperaturwerte des Erdreichs werden als Randbedingungfür den Wärmetransport durch den erdberührten Bauteil herangezogen.111


8.5.5 Wärmeverlust zu PufferräumenFür die Berechnung der Heizlast eines Raumes müssen angrenzende, unkonditionierte Zonenberücksichtigt werden. Dabei wird so vorgegangen, dass der Temperaturgang in diesenPufferräumen analog zu dem tatsächlich zu berechnenden Raum berechnet wird und dieerhaltene Temperatur anschließend als Randbedingung für den betrachteten Raum herangezogenwird.Vereinfachtes Verfahren:Alternativ dazu können auch die in der ÖNORM H 7500 [ONO06] angegebenen Temperaturenals Randbedingung für den Wärmeverlust zu Pufferräumen angenommen werden. DieNorm-Außentemperatur entspricht dabei dem Tagesmittel der Außentemperatur im Klimazustand2.Tabelle 32: Rechenwerte für die Temperatur in unbeheizten Nachbarräumen [DRA07]112


Tabelle 33: Rechenwerte für die Temperatur in unbeheizten Dachräumen [DRA07]113


Tabelle 34: Rechenwerte für die Temperatur in unbeheizten eingebauten Stiegenhäusern mit einer Außenwand[DRA07]8.5.6 Wärmeverlust zu NachbarwohnungenAnalog zur Vorgangsweise bei der Ermittlung der Randbedingung für Pufferräume werdenauch für angrenzende Nachbarwohneinheiten die sich einstellenden operativen Temperaturenvorab ermittelt. Bei der Ermittlung der Temperaturen in der angrenzenden Wohneinheitwerden keine inneren Lasten und keine Heizleistung berücksichtigt. Es wird somit davonausgegangen, dass die Wohneinheit nicht belegt ist. Die ermittelte Temperatur wird an-114


schließend als Randbedingung für die Berechnung der Heizlast des betrachteten Raumesherangezogen.Vereinfachtes Verfahren:Grenzt ein Raum an eine benachbarte Wohneinheit, kann als Randbedingung eine konstanteTemperatur im Nachbarraum von 18 °C angesetzt werden. Untersuchungen haben gezeigt,dass diese Temperatur in Niedrigstenergiegebäuden, auch bei länger andauernder Abwesenheitder Personen in einer Wohneinheit nicht unterschritten wird.8.5.7 Wärmeverlust zu angrenzenden Räumen innerhalb einer WohneinheitEs kann grundsätzlich angenommen werden, dass sich angrenzende Räume innerhalb einerWohneinheit auf dem gleichen Temperaturniveau befinden, wie der Raum für den die Berechnungder Heizlast durchgeführt wird. Es findet daher kein Wärmeaustausch zwischenRäumen innerhalb einer Wohneinheit statt.8.5.8 Berücksichtigung von WärmebrückenWärmebrücken werden in dem Raumsimulationsmodell mit einem Wärmebrückenzuschlagberücksichtigt. Dieser berechnet sich nach folgender Gleichung:UWB,kU WB , k iA kl i ji ili j jAkW/m²K Wärmebrückenzuschlag für ein Bauteil kW/mK längenbezogener Wärmebrückenkoeffizient der Wärmebrücke im² Fläche des Bauteils km Länge der linearen Wärmebrücke iW/K punktbezogener Wärmebrückenkoeffizient der Wärmebrücke j(90)8.5.9 Berechnung der RaumheizlastDie in einem Raum benötigte Heizleistung wird über eine dynamische Raumsimulation unterBerücksichtigung der oben angeführten Randbedingungen berechnet. Das Simulationsmodellkann dabei dem oben beschriebenen Raumknotenmodell entsprechen.In der Simulation wird für jede Stunde des Auslegungszeitraums der Mittelwert der ideal benötigtenHeizleistung über die letzten 24 Stunden gebildet. Der während des Auslegungszeitraumsmaximal erreichte 24-Stunden-Mittelwert der benötigten Heizleistung wird als Heizlastdes Raumes bezeichnet und für die weitere Auslegung des Gebäudes verwendet.8.5.10 Berechnung der GebäudeheizlastDie Gebäudeheizlast kann aus der Summe der einzelnen Raumheizlasten berechnet werden.Dazu müssen die einzelnen Räume ohne die Verluste bzw. Gewinne zu den angrenzendenWohneinheiten berechnet werden.115


Alternativ dazu können Räume mit gleicher Nutzung bei der Berechnung der Heizlast zu einerZone zusammengefasst werden. Die Umschließungsbauteile dieser Zone werden ausden Außenbauteilen der tatsächlichen Räume gebildet. An den Umschließungsflächen werdendie entsprechenden Randbedingungen angesetzt. Für die Berechnung der Lüftungsverlustewird die Summe des Nettoraumvolumens aller Räume innerhalb der Zone herangezogen.Es besteht außerdem die Möglichkeit, eine Mehrzonen-Simulation des gesamten Gebäudesdurchzuführen. Dabei ist jeder Raum des Gebäudes als eine Zone im Simulationsmodell zumodellieren.116


8.6 Nachweis der Zuluftbeheizbarkeit von WohnräumenDer Nachweis der Zuluftbeheizbarkeit verläuft ähnlich wie die Berechnung der Heizlast. Eswird jedoch nicht wie bei der Berechnung der Heizlast eine Leistung ermittelt, sondern derVerlauf der operativen Raumtemperatur während des Auslegungszeitraums. Während beider Heizlastberechnung grundsätzlich davon ausgegangen wird, dass angrenzendeWohneinheiten unbeheizt sind, darf für den Nachweis der Zuluftbeheizbarkeit außerdem inzwei Fälle unterschieden werden:an den nachzuweisenden Raum angrenzende Wohneinheiten sind beheiztan den nachzuweisenden Raum angrenzende Wohneinheiten sind unbeheiztBei dem Nachweis der Zuluftbeheizbarkeit werden dieselben meteorologischen Randbedingungenangesetzt, wie bei der Berechnung der Heizlast. Sowohl die anzusetzende Außenlufttemperaturals auch die solare Einstrahlung werden gleich angenommen wie bei der Heizlastberechnung.8.6.1 Operative RaumtemperaturBei der Berechnung der Heizlast wird, für Räume, die für den Aufenthalt von Personen bestimmtsind, ein Zielwert für die operative Raumtemperatur von 22 °C herangezogen. In Absprachemit dem Auftraggeber können jedoch auch andere Raumtemperaturen für denNachweis der Zuluftbeheizbarkeit herangezogen werden.8.6.2 Innere LastenDie für die Berechnung der Heizlast heranzuziehenden inneren Lasten werden in Kapitel 6ausführlich beschrieben. Für die Heizlastberechnung ist der effiziente Betriebsstrombedarfzu verwenden.8.6.3 LuftwechselFür den Nachweis der Zuluftbeheizbarkeit werden keine Wärmeverluste über die Lüftungsanlageangesetzt. Dies ist zulässig, da die Zuluft vor dem Eintritt in den Raum jedenfalls überdas Temperaturniveau der Raumluft angehoben werden muss, um eine Zuluftbeheizung desRaumes realisieren zu können. Die Wärmeverluste über den Infiltrationsluftwechsel müssenjedoch berücksichtigt werden.Auslegungszulufttemperatur der mechanischen LüftungsanlageDie Auslegungszulufttemperatur ist für den Nachweis der Zuluftbeheizbarkeit in Absprachemit dem Haustechnikplaner anzusetzen. Temperaturen von über 50 °C sind jedenfalls wegenStaubverschwelung am Wärmetauscher zu vermeiden.Anmerkung:Bei der weiteren Planung und Ausführung der Lüftungsanlage ist darauf zu achten, dass dietatsächliche Zulufttemperatur nicht unter der Temperatur liegt, die bei der Berechnung der117


Heizlast angesetzt wurde. Schon wenige Meter ungedämmter Rohrleitung können hier zueinem starken Temperaturverlust führen.Luftwechselzahl einer Wohneinheit über die mechanische LüftungsanlageFür den Nachweis der Zuluftbeheizbarkeit wird der Zuluftvolumenstrom für die gesamteWohneinheit ermittelt. Dieser wird dann in Abhängigkeit der benötigten Heizleistung auf dieeinzelnen Räume innerhalb der Wohneinheit aufgeteilt. Dabei werden zwei Fälle unterschieden(siehe Abbildung 41):Fall 1 - an den nachzuweisenden Raum angrenzende Wohneinheiten sind beheizt:Für den Fall, dass die Nachbarwohnungen beheizt sind, wird ein maximaler Luftwechsel von0,4 1/h für die gesamte Wohneinheit angenommen. Bei durchschnittlicher Belegung derWohnungen (35 m²/Person bei Wohnungsnutzung) kann davon ausgegangen werden, dassdie relative Luftfeuchte im Winter nicht unter 35 % sinkt. Die Verwendung von Wäschetrocknernoder eine geringere Belegung kann jedoch zu niedrigeren Luftfeuchten führen.Fall 2 - an den nachzuweisenden Raum angrenzende Wohneinheiten sind unbeheizt:Für den Fall, dass die Nachbarwohnungen nicht belegt sind, wird ein maximaler Luftwechselvon 0,6 1/h für die zu nachzuweisende Wohneinheit angenommen. Der Luftvolumenstromeiner unbeheizten Wohnung wird somit auf die angrenzenden Wohneinheiten aufgeteilt. Dadie unbeheizten Wohneinheiten keine Zuluft beziehen, muss eine zentrale Lüftungsanlagetrotzdem nicht auf einen 0,6-fachen Luftwechsel dimensioniert werden (siehe Abbildung 41).Dezentrale Lüftungsanlagen müssen einen 0,6-fachen Luftwechsel realisieren können, umdie Wärmeverluste zu unbeheizten Nachbarräumen kompensieren zu können.Anmerkung:Der Luftwechsel sollte im Winter aufgrund des geringen Feuchtigkeitsanteils der Außenluftlängerfristig nicht über 0,4 1/h liegen. Kurzzeitig kann der Luftvolumenstrom auf bis zu 0,61/h angehoben werden, ohne ein zu starkes Abfallen der Raumluftfeuchte, mit der damit inZusammenhang stehenden Verringerung der Behaglichkeit, erwarten zu müssen.118


Abbildung 41: Luftwechselzahl für den Fall beheizter Nachbarwohnungen und unbeheizter NachbarwohnungenVerteilung des Luftvolumenstroms innerhalb einer Wohneinheit über die mechanischeLüftungsanlageNach einer ersten Berechnung der Heizlast aller Räume einer Wohneinheit wird der gesamteZuluftvolumenstrom der Wohneinheit, in Abhängigkeit der benötigten Heizleistung, anteilsmäßigauf die Räume mit Zuluftöffnungen aufgeteilt. Der gesamte Abluftvolumenstrom derWohneinheit wird auf die Räume mit Abluftauslässen anteilsmäßig über die Nettoraumflächenaufgeteilt. Da das aus einem Raum abgeführte Luftvolumen aus anderen (temperierten)Räumen zuströmt, wird der Abluftvolumenstrom einer Zone behandelt als wäre er einZuluftvolumenstrom. Die Temperatur dieses Volumenstroms entspricht dabei dem festgelegtenZielwert der operativen Raumtemperatur. Ein Raum, in dem weder Zuluftöffnungen, nochAbluftauslässe vorhanden sind, bezieht jene Luftmenge, die von den angrenzenden Räumenabgeführt wird und dabei diesen Raum durchströmt.InfiltrationsluftwechselDer Infiltrationsluftwechsel wird gemäß ÖNORM EN ISO 12831 [ONO03] bzw. ÖNORM H7500 [ONO06] über folgende Formel ermittelt:V 2 n e dem Erdreich gemäß ÖNORM H 7500 [ONO06] mit 1,0 angenommen werden kann. Bei eiinf,i 50 i i(91)V inf,in50e i im³/h Infiltrationsvolumenstromm² Luftwechselrate bei einer Druckdifferenz von 50 Pa- Abschirmungskoeffizient- HöhenkorrekturfaktorWobei der Höhenkorrekturfaktor bei Gebäuden mit einem Raumhöhenmittel bis 10 m über119


nem Raumhöhenmittel von mehr als 10 m über dem Erdreich wird der Höhenkorrekturfaktornach folgender Gleichung berechnet: h i 1049(92) i- HöhenkorrekturfaktorhMRaumhöhenmittel über ErdreichDer Abschirmungskoeffizient kann der folgenden Tabelle entnommen werden:Tabelle 35: Abschirmungskoeffizient für verschiedene Gebäudestandorte [DRA07]8.6.4 Wärmeverluste zum ErdreichDie Wärmeverluste zum Erdreich sind nach ÖNORM EN ISO 13370 [ONO08d] zu berechnen.Diese enthält ein Verfahren zur Ermittlung stündlicher Temperaturwerte für das angrenzendeErdreich. Die ermittelten Temperaturwerte des Erdreichs werden dann als Randbedingungfür den Wärmetransport durch den erdberührten Bauteil herangezogen.8.6.5 Wärmeverlust zu PufferräumenFür die Berechnung der Heizlast eines Raumes müssen angrenzende, unkonditionierte Zonenberücksichtigt werden. Dabei wird so vorgegangen, dass der Temperaturgang in diesenPufferräumen analog zu dem tatsächlich zu berechnenden Raum simuliert wird. Als Randbedingungfür die Temperatur in konditionierten Räumen wird dabei der Zielwert der operativenTemperatur in der konditionierten Zone herangezogen. Die berechnete Temperatur imPufferraum wird anschließend als Randbedingung für den betrachteten Raum herangezogen.8.6.6 Wärmeverlust zu NachbarwohnungenAnalog zur Vorgangsweise bei der Ermittlung der Randbedingung für Pufferräume werdenauch für angrenzende Nachbarwohneinheiten die sich einstellenden operativen Raumtemperaturenvorab ermittelt. Als Randbedingung für die Temperatur in konditionierten Räumen120


wird dabei der Zielwert der operativen Temperatur in der konditionierten Zone herangezogen.Bei der Ermittlung der Temperaturen in der angrenzenden Wohneinheit werden keineinneren Lasten und keine Heizleistung berücksichtigt. Es wird somit davon ausgegangen,dass die Wohneinheit nicht belegt ist. Die ermittelte Temperatur wird anschließend alsRandbedingung für die Berechnung der Heizlast des betrachteten Raumes herangezogen.Vereinfachtes Verfahren:Grenzt ein Raum an eine benachbarte Wohneinheit, kann als Randbedingung eine konstanteRaumtemperatur im Nachbarraum von 18 °C angesetzt werden. Untersuchungen haben gezeigt,dass diese Temperatur in Niedrigstenergiegebäuden, auch bei länger andauernderAbwesenheit der Personen in einer Wohneinheit nicht unterschritten wird.8.6.7 Wärmeverlust zu angrenzenden Räumen innerhalb einer WohneinheitEs kann grundsätzlich angenommen werden, dass sich angrenzende Räume innerhalb einerWohneinheit auf dem gleichen Temperaturniveau befinden, wie der Raum für den der Nachweisder Zuluftbeheizbarkeit durchgeführt wird. Es findet daher kein Wärmeaustausch zwischendiesen Räumen statt. Grenzt jedoch ein Raum ohne Zuluftöffnung an einen Raum mitZuluftöffnung, wird als Randbedingung eine konstante Temperatur von 22 °C angenommen.Die Temperatur in dem Raum würde sonst unverhältnismäßig schnell abfallen, da in der Berechnungdieser Zone kein Wärmeeintrag berücksichtigt wird.8.6.8 Berücksichtigung von WärmebrückenWärmebrücken werden in dem Raumsimulationsmodell mit einem Wärmebrückenzuschlagberücksichtigt. Dieser berechnet sich nach folgender Gleichung:UWB,kU WB , k iA kl i ji ili j jAkW/m²K Wärmebrückenzuschlag für ein Bauteil kW/mK längenbezogener Wärmebrückenkoeffizient der Wärmebrücke im² Fläche des Bauteils km Länge der linearen Wärmebrücke iW/K punktbezogener Wärmebrückenkoeffizient der Wärmebrücke j(93)8.6.9 Nachweis der ZuluftbeheizbarkeitDer Nachweis der Zuluftbeheizbarkeit wird über eine dynamische Raumsimulation unter Berücksichtigungder oben angeführten Randbedingungen geführt. Das Simulationsmodellkann dabei dem oben beschrieben Raumknotenmodell entsprechen.In der Simulation wird für jede Stunde des Auslegungszeitraums der Mittelwert der operativenRaumtemperatur über die letzten 24 Stunden gebildet. Der während des Auslegungszeitraumsminimal erreichte 24-Stundenmittelwert der operativen Raumtemperatur, sowie die121


während des Auslegungszeitraums minimal erreichte operative Raumtemperatur werden fürden Nachweis der Zuluftbeheizbarkeit herangezogen.Für den Nachweis der Zuluftbeheizbarkeit müssen folgende Berechnungen durchgeführtwerden:Berechnung 1:Berechnung der Raumheizlast ohne LuftwechselLuftwechselzahl = 0 1/h (kein Luftwechsel)Nachbarwohnungen beheiztErmittlung der idealen HeizlastMit der Berechnung 1 wird die benötigte Heizleistung des Raumes zu ermittelt. Diese istdann Grundlage für die Verteilung der Volumenströme innerhalb der Wohneinheit.Berechnung 2:Berechnung der operativen Raumtemperatur während des Auslegungszeitraums Luftwechselzahl = 0,4 1/hZulufttemperatur = AuslegungszulufttemperaturNachbarwohnungen beheiztErmittlung operative RaumtemperaturNachweiskriterium:24-Stundenmittelwert der operativen Raumtemperatur ≥ ZieltemperaturMinimum der operativen Raumtemperatur während des Auslegungszeitraums ≥ Zieltemperatur– 1 KBerechnung 3:Berechnung der zusätzlich erforderlichen Heizleistung bei Zuluftbeheizungund unbeheizten Nachbarräumen Luftwechselzahl = 0,6 1/hZulufttemperatur = AuslegungszulufttemperaturNachbarwohnungen unbeheizt122


Ermittlung operativen RaumtemperaturNachweiskriterium:24-Stundenmittelwert der operativen Raumtemperatur ≥ ZieltemperaturMinimum der operativen Raumtemperatur während des Auslegungszeitraums ≥ Zieltemperatur– 1 KKönnen die Nachweiskriterien nicht zu jeder Stunde des Auslegungszeitraums erfüllt werden,sind zusätzliche Wärmeabgabesysteme vorzusehen. Für die Auslegung dieser Wärmeabgabesystemeist die erforderliche Heizleistung zu ermitteln. Dabei ist der Luftwechsel mit 0,41/h anzusetzen und die Nachbarwohnungen sind als unbeheizt anzunehmen.Berechnung 4:Ermittlung der benötigten Heizleistung für die Auslegung von Wärmeabgabesystemen Luftwechselzahl = 0,4 1/hNachbarwohnungen unbeheiztErmittlung der zusätzlich erforderlichen Heizleistung123


8.7 Definition der meteorologischen Randbedingungen - SommerfallFür die Planung der Kühlsysteme in einem Gebäude sind klimatische Auslegungszuständefestzulegen. Diese müssen so gewählt werden, dass ein Anstieg der Temperatur über einenfestgelegten Grenzwert während einer Hitzeperiode mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossenwerden kann.In diesem Bericht soll ein einheitliches Berechnungsverfahren für die Auslegung von Gebäudenentwickelt werden. Dieses soll sowohl für den Winterfall als auch für den Sommerfallanwendbar sein. Es wird daher ein Modell für die meteorologischen Eingangsdaten hergeleitet,welches sich auf dieselben Grundlagen stützt wie das Modell für den Winterfall.Auch im Sommerfall kann in zwei Klimazustände unterschieden werden. Im Gegensatz zumWinterfall liegt jedoch in beiden Fällen eine hohe solare Einstrahlung vor. Die beiden Klimazuständefür den Sommerfall unterscheiden sich lediglich in der Höhe der Außenlufttemperatur.Es ergeben sich somit zwei Klimaszenarien, die für die Auslegung der Kühlsysteme von Gebäudenmaßgeblich sein können:Klimazustand 1: mäßig hohe Temperaturen klarer Himmel und mäßig hohe solareEinstrahlungKlimazustand 2: extrem hohe Außentemperaturen, klarer Himmel und dadurch extremhohe solare EinstrahlungDie Berechnung der Kühllast wird grundsätzlich für den Sonnenstand am 15. Juli durchgeführt.Außentemperatur für die Auslegungsberechnungen - SommerfallMit dem Klimazustand 1 wird eine länger anhaltende Hitzeperiode berücksichtigt. Als Außentemperaturwird für diesen Zustand der Tagesmittelwert der Außenlufttemperatur herangezogen,der im langjährigen Mittel zumindest 130 Mal in 10 Jahren überschritten wird. DieseTemperatur kann für jeden Standort Österreichs in Abhängigkeit der Seehöhe aus [BMW12]ermittelt werden. Um einen zeitlichen Verlauf der Außentemperatur generieren zu können,wird die Monatsmitteltemperatur mit einer definierten Tagesschwingung überlagert. Diesekann dem halbsynthetischen Klimadatenmodell der ÖNORM 8110-5 [ONO11] entnommenwerden.Mit dem Klimazustand 2 wird eine kurz anhaltende, extreme Hitzeperiode berücksichtigt. AlsAußentemperatur wird für diesen Zustand jener Tagesmittelwert der Außentemperatur herangezogen,der im langjährigen Mittel zumindest 10 Mal in 10 Jahren überschritten wird.Dieser Tagesmittelwert wird analog zum Klimazustand 1 mit einer sinusförmigen Tagesschwingung,deren Amplitude aus [ONO11] ermittelt wird, überlagert.124


Anmerkung:In der ÖNORM B 8110-3 [ONO12a] sind stündliche Werte für die Amplitude der Tagesschwingungangegeben. Das Maximum der Außenlufttemperatur wird dabei um 16:00 Uhrerreicht. Berücksichtigt man dies bei der Überlagerung des Tagesmittelwertes mit der Tagesschwingung,wird der stündliche Verlauf der Außentemperatur wie folgt festgelegt: 2 ( hd 3) A cos 24h,m m d(94) h , m m°C Stundenmitteltemperatur°C TagesmitteltemperaturA dKTagesamplitudeh dhStunde am TagAnwendungsbeispiel:Für den Standort Wien Landstraße ergibt sich für den Klimazustand 1 ein Tagesmittelwertder Außenlufttemperatur von 26 °C und für den Klimazustand 2 ein Tagesmittelwert der Außentemperaturvon 30 °C. Überlagert werden die Tagesmittelwerte mit einer Tagesamplitudevon 5,3 K gemäß ÖNORM 8110-5 [ONO11]. Die sich ergebenden Temperaturverläufe sindAbbildung 42 dargestellt.Abbildung 42: Außenlufttemperaturverlauf für den Sommerfall - Klimazustand 1 und Klimazustand 2Die Einhaltung der gewünschten Raumtemperaturen muss für den Klimazustand 1 dauerhaftmöglich sein. Der Klimazustand 2 stellt hingegen nur ein zeitlich begrenztes Ereignis dar. DieEinhaltung der Temperaturen in einem Raum muss nicht für einen unbegrenzten Zeitraumsichergestellt werden.125


Vor dem Start der eigentlichen Berechnung wiederholt das Simulationsprogramm die Berechnungdes ersten Tages mit dem Auslegungszustand 1 so lange bis ein periodisch eingeschwungenerZustand erreicht wird. Danach startet die eigentliche Berechnung des Klimazustands1. Nach dem ersten Tag wird die Temperatur mittels einer Exponentialfunktion innerhalbvon 5 Tagen auf das Niveau des Klimazustands 2 angehoben.Die Außentemperatur wird in Abhängigkeit der Zeit nach folgender Exponentialfunktion berechnet:hb2424hb hd , K 2 e hd , K 1hd, K 2 ( )(95)h bh bhd, K 2hd, K1°C Außentemperatur zur Stunde h im Berechnungszeitraum°C Außentemperatur im Klimazustand 2 zur TagesstundehStunde im Berechnungszeitraum°C Außentemperatur im Klimazustand 1 zur TagesstundebhdhdDie Simulation wird dann für einen weiteren Tag unter den Bedingungen des Klimazustands2 durchgeführt. Abbildung 43 zeigt die Entwicklung der Außentemperatur über den Simulationszeitraum.Abbildung 43: Außentemperaturverlauf während des Auslegungszeitraumes für den SommerfallSolare EinstrahlungIm Zuge der Untersuchungen im Rahmen dieses Forschungsberichts wurden verschiedeneModelle zur Berechnung der solaren Bestrahlungsstärke untersucht. Die Berechnung dersolaren Einträge lässt sich in folgende Teile aufgliedern:126


Berechnung des SonnenstandsBerechnung der Strahlung auf eine horizontale FlächeBerechnung der Strahlung auf eine beliebig orientierte und geneigte FlächeBerechnung der Strahlung durch eine beliebig orientierte und geneigte transparenteFlächeDie Berücksichtigung einer eventuellen Verschattung durch Umgebungsbebauung oder auskragendeBauteile muss in der Berechnung der solaren Einstrahlung auf die Verglasungenenthalten sein.Berechnung des SonnenstandsModelle für die Ermittlung des Sonnenstands sind in unterschiedlichen Quellen niedergeschrieben.Die Berechnung des Sonnenstands kann z. B. nach den Ausführungen in derRichtlinie VDI 6007 [VDI10] erfolgen. Der Sonnenstand kann mithilfe der VDI-Richtlinie fürjede Stunde im Jahresverlauf über die Sonnenhöhe und den Sonnenazimut festgelegt werden.Als Eingangswerte werden lediglich der geografische Längen- und Breitengrad des Ortes,für den die Berechnung durchgeführt wird, benötigt. Auf die einzelnen Berechnungsschrittewird hier nicht näher eingegangen.Berechnung der Strahlung auf eine horizontale FlächeDie solare Einstrahlung wird nach VDI 6007 [VDI10] berechnet. Dabei wird für den Klimazustand1 eine Sonnenwahrscheinlichkeit von 100 % angesetzt. Für den Klimazustand 2 errechnetsich die Strahlungsintensität nach folgender Formel:I Isol, h, K 2 sol , h, K1 1, 33(96)I sol , K 2I sol , K 1W/m² Stundenmittelwert der Strahlungsintensität– Klimazustand 2W/m² Stundenmittelwert der Strahlungsintensität – Klimazustand 1Die Erhöhung der Strahlungsintensität um 33 % wurde gewählt, da die Strahlungsberechnungnach [VDI10] für die Auslegung von Gebäuden im Sommerfall zu geringe Werte ergibt.Berechnung der Strahlung auf eine beliebig orientierte und geneigte FlächeDie VDI 6007 [VDI10] beinhaltet auch einen Formelapparat für die Umrechnung der Strahlungvon einer horizontalen Fläche auf eine beliebig orientierte und geneigte Fläche.Anwendungsbeispiel:Für den Standort Wien ergeben sich für den Klimazustand 1 je nach Ausrichtung der Flächedie in Abbildung 44, Abbildung 45, Abbildung 46, Abbildung 47 und Abbildung 48 dargestelltenVerläufe der Strahlungsintensität. Die Intensität der Global-, Diffus- und Direktstrahlungliegt bei dem Klimazustand 2 jeweils um ein Drittel höher.127


Abbildung 44: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine horizontale Fläche fürden Klimazustand 1 (Sommerfall)Abbildung 45: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nach Norden ausgerichteteFläche für den Klimazustand 1 (Sommerfall)128


Abbildung 46: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nach Osten ausgerichteteFläche für den Klimazustand 1 (Sommerfall)Abbildung 47: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nach Süden ausgerichteteFläche für den Klimazustand 1 (Sommerfall)129


Abbildung 48: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nach Westen ausgerichteteFläche für den Klimazustand 1 (Sommerfall)Die Strahlungsintensität im Klimazustand 2 liegt (wie oben beschrieben) um jeweils 33 %höher als im Klimazustand 1.Die Zusammensetzung der beiden Klimazustände zu einem Strahlungsverlauf für den Auslegungszeitraumerfolgt analog zur Vorgangsweise bei der Bildung des Temperaturverlaufsfür den Auslegungszeitraum.Die Strahlungsintensität wird in Abhängigkeit der Zeit nach folgender Exponentialfunktionberechnet:hb2424h b hd , K 2 hd , K1 hd, K 2I I e ( I I )(97)Ih bIhd, K 2h bIhd, K 1W/m² Strahlungsintensität zur Stunde h im Berechnungszeitraum°C Strahlungsintensität zur Tagesstunde h im Klimazustand 2h Stunde im Berechnungszeitraum°C Strahlungsintensität zur Tagesstunde h im Klimazustand 1bddIn Abbildung 49, Abbildung 50, Abbildung 51, Abbildung 52 und Abbildung 53 sind die Verläufeder Intensität der Direkt-, Diffus- und Globalstrahlung für verschiedene Ausrichtungendargestellt.130


Abbildung 49: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine horizontale Fläche währenddes Auslegungszeitraums (Sommerfall)Abbildung 50: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nach Norden ausgerichteteFläche während des Auslegungszeitraums (Sommerfall)131


Abbildung 51: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nach Osten ausgerichteteFläche während des Auslegungszeitraums (Sommerfall)Abbildung 52: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nach Süden ausgerichteteFläche während des Auslegungszeitraums (Sommerfall)132


Abbildung 53: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nach Westen ausgerichteteFläche während des Auslegungszeitraums (Sommerfall)Durch die Festlegung des Verlaufs der Außenlufttemperatur und des Verlaufs der Strahlungsintensitätwurde das Klimamodell für den Sommerfall definiert. In Abbildung 54 ist derZusammenhang zwischen dem Tagesmittel der Außenlufttemperatur und dem Tagesmittelder Globalstrahlung auf eine horizontale Fläche für mehre Messjahre am Standort Wien dargestellt.Zusätzlich sind die Tagesmittel der Außentemperatur und der Globalstrahlung derhergeleiteten Auslegungszustände in der Abbildung enthalten.Abbildung 54: Zusammenhang zwischen dem Tagesmittel der Globalstrahlung und der Außenlufttemperatur mitKennzeichnung der Auslegungsklimazustände für den Sommerfall, Datenquelle: Messdaten der Wetterstation derTU Wien in der Adolf-Blamauer-Gasse aus den Jahren 2005, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012 (Jan-Apr).133


Berechnung der Strahlung durch eine beliebig orientierte und geneigte transparente FlächeDie Berechnung des Strahlungsdurchgangs durch transparente Bauteile ist in der Beschreibungdes Simulationsmodells enthalten (siehe Kapitel 8.3.4).134


8.8 Berechnung der KühllastDie nachfolgend hergeleiteten Randbedingungen sind für die Berechnung der sensiblenKühllast von Räumen vorgesehen. Auf die Berechnung der latenten Kühlleistung (Entfeuchtungsleistung)wird hier nicht eingegangen.8.8.1 Operative TemperaturDer Zielwert der operativen Raumtemperatur wird in Absprache mit dem Auftraggeber festgelegt.Für Büronutzung wird ein Sollwert der operativen Temperatur von 25 °C empfohlen.Tiefere Temperaturen führen zu einem erheblich höheren Energiebedarf, ohne dabei dieBehaglichkeit zu verbessern.8.8.2 Innere LastenDie für die Berechnung der Kühllast heranzuziehenden inneren Lasten werden in Kapitel 6ausführlich beschrieben. Für die Kühllastberechnung ist der Standardbetriebsstrombedarf zuverwenden, ausgenommen die zukünftigen Nutzer sind bekannt, so kann auch mit dem effizientenoder einem genau ermittelten Betriebsstrombedarf gerechnet werden. Dies führt zueiner optimalen Auslegung der Haustechnikanlage.8.8.3 LuftwechselDer bei der Berechnung der Kühllast anzusetzende Luftwechsel setzt sich bei natürlicherBelüftung der Räume aus dem Maximum aus hygienischem Luftwechsel und Infiltrationsluftwechselzusammen. Bei Verwendung einer mechanischen Lüftungsanlage wird der anzusetzendeLuftvolumenstrom aus der Summe aus dem Luftwechsel über die Lüftungsanlage unddem Infiltrationsluftwechsel gebildet. Der Wärmeeintrag durch die Ventilatoren der Lüftungsanlagemuss, in Abhängigkeit ihrer Lage und ihrer Leistung, bei der Berechnung der Kühllastberücksichtigt werden.Hygienischer LuftwechselFür Wohnräume wird eine Luftwechselzahl von 0,4 1/h bezogen auf das Nettoraumvolumenangesetzt. Wie in der ÖNORM B 8110-3 [ONO12a] ist für die Berechnung der Kühllast vonBüroräumen zwischen 5:00 Uhr und 22:00 Uhr pro Person ein Volumenstrom von 35 m³/h zuberücksichtigen.Die oben erwähnten Luftwechselraten stellen Empfehlungen für den hygienisch notwendigenMindestluftwechsel dar. Wird in der Planung ein anderer Luftvolumenstrom vorgesehen, istder höhere von beiden Werten anzusetzen.InfiltrationsluftwechselEs kann davon ausgegangen werden, dass der Infiltrationsluftwechsel keinen wesentlichenBeitrag zur Erhöhung der erforderlichen Kühlleistung hervorruft. Der Wärmeaustausch zufolgedes Infiltrationsluftwechsels kann daher bei der Berechnung der Kühllast vernachlässigtwerden.135


8.8.4 Wärmeaustausch mit dem ErdreichDie Wärmeverluste zum Erdreich sind nach ÖNORM EN ISO 13370 [ONO08d] zu berechnen.Diese enthält ein Verfahren zur Ermittlung stündlicher Temperaturwerte für das angrenzendeErdreich. Die ermittelten Temperaturwerte des Erdreichs werden als Randbedingungfür den Wärmetransport durch den erdberührten Bauteil herangezogen.8.8.5 Wärmeaustausch mit PufferräumenFür die Berechnung der Kühllast eines Raumes müssen angrenzende, unkonditionierte Zonenberücksichtigt werden. Dabei wird so vorgegangen, dass der Temperaturgang in diesenPufferräumen analog zu dem tatsächlich zu berechnenden Raum simuliert wird. Als Randbedingungfür die Temperatur in konditionierten Räumen wird dabei der Zielwert der operativenTemperatur in der konditionierten Zone herangezogen. Die berechnete Temperatur imPufferraum wird anschließend als Randbedingung für den betrachteten Raum herangezogen.8.8.6 Wärmeaustausch mit NachbarwohnungenAnalog zur Vorgangsweise bei der Ermittlung der Randbedingung für Pufferräume werdenauch für angrenzende Nachbarwohneinheiten die sich einstellenden operativen Raumtemperaturenvorab ermittelt. Als Randbedingung für die Temperatur in konditionierten Räumenwird dabei der Zielwert der operativen Temperatur in der konditionierten Zone herangezogen.Die ermittelte Temperatur wird anschließend als Randbedingung für die Berechnungder Kühllast des betrachteten Raumes herangezogen.8.8.7 Wärmeaustausch mit PufferräumenFür die Berechnung der Kühllast eines Raumes müssen angrenzende, unkonditionierte Zonenberücksichtigt werden. Dabei wird so vorgegangen, dass der Temperaturgang in diesenPufferräumen analog zu dem tatsächlich zu berechnenden Raum simuliert wird und die erhalteneTemperatur anschließend als Randbedingung für den betrachteten Raum herangezogenwird.8.8.8 Wärmeaustausch mit NachbarwohnungenAnalog zur Vorgangsweise bei der Ermittlung der Randbedingung für Pufferräume werdenauch für angrenzende Nachbarwohneinheiten die sich einstellenden operativen Raumtemperaturenvorab ermittelt. Die ermittelte Temperatur wird anschließend als Randbedingung fürdie Berechnung der Kühllast des betrachteten Raumes herangezogen.8.8.9 Wärmeaustausch mit angrenzenden Räumen innerhalb einer WohneinheitEs kann grundsätzlich angenommen werden, dass sich angrenzende Räume innerhalb einerWohneinheit auf dem gleichen Temperaturniveau befinden, wie der Raum für den die Berechnungder Kühllast durchgeführt wird. Es findet daher kein Wärmeaustausch zwischenRäumen innerhalb einer Wohneinheit statt.136


8.8.10 Berücksichtigung von WärmebrückenWärmebrücken werden in dem Raumsimulationsmodell mit einem Wärmebrückenzuschlagberücksichtigt. Dieser berechnet sich nach folgender Gleichung:HWB,ki ili j jAk(98)H WBk,W/KWärmebrückenzuschlag für den Bauteil kA km² Fläche des Bauteils k il i jW/mKmW/Klängenbezogener Wärmebrückenkoeffizient der Wärmebrücke iLänge der linearen Wärmebrücke ipunktbezogener Wärmebrückenkoeffizient der Wärmebrücke j8.8.11 Berechnung der RaumkühllastDie in einem Raum benötigte Kühlleistung wird über eine dynamische Raumsimulation unterBerücksichtigung der oben angeführten Randbedingungen berechnet. Das Simulationsmodellkann dabei dem oben beschrieben Raumknotenmodell entsprechen.In der Simulation wird für jede Stunde des Auslegungszeitraums der Mittelwert der ideal benötigtenKühlleistung gebildet. Der während des Auslegungszeitraums maximal erreichteStundenmittelwert der benötigten Kühlleistung wird als Kühllast des Raumes bezeichnet undfür die Auslegung der Kühlanlage verwendet.8.8.12 Berechnung der GebäudekühllastDie Gebäudekühllast kann aus der Summe der einzelnen Raumkühllasten für jede Stundedes Auslegungszeitraums berechnet werden. Dazu müssen jedoch die einzelnen Räumeohne die Verluste bzw. Gewinne zu den angrenzenden Wohneinheiten berechnet werden.Alternativ dazu kann eine Mehrzonen-Simulation für das gesamte Gebäude durchgeführtwerden. Dabei ist jeder Raum des Gebäudes als eine Zone im Simulationsmodell zu modellieren.137


8.9 Nachweis über die Vermeidung sommerlicher ÜberwärmungDie Randbedingungen für den Nachweis der Vermeidung sommerlicher Überwärmung sindin der aktuell gültigen ÖNORM B 8110-3 [ONO12a] bereits ausführlich beschrieben. DerNachweis lässt sich auf Grundlage der gültigen Normung auch für Niedrigstenergiegebäudeführen. In diesem Forschungsbericht wird versucht eine einheitliche Berechnungsumgebungfür die Auslegung von Niedrigstenergiegebäuden zu schaffen. Der Nachweis der Vermeidungsommerlicher Überwärmung gemäß ÖNORM B 8110-3 beruht auf der Berechnung desTagesganges der operativen Temperatur und gliedert sich daher sehr gut in die hier vorgestellteBerechnungsumgebung ein. Laut Norm wird der Nachweis jedoch nur für einen sichperiodisch wiederholenden Tag geführt. Der anzusetzende Tagesmittelwert der Außentemperaturentspricht dabei jenem Tagesmittelwert der Außentemperatur der in 10 Jahren 130Mal überschritten wird (gem. ÖNORM B 8110-5 [ONO11]). Die Berechnungen werden somitfür einen länger andauernden Zeitraum mit relativ hohen Außentemperaturen durchgeführt.Der Nachweis sollte jedoch auch extrem hohe und dafür kürzer auftretende Außentemperaturenberücksichtigen. Erst dadurch wird die unterschiedliche thermische Speicherkapazitätvon Baumaterialien für den Nachweis der Vermeidung sommerlicher Überwärmung ausreichendberücksichtigt. Es wird daher empfohlen, die oben hergeleiteten meteorologischenRandbedingungen für den Sommerfall in das Nachweisverfahren zur Vermeidung sommerlicherÜberwärmung aufzunehmen. Da sich alle in diesem Bericht behandelten Auslegungsverfahrenfür Gebäude auf dieselbe Berechnungsmethodik und einheitlich gewählte Randbedingungenstützen, kann auf das vereinfachte Verfahren für den Nachweis der Vermeidungsommerlicher Überwärmung verzichtet werden.138


9 Modifikation der EnergiebedarfsberechnungDie Bestimmung des Primärenergiebedarfs und der Treibhausgasemissionen eines Gebäudesbasiert auf der Ermittlung des Energiebedarfs für die verschiedenen Energieträger ander Systemgrenze Et. Wie in der folgenden Abbildung ersichtlich ist dazu eine Beschreibungdes Energiebedarfs des Aufwandes für die Verteilung und Speicherung von Energie und derVerluste der Bereitstellung notwendig. Grundsätzlich ist die Beschreibung der Komponentenin den ÖNORMEN H 50xx enthalten. Eine verbesserte Beschreibung von wesentlichenKomponenten zur Energiebereitstellung in Niedrigstenergiegebäuden erfolgt in Kapitel 9.1und notwendige Modifikationen der Berechnung des gesamten Energiesystems in Kapitel9.2.9.1 Komponentenmodellierung9.1.1 BiomassekesselEin Biomassekessel besteht aus einer Brennkammer, in der die Biomasse verbrannt wird. Inder Brennkammer wird die Wärme mittels Strahlung an die Wände und in weiterer Folge andas Wasser abgegeben. Nach der Brennkammer kommen Rauchgaszüge. Dort wird mittelsWärmetauscher innere Energie vom Rauchgas durch Wärmeübergang an die Wärmetauscherwand,durch Wärmeleitung durch die Wärmetauscherwand und schließlich durch Wärmeübergangvon der Wärmetauscherwand an das Wasser übertragen, in welchem die Energiein Form von innerer Energie weitertransportiert wird. Das erwärmte Wasser wird in einenSpeicher eingespeist und von dort aus verteilt. Dies ist notwendig, um das häufige An- undAusschalten, auch Takten genannt, des Biomassekessels zu minimieren.Das vermehrte Zünden und kurze Betriebszeiten verringern den Jahresnutzungsgrad undsteigern die Emissionsbelastung des Kessels. Um dies zu verhindern, ist es sinnvoll, Biomasselkesselnur in Kombination mit einem Speicher zu betreiben [DRÜ99]. Forschungsergebnissezeigen, dass sich bei Biomassekesseln, welche mit einem Speicher betrieben werden,die Taktzyklen verringern [STR07]. Dabei spielt die Art des Speichers (durchmischterSpeicher oder Schichtspeicher) für das Gesamtsystem auch eine wichtige Rolle, siehe Abbildung55.Abbildung 55: Taktverhalten eines Wärmeerzeugers mit unterschiedlichen Speichertypen, selbe Volumina[FLO10]In der Norm EN 303-5:1999 [ONO99] wird nur der stationäre Betriebszustand (Voll- und Teillast)abgebildet. Das dynamische Verhalten (Anfahren, Abkühlen und Speichereffekte) desKessels wird nicht berücksichtigt. Dadurch wird das Realverhalten nicht gut widergespiegelt.139


Diese Norm befindet sich in Überarbeitung. Dabei werden diese instationären Zustände Berücksichtigungfinden [HEC10].Die Emissionsmessung während des Anfahrens sollte dabei auch beachtet werden. Um denKessel genau abbilden zu können, müssen die einzelnen Verluste (siehe Abbildung 56), genausowie die Aufteilung der elektrischen Energie gemessen werden.Biomassekesselmodelle gibt es in unterschiedlichen Detaillierungsgraden. Modelle in Excel,Dymola und Trnsys berüchsichtigen die dynamischen Effekte des Kessels [HUB11]. Dafürwerden momentan Parameter aus Messungen übernommen, um das Realverhalten abbildenzu können (Abkühlverhalten, Gluterhaltung), da die Daten aus dem Prüfprotokoll nicht ausreichen.Für die vereinfachte Berechnung auf Stundenbasis kann der folgende Formelapparatherangezogen werden. Die Grundlage dieser Vereinfachung ist die Modellbildung ausden Projekten Gebin und Adres [BOI12] [EIN11].Abbildung 56: Energieflussdiagramm Biomassekessel [BOI12]Um den Verbrauch der Biomasse zu ermitteln, muss zwischen den Betriebszuständen „Anfahren“und „stationärer Betrieb“ unterschieden werden. Während des Anfahrvorganges wirdBiomasse in die Brennkammer gefördert, jedoch noch keine thermische Leistung abgegeben.Im stationären Zustand kann mit einem kontinuierlichen Brennstoffmassenstrom gerechnetwerden. Es wird nicht unterschieden zwischen Teil- und Volllastbetrieb.140


m t ñim Anfahrvorgangzm Q tstatñim stationären Betriebη Hu 0 keine Anforderung ñ 0(99)Die elektrische Energie berechnet sich aus:Wel Pztz PVertstat Wstandby(100)m kg Brennstoffmasseverbrauchkg/h Brennstoffmassestrom PrüfberichtWirkungsgradPrüfbericht- AnforderungssignalH u kWh/kg unterer Heizwert DatenblattW el Wh el. ArbeitP z W el. Leistung Zündstab Prüfberichtt z h Zünddauer PrüfberichtP Ver W Mittlere el. Leistung Prüfberichtt stat h Zeit des stationären BetriebsW standby Wh el. Grundlast Prüfberichtܳ̇ W abgegebene thermische Leistung141


Abbildung 57: Wassertemperaturverlauf und Signale eines Pelletskessels [SAL11]Um einen Biomassekessel realitätsnahe abzubilden, reicht die Simulation auf Stundenbasisnicht aus, da die Zündvorgänge nur einige Minuten andauern (siehe Abbildung 57). Um dieseEffekte mit zu berücksichtigen, ist eine Zeitschrittweite zu wählen, die der Größenordnungder Zündvorgänge entspricht. Die oben beschriebenen Formeln bilden auf Stundenbasis,den Biomassekessel genauer ab als das Monatsbilanzverfahren, da das Startverhalten mitberücksichtigt wird.9.1.2 Wärmepumpe / KältemaschineFormelzeichen nach EN 14511Die Kompressionswärmepumpe ist heute die am häufigsten eingesetzte Wärmepumpe.Kompressionswärmepumpen sind geschlossene Systeme. Die Abbildung 58 zeigt ein Prozessschaltbildeiner solchen Anlage.Zum Antrieb des Verdichters können Elektromotoren, Gasmotoren, Diesel- oder Ottomotorenund Dampf- oder Gasturbinen eingesetzt werden. Man spricht dann von elektrischer Wärmepumpe,Gaswärmepumpe etc. Beim Antrieb mittels Wärmekraftmaschinen kann die thermischeEnergie des Kühlwassers dem Heizkreislauf der Wärmepumpe zugeführt werden. Begrenztist die Verwendung des einstufigen, einfachen Aufbaues durch den, mit höheremTemperaturniveau des abgegebenen Wärmestroms immer größer werdenden, Druck imKondensator (praktische Grenze bei herkömmlichen Systemen bei 25 bar). Dieser Typ derWärmepumpe ist in der Heizungstechnik am weitesten verbreitet. Man kann diese Anlagen142


heute als kompaktes Gerät aus dem Katalog kaufen und ebenso problemlos wie einen Heizkesselinstallieren und betreiben. Vom exergetischen Standpunkt bietet diese Lösung denVorteil, dass nur theoretisch die zum Heizen benötigte Exergie zum Verbraucher transportiertwerden muss.Im Heizungsbereich werden verschiedene Primärenergiequellen eingesetzt. Die Umgebungslufthat den Nachteil, dass im Winter die Temperaturen unter den Gefrierpunkt absinkenkönnen. Schon bei 5 °C kommt es zu Vereisungsproblemen am Wärmetauscher. Darüberhinaus ist ein großer Nachteil, dass gerade im Winter, zur Zeit des größten Bedarfs,wegen der niedrigen Umgebungstemperatur die Leistungsziffer stark sinkt. Um die thermischeEnergie der Erde (landläufig auch Erdwärme genannt) zu nützen, werden Rohre unterder Frostgrenze im Erdreich verlegt. Wegen der schlechten Wärmeleitzahl des Erdreichssind große Heizflächen erforderlich.Wasser eignet sich sehr gut als Primärenergiequelle. So hat zum Beispiel Grundwasser auchim Winter eine Temperatur von 8 bis 10 °C. In manchen Gegenden ist auch Thermalwassermit höherer Temperatur verfügbar. Am wertvollsten ist natürlich warmes Abwasser. Abwassersollte man allerdings besonders genau auf aggressive oder die Wärmetauscher verschmutzendeStoffe untersuchen. Ein wesentliches Problem beim Einsatz einer Wärmepumpezur Gebäudeheizung ist die erforderliche Temperatur, mit der das Heizsystem gespeistwird. Liegt diese tief, wie zum Beispiel bei einer Fußbodenheizung, ist die Leistungszifferwesentlich besser als bei einem Kreislauf mit Radiatorheizung.Abbildung 58: Kompressionskältemaschine /WärmepumpeKompressionskältemaschine:QO PCWärmepumpe:QN PHWärmepumpen und Kompressionskältemaschinen arbeiten nach dem gleichen Prinzip. DerUnterschied besteht in der Nutzung der zu- und abgeführten Energie. Bei der Kompressionskältemaschinewird der Wärmestrom (P C ) dem zu kühlenden Raum entzogen und - vergrößertum die mechanische Leistung - als Abwärmestrom an die Umgebung abgegeben. Die143


Wärmepumpe entzieht der Umgebung den Wärmestrom ( ) und bringt mithilfe des Verdichtersauf ein höheres Temperaturniveau. Dort wird der Wärmestrom (P H ) an den zu heizendenRaum abgeben. Dieser Unterschied wird in Abbildung 59 ersichtlich. Es gibt Geräte,die sowohl als Wärmepumpe als auch als Kältemaschine eingesetzt werden können.Abbildung 59: Energiebilanz einer reversiblen a.) Kompressionskältemaschine und b.) WärmepumpeUm den Wirkungsgrad zu beschreiben wird in der Norm EN 14511 [ONO11c] die “energyefficiency ratio“ (EER) für Kompressionskältemaschinen und die „coefficient of performance“(COP) für Wärmepumpen als Kenngrößen beschrieben.Bei der Prüfung nach EN 14511 [ONO11c], EN 255 [ONO98] und EN 15879-1 [ONO11d]werden für bestimmte Temperaturpaarungen der Verdampfer- und Kondensatorvorlauftemperaturdie Heiz- bzw. Kühlleistung, die elektrische Leistung und die COP/EER gemessen.Die Messung erfolgt in einem stationären Zustand und spiegelt das Realverhalten nur zumTeil wider. Mit diesen Prüfergebnissen werden die verschiedenen Wärmepumpen und Kompressionskältemaschinenjeweils untereinander vergleichbar, siehe Abbildung 60.144


Abbildung 60: COP für unterschiedliche Wärmepumpen [MAR11]Es entsteht durch diese Prüfung ein Datensatz (Abbildung 61). Dieser kann auch als Kennlinienfeldin einem Diagramm dargestellt werden (Abbildung 62), das meist vom Herstellergeliefert wird.Abbildung 61: Prüfresultate Sole/Wasser Wärmepumpen nach EN14511 [WPZ12]145


Abbildung 62: Exemplarisches Kennlinienfeld einer Wärmepumpe.Wärmepumpen und Kompressionskältemaschinen können in der Simulation auf zwei Artenabgebildet werden:thermodynamische KreisprozesseKennlinienfeldDas physikalische Modell der thermodynamischen Gleichungen ist das genauere. Jedocherfordert es die Kenntnis aller notwendigen Parameter, die für die Wärmepumpe oder Kompressionskältemaschinecharakteristisch sind. Diese werden üblicherweise nicht bekanntgegeben.KennlinienfeldVorteil des Modells mittels Kennlinienfelder ist, dass dieses durch die Prüfprotokolle vorliegt.Mit dem Kennlinienfeld wird das Verhalten der Wärmepumpe oder Kompressionskältemaschinehinreichend genau abgebildet. Nachteil dabei ist, dass nur in diesem Kennlinienfeldfür die Temperaturpaarungen interpoliert wird. Stellen sich Temperaturen außerhalb desKennlinienfeldes ein, liefert dieses Modell keine brauchbaren Ergebnisse.146


Bei der Modellbildung muss man zwei Betriebszustände unterscheiden, den Heiz- und denKühlbetrieb. Je nach Betriebsart wird das jeweilige Kennlinienfeld für die Interpolation herangezogen.Heizbetrieb:COP PPHE(101)Q P PO H E(102)TTQ,ausL,out T TQ,einL,inQOm cQQabsm cLpLpQ(103)(104)COP - coefficient of performanceW Heizleistung im Zeitpunkt Interpol. aus dem KennlinienfeldWel. Leistung der Wärmepumpe im ZeitpunktInterpol. aus dem Kennlinienfeldܳ̇ W der Wärmequelle entzogener Wärmestroṁ ܳ௦W die abgegebene Wärmemenge der Wärmepumpe°C Temperatur der Wärmequelle, aus – Austritt aus der WP, ein - Eintritt in die WPkg/h Massenstrom der Quellenseite ‏̇kJ/kgKspez. Wärmekapazität des Quellenmedium°C Temperatur der Lastseite, aus – Austritt aus der WP, ein - Eintritt in die WPkg/h Massenstrom der Lastseite ‏̇kJ/kgKspez. Wärmekapazität des lastseitigen MediumsKühlbetrieb:EERPPCE(105)Q P PN C E(106)147


TTQ,ausL,out T TQ,einL,inQNm cQQabsm cLpLpQ(107)(108)EER - energy efficiency ratioW Kühlleistung im Zeitpunkt Interpol. aus dem KennlinienfeldWel. Leistung derWärmepumpe im ZeitpunktInterpol. aus dem Kennlinienfeldܳே̇ W der Wärmequelle zugeführter Wärmestroṁ ܳ௦W dem Gebäude entzogene Wärmeleistung°C Temperatur der Wärmequelle, aus – Austritt aus der WP, ein - Eintritt indie WPkg/h Massenstrom der Quellenseite ‏̇kJ/kgKspez. Wärmekapazität des Quellenmedium°C Temperatur der Lastseite, aus – Austritt aus der WP, ein - Eintritt in dieWPkg/h Massenstrom der Lastseite ‏̇kJ/kgKspez. Wärmekapazität des lastseitigen MediumsFür den Realbetrieb ist die Jahresarbeitszahl (JAZ) aussagekräftig, da sich die Betriebspunkteje nach Primärenergiequelle über das Jahr verändern.JAZP dtH P dtE(109)Um das Realverhalten von Wärmepumpen noch besser abbilden zu können, sind mehrMesspunkte mit unterschiedlichen Temperaturpaarungen sinnvoll. Wünschenswert sindTemperaturen auf der Lastseite von 30 °C und tiefer, da diese Temperaturanforderungen beiNiedrigstenergiehäusern mit Flächenheizung vermehrt vorkommen.9.1.3 ErdreichmodellBei der oberflächennahen "Erdwärme"-Nutzung wird mittels Kollektoren (Abbildung 63) diethermische Energie der oberflächennahen Erdschichten genutzt. Dabei wird dem Erdreichmittels Kollektoren thermische Energie entzogen oder zugeführt. Die oberflächennahe Erdwärmeist eine Folge der gespeicherten Solareinstrahlung. Vereinfachte Modelle rechnen miteiner fixen Bodentemperatur. Diese Temperatur stammt aus Erfahrungswerten. Es wird je-148


doch nicht der Entzug oder das Einbringen von Wärme in und aus dem Boden berücksichtigt.Somit ist die Berechnung mittels einer konstanten Bodentemperatur über das Jahr nichtausreichend genau.Abbildung 63: Verlege Art horizontaler Wärmeüberträger [KAL06]Es gibt sehr ausführliche, dreidimensionale Berechnungsmodelle, die den Entzug bzw. dasEinbringen von thermischer Energie berücksichtigen [GLÜ09]. Dieses Modell wird vereinfachtund als eindimensionales Mehrschichtmodell (Abbildung 64) mit den folgenden Formelnbeschrieben, wobei folgende Annahmen gelten:Homogenes Erdreich mit konstanten Stoffwerten.In Längsrichtung eines Kollektorrohres herrschen immer konstante Temperaturen innerhalbeines Simulationsschrittes.Berücksichtigt wird nur der Niederschlag, das Grundwasser wird nicht berücksichtig.Die letzte Schicht (i=N) hat eine konstante Temperatur149


Abbildung 64: Aufbau des ErdreichmodellsFür die Berechnung wird folgende Beziehung eingeführt:a ΔtM x²(110)Für die oberste Schicht (i=1) ergibt sich folgende Temperaturi1 M ( u , n 1 i, n 1 ) (1 2 M ) i, n1 wennu, n 1 0F( u , n1 i, n1 ) VNScpw M ( u, n1 i, n1 ) (1 2 M ) i, n 1 wennu , n1 0cpBx L B(111)Für jede weitere Schicht gilt: M( ) (1 2M) i1 i1, n1 i1, n1 i, n1(112)Für die Schicht, in der sich der Kollektor befindet, ergibt sich folgende Temperatur:Q ΔtiKollektor M( i 1, n1 i 1, n1 ) (1 2M) i, n 1L B x ρ cpB(113)M - Modula m²/s Temperaturleitfähigkeit des BodensSZeitschrittweitex m Schichtdicke150


°C Temperatur in der i-ten Schicht°C UmgebungstemperaturF - Durchlässigkeit des BodensV NS m³/m² flächenbezogene Niederschlagsmengecp w J/kgK Spezifische Wärmekapazität des Wasserscp B J/kgK Spezifische Wärmekapazität des Bodenskg/m³Dichte des BodensL m Länge des simulierten FeldesB m Breite des simulierten FeldeskJEingebracht bzw. Entzogener EnergieAbbildung 65: Vergleich der unterschiedlichen ErdreichmodelleIn Abbildung 65 werden die unterschiedlichen Modelle zur Berechnung der Erdreichtemperaturin 50 cm Tiefe mit Messungen verglichen. Es ist ersichtlich, dass das einfache TRNSYSModell 501 dem Temperaturtrend folgt, jedoch die Schwankungen nicht wiedergeben kann.Die gemessen Schwankungen können nur von dem Mehrschichtmodell reproduziert werden.Untersuchungen in Gebin haben ergeben, dass die Abweichung von vereinfachten Modellenzum Mehrschichtmodell mit der Tiefe steigt [GEB12]. Für eine realitätsnahe Abbildung der151


Erdreichtemperatur ist es notwendig, diese zu berechnen und nicht mit einem konstantenWert anzunehmen, wie es momentan im Energieausweis der Fall ist.9.1.4 WindkraftanlageWindkraftanlagen werden nach der DIN EN 61400 [DIN11a] geprüft.Bei der Modellierung von Windkraftanlagen wird nicht auf die unterschiedlichen Regelungsarten(Stall- und Pitch) eingegangen. Eine weitere Vereinfachung ist, dass die Windgeschwindigkeitin der Nabenhöhe bekannt ist. Dies ist jedoch ein Unsicherheitsfaktor, wieauch die gemittelte Windgeschwindigkeit während einer Stunde. Die elektrische Leistungergibt sich nach den folgenden Formeln. Die unterschiedlichen Phasen werden in Abbildung66 ersichtlich.Pel 0 wennv v Phase1v vWindanlaufP wennv v v Phase2Wind saettigung n anlauf Wind saettigungvsaettigung vanlauf P wennv v v Phase3n saettigung Wind abschalt 0 wenn v v Phase 4abschaltWind(114)P el W el- LeitungP n W Nennleistung der Windkraftanlage Datenblattv wind m/s Windgeschwindigkeitv saettigung m/s Anlagen - Maximalgeschwindigkeit Datenblattv anlauf m/s Anlagen - Mindestgeschwindigkeit Datenblatt152


Abbildung 66: Zusammenhang zwischen Windgeschwindigkeit und am Generator abnehmbarer Leistung [KAL06]Liegt die Geschwindigkeit nicht in Nabenhöhe vor, kann sie mittels der folgenden Formelabgeschätzt werden.vNabenhöhevhNabeMessungh Messung(115)h Nabe m Nabenhöheh Messung m Höhe des MesspunktesV Nabenhöhe m/s Windgeschwindigkeit - NabenhöheV Messung m/s Windgeschwindigkeit- HöhenfaktorWie in Abbildung 67 ersichtlich, wird der Höhenexponent nur sehr grob unterteilt. Im ProjektAdres wurden genauere Untersuchungen angestellt, wie sich der Wind im Siedlungsgebietverhält. Dabei spielt die Windrichtung im Zusammenhang mit der umliegenden Gebäudehöheeine große Rolle. [EIN11]153


Abbildung 67: Abhängigkeit des Höhenexponenten [HAU03]Es ist kein Vergleich möglich, da Windkraftanlagen noch nicht im Energieausweis berechnetwerden. Das oben beschriebene Modell ist ein Ansatz für die Berechnung.9.1.5 SolarthermieFormelzeichen nach EN 12975-2:2006 [ONO06a]Solarkollektoren wandeln die Solarstrahlung in thermische Energie um. Die thermischeEnergie wird über ein Energieträgermedium üblicherweise in einen Speicher abtransportiert.Abbildung 68: Energiebilanz SolarkollektorEin Kollektor besteht aus folgenden Bauteilen:154


Absorber: Der Absorber wandelt die kurzwellige Strahlung in thermische Energie um. DasMaterial muss Temperaturen bis 200 °C widerstehen können. Das Absorptionsvermögen desMaterials im sichtbaren Bereich soll möglichst hoch sein, hingegen möglichst gering im Wellenlängenbereichder Wärmestrahlung.Abdeckung: Die Abdeckung reduziert die konvektiven Verluste an die Umgebung. Das eingesetzteMaterial ist transparent, um möglichst durchlässig für Solarstrahlung zu sein.Gehäuse: Das Gehäuse verschafft dem Kollektor die notwendige Stabilität. Weiters ist imGehäuse eine Dämmung angebracht, um die Wärmeleitungsverluste an die Umgebung zuminimieren.Die Ermittlung der Leistung erfolgt durch den solaren Eintrag abzüglich der Summe der Verluste.Ein Teil der zugeführten Energie erwärmt den Kollektor, die restliche Energie wird überdas Betriebsmittel abgeführt.P P Pzu Koll abCKolld dK I A T T m c T T2 dt dt Koll KollG es Koll VL RL p VL RL(116)(117)WinkelfaktorWirkungsgradA Koll m² Kollektorfläche DatenblattI KollGes W/m² Globale StrahlungsintensitätkJ/KWärmekapizität des KollektorsT VL °C VorlauftemperaturT RL °C Rücklauftemperatur‏̇kg/s Massenstrom c P kJ/kgK Spezifische WärmekapazitätIn die Gleichung gehen folgende Größen ein:WinkelfaktorWirkungsgradGesamtstrahlung auf den KollektorKollektorflächeDer Winkelfaktor beschreibt die Abhängigkeit der Strahlungsenergie vom Einfallswinkel unddie damit verbundene Absorption und Reflektion der Abdeckscheiben. Der Winkelfaktor wirdmittels der Kollektorkennwerte b 0 und b 1 in Abhängigkeit von bestimmt.155


2 1 1 KΘ 1 b0* 1 b1* 1 cos(Θ 1) cos(Θ 1) (118)Üblicherweise wird nur der Winkelfaktor für 50° Einfallswinkel angegeben. In diesem Fallwird der quadratische Term vernachlässigt ( ) und b 0 mithilfe der nachstehendenFormel errechnet.b01K1(50 )11cos(50 )(119)Abbildung 69: Winkelfaktor K eines Solarkollektors in Abhängigkeit vom EinfallswinkelDer Kollektorwirkungsgrad definiert ein Verhältnis von Nutzen zu Aufwand.ηkollnutzbarer Wärmestrom pro FlächeneinheitEinstrahlungsintentsitätQAINutzKollKollges(120)Als Näherung an reale Kollektorwirkungsgrade wird das Wirkungsgradverhalten eines Solarkollektorswie folgt beschrieben:tm ta(tm ta)²ηkoll η0 a1 a2 2G G(121)Q Nutz W NutzleistungA Koll m² Kollektorfläche DatenblattI KollGes W/m² Globale StrahlungsintensitätT o - Konversionsfaktor des Solarkollektors Prüfzeugnisa 1 W/(m²K) linearer Wärmeverlustkoeffizient Prüfzeugnis156


a 2 W/(m²K²) quadratischer Wärmeverlustkoeffizient PrüfzeugnisG W/m² hemisphärische solare Bestrahlungsstärke Prüfzeugnist m K mittlerer Temperatur des Wärmeträgerst a K AußenlufttemperaturDabei ist zu beachten, ob A Koll die Bruttofläche A G , die Aperturfläche A a oder die AbsorberflächeA A bezeichnet. Es ist jener Wert zu verwenden, auf den der Wirkungsgradwert im Prüfprotokollbezogen ist.In der Praxis hat sich diese Vereinfachung als sinnvoll erwiesen, da man für bestimmteStrahlungsleistungen auf den Kollektor mithilfe dieser einfachen Formel das Verhalten einesSolarkollektors mit einer Genauigkeit berechnen kann, die für die meisten Simulationen oderAuslegungsrechnungen ausreichend genau ist. Um den Wirkungsgrad von Solarkollektorenin dieser Weise berechnen zu können, werden Kollektoren an bestimmten Betriebspunktenin speziellen Prüfständen vermessen. Die Ermittlung entsprechender Leistungskennliniennach EN 12975-2 [ONO06a] wird in Österreich bei ”arsenal research“ in Wien durchgeführt.Durch die Prüfung nach Norm sind die Solarkollektoren ausreichend abgebildet. Um eineVerbesserung der Charakterisierung zu erwirken, wären noch mehr Prüfpunkte bei unterschiedlichenEinstrahlungswerten interessant.Um die Vorgänge in einem Kollektor genau abzubilden, gibt es auch Simulationsmodelle mitphysikalischen Gleichungen. Für diese Modelle ist es schwierig, alle Parameter des Kollektorszu bestimmen. Es muss dabei der Aufbau genau eingegeben werden. Dies benötigt einegenaue Kenntnis der Geometrie und verbauten Materialien. Diese Art der Modellierung wirdmeist nur für Spezialfälle und Forschungsfragen gewählt. Die stundenweise Ermittlung desErtrags liefert realistischere Ergebnisse als das Monatsbilanzverfahren.9.1.6 PhotovoltaikDie strahlungsphysikalischen Grundlagen sind für Photovoltaiksysteme gleich wie für dieSolarthermiekollektoren in Abschnitt 9.1.5.Bei der Photovoltaik wandeln Solarzellen Solarstrahlung direkt in elektrische Energie um.Solarzellen sind aus zwei Halbleitern aufgebaut, wovon einer einen positiven (p-dotiert) undder andere einen negativen (n-dotiert) Ladungsüberschuss aufweist. Werden diese Halbleiterzusammengebracht, entsteht eine Grenzschicht. Die Solarstrahlung bewirkt eine Wanderungder Ladungsträger über die Grenzschicht hinaus. Dadurch entsteht eine Spannung. Wird derStromkreis über die außenliegende Metallschicht geschlossen, fließt elektrischer Strom.157


Abbildung 70: Aufbau einer Solarzelle und deren Ersatzschaltbild. [HÄB07]Als Einflussfaktoren für die momentane Leistung eines Photovoltaikmoduls wurden folgendeFaktoren berücksichtigt:ModultemperaturWechselrichterverlusteAC- und Zählerverluste (Verluste hinter dem Wechselrichter)ReflexionsverlusteTeilbeschattung einzelner ModuleModulverschmutzungSchneebedeckungMPP-Tracking-FehlerP I η k kPV_ elektrKollGes PVModulK V Tk 1c * T TT T ZG O(122)(123)k T - Temperatur Korrekturfaktorc T 1/K Temperaturkoeffizient der MPP-Leistung DatenblattT ZG °C Strahlungsgewichtete Modul Temperatur Messung/BerechnungT O °C Umgebungstemperatur Messaufbau25°CPrüfzeugnisP PV_ elektrWW/m²Globale Strahlungsintensität158


- Wirkungsgrad Prüfzeugnis- Winkelfaktor- Verschmutzungskorrekturfaktor AnnahmeDer Faktor k v berücksichtig die Verschmutzung des Moduls. Dabei können aus der Literatur[HÄB07] folgende Werte entnommen werden: für leichte Verschmutzung: 0,97 für mäßige Verschmutzung: 0,93 für starke Verschmutzung: 0,9Mit den Werten aus Norm CEI IEC 60904 [ONO07d] können Photovoltaik Module ausreichendgenau abgebildet werden. Wichtig ist noch die Erweiterung der Norm hinsichtlich derMessung bei unterschiedlichen Einstrahlungswerten. Die Messung sollte um die Messpunktebei 200-800W/m² (Abbildung 71) erweitert werden. Dies ist wichtig für die genauere Abbildungder Wirkungsgradkennlinie.Abbildung 71: Einfluss von Strahlung und Temperatur auf die Strom- Spannung - Kennlinie unter Standardtestbedingungen.Die Berechnung für Photovoltaiksysteme ist in der Energieausweisberechnung noch nichtenthalten. Dies sollte mit dem oben beschriebenen Grundlagen Berücksichtigung finden.9.1.7 WarmwasserspeicherFormelzeichen nach DIN EN 12977 [DIN12]159


In einem Heizsystem ist der Speicher die zentrale Komponente für die Sammlung, Speicherungund Verteilung von thermischer Energie. Es müssen folgende Aufgaben erfüllt werden:Aufnahme der von der Solaranlage gelieferten thermischen Energie.Aufnahme der vom Heizkessel gelieferten thermischen Energie.Erwärmung des TrinkwassersWärmeversorgung der Raumheizung.Ein Speicher im System ist sinnvoll, um das Takten von Biomassekessel und Wärmepumpezu reduzieren. Dabei müssen Speicher und Erzeuger von thermischer Energie aufeinanderabgestimmt sein, da bei falscher Auslegung das Takten nicht reduziert wird. Durch das Taktenergibt sich eine schlechtere Auslastung der Erzeuger von thermischer Energie (siehe9.1.1) [HEC10]. Weiters ist ein Speicher auch bei Solarthermieanlagen notwendig, da sichdas Energieangebot nicht immer mit der Nachfrage deckt.Be- und Entladung:Dabei wird erwärmtes Wasser in den Speicher eingespeist. Woher das erwärmte Wasserstammt, ist für den Speicher nicht relevant. Der Behälter ist zur Umgebung gedämmt, um dieWärmeverluste zu minimieren. Bei Bedarf wird das warme Wasser oder Energie in Form vonWärme, über Wärmetauscher, entnommen.Die wichtigste Kenngröße eines Speichers ist die Wärmeverlustrate an die Umgebung. InAbbildung 72 wird ersichtlich, dass die meisten der geprüften Speicher innerhalb der Normliegen. Die Verlustraten einzelner Speicher mit gleichem Volumen weisen eine große Bandbreiteinnerhalb der Norm auf. Dies hat einen Einfluss auf das ganze Systemverhalten.Abbildung 72: Wärmeverlustrate nach DIN EN 12977 [DRÜ06]160


Speicher lassen sich in unterschiedliche Arten einteilen, hier wird die Einteilung über dieTemperaturverteilung gewählt. Bei einem einfachen Speicher herrscht im ganzen Behältereine einheitliche Temperatur. Sie werden in Folge als durchmischter Speicher bezeichnet.Die Speichertemperatur ergibt sich aufgrund der Durchmischung des eingebrachten mit demvorhandenen Wasser im Speicher.Um die Effektivität zu steigern, ist es sinnvoll, die Schichtungseigenschaft des Wassers auszunutzen.Wenn bei der Beladung z. B. mittels Schichtladelanzen darauf geachtet wird, dasses zu keiner Durchmischung kommt, bilden sich stabile thermische Schichten. Die eingebrachteEnergie im Speicher wird optimal genutzt. Diese Art bezeichnet man als Schichtenspeicher.In der nachstehenden Formel wird allgemein die Energiebilanz für einen Speicherbeschreiben. Es ergibt sichd m cp Q Q Q QdtsS C H D V(124)Bei einem vollständig durchmischten Speicher stellt sich die Temperatur nach folgenderGleichung für den jeweiligen n+1-ten Zeitschritt ein.t [δ mcp Q δ m cp UA a ] s ,n 1 s, n c c c,i, n s,n H , n D D s,n D ,o ,n s ,ncp m SQ̇େW Wärmestrom BeladekreislaufQ̇ୌW Wärmestrom el. ZusatzheizungQ̇ୈW Wärmestrom EntladekreislaufQ̇W Wärmestrom Verluste∆t s Zeitschrittweiteϑ ୱ °C Speichertemperaturϑ ୡ,୧,୬ °C Temperatur des Beladekreislaufϑ ୈ,୭,୬ °C Temperatur Entladekreislaufϑa °C UmgebungstemperaturUA W/K Wärmeverlustrate des Speichers Prüfzeugniscp kJ/(kgK) spez. Wärmekapizitätm ୗ kg Massen des Fluid im Speichers Prüfzeugnisṁ େ kg/s Massenstrom Beladekreislaufṁ ୈ kg/s Massenstrom Entladekreislauf161


δ ୶ - Betrieb der Pumpe 0/1 x=D Enladekreislauf, x=C(125)Beladekreislauf:Für einen Schichtspeicher kann die oben beschreibende Formel für jede Schicht angewandtwerden. Dabei wird sie um die Terme für die erzwungene und freie Konvektion an denSchichtengrenzen erweitert.Abbildung 73: Schichtenspeicher [EIC12]Es stellt sich für die i-te Schicht zum n+1-ten Zeitpunkt folgende Temperatur ein.t [δ mcp Qδ mcps,n1 s,n C,i C c,i,n s,i,n h,i,n D,i Dcp mS UA a δ mcp( ) δ mcp( ) s,i,n D,o,n i s,n i i s,i1,n s,i,n i i1 s,i,n s,i1,nλA ( 2 )eff ,iq,i s,i1,n s,i,n s,i1,nzi(126)∆t s Zeitschrittweiteϑ ୱ,୧ °C Speichertemperatur für die i-te Schichtϑ ୡ,୧,୬ °C Temperatur des Beladekreislaufϑ ୈ,୭,୬ °C Temperatur Entladekreislaufϑa °C Umgebungstemperatur162


UA i W/K Wärmeverlustrate der Speicherschichtcp kJ/kgK spez. Wärmekapizitätm ୗ kg Massen des Fluid im Speichers Prüfzeugnisṁ େ kg/s Massenstrom Beladekreislaufṁ ୈ kg/s Massenstrom Entladekreislaufδ ୶ - Betrieb der Pumpe 0/1 x=D Entladekreislauf, x=CBeladekreislaufା/ିδ ୧- Berücksichtigung des Energieeintrags (+) undAustrags (-) von der angrenzenden SchichtA q m² Querschnittsflächez m Schichthöheλ ୣ,୧ W/mK Effektive WärmeleitfähigkeitDie effektive Wärmeleitfähigkeit ist eine einfache Näherung, bei der Wärmeleitfähigkeit undKonvektion in eine vertikale Wärmeleitfähigkeit zusammengefasst werden. Die effektiveWärmeleitfähigkeit beträgt bei innenliegenden Wärmetauschern 1-1.5 W/(mK), liegen keineEinbauten vor, wird er mit 0.644 W/(mK) angenommen [EIC12].Speicher werden nach der Norm DIN EN 12977 [DIN12] geprüft. Dabei werden die Verlustean die Umgebung (=Verlustrate) untersucht. Dies ist der wichtigste Wert bei der thermodynamischenBetrachtung eines Speichers. Für die Praxis ist die Modellierung mithilfe der Verlustrateausreichend genau.163


9.2 SystemberechnungAbbildung 74: Darstellung Bilanzgrenzen [IEA10]9.2.1 Haushaltsstrombedarf (HHSB) und Betriebsstrombedarf (BSB)Der Betriebsstrombedarf in Kapitel 6 erläutert.9.2.2 Beleuchtung – Berechnung des Nutz- und Endenergiebedarfs für BeleuchtungEinleitungDie Ermittlung des Energiebedarfs für Beleuchtung erfolgte mittels [DIN11] Teil 4 bzw.[ONO08] und aus den Überlegungen aus [LEE10]. Der große Unterschied zwischen diesenArbeiten liegt im stundenbezogenen Abwickeln des Nutzerverhaltens und des Klimas. Die[DIN11] und die [ONO08] sehen nur Berechnungen für den Jahres- und Monatsenergiebedarfvor, während in [LEE10] durch die stundenweisen Berechnungen Jalousienstellungen,Anwesenheitswahrscheinlichkeiten usw. genauer berechnet werden.Grundsätzlich wird zwischen tageslichtversorgten und nicht tageslichtversorgten Bereichenunterschieden. Aus der Fenstergeometrie und anderen Faktoren, wie z. B. der Sturzhöhe,ergeben sich bessere bzw. schlechtere Tageslichtquotienten. Einen großen Einfluss auf dentageslichtversorgten Bereich haben auch die Jalousien.Die gesamten Abhängigkeiten sind in Abbildung 75 zu sehen:164


Abbildung 75: Parameter des Beleuchtungsenergiebedarfs; Quelle: [FOU07]BilanzierungsansatzIn [DIN11] werden aufgrund der monatlichen Berechnungen Teilbetriebsfaktoren zur Berücksichtigungder Tageslichtversorgung und der Präsenz eingeführt. Der Vorteil der Arbeit[LEE10] liegt darin, dass durch die stundenbezogene Abbildung des Nutzerverhaltens, keineeffektiven Betriebszeiten mit Faktoren eruiert werden müssen, sondern die Nutzenergie fürBeleuchtung durch reine Aufsummierung über die Stunden entsteht. Gleichzeitig wird jedeStunde entschieden, ob es notwendig ist, das Licht einzuschalten, auch in Abhängigkeit derVerwendung eines Sonnenschutzes und der Präsenz. Die Anwesenheit wird mit Hilfe vonZufallszahlen ermittelt.Unterteilung der GebäudezonenDie Gebäudezonen sollten bei unterschiedlicher Nutzung und unterschiedlichen Anforderungenan die Beleuchtungsstärke in lichttechnische Berechnungsbereiche unterteilt werden.Komponenten der verschiedenen Nutzung sind:der Wartungswert der Beleuchtungsstärkedie Höhe der Nutzebenedie Betriebszeitdie AnwesenheitBeleuchtungsanforderungen und Vorschriften für verschiedene Nutzungen findet man in der[ONO11a] bzw. in der Arbeitsstättenverordnung [BUN12].165


KunstlichtDie elektrische Anschlussleistung kann nach [DIN11] mittels drei verschiedenen Verfahrenberechnet werden:Tabellenverfahrenvereinfachtes Wirkungsgradverfahrendetaillierte FachplanungIn dieser Arbeit wird das Tabellenverfahren verwendet. Dieses Verfahren ist ideal für dieschnelle und überschlägige Ermittlung der elektrischen Anschlussleistung. Im Gegensatzzum Wirkungsgradverfahren sind beim Tabellenverfahren keine weiteren externen Informationenwie z. B. Leuchtenkataloge erforderlich. Das hat aber die Folge, dass die Ergebnisseaus dem Tabellenverfahren nicht so genau sind, wie die aus dem Wirkungsgradverfahren[FOU07]. Die Qualität der Ergebnisse reicht aber für die Berechnung des elektrischen Beleuchtungsenergiebedarfsvöllig aus.TabellenverfahrenDie installierte elektrische Anschlussleistung hängt von den folgenden Parametern ab:Wartungswert der BeleuchtungsstärkeBeleuchtungsartLampentyp inklusive BetriebsgerätMinderungsfaktor für den Bereich der SehaufgabeRaumgeometrieFür die Reflexionsgrade wurden Standardwerte verwendet. Der Lichtreflexionsgrad für denBoden und den Außenbereich liegt bei 0,2, für die Wand bei 0,5 und für die Decke wird derWert 0,7 angenommen.Die elektrische Anschlussleistung errechnet sich aus folgender Formel:_p p E k k k klx m WF A L R(127)pp lxdie spezifische elektrische Bewertungsleistung [W/m²]die spezifische elektrische Bewertungsleistung bezogen auf die Grundfläche jelx Wartungswert der Beleuchtungsstärke auf der Nutzebene für Leuchten mitstabförmigen Leuchtstofflampen und elektronischen Vorschaltgeräten (EVG)[W/(m².lx)]166


_E mk WFder Wartungswert der Beleuchtungsstärke [lx]der Anpassungsfaktor zur Berücksichtigung des Wartungsfaktorsk Ader Minderungsfaktor zur Berücksichtigung des Bereiches der Sehaufgabek Lder Anpassungsfaktor Lampe für nicht stabförmige Leuchtstofflampenk Rk WFWF0,67WFder Anpassungsfaktor Raum(128)der Wartungsfaktor, der nach Önorm EN 12464-1 Alterungsprozesse bis zurnächsten Anlagenwartung berücksichtigt.Spezifische elektrische BewertungsleistungDie spezifische elektrische Bewertungsleistung p lx resultiert aus der Beleuchtungsart. Die[DIN11] unterscheidet hier direkte, direkte/indirekte und indirekte Beleuchtung.Tabelle 36: Rechenwerte der spezifischen elektrischen Bewertungsleistung p lxbezogen auf die Grundfläche je lxWartungswert der Beleuchtungsstärke auf der Nutzebene für Leuchten mit stabförmigen Leuchtstofflampen undelektronischen Vorschaltgeräten (EVG)Wartungswert der Beleuchtungsstärke und WartungsfaktorDer Wartungswert der Beleuchtungsstärke ergibt sich aus der Nutzung. Dieser Wert beträgtz. B. bei Verkehrsflächen 100 lx und in Büros 500 lx. In Abbildung 76 erkennt man den Verlaufder Beleuchtungsstärke mit und ohne Wartung. Als Standardwert sind für den WartungsfaktorWF = 0,67 anzunehmen. In sehr sauberen Räumen mit Lampen geringer Lichtstromabnahmeund geringer Ausfallquote und sauberen bzw. oft gereinigten Leuchten kann voneinem Wartungsfaktor von WF = 0,8 gerechnet werden. In grob verschmutzten Räumen undschlecht gewarteten Räumen kann WF bis zu 0,2 erreichen. (siehe Abbildung 76).167


Abbildung 76: Exemplarischer Wartungszyklus einer Beleuchtungsanlage; Quelle: [FOU07]Minderungsfaktor zur Berücksichtigung der SehaufgabeDieser Wert beschreibt die Abminderung des Wartungswertes der Beleuchtungsstärke, daman z. B. im Büro davon ausgehen kann, dass nicht die gesamte Fläche mit 500 lx beleuchtetwird, sondern nur der Bereich der Sehaufgabe. Außerdem stellt der Wartungswert derBeleuchtungsstärke für den Umgebungsbereichsicher, dass eine gewisse Gleichmäßigkeitdes Lichtes im Raum gewährleistet wird. Ansonsten kann es zu visueller Überlastungund Unbehagen führen. Laut [DIN11] darf der Minderungsfaktorentnommen werden, er kann aber auch wie folgt berechnet werden._E mNach [ONO11a] gelten für und die Werte in folgender Tabelle:_E u_E uk Avereinfacht aus Tabellen_E m_E uTabelle 37: Zusammenhang zwischen und ; Quelle: [ONO11a]168


Um_E uberechnen zu können, wurde die Tabelle in eine Formel verwandelt und vereinfachtangenommen, dass der 1,5-fache Wert von_E u_E mergibt.__EmEu1,5(129)Der Minderungsfaktork Awird mit folgender Formel berechnet:EukA bf (1 bf) _E_m(130)AwobeiSb(131)fA_E uA Sb fder Wartungswert der Beleuchtungsstärke für den unmittelbaren Umgebungsbereichum den Bereich der Sehaufgabe [lx]die Fläche der Sehaufgabe [m²]der Anteil der Fläche der Sehaufgabe an der GesamtflächeAnpassungsfaktork LLampe für nicht stabförmige LeuchtstofflampenIn Tabelle 38 wird die stabförmige Leuchtstofflampe mit einem Faktor von 1,0 als Standardangegeben. Es wird auch noch zwischen den verschiedenen Vorschaltgeräten unterschieden.Tageslichtabhängige Beleuchtungskontrolle funktioniert nur mit dimmbaren, elektronischenVorschaltgeräten.169


Tabelle 38: Anpassungsfaktorgraden abhängig. Für die Reflexionsgrade werden, wie vor schon beschrieben, die StankLfür unterschiedliche Lampentypen; Quelle: [DIN11]Anpassungsfaktor Raumk RDer Raumindexk Rkann nach [DIN11] entweder aus Tabellen entnommen oder berechnetwerden. Er hängt von der Raumform, der Höhe der Nutzebene und der Positionierung derLeuchten im Raum ab.Zur Berechnung wird folgende Formel angewendet:a bk h ( b a )R R'RRR≥ 0,6 (132)ka Rder Raumindexdie Raumtiefe [m]b Rdie Raumbreite [m]'h Rdie Differenz aus den Höhen der Leuchtenebene und der Nutzebene [m]Wird der Raumindex kleiner als 0,6, so wird mit einem Raumindex von 0,6 weitergerechnet.Der Anpassungsfaktork Rist außerdem noch von der Beleuchtungsart und den Reflexions-170


dardwerte verwendet. Die Werte für den Anpassungsfaktorwerden aus Tabelle 39 interpoliert.k RTabelle 39: Anpassungsfaktork Rzur Berücksichtigung des Einflusses der Raumauslegung; Quelle: [DIN11]PräsenzdetektionEs wird in allen Zonen von Bewegungsmeldern ausgegangen. Folglich wird kein Beleuchtungsenergiebedarfberechnet, wenn keine Personen anwesend sind. Diese Annahme istzwar nicht sehr realistisch für konventionelle Bürobauten, da das Licht nicht immer beim Verlassendes Raumes ausgeschaltet wird. Hinsichtlich der Optimierung eines Gebäudes isteine Präsenzkontrolle aber notwendig.TageslichtDer Einfluss des Tageslichts auf den Nutzenergiebedarf der Beleuchtung ist sehr wesentlich,denn umso mehr Tageslicht verwendet wird, umso mehr an Beleuchtungsenergie kann eingespartwerden. Die gesamtenergetische Bewertung hinsichtlich der steigenden Kühlenergiebei der Vergrößerung der Fenster muss aber dabei berücksichtigt werden. Vorerst werdendie gesamten Bereiche in tageslichtversorgte und nicht tageslichtversorgte Bereiche unterteilt.Danach wird der Tageslichtquotient für die Rohbauöffnung D RB ermittelt. In diesen Wertfließen alle Parameter ein, welche mit der Planung zu tun haben. Raumtiefe, Fensteranordnung,Verbauung usw. bestimmen diesen Quotienten.TageslichtbereichJene Berechnungsbereiche, welche an Fassaden liegen und daher mit Tageslicht versorgtwerden, unterteilt man in tageslichtversorgte und nicht tageslichtversorgte Flächen. Tiefe undBreite bei tageslichtversorgten Bereichen werden grundlegend von der Fassadengestaltungbeeinflusst.Die maximale Tiefe definiert sich über:a 2,5 ( h h)TL St Ne(133)a TLdie maximale Tiefe des tageslichtversorgten Bereiches [m]h Stdie Sturzhöhe über dem Fußboden [m]171


h Nedie Höhe der Nutzebene über dem Fußboden [m]In der [DIN11] wird die Parapetthöhe nicht berücksichtigt. Der Lichteinfall ist nicht direkt vonder Parapetthöhe abhängig. Dies kann man sehr gut in Abbildung 77 „Höhere Brüstung“ erkennen.Außerdem beschreibt die [DIN11] noch eine Zuschlagsregel. Diese besagt, dass wenn diegesamte Raumtiefe das 1,25fache vona TLnicht überschreitet, dann darf die gesamteRaumtiefe für die Berechnung der tageslichtversorgten Fläche herangezogen werden.Die Breite des Tageslichtbereichs errechnet sich aus:bTLb TLa 2 bFenster4TLdie Breite des tageslichtversorgten Bereichs [m](134)b Fensterdie Breite des Fensters (Rohbaumaß) [m]Die tageslichtversorgte Fläche ergibt sich aus folgender Gleichung:A a bTL TL TL(135)A TLdie Fläche des tageslichtversorgten Bereichs [m²]Die nicht mit Tageslicht versorgte Fläche ergibt sich somit aus folgender Gleichung:A AAKTL(136)TLA KTLAdie Fläche des nicht tageslichtversorgten Bereichs [m²]die Fläche des Raumes [m²]Abbildung 77 stellt den Einfluss verschiedener Fenstergeometrien auf den Tageslichtbereichdar:172


Abbildung 77: Einfluss der Fenstergeometrie auf den Tageslichtbereich; Quelle: [FOU07]Tageslichtquotient der RohbauöffnungDieser Quotient gibt die mittlere innere Beleuchtungsstärke im errechneten Tageslichtbereich,zur unverschatteten Beleuchtungsstärke im Freien, in Prozent an. Laut [DIN11] wirddie Tageslichtversorgung in Abhängigkeit vonD RBwie folgt klassifiziert:D RB Gut bei ≥ 6 %D RB Mittel bei 6 % > ≥ 4 %D RB Gering bei 4 % > ≥ 2 %D RB Keine bei < 2 %173


Der Tageslichtquotient wird aus drei Indizes errechnet. Nämlich dem Transparenzindex, demRaumtiefenindex und dem Verbauungsindex.Der Transparenzindex entspricht dem Verhältnis der Rohbauöffnung zur tageslichtversorgtenFläche.ITrAARBTL(137)I TrA RBA TLder Transparenzindexdie Fläche der Rohbauöffnung [m²]die Fläche des tageslichtversorgten Bereichs [m²]Der Raumtiefenindex beschreibt das Verhältnis der tageslichtabhängigen Raumtiefe zur Differenzder Sturzhöhe zur Höhe der Nutzebene.IRtaTLh hStNe(138)I Rtder RaumtiefenindexAlle Effekte, die den Tageslichteinfall auf die Fassade einschränken, werden mit dem Verbauungsindexberücksichtigt. Beeinträchtigungen durch das eigene Gebäude, wie vertikaleoder horizontale Auskragungen, Atrien oder Innenhöfe, genauso wie die Abminderung desLichteinfalls durch Nachbargebäude oder Glasdoppelfassaden gehen hier in die Berechnungenein. Weiters wurde noch ein Faktorzur Berücksichtigung der Fensterlaibung eingeführt.I V , LAI I I I I I IV V , lV V , hA V , vA V , In, At V , GDF V,LA(139)I VI V , lVI V , hAI V , vAI V , In , AtI V , GDFI V , LAder Verbauungsindexder Anpassungsfaktor für lineare Verbauungder Anpassungsfaktor für horizontale Auskragungder Anpassungsfaktor für vertikale Auskragungder Anpassungsfaktor für Innenhöfe und Atriender Anpassungsfaktor für Glasdoppelfassadender Anpassungsfaktor für die Fensterlaibung174


Der Anpassungsfaktor für lineare Verbauung errechnet sich nach:I cos(1,5 ) für (140), 60V, lVV,lVI für (141), 60V, lV0Der Anpassungsfaktor für horizontale Auskragungen ergibt sich aus:I cos(1,33 ) für (142), 67,5V , hAV,hAI für (143), 67,5V , hA0Den Anpassungsfaktor für vertikale Auskragungen berechnet man mit:V lVV lVV hAV hAIV , vA 1 300V , vA(144)Für Innenhöfe und Atrien gibt es viele verschiedene Formen und Geometrien. In diesemPunkt sind vierseitige Höfe (Atrien) betrachtet worden. Für zwei- bzw. dreiseitige Höfe könnenextra Berechnungen herangezogen werden.Die folgende Formel dient der geometrischen Beschreibung des Hofs:h ( a b )In, At In, At In,Atwi2 a bIn, At In,At(145)w ider Lichtschachtindex zur Bewertung der Innenhof- bzw. AtriengeometrieIn sind Erläuterungen für die verschiedenen Anpassungsfaktoren dargestellt.Die nächste Formel gibt den Anpassungsfaktor für Innenhöfe (Atrien) an:IV , In, At10,85 wibei Innenhöfen (146)I k k k (1 0,85 w ) bei Atrien (147)V , In, At V , In, At , D65 V, In, At,1 V , In, At,2 V , In, At ,3 iI für w 1,18(148)V, In, At0i V , In , At , D 65k V , In , At ,1k V , In , At ,2k V , In , At ,3der Lichttransmissionsgrad der Atriumverglasung für senkrechten Lichteinfallder Minderungsfaktor für die Versprossung der Atriumfassadeder Minderungsfaktor für Verschmutzung der Atriumverglasungder Minderungsfaktor für diffusen Lichteinfall175


Abbildung 78: Schemaschnitte zur Erläuterung der verschiedenen Einflüsse und die geometrischen Größen fürden Innenhof; Quelle: [DIN11]Wenn man sich für eine Glasdoppelfassade entscheidet, so geht das auch in den Verbauungsfaktorein. Es wird annähernd analog zum Atrium errechnet.Die nächste Formel ergibt den Anpassungsfaktor für Glasdoppelfassaden:I k k kV , GDF V , GDF , D65 V , GDF ,1 V , GDF ,2 V , GDF ,3(149) V , GDF , D 65der Lichttransmissionsgrad der Verglasung für senkrechten Lichteinfallk V , GDF ,1k V , GDF ,2k V , GDF ,3der Minderungsfaktor für die Versprossung der Glasdoppelfassadeder Minderungsfaktor für Verschmutzung der Glasdoppelfassadeder Minderungsfaktor für nicht senkrechten LichteinfallDie nächste Formel beschreibt den Anpassungsfaktorder Wände nach [SIA04]:IV , LA10,6dLAI V , LAfür die Fensterlaibung bzw. Tiefed LADicke der Laibung bzw. der Wand [m]176


Nach der Berechnung der Indizes (Transparenz, Raumtiefe, Verbauung) kann man näherungsweiseden Tageslichtquotienten ermitteln:D (4,13 20 I 1,36 I ) IRb Tr Rt V(150)Wenn der Raumtiefenindex verhältnismäßig größer als der Transparenzindex wird, kann espassieren, dass die Formel ein negatives Ergebnis auswirft. In diesen Fällen wird mit einemTageslichtquotienten vonweitergerechnet.Somit haben wir den Wert errechnet, der aussagekräftig für die Tageslichtversorgung im tageslichtversorgtenBereich ist. Dieser Quotient ist aber nur für die Rohbauöffnung maßgebend.Das heißt die Verglasung, der Rahmenanteil, der Sonnenschutz usw. sind noch nichtenthalten.DRbTageslichtquotient für nicht aktivierten SonnenschutzDer Tageslichtquotient bei nicht aktiviertem Sonnenschutz errechnet sich über den effektivenLichttransmissionsgrad. Dieser errechnet sich wieder annähernd gleich wie der Verbauungsindexbei Glasdoppelfassaden: 0 k k keff , SNA D65, SNA 1 2 3(151) eff , SNAder effektive Lichttransmissionsgrad bei nicht aktiviertem Sonnenschutz D 65, SNAder Lichttransmissionsgrad der Verglasung für senkrechten Lichteinfallk 1der Minderungsfaktor für Rahmen und Versprossungk 2der Minderungsfaktor für Verschmutzungk 3der Minderungsfaktor für nicht senkrechten Lichteinfall177


Tabelle 40: Richtwerte für Lichttransmissionsgrade Daus [DIN11]65, SNAAufbauend auf den effektiven Lichttransmissionsgrad kann der Tageslichtquotient in Bezugauf das Fenster ermittelt werden:D DSNA eff , SNA Rb(152)D SNAder Tageslichtquotient für nicht aktivierten Sonnenschutz178


Tageslichtquotient für aktivierten SonnenschutzHier wird der effektive Lichttransmissionsgrad aus einer Tabelle der [DIN11] entnommen.Dieser Wert muss noch mit dem Minderungsfaktor für Versprossung k 1 multipliziert werden. keff , SA D65, SA 1(153) eff , SAder effektive Lichttransmissionsgrad bei aktiviertem Sonnenschutzk 1der Minderungsfaktor für Rahmen und VersprossungTabelle 41: Anhaltswerte für Lichttransmissionsgrade eff , SAaus [DIN11]D DSA eff , SA Rb(154)D SAder Tageslichtquotient für nicht aktivierten Sonnenschutz179


Aktivierung des SonnenschutzesIm Kapitel 0 Solare Einstrahlung wird die Umrechnung der horizontalen Strahlung auf beliebiggeneigte Flächen erläutert. Durch die stundenweise Betrachtung ist es möglich in jederStunde zu entscheiden, ob der Sonnenschutz aktiviert ist oder nicht.Die Aktivierung des Sonnenschutzes erfolgt über zwei Schwellen. Die erste Schwelle beträgt50 W/m² für direkte Sonneneinstrahlung. Die zweite Schwelle liegt bei 200 W/m² für die Gesamtstrahlung.Die Schwellenwerte für die Aktivierung sind aus [FOU07] entnommen.Abbildung 79: Betriebszeiten des Sonnenschutzes mit verschiedenen Schwellenwerten [FOU07]Der manuelle Sonnenschutz wird so gerechnet, dass er bei Anwesenheit und Erreichen derSchwellenwerte aktiviert wird. Es ist keine Wahrscheinlichkeit berücksichtigt, dass auf dieDe- bzw. Aktivierung des Sonnenschutzes vergessen wird. Der Unterschied zwischen demautomatischen Sonnenschutz und dem manuellen Sonnenschutz liegt darin, dass der Manuellenur betätigt wird, wenn Personen anwesend sind. Das heißt grundsätzlich, dass der automatischeSonnenschutz auch am Wochenende einen erhöhten Wärmeeintrag verhindert.Der automatische Sonnenschutz wird mit Luxmetern geregelt.I1,33sol, h, K 2 Isol , h, K1 (155)I sol , K 2I sol , K 1W/m² Stundenmittelwert der – Klimazustand 2W/m² Stundenmittelwert der Strahlungsintensität – Klimazustand 1Umrechnung der GesamtstrahlungIn den stundenbezogenen Klimadaten setzt sich die Strahlung aus drei verschiedenen Komponentenzusammen:Direkte Strahlung (abhängig vom Sonnenstand)Diffuse Strahlung (in der Atmosphäre gestreute Strahlung)Reflektierte Strahlung (durch Reflexion von Gebäuden, Erdoberfläche u.a.)180


Durch die Summe dieser drei Parameter wird die Gesamtstrahlung bestimmt. Die Einheit derGesamtstrahlung ist Watt pro Quadratmeter [W/m²]. Um diese Freilandstrahlung auf die EinheitLux [lx] umzurechnen, multipliziert man diese mit einer Konstante:______EF , Ges 109 SGes(156)______E F , GesS Gesdie gesamte Beleuchtungsstärke aus der Freilandstrahlung [lx]die gesamte Gesamtstrahlung im Freien [W/m²]Beleuchtungsstärke im tageslichtversorgten BereichDie Beleuchtungsstärke (auf der Höhe der Nutzebene) im tageslichtversorgten Bereich ergibtsich, in Abhängigkeit des Sonnenschutzes, zu:________E E DTL F,Ges SNA________E E DTL F , Ges SAbzw. (157)(158)__E TLdie Beleuchtungsstärke auf der Nutzebene durch TageslichtNutzenergie für BeleuchtungDie Nutzenergie für Beleuchtung kann nun mit den vorher bestimmten Faktoren berechnetwerden.Nutzenergie im tageslichtversorgten BereichWenn die Beleuchtungsstärke__E mkleiner ist als der geforderte Wert der Beleuchtungsstärke, so wird für den tageslichtversorgten Bereich die Leistung für eine Stunde wie folgt errechnet:__E TLPTL , i1 ZANW , i 1 p ATL 0 ZANW , i 1(159)P TL , ipA TLZ Anw , idie Leistung der Beleuchtung im tageslichtversorgten Bereich zur jeweiligenStunde ohne automatische Beleuchtungskontrolle [W]die spezifische installierte elektrische Leistung [W/m²]die Fläche, die mit Tageslicht versorgt ist [m²]Anzahl der anwesenden Personen in der Zone in der jeweiligen Stunde [W]181


Bei einer Verwendung eines automatischen Dimmers werden keine Verluste mit eingerechnet.Es wird das Verhältnis des Tageslichts zur erwarteten Beleuchtungsstärke abgezogenund mit der spezifischen elektrischen Bewertungsleistung und der Fläche des Tageslichtbereichsmultipliziert:P__E1 ZANW , i 1 (1 ) p A 0 ZANW , i 1ETLTL, kon, i__TL,konm(160)P TL , kon , i__E TLdie Leistung der Beleuchtung im tageslichtversorgten Bereich zur jeweiligenStunde mit automatischer Beleuchtungskontrolle [W]die Beleuchtungsstärke auf der Nutzebene durch Tageslicht__E mder Wartungswert der BeleuchtungsstärkeNutzenergie im nicht tageslichtversorgten BereichIm nicht tageslichtversorgten Bereich wird die Leistung für eine Stunde wie folgt errechnet:PKTL,i1 ZANW,i1 p AKTL0 ZANW,i1(161)P KTL , iA KTLdie Leistung der Beleuchtung im nicht tageslichtversorgten Bereich zur jeweiligenStunde [W]die Fläche die nicht mit Tageslicht versorgt ist [m²]Gesamte Nutzenergie für BeleuchtungDurch die Aufsummierung über die 8760 Stunden im Jahr ergibt sich die Endenergie für Beleuchtungzu:Q ( P P P ) /1000l, b, n TL, i TL, kon, i KTL,i(162)Q l , b , nJahresendenergiebedarf de Beleuchtung [kWh/a]Innere Lasten aus Beleuchtung im Bürobau: P P PIL, Bel, i TL, i TL, kon, i KTL,i(163) IL , Bel , iWärmestrom zufolge Beleuchtung innerer Lasten in der jeweiligen Stunde[W]182


0,5IL, Bel, rIL,BelIL, Bel , c 0,5ILBel(164)(165) IL , Bel , r IL , Bel , cWärmestrom zufolge Beleuchtung innerer Lasten infolge Strahlung [W]Wärmestrom zufolge Beleuchtung innerer Lasten infolge Konvektion [W]AusblickZukünftig soll in den Berechnungen des Beleuchtungsenergiebedarfs auch noch der Power-Factor berücksichtigt werden. Dieser Leistungsfaktor kommt aus der Elektrotechnik und beschreibtdas Verhältnis vom Betrag der Wirkleistung zur Scheinleistung. Bei einer Messungeiner dimmbaren Leuchte ergab sich folgender Verlauf:Abbildung 80: Abhängigkeit von Wirkleistung und LeistungsfaktorDaraus resultiert, dass umso weniger Licht die Leuchte liefern muss, umso mehr Wirkleistungwird verhältnismäßig benötigt. Dieser Umstand kann in zukünftige Berechnungen berücksichtigtwerden.9.2.3 WarmwasserZur Berechnung des Warmwasserwärmebedarfs sind entsprechend der Nutzung Zapfprofilezu verwenden. Die Berechnung der Verteilverluste erfolgt gemäß ÖNORM H 5056 [ONO10].Eine mögliche Erweiterung wäre die detaillierte Berechnung von Verteilleitungen in Schächten.Insbesondere bei gleichzeitiger Verteilung von Warm- und Kaltwasser könnte die Genauigkeitder Berechnung ohne wesentliche Erhöhung des Aufwandes verbessert werden.183


9.2.4 Raumheizung & KühlungDie Berechnung der zeitabhängigen Wärmeleistung zur Einhaltung der operativen Temperaturenerfolgt analog zu Kapitel 8 durch eine vereinfachte Simulation. Die minimale Zonierungist wie in Abbildung 81 dargestellt die Aufteilung des Gebäudes in fassadennahe thermischeZonen und den Kernbereich des Gebäudes. Die fassadennahen Zonen sind eventuell in zweilichttechnische Zonen zu teilen.Abbildung 81: Minimale Zonierung (7 Fassadennahe Zonen + 1 Kernzone)Unkonditionierter Räume (Stiegenhäuser, Wintergärten) sind ebenso als Zone in der Berechnungzu berücksichtigen.184


Bei der Ermittlung der Wärmeströme sind die Verluste aus dem Bereich der Wärmeverteilungzu berücksichtigen. Bis dato wird im Rahmen der ÖNORM H 5056 nur der Verlust imBereich der konditionierten Zonen als rückgewinnbarer Verlust betrachtet und der Verlust imBereich unkonditionierter Bereiche ermittelt, bei der Berechnung der Wärmeverluste überden unkonditionierten Raum aber nicht mehr berücksichtigt. Eine bessere Näherung wärediesen Verlust zu berücksichtigen.Abbildung 82: Schematische Darstellung für eine konditionierte Zone und eine unkonditionierten Zone mit einerwärmeabgebenden LeitungDie Berechnung des Wärmeverlustes vom konditionierten Raum über den unkonditioniertenRaum kann mit Hilfe des Leitwerts L iu erfolgen.Q L T Tie iu i uDie unbekannte Temperatur T u ergibt sich aus der Annahme eines stationären Zustandes fürden unkonditionierten Raum unter Berücksichtigung der Verluste der Leitung. L T T L T T L T Tiu i u Lu L u ue u eT L L L L T L T L Tu iu ue Lu iu i Lu L ue eDamit kann der Wärmeverlust des konditionierten Bereichs über den unkonditionierten Bereichermittelt werden.L L L LQ T T T T iu ue iu Luie i e i LLiu LLu Lue Liu LLu Lue185


Grundsätzlich sollte für die Planung der Komponenten und die Berechnung des Energiebedarfseine zumindest stundenweise dynamische Berechnung wie oben beschrieben durchgeführtwerden. Wie später bei den Beispielen Wohnbau, Schulbau und Bürobau gezeigt, ist fürden Fall, dass keine Solarthermie verwendet wird, mit ausreichender Näherung die Monatsbilanzmit detaillierter Berechnung der Wärmeströme und Verluste geeignet in ausreichenderNäherung den Energiebedarf für Heizung und Warmwasser zu beschreiben. Wesentlich dabeiist, die Wärmeabgabe durch Geräte, Beleuchtung und Personen ausreichend genau zubeschreiben.Bei der Berechnung der vom Heizsystem im konditionierten Bereich abzugebenen Wärme istdabei, bei Vorhandensein von Lüftungsanlagen, der Lüftungswärmeverlust mit der Zulufttemperaturzu bestimmen. Die Verluste über unkonditionierte Räume sind mit Berücksichtigungder Anlagenverluste zu ermitteln. Die Verluste über erdberührte Bauteile sind mit Hilfedes Leitwerts für das Jahresmittel und die Jahresschwingung zu berechnen. Analog gilt diesauch für die Bestimmung des Kühlbedarf zur Raumkühlung und den Be- und Entfeuchtungsbedarf.186


9.2.5 RLT (Raumlufttechnik)Zur Berechnung des Energiebedarf Raumlufttechnischer Anlagen ist bis dato eine Methodein der ÖNORM H 5057 abgebildet die auf Basis der Klimate von Wien und Klagenfurt dieEnergiemengen zur Konditionierung der Luft als Monatssummen für bestimmte Arten derRegelung ermittelt. Um daraus standortabhängige Werte zu ermitteln muss mit Hilfe vonHeiz- bzw. Kühlgradstuden eine Anpassung vorgenommen werden.Eine wesentliche einfachere Logik bekommt die Berechung wenn auf Basis der Stundenwertedes Außenklimas, des Innenklimas und des zeit- bzw. bedarfsgerechten Volumenstromseine Berechnung der notwendigen Wärme-, Kälte- bzw. Dampfmengen der Energiebedarfermittelt wird.Beschreibung des Modells einer VollklimaanlageTypischer Weise enthalten Vollklimaanlage, eine Wärmerückgewinnung bzw. eine WärmeundFeuchterückgewinnung, einem Kühlregister, einem Heizregister, einen Dampfbefeuchter,einen Zuluftventilator und einen Abluftventilator. Das Anlagenschema ist in der folgendenAbbildung ersichtlich.Abbildung 83: Schema einer Vollklimaanlage [BED12]Bei der Berechnung ist es sinnvoll davon auszugehen, dass die gesamte elektrische AnschlussleitungP el der Ventilatoren in Form von Wärme auf den Zuluft- bzw. den Abluftvolumenstromübergeht.Aus dem Regelungskonzept werden die zeitabhängigen Sollwerte xsoll, Tsoll für den Zuluftzustandvorgegeben. Grundsätzlich giltx Abluft < x Soll Befeuchten notwendigT Abluft < T Soll Heizen notwendigx Abluft > x Soll Entfeuchten notwendigT Abluft > T Soll Kühlen notwendig187


Ausgehend von den Berechnungsgrößen des Klimadatensatzes, der relativen Luftfeuchte,der Außenlufttemperatur sowie dem Gesamtluftdruck des jeweiligen Standortes, wurdennachfolgende Konstanten und Gleichungen in der Berechnung verwendet:Konstanten [REC07] wenn nicht [CIM10]Molare Masse der Luft M L = 28,96 g/molMolare Masse des Wasserdampfes M D = 18,02 g/molSpezifische Gaskonstante der Luft R L = 287,1 J/kgKSpezifische Gaskonstante des Wasserdampfes R D = 461,40 J/kgKSpezifische Wärmekapazität der Luft c pL = 1,01 kJ/kgKSpezifische Wärmekapazität des Wasserdampfes c pD = 1,86 kJ/kgKVerdampfungsenthalpie des Wasser bei t = 0°C r o = 2501 kJ/kgLuftdichte im Normzustand = 1,292 kg/m 3Luftdruck (Normzustand) p o = 1,013 barTemperatur (Normzustand) T o = 273,15 KErdbeschleunigung g = 9,81 m/s 2Luftdruck am Berechnungsstandortp p LpDDichteLpLR TLDpDR TDFeuchtegehalt (Mixing ratio):x 0,62198ppDLZusammenhang x undpD,sat, w :pD,sat,wx0,62198p xEnthalpie:h c x r c pL 0 pDDie folgenden Gleichungen für den Sättigungsdampfdruck sind in den Empfehlungen derWMO [CIM10] enthalten.Sättigungsdampfdruck feuchter Luft über Wasser (-45°C bis 60°C)pD,sat,w 17,62 f(p) 6,112 expin hPa243.12 Sättigungsdampfdruck feuchter Luft über Eis (-65°C bis 0°C)188


pD,sat,i 22,46 f(p) 6,112 exp 272.62 in hPaf(p) 1.0016 3.15 106p 0.074 p1in °Cp in hPaTaupunkt und Frostpunkt:dew243,12 ln pD,sat,w6,112 f(p) 17,62 ln pD,sat,w6,112 f(p) Wasser (-45°C bis 60°C)frost272,62 ln pD,sat,i6,112 f(p) 22,46 ln pD,sat,i6,112 f(p) Eis (-65°C bis 0°C)CIMO Guide 7th Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation [CIM10]Relative Luftfeuchtep pDD,sat,wNomenklatur analog EN 13141-7 [ONO10b], EN 308 [ONO97]Fortluft1211AbluftFrischluft2122ZuluftAbbildung 84: Benennung der einzelnen Anschlüsse eines Tauschers gemäß EN 308 [ONO97]Rückwärmezahl (ex=Verhältnis auf Abluftseite, su=Verhältnis auf Zuluftseite)T T12 11 a11t,ex T11 T21 ja22jT T22 21 a22t,su T11 T21 ja11jT 11T 21T 22j a11j a22Ablufteinströmtemperatur (vor der Rückgewinnung) in KZulufteinströmtemperatur (vor der Rückgewinnung) in KZuluftausströmtemperatur (nach der Rückgewinnung) in KLuftmassenstrom Abluft in kg/sLuftmassenstrom Zuluft in kg/sRückfeuchtezahl (ex=Verhältnis auf Abluftseite, su=Verhältnis auf Zuluftseite)189


x x12 11 a11x,ex x11 x21 ja22jx x22 21 a22x,su x11 x21 ja11jx 11x 21x 22Ablufteinströmfeuchtegehalt (vor der Rückgewinnung) [g/kg]Zulufteinströmfeuchtegehalt (vor der Rückgewinnung) [g/kg]Zuluftausströmfeuchtegehalt (nach der Rückgewinnung) [g/kg]Temperaturerhöhung der Luft durch einen Ventilator:pVentT ges cpL ja Tp VentTemperaturerhöhung in KelvinDrucksteigerung des Ventilators für den betrachteten Abluftkanalstrang in Pa Gesamtwirkungsgrad des Ventilators [-]gesj aLuftmassenstrom in kg/st,suBerechnung Kühlfall:Ist die Soll-Zulufttemperatur, eventuell verringert um den Betrag der Temperaturerhöhungdurch den Zuluftventilator, niedriger als die Außenlufttemperatur, so entspricht dies einemKühlfall. Die nachfolgende Darstellung zeigt den Prozessverlauf einer Anlage mit einer Wärme-und einer Feuchterückgewinnung mit = = 45 %. Ist die Luftfeuchte der Außenluftnach passieren der FRG höher als die gewünschte Zuluftfeuchte, so muss diese durchAbkühlen bis auf den Taupunkt der gewünschten Zuluftfeuchte entfeuchtet werden. Da beiAnwendungen im Klimabereich die Taupunkttemperatur praktisch immer niedriger ist als diezulässige Zulufttemperatur, muss die Zuluft im Anschluss an die Entfeuchtung von der Taupunkttemperaturauf die Zulufttemperatur erwärmt werden. Eine Grädigkeit zwischen PrimärundSekundärseite im Wärmetauscher oder eine Unterkühlung der Zuluft unterhalb der Temperaturdes Taupunktniveaus, wie diese bei ausgeführten Kühlern existiert, kann in ersterNäherung unberücksichtigt bleiben.x,su190


Abbildung 85: Beispielhafter Verlauf der Zustandsänderung im Kühlfall Anlagenvariante: = = 45%, x Zu = 9g/kgt,sux,suAußenluftzustand: Außen = 28,1°C, x Außen = 8,95g/kgLuftzustand W+FRG: WTA = 27,6°C, x FRG = 10,32g/kgZuluftzustand: Zu = 20°C, x Zu = 9g/kgDie Berechnung des momentanen Kühlenergiebedarfs ergibt sich als Produkt der Außenluftdichte,des Volumenstroms und der Enthalpiedifferenz zwischen dem Luftzustand am Austrittder WRG und dem Taupunkt bzw. im Falle einer ausschließlich sensiblen Kühlung, des Zuluftzustandes.Berechnung Heizfall:Ist die Soll-Zulufttemperatur, verringert um den Betrag der Temperaturerhöhung durch denZuluftventilator, höher als die Außenlufttemperatur, so entspricht dies einem Heizfall. Ist dieAußenluftfeuchte bzw. bei Anlagen mit FRG, die Feuchte der Zuluft nach dem Verlassen derFRG geringer als die gewünschte Raumluftfeuchte, so ist eine Befeuchtung der Außenluftnotwendig. Die Befeuchtung der Luft wird mithilfe eines Dampfbefeuchters in einem isothermenProzess durchgeführt. Entspricht die Außenluftfeuchte bzw. die Luftfeuchte nach dem191


Verlassen der FRG bereits der geforderten Zuluftfeuchte, so wird die Außenluft lediglich aufZulufttemperatur erwärmt. Eine Luftkonditionierung für eine geforderte Zuluftfeuchte von 6 gWasserdampf pro kg trockener Luft für eine Anlage mit Wärme- und Feuchterückgewinnungt,su= = 45 % kann Abbildung 6 entnommen werden.x,suAbbildung 86: Beispielhafter Verlauf der Zustandsänderung im Heizfall Anlagenvariante: = = 45%, x Zu = 9g/kgt,sux,su Außenluftzustand: Außen = 5,1°C, x Au = 5,19g/kg Luftzustand Austritt W+FRG: WRG = 12,71°C, x FRG = 8,03g/kg Zuluftzustand: Zu = 20°C, x Zu = 9g/kgDie Berechnung des Heizenergiebedarfs erfolgt in analoger Weise, wie die Berechnung desKühlenergiebedarfs. Der Kühlenergiebedarf ergibt sich als Produkt der Außenluftdichte, desVolumenstroms und der Enthalpiedifferenz zwischen dem Luftzustand am Austritt der WRGbzw. im Falle einer Entfeuchtung, jener des Taupunktes und des Zuluftzustandes.192


Reale RückwärmezahlenIm Rahmen der Auswertungen der realen Rückwärmezahlen ist äuffällig, dass die Rückwärmezahlstark vom Temperaturunterschied zwischen Abluft und Außenluft abhängig ist. In deruntenstehenden Abbildung ist dies am Beispiel eines außenaufgestellten Modulgeräts miteinem Plattenwärmetauscher dargestellt.Abbildung 87: Beispielhafter Verlauf der zuluftseitigen Rückwärmezahl für ein außenaufgestelltes Modulgerät miteinem Plattenwärmetauscher [Quelle: Messdaten AEE]Bei der Überarbeitung der Prüfverfahren zur Parametrisierung von Wärme- und Feuchtetauschernsollte dieses Verhalten überprüft werden.Ein weiterer Aspekt der in den Berechnungen aufgenommen werden soll, ist das Feuchtetauschverhaltenvon Rotationswärmetauschern bei Unterschreitung des Taupunkts der Abluft.DruckverlustberechnungEin zentraler Punkt für effiziente Lüftungssysteme ist die Berechnung der externen und interneDruckverluste in Abhängigkeit des Volumenstroms. Die Bestimmung des Nennluftvolumenstromszur Dimensionierung der Komponenten erfolgt dabei in Anlehnung an ÖNORMEN 15251 [ONO07g] auf Basis der Belegung und Emissionen von Bauteilen und Einrichtungsgegenständen.Die Berechnung der Druckverluste ist derzeit in der Baupraxis nichtüblich. Ein Grund dafür ist die mangelnde Verfügbarkeit von Komponentendaten in Abhän-193


gigkeit des Volumenstroms und die einfache Handhabung in Berechnungswerkzeugen. WesentlicheKomponenten sind:FilterVolumenstromreglerBrandschutzklappeSchalldämpferAusblasventilAbzweigungenDie Luftleitungen selber haben den geringsten Beitrag zu den externen Druckverlusten. Dieinternen Druckverluste (Lüftungsgerät) sind von Herstellern leichter verfügbar. Aufgrund dernicht vorhandenen Standardisierung der Komponentendaten und der aufwendigen Handhabungder in CAD-Programmen integrierten Berechnungen haben einige Hersteller zu denProduktkatalogen eigene Software im Programm.Da der Platzbedarf der Komponenten für effiziente Lüftungsanlagen oft unterschätzt wird,muss die Planung der Lüftungsanlage gleichzeitig mit dem Raumprogramm und den Grundrissenerfolgen.194


9.3 Schwanenstadt9.3.1 Geografische LageDie Schulgebäude des Projekts „Schwanenstadt“ sind in der Stadtgemeinde Schwanenstadt,Oberösterreich, situiert.Abbildung 88: Geografische Lage Schwanenstadt [MAP12]Die genaue Position stellt sich wie folgt dar (Schwanenstadt):Längengrad: 13 ° 77‘ OstBreitengrad: 48 °06‘ NordSeehöhe: 389 mAngaben zum Projekt wurden, wenn nicht anders angegeben, aus [PLÖ08] entnommen.9.3.2 GebäudebeschreibungDie Schule Schwanenstadt wurde in den 1960er Jahren in Skelettbauweise erbaut. Das Objektwurde in den Jahren 2007 und 2008 in Passivhausqualität saniert. Im Zuge der Sanierungwurde die Nutzfläche der Schule vergrößert. In Summe verfügt die Schule heute übereine Nutzfläche von ca. 6.214 m² (Energiebezugsfläche laut PHPP 5.899 m² [WAG09b]).Davon entfallen ca. 838 m² auf den Gebäudeteil „Turnsaal“. Derzeit besuchen 260 SchülerInnendie Hauptschule (35 Lehrer) und 92 SchülerInnen (12 Lehrer) die PolytechnischeSchule (Stand 2012). Die Schule wird als Ganztagsschule betrieben (07:45 Uhr bis 16:00).Es gibt folgende Ausnahmen:Montag – Donnerstag: Polytechnische Schule: generell Unterricht bis 15 Uhr,Hauptschule: min. 50 % der SchülerInnen bis 16 UhrFreitags: Hauptschule und Polytechnische Schule: Unterricht bis 13:20 Uhr195


Abbildung 89: Passivhaus-Schule Schwanenstadt (Quelle: PAUAT Architekten ZTGmbH)TurnsaalHauptschule IIPolytechnischeSchuleAbbildung 90: Passivhaus-Schule Schwanenstadt: Lageplan (Quelle: [PLÖ08], erweitert durch Schöberl & PöllGmbH)196


Abbildung 91: Passivhaus-Schule Schwanenstadt: Visualisierung Nordwest Vogelperspektive [PLÖ08]197


Abbildung 92: Passivhaus-Schule Schwanenstadt – Planauszug: Grundriss 1. OG Hauptschule II [PLÖ08]9.3.3 GebäudehülleDie Gebäudehülle des Projekts Schwanenstadt wurde in Passivhausqualität ausgeführt. Vorder ursprünglichen Stahlbetonfassade wurden bei der Sanierung vorgefertigte Fassadenelementemit integrierten Fensterbändern mit bis zu 58 cm eingeblasener Zellulosedämmungangebracht. Die Stahlbetonstützen wurden zur Wärmebrückenminimierung mit 12 cm überdämmt.Auch im Neubau wurden thermisch hochwertige vorgefertigte Holzfassadenelementeverwendet. Das Dach des Altbaus wurde mit 40 cm wärmegedämmt. Die U-Werte der Aufbautensind in der folgenden Tabelle aufgelistet.198


Tabelle 42: Gebäudehülle laut PHPP SchwanenstadtU-Wert (W/m²K) Fläche (m²) gAußenwand Altbau, opak 1 0,120 1.374 -Außenwand Neubau, opak 1 0,11 962 -Fenster Süd 0,80 222 0,50Fenster Nord 0,80 304 0,50Fenster West 0,80 303 0,50Fenster Ost 0,80 350 0,50Fenster horizontal 0,80 56 0,50Bodenplatte Altbau 0,21 1.901Bodenplatte Neubau 0,17 841 -Dach Altbau 0,10 1.731 -Dach Neubau 0,12 1.053 -Decke gegen Außenluft Altbau 0,14 42 -Decke gegen Außenluft Neubau 0,13 85 -Terrasse 0,10 170 -1 Die Fenster wurden bereits abgezogen.Tabelle 43: Umgebungsverschattung laut PHPP SchwanenstadtVerschattung Ost 0,75 1Verschattung Süd 0,75 1Verschattung West 0,75 1Verschattung Nord 0,75 11 Werte laut PHPP nicht zu erheben, Annahme für Verschattung = 0,75(Maximalwert laut PHPP)Für die Luftdichtheit der Gebäudehülle wurde laut PHPP ein n50-Wert 0,60 1/h angesetzt(Zielwert laut Passivhaus Institut: 0,6 1/h).199


9.3.4 HaustechnikHeizung / WarmwasserDas Gebäude verfügt über eine Pelletsheizung (110 kW) mit Kombispeicher (1.860 l Pufferspeicher,80 l Warmwasserboiler) und elektrischer Nachheizung, mit welcher die Heizkörperin den Räumen und die dezentralen Warmwasserzapfstellen versorgt werden (4-Leitersystem). Parallel zu den Zapfstellen wird eine Zirkulationsleitung geführt, die über eineZeitschaltuhr geregelt wird. Weiter von der Heizzentrale entfernte Räume verfügen über insgesamtdrei elektrisch beheizte Druckspeicher mit Zeitschaltuhr. Prinzipiell wird in derHeizperiode das Warmwasser mit dem Pelletskessel hergestellt und außerhalb der Heizperiodemittels Strom. Sämtliche Waschtische in den Klassenzimmern und Sanitärräumen habenkeinen Warmwasseranschluss. Eine thermische Solaranlage ist geplant, und alle Vorbereitungen,wie Verrohrungen, wurden für eine Fertigstellung getroffen. Die Anlage soll im Zugeeines Schulprojekts fertiggestellt werden. [WAG09b] Der Turnsaal wird geheizt und hat imMittel 20 °C.Tabelle 44: Leistungsdaten Pelletkessel SchwanenstadtLeistung110 kWKesselwirkungsgrad (lt. Hersteller) 92 %Kesselwirkungsgrad76 %(gemessen AEE INTEC)Tabelle 45: Leistungsdaten Warmwasserbereitstellung – BoilerFassungsvermögenLeistungEnergieverbrauchAnzahl80 lmax. 2 kW0,95 kWh/24 Stunden1 StückTabelle 46: Leistungsdaten Warmwasserbereitstellung – dezentrale DruckspeicherFassungsvermögenLeistungEnergieverbrauch 1Anzahl150 lmax. 3,4 kW1,79 kWh/24 Stunden3 Stück (Polytechnische Schule)1 Energieverbrauch bei Erhaltung konstanter Wassertemperatur im Kessel 65 °C (bei 20 °C Umgebungstemperatur)200


Tabelle 47: Leitungslängen und Dämmung SchwanenstadtBezeichnung laut Einreichplan Leitungslänge Wärmedämmung 2Warmwasserverteilung 136 m 3/3Warmwasserverteilung Turnsaal Bestand 2 30 m 2/3Heizung Rücklauf + Vorlauf 950 m 3/3Zirkulationsleitung 105 m 3/31 Alle Leitungslängen wurden aus den Einreichplänen übernommen und verlaufen im konditioniertenBereich. Steigleitungslängen wurden auf Basis der Pläne abgeschätzt.2 Annahme, da Länge / Dämmstärke im Plan nicht erfasstLüftungsanlageDie Luftversorgung erfolgt mittels dezentralen Lüftungsanlagen pro Klassenraum. Die Anlagenbestehen aus Wärmerückgewinnung, Filter, Zu- und Abluftventilator, Regelung undFrostschutz. Zur Schallreduzierung wurde das Leitungsnetz optimiert und die Geräte mit einerVerkleidung versehen. Die Regelung der Lüftungsanlage erfolgt über Bewegungssensoren.In der Nacht wird der Betrieb der Lüftung umgestellt: Die Lüftungsanlagen in den Klassensaugen nur ab, kühlere Luft von außen strömt über geöffnete Fenster und geöffnete Türenin die Klassen nach.Abbildung 93: Schematische Darstellung des dezentralen Lüftungsgeräts „aeroschool“ (Quelle: Drexel und weissenergieeffiziente haustechniksysteme gmbh.)201


Tabelle 48: Technische Daten des dezentralen Lüftungsgeräts „aeroschool“ (Quelle: Drexel und weiss energieeffizientehaustechniksysteme gmbh.)Nennluftmengemax. Luftmenge bei 170 Pa extern400 m³/h500 m³/hZuluftseitiger Wärmebereitstellungsgrad trocken 85 %Fortluftseitiger Wärmebereitstellungsgrad, effektivnach PHImaximale Leistungsaufnahme der Ventilatoren (total)78 %250 WAbbildung 94: Darstellung der Leistungsaufnahme des dezentralen Lüftungsgeräts „aeroschool“ in Abhängigkeitvom Volumenstrom bei unterschiedlichen Druckverlusten (Quelle: Drexel und weiss energieeffiziente haustechniksystemegmbh.)Der Turnsaal verfügt über keine eigene Lüftungsanlage, sondern wird über Fensterlüftungreguliert (automatische Fensteröffner).9.3.5 MessungenIm Jahr 2007, 2008 und 2009 wurden Messungen betreffend Energie und Komfort durchgeführt.[WAG09b].202


Die folgende Abbildung stellt die Globalstrahlung und die mittleren Außentemperaturen fürSchwanenstadt laut PHPP (blaue Balken) und laut Messwerten (orange Balken):Abbildung 95: Globalstrahlung und mittlere Außentemperatur laut PHPP und Messwerten, Schwanenstadt, 1.Messjahr [WAG09b]In der Passivhausschule wurden in vier Räumen die Lufttemperatur und die relative Luftfeuchteerfasst.Im ersten Messjahr lagen die Raumtemperaturen in den vier Räumen im Mittel in den Wintermonatenim Durchschnitt bei rund 22 °C. Die relative Raumfeuchte lag in den Wintermonatenim Mittel bei etwa 38 % und in den Sommermonaten bei ungefähr 44 %. [WAG09b]203


Abbildung 96: Raumklima in Tagesmittelwerten, Schwanenstadt, 1. Messjahr [WAG09b]Die folgende Abbildung zeigt den Heizenergie-, End- und Primärenergieeinsatz für das ersteMessjahr 2007/2008. Der gemessene durchschnittliche Heizwärmebedarf für die vier Räumebeträgt 18,6 kWh/m².a.Abbildung 97: Übersicht Heizenergie, End- und Primärenergieeinsatz, Schwanenstadt 1. Messjahr [WAG09b]204


Abbildung 98: Energiebilanz für Heizung und Warmwasser, Schwanenstadt, 1. Messjahr [WAG09b]Der Stromverbrauch wurde im zweiten Messjahr nach Bereichen getrennt gemessen. Derallgemeine Strom hat mit 84 % den größten Anteil am Gesamtverbrauch. Der Lüftungsstromhat einen Anteil von 10 %, der Anteil des Pufferspeichers beträgt 6 %. [WAG09b]205


Abbildung 99: Verteilung des Stromverbrauchs, Schwanenstadt, 2. Messjahr [WAG09b]9.3.6 Vergleich mit EnergieverbrauchsberechnungDurch das Monitoring wurden das Außenklima und der Wärmeverbrauch für das Polytechnikumund die Hauptschule erfasst. Ebenso sind für diese Bereiche die Beschreibung derGebäudehülle, der Lüftungsanlagen und der Nutzung vorhanden.Auf Basis dieser Dokumente konnte der Wärmeverbrauch für Warmwasser wie folgt angenäherwerden. Mit wwwb = 1.65 Wh/m²d und der Annahme, dass die Zirkulation nur 8h proTag erfolgt ergibt sich folgender Q*TW206


Abbildung 100: Vergleich zwischen gemessenen Wärmeverbrauch für Warmwasser (M) und berechnetem Wärmeverbrauch(R) ohne Berücksichtigung der KesselverlusteDie Abschätzung der Wärmabgabe für Personen und Geräte ergibt für HS und PTS einenmittleren Wärmeeintrag von 2.84 W/m²BF. Der Vergleich des Wärmebedarfs für Raumheizungfür die Bereiche HS und PTS ergeben sind in der folgenden Abbildung dargestellt.Dabei wurde eine mittlere operative Raumtemperatur von 22°C und das während der Messungvorhandenen Außentemperaturen verwendet.Abbildung 101: Vergleich zwischen gemessenen Wärmeverbrauch für Raumheizung (M) und berechnetem Wärmeverbrauch(R) ohne Berücksichtigung der Kesselverluste207


9.4 Utendorfgasse9.4.1 Geografische LageDas Projekt „Utendorfgasse“ ist im 14. Wiener Gemeindebezirk Penzing am westlichenStadtrand von Wien situiert.Abbildung 102: Geografische Lage Utendorfgasse [MAP12]Die genaue Position stellt sich wie folgt dar (Wien):Längengrad: 16° 24‘ OstBreitengrad: 48° 20‘ NordSeehöhe: 220 m9.4.2 GebäudebeschreibungDie Passivhauswohnanlage Utendorfgasse ist der erste soziale Wiener Passivwohnbau, dergemäß den Passivhauskriterien zertifiziert ist. Es ist auch das erste 1.000 Punkte klima:aktivPassivhaus in Massivbauweise. Die Anlage besteht aus drei Baukörpern mit insgesamt 39Wohneinheiten. Die Wohnnutzfläche beträgt 3.010 m² (Energiebezugsfläche Haus 2 lautPHPP 975 m²). Die Baufertigstellung erfolgte im Oktober 2006.208


Abbildung 103: Passivhaus Utendorfgasse (Foto Bruno Klomfar)Abbildung 104: Passivhaus Utendorfgasse: Lage und Ansichten (Quelle: Arch. DI Franz Kuzmich)209


Abbildung 105: Passivhaus Utendorfgasse: Grundriss 3. OG, Haus 2 (Quelle: Arch. DI Franz Kuzmich)9.4.3 GebäudehülleDie Gebäudehülle des Projekts Utendorfgasse wurde in Passivhausqualität ausgeführt. Eswurde eine Wandkonstruktion mit 27 cm Dämmstoffstärke gewählt. Die Decke zur Tiefgarageweist eine 35 cm starke und das Dach eine 44 cm starke Dämmschicht auf. Die Gebäudehülleist in folgender Tabelle definiert.210


Tabelle 49: Gebäudehülle laut PHPP Utendorfgasse (Haus 2)U-Wert (W/m²K) Fläche (m²) gAußenwand, opak 1 0,12 874 -Fenster Süd 0,87 96 0,46Fenster Nord 0,97 42 0,51Fenster West 0,97 1 0,46Fenster Ost 0,99 9 0,46Decke gegen Tiefgarage 0,09 109 -Decke gegen Erdreich 0,11 39 -Decke gegen Keller 0,09 130 -Außenwand gegen Tiefgarage 0,23 11 -Außenwand gegen Erdreich 0,14 22 -Außenwand gegen Keller 0,24 35 -Dach/Decken Außenluft 0,097 309 -1 Die Fenster wurden bereits abgezogen.Tabelle 50: Umgebungsverschattung laut PHPP Utendorfgasse (Haus 2)Verschattung Ost 0,61Verschattung Süd 0,62Verschattung West 0,17Verschattung Nord 0,57Für die Luftdichtheit der Gebäudehülle von Haus 2 wurde laut PHPP ein n50-Wert 0,18 1/hgemessen (Zielwert laut Passivhaus Institut: 0,6 1/h).9.4.4 HaustechnikHeizung / WarmwasserDie Wärmeerzeugung für die Heizung und Warmwasserbereitung erfolgt in einem Gasbrennwertkesselund 500 l Warmwasserspeicher (insgesamt 1.500 l für 3 Häuser) mit Zirkulationim Tiefgaragengeschoß pro Haus (4-Leitersystem). Die Wärme wird über die Zuluftmittels dezentraler Heizregister eingebracht. Die Wärmeversorgung der Nachheizregister211


erfolgt mittels Heizungswarmwasser. Warmwasserführende Leitungen sind mit 7 cm gedämmt.Alle Armaturen sind ungedämmt.Tabelle 51: Leistungsdaten Gasbrennwertkessel Utendorfgasse (Haus 2)Nennleistung8-45 kW modulierendAuslegungsleistung 25 kW für Haus 2Kesselwirkungsgrad bei 100 % Leistung (lt.Hersteller)Kesselwirkungsgrad96 % 185 %(gemessen AEE INTEC)1 laut PHPPTabelle 52: Heizwärmeverteilung - Leitungslängen und Dämmung Utendorfgasse (Haus 2)LeitungslängeWärmedämmung(7 cm)Verteilleitung warmer Bereich 93 m 3/3Verteilleitung unbeheizter Keller 57 m 3/3Verteilleitung Tiefgarage 5 m 3/3In der folgenden Tabelle wird zwischen Zirkulationsleitung und Einzelleitungen unterschieden.Einzelleitungen werden laut PHPP wie folgt definiert: „Summe der Längen aller Einzelleitungen,gemessen jeweils vom Abzweig Speicher / Zirkulationsleitung bis zur Zapfstelle.Leitungsstücke, die mehrere Zapfstellen versorgen, müssen dabei mehrfach gezählt werden.“(Quelle: PHPP Berechnungstool)Tabelle 53: Brauchwarmwasserverteilung - Leitungslängen und Dämmung Utendorfgasse (Haus 2)LeitungslängeWärmedämmung(7 cm)Zirkulationsleitung (Vor- + Rücklauf) warmer BereichZirkulationsleitung (Vor- + Rücklauf) unbeheizterKeller72 m 3/384 m 3/3Zirkulationsleitung (Vor- + Rücklauf) Tiefgarage 7 m 3/3Einzelleitungen warmer Bereich 245 m 3/3Einzelleitungen unbeheizter Keller 10 m 3/3212


LüftungsanlageDie Luftversorgung erfolgt mittels einer zentralen Lüftungsanlage je Haus (insgesamt 3 Anlagen),welche auf dem Dach situiert ist. Die Anlage besteht aus Wärmerückgewinnung, Filter,Zu- und Abluftventilator, Regelung und Frostschutz. Volumenstromregler und Nachheizregistersind dezentral wohnungsweise angeordnet. NutzerInnen können den Volumenstrom invier Stufen regeln.Abbildung 106: Schematische Darstellung des zentralen Lüftungsgeräts Utendorfgasse (Quelle: GTN)Tabelle 54: Technische Daten des zentralen Lüftungsgeräts für Utendorfgasse (Haus 2)Nennluftmenge 1.085 m³/h 1max. Luftmenge 1.560 m³/h 1Zuluftseitiger Wärmebereitstellungsgrad trockenFortluftseitiger Wärmebereitstellungsgrad, effektivnach PHImaximale Leistungsaufnahme der Ventilatoren (total)Leistungsaufnahme der Ventilatoren bei Nennluftmenge(total)nicht zu erheben80 % 11.480 W460 W1 laut PHPP213


9.4.5 MessungenIm Jahr 2007 und 2008 wurden Messungen betreffend Energie und Komfort im Haus 2durchgeführt. [WAG09a].Die folgende Abbildung stellt die Globalstrahlung und die mittleren Außentemperaturen fürWien laut PHPP (blaue Balken / Linien) und laut Messwerten (orange und grüne Balken /Linien):Abbildung 107: Globalstrahlung und mittlere Außentemperatur laut PHPP und Messwerten, Utendorfgasse, 1.Messjahr [WAG09a]In den vier Messwohnungen wurden die Lufttemperatur und die relative Luftfeuchte erfasst.Im ersten Messjahr lagen die Raumtemperaturen im Mittel über alle Messwohnungen in denWintermonaten (Dezember bis April) im Durchschnitt bei rund 22 °C. Die relative Raumfeuchtelag in den Wintermonaten im Mittel bei etwa 40 % und in den Sommermonaten beiungefähr 50 %. [WAG09a]214


Abbildung 108: Raumklima in Tagesmittelwerten, Utendorfgasse, 1. Messjahr [WAG09a]Die folgende Abbildung zeigt den Heizenergie-, End-, Primärenergieeinsatz und die Heizlastfür das erste Messjahr 2007. Der gemessene durchschnittliche Heizwärmebedarf für die vierMesswohnungen beträgt 15,5 kWh/m².a, der klima- und temperaturbereinigte Heizwärmebedarfbeträgt 12,9 kWh/m².a.Abbildung 109: Übersicht Heizenergie, Heizlast, End- und Primärenergieeinsatz, Utendorfgasse 1. Messjahr[WAG09a]215


Abbildung 110: Energiebilanz für Heizung und Warmwasser, Utendorfgasse, 1. Messjahr [WAG09a]Der Stromverbrauch wurde nach Bereichen getrennt gemessen. Der Haushaltsstrom hat mit54,9 % den größten Anteil am Gesamtverbrauch. Der allgemeine Strom (Waschküche, Beleuchtung,Tiefgarage, usw.) hat einen Anteil von 27,4 %, der Technikstrom (Lüftung) hateinen Anteil von 17,8 %.[WAG09a]Der monatliche Stromverbrauch der Utendorfgasse stellt sich wie folgt dar.Abbildung 111: Monatlicher Stromverbrauch, Utendorfgasse , 1. Messjahr [WAG09a]216


9.4.6 Vergleich mit EnergieverbrauchsberechnungAuf Basis der dokumentierten Gebäudehülle und Anlagenbeschreibung kann mit Hilfe desRechenverfahrens der Energiebedarf für Heizung und Warmwasser berechnet werden.Aus dem gemessenen mittleren Warmwasserverbrauch von 381 m³ für das erste Messjahrergibt sich ein Warmwasserwärmebedarf von 45 Wh/m²d. Die Abwärme von Personen undHaushaltsgeräten ergibt eine mittlere Wärmeleistung von 4.0 W/m²BF. Für eine operativeTemperatur von 22°C und dem Außenklima im ersten Messjahr ergibt sich der in der folgendenAbbildung dargestellte berechnete kumulierte Wärmebedarf für Raumheizung.Abbildung 112: Vergleich zwischen gemessenen Wärmeverbrauch für Raumheizung (M) und berechnetem Wärmeverbrauch(R) ohne Berücksichtigung der KesselverlusteDer Vergleich für den gemessenen und berechneten Gasverbrauch ist in der folgenden Abbildungzusammengestellt. Der Gaskessel wurde dabei als Niedertemperaturkessel berechnet,da aufgrund der Kesselsteuerung und der Rücklauftemperaturen kein Brennwertbetriebgefahren wurde.217


Abbildung 113: Vergleich zwischen gemessenen Gasverbrauch für Raumheizung und Warmwasser (M) und berechnetemWärmeverbrauch (R)218


9.5 Bürogebäude in NiederösterreichDer folgende Text wurde im Rahmen des IEA Annex 53 als Case Study formuliert.Aus diesem Grund ist das gesamte Kapitel in Englisch.9.5.1 IntroductionWhole building energy consumption, HVAC, and electrical appliances were noted indetail and reproduced in dynamic simulations.9.5.2 Location and climate conditionsLocation: Niederösterreich (Lower Austria)Abbildung 114: Building locationThe building is located in a small city in Austria.Climatic conditions for SimulationsThe simulation was carried out using representative TRY (Test Reference Year) datasets based upon the 1991 to 2005 climate data from the St. Pölten weather station(next Air Station). Test Reference Years (TRY) are specially mixed records that includemeteorological data for each hour of a year. They are a mean, but representtypical weather conditions for a specified region over a year.219


9.5.3 Building description and building systemsAbbildung 115: Building façadeThe building was constructed in 2007, and is comprised of a basement with threeaboveground stories.The gross heated area of the building is 4 939 m². The gross heated volume is18,099 m³ including offices, meeting rooms, and secondary rooms. The office buildingis occupied by 129 employees.Offices are situated at the facades. The restrooms, kitchen, small archives, IT roomand the staircase are in the core. Offices and primary work areas are heated to22 °C. The corridors and interior secondary rooms are heated indirectly by the conditionedoffice spaces and internal loads. Room heating is provided by district heatingfrom biomass (wood chips and tree bark). Mechanical ventilation supplies fresh airthrough outlets in all rooms. The fresh air supply is preheated during the winter andprecooled during the summer using a 500 m ground-coupled heat exchanger (earthtube). The use of a heating coil is not necessary as the ground tube heat exchangeris sufficient.The building is protected from overheating by a fan installation on the flat roof. Decentralizedair conditioning is only provided in the computer server rooms. The coolingfan operates in summer from 12 pm until 7 am and has an airflow volume of 40m³/h. Domestic hot water is provided by small point-of-use water heaters. The estimatedconsumption is 5 liters per working day and person.220


Building envelope:The main characteristics of the building envelope are presented in Table 1. The U-values of the external walls and the flat roof have better insulation values than nationallegislation requirements.• external walls 0.2 – 0.3 W/ m² K• flat roof 0.12 W/ m² KMain window specifications are summarized in the table below.Tabelle 55: window specificationsFrame Glass SHGCUf Ug gW/m²K W/m²K -Offices 1.4 1.1 0.5Public Help Desks 2.2 1.1 0.379.5.4 Experimental and computational investigationsHourly measurements were carried out for 1 year (2009) and are still ongoing. Energyconsumption for space heating, ventilation, hot water, electricity, lighting, andequipment is metered separately. Additionally, occupancy was carefully monitored byinterviewing employees, and all details noted for reproduction in the simulation. Thetechnical equipment in each room was also documented with partial metering ofequipment electricity consumption.Measured values were simulated by modeling the entire building in the“BuildOpt_VIE” software developed at the Research Centre of Building Physics andSound Protection, Vienna University of Technology. This program was validated usingdata from Annex 41.221


Abbildung 116: “BuildOpt_VIE” building model.9.5.5 Occupants and equipment operationThe occupancy density was determined by interviewing all office workers. Daily workpatterns on a room by room basis were documented along with the electrical equipmentin use. All the equipment on-site was logged with their energy consumptionsand reproduced in the simulation. The table below shows an example of the officeequipment energy load.Tabelle 56: office equipement energy loadThe required workplace illumination during occupancy was simulated using 500 lux,following the specifications in DIN 18599 or EN 12464-1.The mean presence probability of the office building is about 30 %, see following picture.This is a result of the high number of part-time employees.222


Abbildung 117: Average presence in offices of the case study buildingA standard presence probability for office buildings is about 70%.Use of emergency exit, fire alarm box etc. is constant.9.5.6 MeasurementsHeat for the building is supplied from the city district heating system using renewablewood biomass from wood chips and tree bark, and supplies heating directly to theoffices, conference room, garage ramp, radiant floor and radiators throughout thebuilding. The graphic below summarizes the heat and electricity use in the building.Electricity is used for both building technical services (E t ) and direct end uses by officeworkers. Electricity is used to heat DHW in on-demand water heaters. The otherelectricity categories are office lighting, catering, office equipment including computers,and IT, where the server room is monitored separately, as well as a miscellaneouscategory. The miscellaneous category includes elevators; garage, exterior andbasement lighting.223


Abbildung 118: Energy flow diagram in kWh/m²·a for 2009 showing Ed, Er, Et, and Eb.224


The table below shows electricity use per floor and subcategory. The overall buildingenergy use per category is summed at the bottom of each column. The categorysums concur with the values in Abbildung 118.Tabelle 57: Electricity use breakdown by floor and category in kWhFloorTotalEnergy(kWh)LightingOfficeEquipmentDHW Catering IT BuildingServicesOtherBasement 74 888 3 428 74 888Ground 40 926 19 183 7 345 2 398 12 0001 st Floor 19 404 13 331 6 758 1 067 -1 7522 nd Floor 27 237 15 788 9 036 1 168 1 2453 rd Floor 27 930 11 229 4 382 1 600 642859 531 30 949 6 233 4 291 3 428 74 889 17 9219.5.7 Comparison between measurements and simulationsThe following figure shows the comparision between the calculated and measuredheat for room heating.Abbildung 119: Heating energy demand—comparative measurements and calculations.225


Small differences can also result from the used exterior climate data. The climatedata from St. Pölten (next to the weather station) was used instead of the location ofthe building.The next figures show the comparison between the calculated and measured electricityusage for each floor.Abbildung 120: Lighting electricity consumption—comparative measurements and calculations.226


The next figure shows the comparison between the measured and calculated primaryenergy demand for heating, hot water, lighting and office equipment. The primaryenergy factor used for district heating is 1.1 kWh/kWh and for electricity is 3.5kWh/kWh.Abbildung 121: Primary energy in kWh/m² GFA—comparative measurements and calculations.The energy consumptions of the individual parts of the HVAC system (pumps, humidification,reheating after dehumidification, ventilation etc.) has not been calculatedbecause of lack of detailed data on the components.227


10 Kenngrößen für EnergieausweisKenngrößen für den Energieausweis sind aus Tradition der Heizwärmebedarf an der BilanzgrenzeEb, zusätzlich der Primärenergiebedarf und die Treibhausgasemissionen an der BilanzgrenzeEt. Zur Darstellung der Gesamtenergieeffizienz wurde der Gesamtenergieeffizienz-Faktorentwickelt und ist im folgenden Kapitel beschrieben.10.1Gesamtenergieeffizienz-FaktorAufgrund der Tatsache, dass sich weder Heizwärmebedarf noch Primärenergiebedarf nochKohlendioxidemission als Kommunikationsgröße „wie gut die Gebäudehülle und die Gebäudetechniksind“ eignen, wurde der dimensionslose Gesamtenergieeffizienz-Faktor als Quotientaus Lieferenergiebedarf und Referenz-Endenergiebedarf entwickelt.Ein sehr guter Heizwärmebedarf kann unter Umständen mit einer schlechten Gebäudetechnikgedeckt werden.Ein guter Primärenergiebedarf kann unter Umständen primär aus guten Konversionsfaktorenresultieren.Ein guter Wert für die Kohlendioxidemissionen kann unter Umständen aus nahezuverschiedenen Konversionsfaktoren für erneuerbare Energieträger resultieren.10.1.1 AllgemeinesDer Gesamtenergieeffizienz-Faktor wird als Relation des Endenergiebedarfs EEB Ist und desReferenzwertes EEB Ref ermittelt. Dabei ist wie folgt vorzugehen:Der Endenergiebedarf EEB Ist entspricht dem spezifischen Endenergiebedarf EEB BGFbezogen auf die konditionierte Brutto-Grundfläche und wird wie folgt berechnet.o EEB Ist = EEB BGFDabei kann seine Berechnung alternativ wie folgt geschrieben werden:o Für WG: EEB Ist = HWB Ist + WWWB Def + HTEB Ist + HHSB Defo Für NWG: EEB Ist = HWB Ist + WWWB Def + HTEB Ist + KEB Ist + BelEB Def + BSB DefGrundsätzlich können der HHSB Def , der BelEB Def und BSB Def ersetzt werden durchHHSB Ist , BelEB Ist und BSB Ist , wobei beispielsweise (NPVE ... Netto-Photovoltaik-Ertrag) gilt:o HHSB Ist = HHSB Def – NPVEo BelEB Ist = BelEB Def – NPVEo BSB Ist = BSB Def – NPVEAn dieser Stelle sei festgehalten, dass selbstverständlich ein BelEB Ist auch exaktnach Berechnung gemäß EN 15193 ermittelt werden kann und daher von BelEB Defverschieden sein kann. Ebenso sei festgehalten, dass ein Netto-Photovoltaikertrag NPVE gemäß EN 15316-4-6 [ONO07f] berechnet werden kann, wobei als Bedingung einzuhalten ist, dass der228


gesamte Strombedarf je Monat des Gebäudes nicht durch den in Rechnung gestelltenund der Bilanzierung zugeführten NPVE übertroffen werden darf (das heißt:Netzeinspeisungen dürfen nicht zur Verminderung des Endenergiebedarfs verwendetwerden).10.1.2 Berechnung des Referenzwerts für Wohngebäude (SK)Zur Berechnung des Referenzwertes EEB Ref ist für Wohngebäude wie folgt vorzugehen:Aus der bereits durchgeführten Berechnung für EEB Ist sind folgende Ergebnisse bekannt:o Charakteristische Länge l co Heizwärmebedarf für das Referenzklima HWB RKo Heizwärmebedarf für das Standortklima HWB SKo Endenergiebedarf für das Standortklima EEB IstEs wird ein Temperaturfaktor TF berechnet.o TF = HWB SK / HWB RKUm nun die Bezugsgröße EEB 26 berechnen zu können, ist wie folgt vorzugehen:o HWB 26 = 26 x (1 + 2,0 / l c ) x TFo Für Wärmepumpen: UW 26 = (HWB 26 + WWWB) x (1 – 1 / JAZ 26,WPT )o HEB 26 = (HWB 26 + WWWB) x e AWZo EEB 26 = HEB 26 + HHSBUm nun f GEE auszurechnen, hat man nur mehr die folgende Berechnung durchzuführen:o f GEE = EEB Ist / EEB 26Für Wärmepumpen gilt gesondert:o UW 26 = (HWB 26 + WWWB) x (1 – 1 / JAZ 26,WPT )o UW Ist = (HWB Ist + WWWB) x (1 – 1 / JAZ Ist,WPT )o f GEE,Umw = UW Ist / UW 26o f GEE,WP = EEB Ist / EEB 26o f GEE = (2 x f GEE,WP + f GEE,Umw ) / 3o JAZ Ist,WPT = JAZ kombo JAZ TW = (Q el,TW +Q Umw,TW ) / (Q el,TW +Q TW,WP,HE )o JAZ RH = (Q el,RH +Q Umw,RH ) / (Q el,RH +Q RH,WP,HE )o JAZ komb = (Q el,RH +Q Umw,RH +Q el,TW +Q Umw,TW ) / (Q el,RH +Q RH,WP,HE +Q el,TW+Q TW,WP,HE )(UW… Umweltwärmeertrag der Wärmepumpe, JAZ... Jahresarbeitszahl, WPT… Wärmepumpentechnologie)10.1.3 Berechnung des Referenzwerts für Wohngebäude (RK)Zur Berechnung des Referenzwertes EEB Ref,RK ist die Berechnung unter Zugrundelegung desReferenzklimas gemäß ÖNORM B 8110-5 [ONO11] bzw. gemäß Punkt 2.2 dieses Leitfadensdurchzuführen.229


10.1.4 Berechnung des Referenzwerts für Nicht-Wohngebäude (SK)Zur Berechnung des Referenzwertes EEB Ref ist für Nicht-Wohngebäude wie folgt vorzugehen:Aus der bereits durchgeführten Berechnung für EEB Ist sind folgende Ergebnisse bekannt:o Charakteristische Länge l co Heizwärmebedarf für das Referenzklima HWB RKo Heizwärmebedarf für das Standortklima HWB SKo Endenergiebedarf für das Standortklima EEB IstEs wird ein Temperaturfaktor TF berechnet.o TF = HWB SK / HWB RKEs wird ein Strahlungsfaktor SF berechnet.o SF = I SK / I RKo I SK = Jahresstrahlungssumme des Standortklimas auf die horizontale Flächeo I RK = Jahresstrahlungssumme des Referenzklimas auf die horizontale FlächeUm nun die Bezugsgröße EEB 26 berechnen zu können, ist wie folgt vorzugehen:o HWB 26 = 26 x (1 + 2,0 / l c ) x TF x VB / BGF / 3o KB 26 = KB NP x SFo KEB 26 = f KT x 1,33 x KB 26• Bei nicht vorhandener Kühlung: f KT = 0• Kühlung mittels Absorptionskältemaschine: f KT = 1,5• Kühlung mittels Kompressionskältemaschine: f KT = 0,3o HEB 26 = (HWB 26 + WWWB) x e AWZo EEB 26 = HEB 26 + KEB 26 + BelEB + BSBUm nun f GEE auszurechnen, hat man nur mehr die folgende Berechnung durchzuführen:o f GEE = EEB Ist / EEB 26Für Wärmepumpen gilt gesondert:o analog zu WGTabelle 58: Übersicht KB NP für Nicht-Wohn-GebäudeKBNPBüroSchuleHochschuleSpitalPflegePensionHotelGasthausVeranstaltungSportVerkaufHallenbad[kWh/m²a] 30 30 50 50 30 20 40 60 60 40 30 6010.1.5 Berechnung des Referenzwerts für Nicht-Wohngebäude (RK)Zur Berechnung des Referenzwertes EEB Ref,RK ist die Berechnung unter Zugrundelegung desReferenzklimas gemäß ÖNORM B 8110-5 [ONO11] bzw. gemäß Punkt 2.2 dieses Leitfadensdurchzuführen.230


Energieaufwandszahlen (und Jahresarbeitszahlen)Für Gebäude BGF 400 m² ist die Energieaufwandszahl e AWZ zur Berechnung des Referenzheizenergiebedarfesin Abhängigkeit von l c zwischen folgenden Werten zu interpolieren:Tabelle 59: Energieaufwandszahl e AWZ für Gebäude BGF 400 m²l c e AWZ,f.f. e AWZ,f.fl. e AWZ,f.gf. e AWZ,Bio e AWZ,FW[m] [-] [-] [-] [-] [-]0,92 1,96 1,45 1,37 1,69 1,261,33 1,82 1,40 1,33 1,60 1,221,60 1,70 1,30 1,25 1,52 1,192,18 1,63 1,27 1,23 1,48 1,19• Wobei bedeutet:f.f.fossil fest Kohlef.fl.fossil flüssig Heizölf.gf.fossil gasförmig ErdgasBioBiomasse, PelletsFWFernwärmel c e AWZ,LW-WP e AWZ,SW-WP(f) e AWZ,SW-WP(t) e AWZ,GW-WP e AWZ,DX-WP[m] [-] [-] [-] [-] [-]0,92 0,37 0,27 0,29 0,22 0,271,33 0,35 0,26 0,27 0,21 0,261,60 0,34 0,26 0,27 0,20 0,252,18 0,34 0,26 0,27 0,21 0,25l c JAZ 26,LW-WP JAZ 26,SW-WP(f) JAZ 26,SW-WP(t) JAZ 26,GW-WP JAZ 26,DX-WP[m] [-] [-] [-] [-] [-]0,92 3,03 3,62 3,47 4,47 4,241,33 3,13 3,66 3,51 4,53 4,301,60 3,14 3,68 3,53 4,55 4,322,18 3,11 3,65 3,49 4,48 4,28• Wobei bedeutet:LW-WPLuft/Wasser-WärmepumpeSW-WP(f) Sole/Wasser-Wärmepumpe (Flachkollektor)SW-WP(t) Sole/Wasser-Wärmepumpe (Tiefensonde)GW-WP Wasser/Wasser-Wärmepumpe (Grundwasser)DX-WPDirektverdampfer-WärmepumpeFür Gebäude BGF > 400 m² ist die Energieaufwandszahl e AWZ zur Berechnung des Referenzheizenergiebedarfesin Abhängigkeit von l c zwischen folgenden Werten zu interpolieren:231


Tabelle 60: Energieaufwandszahl e AWZ für Gebäude BGF > 400 m²l c e AWZ,f.f. e AWZ,f.fl. e AWZ,f.gf. e AWZ,Bio e AWZ,FW[m] [-] [-] [-] [-] [-]0,92 2,32 1,78 1,69 1,96 1,541,33 2,09 1,65 1,57 1,79 1,431,60 1,89 1,47 1,41 1,65 1,352,18 1,78 1,40 1,35 1,58 1,322,53 1,70 1,37 1,32 1,52 1,293,20 1,64 1,36 1,31 1,49 1,293,56 1,58 1,35 1,30 1,46 1,294,17 1,55 1,35 1,30 1,44 1,294,47 1,53 1,35 1,30 1,43 1,29l c e AWZ,LW-WP e AWZ,SW-WP(f) e AWZ,SW-WP(t) e AWZ,GW-WP e AWZ,DX-WP[m] [-] [-] [-] [-] [-]0,92 0,61 0,45 0,48 0,39 0,441,33 0,57 0,40 0,42 0,34 0,391,60 0,48 0,36 0,38 0,31 0,352,18 0,47 0,35 0,37 0,30 0,352,53 0,45 0,34 0,36 0,29 0,343,20 0,46 0,34 0,36 0,29 0,343,56 0,45 0,34 0,36 0,29 0,344,17 0,45 0,34 0,36 0,30 0,344,47 0,45 0,34 0,36 0,30 0,34l c JAZ 26,LW-WP JAZ 26,SW-WP(f) JAZ 26,SW-WP(t) JAZ 26,GW-WP JAZ 26,DX-WP[m] [-] [-] [-] [-] [-]0,92 2,41 2,95 2,79 3,41 3,371,33 2,36 3,06 2,90 3,55 3,511,60 2,63 3,10 2,94 3,62 3,572,18 2,61 3,08 2,92 3,58 3,532,53 2,61 3,08 2,92 3,58 3,543,20 2,58 3,05 2,89 3,53 3,493,56 2,58 3,05 2,88 3,52 3,494,17 2,57 3,03 2,86 3,49 3,474,47 2,57 3,03 2,86 3,48 3,46232


10.2Kenngrößen für Plus-Energie EnergieausweisIn diesem Kapitel werden die zwei wesentlichen Kenngrößen des Plus-Energie Energieausweisesbeschrieben und grafisch dargestellt.Die erste wesentliche Kenngröße ist der totale Primärenergiebedarf. Der totale Primärenergiebedarfmuss kleiner oder gleich dem Referenzbedarf sein. Der totale bzw. gesamte Primärenergiebedarf,welcher den Gebäudebetrieb, die Nutzung und die Eigendeckung beinhaltet,wird an der Grenze Et berechnet. Es wird bei der Berechnung kein Export von Energieberücksichtigt. Die Eigendeckung durch Erzeugung von erneuerbarer Energie am Standortkann in der Berechnung berücksichtigt werden.Der Referenzbedarf für Wohnhäuser wurde im Kapitel 9.4.6 von einem erfolgreichen Passivhausprojektabgeleitet. Hieraus ergeben sich für die Energieträger die folgenden Kenngrößenfür den Referenzbedarf für Wohnhäuser die unterschritten werden sollen:Gas: 110 kWh/m².aFernwärme unbekannt: 115 kWh/m².aFernwärme hocheffiziente KWK: 90 kWh/m².aFernwärme hocheffiziente KWK mit Nachweis: 60 kWh/m².aBiomasse: 100 kWh/m².aWärmepumpe (Strom): 100 kWh/m².aAbbildung 122: Kenngrößen für Plus-Energie Energieausweis: Primärenergiebedarf gesamt nach OIB RL 6 2011Die obige Kenngröße des gesamten Primärenergiebedarfs inkl. der Nutzung wird für Österreichempfohlen.In Deutschland wird mit der ENEV der Weg ohne Nutzung eingeschlagen, wie in der folgendenAbbildung ersichtlich. Als Primärenergiebedarf wird der gesamte Primärenergiebedarfoder der teilweise viel geringere nicht erneuerbare Primärenergiebedarf verwendet.233


Abbildung 123: Kenngrößen für Plus-Energie Energieausweis: Primärenergiebedarf gesamt nach ENEVDie zweite wesentliche Kenngröße ist die Definition von Plus-Energie-Gebäude, Null-Energie-Gebäude und Nahe-Null-Energie-Gebäude. Der Primärenergiebedarf (Gebäudebetrieb+Nutzung+Eigendeckung)wird an der Grenze Et mit den nicht erneuerbaren Konversionsfaktorengerechnet. Diese Definition ist in folgender Abbildung dargestellt. Aus der Abbildungist ersichtlich, dass der nicht erneuerbare Primärenergiebedarf kleiner als der durchden Export von Energie ins Netz reduzierte nicht erneuerbare Primärenergiebedarf ist.Abbildung 124: Kenngrößen für Plus-Energie Energieausweis: Netto-Primärenergiebedarf inkl. NutzungDie oben angeführte Definition, welche die Nutzung inkludiert, wird derzeit in Österreich angewendet.In anderen Ländern, wie Dänemark und Deutschland, wird die Definition ohne Berücksichtigungder Nutzung, wie in folgender Abbildung dargestellt, derzeit favorisiert.234


Abbildung 125: Kenngrößen für Plus-Energie Energieausweis: Netto-Primärenergiebedarf exkl. Nutzung235


11 ErgebnisseIn der folgenden Zusammenstellung sind die Ergebnisse der einzelnen Arbeitspakte aufgelistet.11.1 AP1 (Rechenverfahren)Der Algorithmus ist auf standortabhängige synthetische Stundenklimadatensätzeumgestellt. Der Energiebedarf im Gebäude wird mit demselben Klima berechnet.Berechnungsmodell HeizlastBerechnungsmodell KühllastBerechnungsmodell zum Nachweis der Zuluftbeheizbarkeit von WohnräumenDarstellung der Berücksichtigung des tatsächlichen Haushalts- und Betriebsstrombedarfs,Berücksichtigung von energieeffizienten Geräten für die Ausstattung vonWohn- bzw. Bürobau.Rechenmodell zur Ermittlung des Energiebedarf für Beleuchtung mit stundenweiserBerücksichtigung des Nutzerverhaltens und des Klimas mit Unterscheidung zwischentageslichtversorgten und nicht tageslichtversorgten Bereichen unter Berücksichtigungvon Raumgeometrie, Fenstergeometrie, VerschattungVerschattungsberechnungModellierung BiomassekesselWärmepumpen/Kältemaschinen ModellierungModellierung ErdbodenModellierung WindkraftanlageRechenregeln für Photovoltaikanlagen und große gebäudeintegrierterSolarthermieanlagenIm Zuge des IEA Annex 53 (Annex53 Office) wurde ein virtuelles Gebäudemodell einesin Niederösterreich stehenden Bürogebäudes mit Hilfe von „BuildOpt_VIE“ erstelltund die Ergebnisse mit gemessenen Daten verglichen. Das Gebäude hat dreiStockwerke und eine Bruttogeschoßfläche von 4811 m². Es war das Ziel, Randbedingungenund Eingangswerte zu bestimmen, welche einen solchen Vergleich möglichmachen. Es wurde gezeigt, dass, wenn alle nötigen Daten über das Gebäude, dasNutzerverhalten, die verwendeten Geräte und die Anwesenheit bekannt sind, Simulationund Messung sehr gut übereinstimmen.Anhand der Messdaten der Demonstrationsobjekte Schule Schwanenstadt,Wohnbau Utendorfgasse konnte die Genauigkeit der Berechung getestet werdenKonversionsfaktoren: Die Konversionsfaktoren wurden im Bericht mit dem Titel „Konversionsfaktorender Endenergie für Gebäude“ (noch nicht publiziert) zusammengefasst.Im Bericht sind die realen Konversionsfaktoren mit den zugehörigen Herstellungskettendokumentiert (siehe auch folgende Abbildung). Eine zeitliche Differenzierungder Konversionsfaktoren ist bis dato nicht umgesetzt worden. Im Anhang sinddie Berichte mit den vorgeschlagenen Konversionsfaktoren zu finden.Darstellung der Berechnung des fGEE236


11.2AP2 (Normvorschläge)Der Gesamtenergieeffizienz-Faktor wird in der neuen ÖNORM H 5050 eingebunden werden.Im Hinblick auf Plusenergiehäuser ist darüber nachzudenken, ob der Gesamtenergieeffizienz-Faktornicht mit einem Minus zu versehen ist. Wird der Lieferenergiebedarf dann negativ,würde der Gesamtenergieeffizienz-Faktor positiv werden und damit ein Plusenergiegebäudebeschrieben werden.Der Ertrag aus einer raumlufttechnischen Anlage mit Wärmerückgewinnung wird diskutierthinkünftig im HTEB bzw. im KTEB in den ÖNORMen H 5056 und 5058 Berücksichtigung zufinden. Damit wird die ÖNORM B 8110-6 einen Lüftungswärmeverlust beinhalten, der demheutigen Lüftungswärmeverlust durch Fensterlüftung entspricht. Bei der Berechnung desEnergiebedarfs für die Raumheizung bzw. Raumkühlung an der Bilanzgrenze Et wird weiterhindie physikalisch korrekte Abbildung des Lüftungswärmeverlustes verwendet.Es ist eine neue ÖNORM in der Serie H 5050ff zu kreieren, die die Erträge aus Photovoltaik,Wind, etc. beinhaltet.Abbildung 126: Veranschaulichung der Bilanzgrenzen, die bei der Verwendung der Konversionsfaktoren herangezogenwerden. Diese Darstellungsmethode wird im Rahmen des IEA Annex 53 ISO TC 163 weiterentwickelt.NORM-VorschlägeDie ÖNORM B 8110-3:2012 03 15 „Vermeidung sommerlicher Überwärmung“ ist erschienen.H 7500 Bemessung von Niedrigstenergiegebäuden und Plus-Energiegebäuden Heizlast,Kühllast und Sommerliche Überwärmung als konsistenter Vorschlag vorhandenH 6040 Kühllast: Zusammenführung mit den im Bericht dargestellten Heiz- und Kühllastverfahren,wesentlich dabei ist die Ermöglichung einer Berechnung in einer frühenPlanungsphase und eine detaillierte Auslegungsberechnung.237


B 8110 Bilanzverfahren für Plus-Energiehäuser, Verschattung, Klimamodell, Vereinfachteund detaillierte Berechnung, Trennung von Geräten und Personen, ZeitabhängigeNutzungsprofile, usw.H 5060 Photovoltaik, WindkraftanlagenH 5059 Einbau der Tageslichtnutzung und von energieeffizienten Technologien fürdie BeleuchtungH 5057 richtige spezifische Kennwerte, Standortklima, detailiertes Verfahren auf Basisder Prozesse, bedarfsgerechte Lüftung (VVS), eventuell Luftkühlung/- heizung alleine,LeitungslängenH 5056 Bilanzierung mehrerer paralleler bzw. alternativer Abgabe und Bereitstellungssysteme,Wärmepumpen vervollständigen, Geothermie (Tiefenbohrung, Flachkollektor),Solarthermie vervollständigen, SchichtspeicherH 5058 Bilanzierung mehrerer paralleler bzw. alternativer Abgabe und Bereitstellungssysteme,LeitungslängenH 5055 Umstellung auf Primärenergie, CO2, Darstellung von Plus-Energiegebäude,AnforderungenEN 15603 [ONO08a] Methodik und nationale Konversionsfaktoren (im nationalen Anhang)– wird derzeit in der Überarbeitung der OIB RL 6 vorbereitetSchulungstool mit HandbuchErstellung eines Schulungstools in Excel zur Umsetzung der Rechenregeln11.3AP3 (Umsetzung)Inhaltlicher Entwurf von Darstellungsarten für Plus-Energiehäuser für die geplanteÜberarbeitung des Energieausweises 2012 und Kommunikation mit den GremienPEB, CO2, GEE sind in OIB RL 6 – 2011 eingeflossenBerücksichtigung von PV möglichWechselwirkung/Kommunikation in CEN und ISO AusschüsseDerzeit besteht intensiver Erfahrungsaustausch der ProjektpartnerInnen in den internationalenArbeitsgruppen CEN TC 89, ISO TC 163, ISO TC 205 und im Rahmen des IEA Annex53. Aktuelle Projektfortschritte werden laufend in den einzelnen österreichischen Normungsgremienbesprochen und je nach Eignung im Normungsprozess weiterverfolgt. Aktuell wirdauch an den Normungsentwürfen der einzelnen im Rahmen dieses Projektes untersuchtenProjekte gearbeitet.238


239


12 Ausblick und EmpfehlungenIm vorliegenden Endbericht und den parallelen Arbeiten wurden die Grundsteine für die Berechnungvon Plus-Energie-Gebäuden gelegt. Folgende Punkte sind die nächsten Schritteum belastbare, einheitliche Anforderungen zu definieren:Entwicklungen von mathematisch-physikalisch sinnvollen Formulierung der Kenngrößenzur Darstellung der energetischen Situation, die in einer konsistenten Studie unterBerücksichtigung des kostenoptimalen Niveaus abgeleitet werden.Implementierung in die klassischen SoftwareprogrammeDurchführung von Ringrechnungen mit SoftwareherstellernFolgende Punkte stellen einen weiteren Grundstein für die Verbreitung und Weiterentwicklungder Plus-Energie- und Passivhaustechnologie dar:Einführung von ProduktnormenEinführung von Auslegungsnormen zur Dimensionierung der Komponenten im SystemEinführung von Systemnormen für EnergiebedarfsberechnungAnwendung an Demonstrationsobjekten, die erfolgreiche Errichtung von Niedrigstenergiegebäudenund Anlagen zur lokalen Energiebereitstellung und vor allem dessenReproduzierbarkeit ermöglicht durch einen abgesicherten Stand des Wissens sicherndie Verbreitung und Anwendbarkeit dieser TechnologienKommunikation des Verbrauchs und des Bedarfs von Niedrigstenergiegebäuden240


13 Verwendete FormelzeichenFormelzeichen Einheit Benennungα - Absorptionsgradα - Parameter zur Ermittlung des Masseverlustes infolge Verrottungα c W/(m².K) konvektiver Wärmeübergangskoeffizienta F Rad Orientierung der Flächea s Rad Orientierung der Sonnea VK % Kostensteigerung der VK j bzw. VKα r W/(m².K) Strahlungswärmeübergangskoeffizient 1/K Volumenausdehnungskoeffizient c pm/skg/(m².s.Pa)FeuchteübergangskoeffizientFeuchteübergangskoeffizient F Rad Neigung der Fläche (horizontal = 0) h- Verhältnis von Wärmegewinnen zu Wärmeverlusten im Heizfall S Rad Sonnenstand (horizontal = 0) SF Rad Winkel zwischen Dem Sonnenstand und der Fläche in rad S - Reflexionsgrad mδ Pδ P0, δ c0MMkg/(m.s.Pa)(= s)kg/(m.s.Pa)(= s)Eindringtiefe für Temperaturwellen - Emissionsvermögenkg/m³Eindringtiefe für Feuchtewellen (m … moisture)Diffusionskoeffzient zum WasserdampfpartialdruckPermeabilität von Wasserdampf in Luft = Diffusionskoeffzient von Wasserdampf inLuftFeuchtespeicherkapazität Pa.s Dynamische Viskosität von Luftη c,j - Ausnutzungsgrad für Wärmegewinne im Kühlfall im jeweiligen Monatη EWT -Wärmebereitstellungsgrad (Reduktion der Lüftungswärmeverluste) des Erdwärmetauschersη EWT,h - Wärmebereitstellungsgrad des Erdwärmetauschers im Heizfallη EWT,c - Wärmebereitstellungsgrad des Erdwärmetauschers im Kühlfallη h,j - Ausnutzungsgrad für Wärmegewinne im Heizfall im jeweiligen Monatη n - Jahreswirkungsgrad des Heizsystemsη Vges -η Vges,h -Wärmebereitstellungsgrad (Reduktion der Lüftungswärmeverluste) des GesamtsystemsWärmebereitstellungsgrad (Reduktion der Lüftungswärmeverluste) des Gesamtsystemsim Heizfall im jeweiligen Monatη Vges,c - Wärmebereitstellungsgrad des Gesamtsystems im Kühlfall im jeweiligen Monatη WRG -θ °C Temperaturθ B °C fiktive Bodentemperaturθ e °C AußenlufttemperaturWärmebereitstellungsgrad (Reduktion der Lüftungswärmeverluste) des Lüftungsgerätesmit Wärmerückgewinnung (abluftseitiges Temperaturverhältnis η t,ex aus ÖNORMEN 13141-7 bzw. ÖNORM EN 308)θ e,M °C mittlere Außentemperatur im jeweiligen Monatθ EWT °C Temperatur des Erdreichwärmetauschersθ FH °C mittlere Temperatur der Flächenheizung (Heizmedium) des jeweiligen Monatsθ i °C Innenlufttemperatur241


θ i,c °C Solltemperatur des konditionierten Raumes im Kühlfallθ i,h °C Solltemperatur des konditionierten Raumes im Heizfallθ i,hour °C Mittlere Innentemperatur in der jeweiligen Stundeθ iu °C Temperatur des unkonditionierten Raumesθ sat °Cθ si °C innere Oberflächentemperaturθ si,min °C minimale Innenoberflächen-TemperaturTaupunkttemperatur; Sättigungstemperatur:Temperatur, bei der der Wasserdampf-Teildruck p der Luft gleich dem Wasserdampf-Sättigungsdruck p sat ist.θ i,M °C Mittlere Innentemperatur im jeweiligen Monatθ Kessel °C (Pellets-)Kesseltemperaturθ Ne °Cθ Raum °C Temperatur in (Kessel)-AufstellraumNormaußentemperatur (ist das tiefste Zweitagesmittel der Außentemperatur, das 10-mal in 20 Jahren erreicht oder unterschritten wird; in der ÖNORM H 7500 mit θ ebezeichnet)θ RL,Ne °C Rücklauftemperatur bei Normaußentemperaturθ TMit, min °C mittlerer jährlicher Tiefstwert des Temperatur-Tagesmittelsθ VL,gew °C Gewichtete Vorlauftemperaturθ VL,Heizung °C Notwendige Vorlauftemperatur für Heizungθ VL,Ne °C Vorlauftemperatur bei Normaußentemperaturθ VL,WW °C Notwendige Vorlauftemperatur für Warmwasserbereitungθ Wärmequelle °C Referenztemperatur für die Wärmequelle eines Wärmepumpensystemsθ Wärmesenke °C Referenztemperatur für die Wärmesenke eines Wärmepumpensystemsλ W/(m.K) Wärmeleitfähigkeitλ n,ν W/(m².K) Nennwert der Wärmeleitfähigkeit der wärmeschutztechnisch wirksamen Schichtλ T W/(m.K) Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeitμ -Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl:Zahl, die angibt, um wie viel Mal größer der Diffusionswiderstand eines Stoffes gegenüberjenem einer gleich dicken Luftschicht gleicher Temperatur ist (Luft: μ = 1).μ L - Raumbelastungsgrad bei Einsatz von AbluftleuchtenζζAζEReibbeiwertReibbeiwert der AuslassöffnungReibbeiwert infolge WandreibungζRReibbeiwert der Einlassöffnungρ kg/m³ Dichte des Stoffesρ tr kg/m³ Rohdichte des trockenen Stoffesρ w kg/m³ Dichte des Wassers (1000 kg/m³ bei 20 °C)ρ 0 kg/m³ Luftdichte der Referenztemperatur S - Transmissionsgradτ h Gebäudezeitkonstanteτ 0 h Referenzgebäudezeitkonstante (16 im Heiz- und Kühlfall)Φ WRG -φ-oder%Rückwärmzahl (abluftseitiges Temperaturverhältnis gemäß ÖNORM EN 308) derWärmerückgewinnung. Im Bedarfsfall bzw. in Übereinstimmung mit ÖNORM H 5057ist die Möglichkeit eines Bypasssystems ( = 0) zu berücksichtigen.WRGrelative Luftfeuchtigkeit:Verhältnis des tatsächlich vorhandenen Wasserdampfdruckes zum Sättigungsdruck(auch in % ausdrückbar).φ i - relative Feuchtigkeit der Raumluft (i … interior)φ e - relative Feuchtigkeit der Außenluft (e … exterior)χ J/(K.m²) flächenbezogene wirksame Wärmespeicherkapazität des Bauteilesχ k W/K Korrekturkoeffizient der dreidimensionalen Wärmebrücke kχ m kg/m²/(kg/m³) flächenbezogene wirksame Feuchtekapazität des Bauteilesχ u,e , χ i,uW/KKorrekturkoeffizient einer dreidimensionalen Wärmebrücke zwischen innen undunkonditioniertem Raum bzw. zwischen unkonditioniertem Raum und außenψ j W/(m.K) Korrekturkoeffizient der zweidimensionalen Wärmebrücke j242


ψ u,e , ψ i,uW/(m.K)a m²/s TemperaturleitfähigkeitA m² Fläche der GebäudehülleKorrekturkoeffizient einer zweidimensionalen Wärmebrücke zwischen innen undunkonditioniertem Raum bzw. zwischen unkonditioniertem Raum und außenA num - numerischer Parameter für den AusnutzungsgradA AL m²A B m² HüllflächeFensterfläche, gegeben durch die Architekturlichte oder (sonnentechnische) BauteilflächeA Ap m² Aperaturfläche des Solarkollektors gemäß ÖNORM EN 12975-1A BT m² BauteilflächeA F m² Fußbodenfläche eines RaumesA G m² Fläche der transparenten Teile des Fensters (Glasfläche)A I m² ImmissionsflächeA i m² Fläche des Bauteils i der GebäudehülleA k m²Flächeninhalte jener Teilflächen k der Gebäudehülle, für die eindimensionale Wärmeleitungangenommen wird (plattenförmige, aus homogenen Schichten aufgebauteBauteile)a m,S,c - Parameter zur Bewertung der Aktivierung von SonnenschutzeinrichtungenA R m² Fläche aller nicht transparenten Teile des Fensters (zB Rahmen)A trans,c,k,j m²A trans,h,k,j m²A u,e , A i,u m²solar wirksame Kollektorfläche der transparenten Oberfläche k mit der Orientierung jim Kühlfallsolar wirksame Kollektorfläche der transparenten Oberfläche k mit der Orientierung jim HeizfallFläche eines Einzelbauteils zwischen innen und unkonditioniertem Raum bzw. zwischenunkonditioniertemRaum und außenA LI,ex m² Oberfläche der Luftleitungen außerhalb der thermischen GebäudehülleA VK - Faktor für die Kostensteigerung der VK j bzw. VKA/V 1/m KompaktheitAWF - „Aufwandsfaktor“a 0a 1,Ap -B EUR Barwert der GesamtkostenReferenzparameter für den Ausnutzungsgrad (1 im Heiz- und Kühlfall)linearer Verlustfaktor des Kollektors gemäß ÖNORM M 7701 bezogen auf dieAperturflächeBF m² konditionierte Bezugsfläche des Gebäudes / GebäudeteilesBGF m² konditionierte Brutto-Grundfläche des Gebäudes/GebäudeteilsBK EUR BaukostenBKK EUR Barwert der kapitalgebundenen KostenBNVK EUR Barwert der nicht verbrauchsgebundenen BaunutzungskostenBVK EUR Barwert der verbrauchsgebundenen Baunutzungskostenc kg/m³ absoluter FeuchtegehaltC Wh/K wirksame Wärmespeicherfähigkeit des GebäudesC A J/(K.m²) flächenbezogene wirksame Wärme-SpeicherkapazitätC B J/K wirksame Wärmespeicherkapazität des Bauteilesc E J/(kg.K) spezifische Wärmekapazität der EinrichtungsgegenständeC mat - Koeffizient für Schimmelpilzrückgangc p J/(kg.K) spezifische Wärmespeicherfähigkeit des Materialsc p,L.ρ LW/(m³.K)volumenbezogene Wärmespeicherfähigkeit von Luftman verwende c p,L.ρ L = 0,34c p,St J/(kg.K) spezifische Wärmespeicherfähigkeit von Stahlc p,w J/(kg.K) spezifische Wärmespeicherfähigkeit von WasserC p J/K Wärmekapazität (eines Kessels,….)C s Wh/K wirksame Wärmespeicherfähigkeit des Gebäudesc tr J/(kg.K) spezifische WärmekapazitätC w,V J/(K.m³) volumenbezogene wirksame Wärmespeicherkapazität des Raumesc 0 J/(kg.K) Referenz-Wärmespeicherkapazität243


COP - ideale (Carnot’sche) Leistungszahl (Coefficient of Performance)COP 0,in -COP fl,in -COP pl,in -ideale (Carnot’sche) Leistungszahl (Coefficient of Performance) der Wärmepumpe beiden Temperaturniveaus des betrachteten Temperaturintervalls bei VolllastLeistungszahl (Coefficient of Performance) der Wärmepumpe des Temperaturniveausder betrachteten Temperaturintervalle bei Volllast unter BetriebsbedingungenLeistungszahl der Wärmepumpe innerhalb des betrachtetenTemperaturintervalls bei TeillastCOP N - Leistungszahl der Wärmepumpe im NormbetriebspunktCOP real - Leistungszahl der Wärmepumpe im Referenzfall der betrachteten StundeD,δ V m²/s Diffusionskoeffzient zum absoluten FeuchtegehaltDBK EUR Differenz der BK zweier zu vergleichender Variantend m Dicke der Schichtd c,a d/a Betriebstage der Kühlung pro Jahrd h,a d/a Betriebstage der Heizung pro Jahrd mlaufender Tag des Monats (1 bis zum Monatsletzten)d Nutz d/M Nutzungstage im jeweiligen Monatd Nutz,a d/a Nutzungstage pro Jahrd RLT,a d/a Betriebstage der raumlufttechnischen Anlage pro JahrDVK EUR Differenz der VK zweier zu vergleichender Variantend v,opt m optimale wärmeschutztechnisch wirksame DickeE m lx Wartungswert der BeleuchtungsstärkeEPR Gebrauch EUR/kWh energiebezogener Einstandspreis für die GebrauchsenergieEPR Nutz EUR/kWh Energiepreis für die NutzenergieEVK EUR Endwert der VKE Zünd,elektrisch kWh Elektrischer Zündenergiebedarf für einen Kesssel-Kaltstartf BW Wh/(m³.K) Faktor zur Beurteilung der BauweiseF C - Abminderungsfaktor einer Abschattungseinrichtungf corr -Korrektur-Faktor1, 4 90f corr 0, 01 2, 3 90 1301, 0 130FC in - Auslastungsgrad der Wärmepumpe im jeweiligen Temperaturintervallf EAZ -Faktor für die Energieaufwandszahl zur Berechnung der Wärmeverluste von Raumheizgerätenund Herdef eh - Faktor zur Bewertung der Einschalthäufigkeit des Wärmebereitschaftssystemsf ero,1 -f ero,2 -f et - EnergieträgerfaktorFaktor für äquivalente Verteilleitungslängen (bzw. allfälliger Zirkulationsleitungslängen)für Einbauten wie z. B. Armaturen und PumpenFaktor für äquivalente Steig- und Anbindeleitungslängen (bzw. allfälliger Zirkulationsleitungslängen)für Einbauten wie z. B. Armaturen und PumpenF f - Verschattungsfaktor für seitliche Überständef FH,i -f G - GlasflächenanteilKorrekturfaktor für Flächenheizungen in der Gebäudehüllef FH,i i = 1 bei Flächen ohne FlächenheizungF h - Verschattungsfaktor für den Horizont (Topographie)fH , f HT -AGfG , fG fR1A- monatlicher Auslastungsgrad von Kesseln für RaumheizungZuschlagsfaktor zum Referenz-Heiztechnik-Energiebedarf – fHT = 1,15 für Basis-Wärmeschutz – fHT = 1,05 für Erhöhten Wärmeschutzf i - Temperaturkorrekturfaktoren der Bauteile nicht gegen Außenluftf i,c - Temperaturkorrekturfaktoren der Bauteile im Kühlfallf i,h - Temperaturkorrekturfaktoren der Bauteile im HeizfallF K - Verschattung durch die Konstruktion des WintergartensALfkom,- monatlicher Auslastungsgrad von Kesseln für Raumheizung und Warmwasser244


f MG,in - Modulationsfaktor der Wärmepumpe im jeweiligen TemperaturintervallF o - Verschattung für Überhängef op kKh Strahlungswirkungs-Korrekturfaktorenf pl - Teillastfaktor der Wärmepumpef pl,in - Teillastfaktor der Wärmepumpe im Temperaturintervallf R - RahmenflächenanteilfRsifRsi ,minF s - Verschattungsfaktor--F s,h - Verschattungsfaktor für den HeizfallF s,c - Verschattungsfaktor für den KühlfallF sky - Sichtfaktor der Oberfläche zum HimmelfTW , K , ALTemperaturfaktor:Quotient aus der Differenz zwischen der inneren Oberflächentemperatur und derAußenlufttemperatur und der Differenz zwischen Innen- und Außenlufttemperatur- monatlicher Auslastungsgrad von Kesseln für WarmwasserbereitungF t,n,m - Minderungsfaktor Gebäudebetriebszeit im Hinblick auf Beleuchtungf üw - Faktor für nicht nutzbare Überwärme bei Heizkessel ohne Modulierungsmöglichkeitf 0 - thermodynamischer (carnot’scher) Gütegrad der WärmepumpeG kg/s Feuchteproduktiong m/s² Erdbeschleunigungg -g e,g 1, …g n -g F -g surf,v kg/m²s MassenstromdichteProportionalitätsfaktor:Faktor, der den Einfluss der Lufttemperatur in einem Raum auf die minimale Temperaturder Bauteiloberfläche im betrachteten Raum angibtTemperaturgewichtungsfaktor:Faktor, der den Einfluss der Lufttemperatur auf die Oberflächentemperatur in an eineBaukonstruktion thermisch angekoppelten Räumen angibt.solarer Gesamtenergie-Durchlassgrad lotrecht auf die Verglasungsfläche nachÖNORM EN 410.g tot - Gesamtenergie-Durchlassgrad eines transparenten Bauteilesg v kg/m²s Massenstromdichte infolge Diffusiong w,F - effektiv wirksamer Gesamtenergie-Durchlassgrad der Verglasungg wges,F - Energiedurchlassgrad infolge Verschaltung des Wintergartensg w1,F - Energiedurchlassgrad Verglasung 1g w2,F - Energiedurchlassgrad Verglasung 2h d - laufende Stunde des Tages (1 bis 24)h Ne m Höhe der Nutzebene im Hinblick auf BeleuchtungHEB BGF kWh/(m².a) spezifischer jährlicher HeizenergiebedarfHGT 20/12 (K.d)/a Heizgradtage gemäß ÖNORM B 8110-5HGT (K.d)/M monatliche HeizgradtageHGT H,zus,al (K.d)/M monatliche Heizgradtage für ein zusätzliches Heizungssystem bei Alternativ-BetriebHGT H,zus,pa (K.d)/M monatliche Heizgradtage für ein zusätzliches Heizungssystem bei Parallel-BetriebHGT H,x,al (K.d)/M monatliche Heizgradtage bei AlternativbetriebHGT in (K.d)/M monatliche Heizgradtage innerhalb der betrachteten TemperaturintervalleHGT in,al(K.d)/M fRAARsi ef Rsii eBemessungstemperaturfaktorkleinster zulässiger (mindesterforderlicher) Temperaturfaktor für die raumseitigeOberflächefRsi,min si,min ieemonatliche Heizgradtage innerhalb der betrachteten Temperaturintervalle für Alternativ-Betriebder Wärmepumpe245


HGT in,pa(K.d)/Mmonatliche Heizgradtage innerhalb der betrachteten Temperaturintervalle für Parallel-Betrieb der WärmepumpeHGT H,x,pa (K.d)/M monatliche Heizgradtage bei ParallelbetriebHT d/M Heiztage im jeweiligen Monat gemäß ÖNORM H 5056HT bp d/M Anzahl der monatlichen Heiztage bei einer Temperatur unter dem BivalenzpunktHT ind/MAnzahl der monatlichen Heiztage bei einem Tagesmittel der Außentemperatur innerhalbdes betrachteten TemperaturintervallsHT Heiz,j d/M Anzahl der monatlichen Heiztage bei einem Tagesmittel der Außentemperatur von jHTEB BGF kWh/(m².a) jährlicher spezifischer Heiztechnik-EnergiebedarfHTEB H,BGF kWh/(m².a) jährlicher spezifischer Heiztechnik-Energiebedarf für RaumheizungHTEBT W,BGF kWh/(m².a) jährlicher spezifischer Heiztechnik-Energiebedarf für WarmwasserHWB kWh/a jährlicher HeizwärmebedarfHWB BGFHWB BGF,WG,RKHWB BGF,WG,RK, maxHWB BGF,WGsan, RKHWB BGF,WGsan, RK, maxHWB BGF,nE-WG,RKHWB BGF,nstE-WG,RKHWB NGF,RKHWB* V,nE-NWG,RKHWB* V,nstE-NWG, RefHWB* VkWh/(m².a)kWh/(m².a)kWh/(m².a)kWh/(m².a)kWh/(m².a)kWh/(m².a)kWh/(m².a)kWh/(m².a)kWh/(m³.a)kWh/(m³.a)kWh/(m³.a)jährlicher spezifischer Heizwärmebedarf, bezogen auf die konditionierte Brutto-Grundflächejährlicher Heizwärmebedarf für Wohngebäude – Neubau, bezogen auf die konditionierteBrutto-Grundfläche und das Referenzklimamaximaler jährlicher Heizwärmebedarf für Wohngebäude – Neubau, bezogen auf diekonditionierte Brutto-Grundfläche und das Referenzklimajährlicher Heizwärmebedarf für Wohngebäude – große Renovierung, bezogen auf diekonditionierte Brutto-Grundfläche und das Referenzklimamaximaler jährlicher Heizwärmebedarf für Wohngebäude – große Renovierung,bezogen auf die konditionierte Brutto-Grundfläche und das Referenzklimajährlicher Heizwärmebedarf für Niedrigenergie-Wohngebäude – Neubau, bezogen aufdie konditionierte Brutto-Grundfläche und das Referenzklimajährlicher Heizwärmebedarf für Niedrigstenergie-Wohngebäude – Neubau, bezogenauf die konditionierte Brutto-Grundfläche und das Referenzklimaauf die konditionierte Netto-Grundfläche bezogener jährlicher Heizwärmebedarf,bezogen und das Referenzklimajährlicher wohngebäudeäquivalenter Heizwärmebedarf für Niedrigenergie-Nicht-Wohngebäude – Neubau, bezogen auf das konditionierte Brutto-Volumen und dasReferenzklimajährlicher wohngebäudeäquivalenter Heizwärmebedarf für Niedrigstenergie-Nicht-Wohngebäude – Neubau, bezogen auf das konditionierte Brutto-Volumen und dasReferenzklimajährlicher wohngebäudeäquivalenter Heizwärmebedarf, bezogen auf das konditionierteBrutto-VolumenHWB V kWh/(m³.a) jährlicher Heizwärmebedarf, bezogen auf das konditionierte Brutto-VolumenHWB* V,NWG,RKHWB* V,NWG,RK, maxHWB* V,NWGsan,RKHWB* V,NWGsan,RK, maxkWh/(m³.a)kWh/(m³.a)kWh/(m³.a)kWh/(m³.a)ΔH m HöhendifferenzI abs W/m² absorbierte StrahlungI diff W/m² diffuse Strahlung auf die Oberflächejährlicher wohngebäudeäquivalenter Heizwärmebedarf für Nicht-Wohngebäude –Neubau, bezogen auf das konditionierte Brutto-Volumen und das Referenzklimamaximaler jährlicher wohngebäudeäquivalenter Heizwärmebedarf für Nicht-Wohngebäude – Neubau, bezogen auf das konditionierte Brutto-Volumen und dasReferenzklimajährlicher wohngebäudeäquivalenter Heizwärmebedarf für Nicht-Wohngebäude –größere Renovierung, bezogen auf das konditionierte Brutto-Volumen und das Referenzklimamaximaler jährlicher wohngebäudeäquivalenter Heizwärmebedarf für Nicht-Wohngebäude – größere Renovierung, bezogen auf das konditionierte Brutto-Volumen und das ReferenzklimaI diff,H W/m² diffuse Strahlung auf eine horizontale FlächeI diff,refl W/m² diffuse Reflektionsstrahlung auf eine FlächeI diff,S W/m² diffuse Strahlung auf eine FlächeI dir W/m² direkte Strahlung auf die OberflächeI dir,S W/m² direkte Strahlung auf eine FlächeI dir,n W/m² direkte Strahlung auf eine Fläche normal zur SonneI refl W/m² reflektierte Strahlung auf die OberflächeI S kWh/(m².M) mittlere Monatssummen der GlobalstrahlungI sol W/m² solare Einstrahlung auf die Flächejkg/(m².s) bzw.kg/(m.s)Feuchtestromdichtej a kg/(m².s) Luftmassenstromdichte (a … air)JNGF - JahresnutzungsgradfaktorK m²/s Flüssigkeitsleitzahlk m² Luftpermeabilität246


K -Bodenreflexionskorrekturwert nach ÖNORM M 7701 (nur bei Anlagen über 60° Neigung)k A - Minderungsfaktor im Hinblick auf Beleuchtungk Invest €/kW Spezifische InvestitionskostenK Invest,min € Mindestinvestitionk R - Raumindex im Hinblick auf BeleuchtungKB* V,NWG, maxKB* V,NWGsan, maxkWh/(m³.a)kWh/(m³.a)maximaler jährlicher außeninduzierter Kühlbedarf für Nicht-Wohngebäude – Neubau,bezogen auf das konditionierte Brutto-Volumen und das Referenzklimamaximaler jährlicher außeninduzierter Kühlbedarf für Nicht-Wohngebäude – größereRenovierung, bezogen auf das konditionierte Brutto-Volumen und das ReferenzklimaKB* V kWh/(m³.a) jährlicher Kühlbedarf, bezogen auf das konditionierte Brutto-Volumenk Wbs - Korrekturwert des Wärmebereitstellungssystemsk1k2IntensitätsfaktorMäßigungsfaktorl C m charakteristische LängeL eW/KLEK eq - äquivalenter LEK-Wertthermischer Leitwert für alle Bauteile, die den konditionierten Innenraum und dieAußenluft thermisch verbindenLEK-Wert - Kennwert/Kennlinie für den Wärmeschutz der GebäudehülleLENI kWh/(m².a) Beleuchtungsenergiebedarf gemäß ÖNORM H 5059L gW/Kthermischer Leitwert für Bauteile, die den konditionierten Innenraum über den Bodenmit dem Außenraum thermisch verbindenl H,Ro,Anbindel m Länge der Anbindeleitungen der Raumheizung in beheizten Räumenl H,Ro,Steigl,beh m Länge der Steigleitungen der Raumheizung in beheizten Räumenl H,Ro,Steigl,u m Länge der Steigleitungen der Raumheizung in unbeheizten Räumenl H,Ro,Verteil,beh m Länge der Verteilleitungen der Raumheizung in beheizten Räumenl H,Ro, Verteil,u m Länge der Verteilleitungen der Raumheizung in unbeheizten Räumenl j m Länge der zweidimensionalen Wärmebrückel ψ,u,e , l ψ,i,umLänge einer zweidimensionalen Wärmebrücke zwischen innen und unkonditioniertemRaum bzw. zwischen unkonditioniertem Raum und außenL i,u W/K Leitwert zwischen innen und unkonditioniertem Rauml Sol,Ro,hor,beh m Länge der horizontalen Rohrleitungen des Kollektorkreises in beheizten Räumenl Sol,Ro,hor,u m Länge der horizontalen Rohrleitungen des Kollektorkreises in unbeheizten Räumenl Sol,Ro,ver,beh m Länge der vertikalen Rohrleitungen des Kollektorkreises in beheizten Räumenl Sol,Ro,ver,u m Länge der vertikalen Rohrleitungen des Kollektorkreises in unbeheizten RäumenL T W/K Transmissions-Leitwert eines GebäudesL uW/Kthermischer Leitwert für Bauteile, die den konditionierten Innenraum über unkonditionierteRäume mit der Außenluft verbindenL u,e W/K Leitwert zwischen unkonditioniertem Raum und außenL V W/K Lüftungs-LeitwertL V,u,e W/K Lüftungsleitwert des unkonditionierten RaumesL Vh,FL W/K Lüftungs-Leitwert im Heizfall für Nicht-Wohngebäude infolge Fenster-LüftungL Vc,FL W/K Lüftungs-Leitwert im Kühlfall für Nicht-Wohngebäude infolge Fenster-LüftungL V,Inf W/K Lüftungs-Leitwert für Nicht-Wohngebäude infolge InfiltrationL Vh,RLT W/K Lüftungs-Leitwert im Heizfall für Nicht-Wohngebäude infolge einer RLT-AnlageL Vc,RLTW/KLüftungs-Leitwert im Kühlfall für Nicht-Wohngebäude infolge einer RLT-Anlage (dieMöglichkeit eines Sommer-Bypass ist zu berücksichtigen)l WW,Ro,Steigl,beh m Länge der Steigleitungen für Warmwasser in beheizten Räumenl WW,Ro,Steigl,u m Länge der Steigleitungen für Warmwasser in unbeheizten Räumenl WW,Ro,Stichl m Länge der Stichleitungen für Warmwassersl WW,Ro,Verteil,beh m Länge der Warmwasser-Verteilleitungen in beheizten Räumenl WW,Ro,Verteil,u m Länge der Warmwasser-Verteilleitungen in unbeheizten Räumenl WW,Ro,Zirkl-S,beh m Länge der Zirkulations-Rücklauf-Steigleitungen für Warmwasser in beheizten Räumenl WW,Ro,Zirkl-S,umLänge der Zirkulations-Rücklauf-Steigleitungen für Warmwasser in unbeheiztenRäumenl WW,Ro,Zirkl-V,beh m Länge der Warmwasser-Zirkulations-Rücklauf-Verteilleitungen in beheizten Räumen247


l WW,Ro,Zirkl-V,umLänge der Warmwasser-Zirkulations-Rücklauf-Verteilleitungen in unbeheizten RäumenL ψ W/K Leitwertzuschlag für zweidimensionale WärmebrückenL χ W/K Leitwertzuschlag für dreidimensionale WärmebrückenMṁ kg/s MassenstromSchimmelindex (M … Mould Index)M a kg/m² flächenbezogene akkumulierte Kondenswassermenge an einer Grenzflächem f kg Masse der Probe vor dem TrocknenMG WP,in - Modulationsgrad der Wärmepumpe im jeweiligen Temperaturintervallm Kess kg Masse des Kesselkörpers (ohne Wasser)ML % Masseverlust (ML … mass loss)m tr kg Masse der Probe nach dem Trocknenṁ V kg/s Massenstrom durch Lüftung (Ventilation)ṁ S kg/s Massenstrom zwischen Bauteil und Raum (Surface)MT d/M Tage im jeweiligen Monat gemäß ÖNORM B 8110-5m w kg gesamte speicherwirksame Masse eines Raumesm w,B kg speicherwirksame Masse eines Bauteilsm w,B,A kg/m² flächenbezogene speicherwirksame Masse eines Bauteilsm w,E kg speicherwirksame Masse der Einrichtungm w,I kg/m² immissionsflächenbezogene speicherwirksame Masse eines Raumesm w,I,min kg/m² mindesterforderliche immissionsflächenbezogene speicherwirksame MasseΔm w,I,min kg/m² Überschuss an immissionsflächenbezogener speicherwirksamer Massem w,V kg/m³ volumenbezogene speicherwirksame Masse eines Raumesn a BetrachtungszeitraumN a NutzungsdauerNF m² Nutzfläche des GebäudesNGF m² beheizte Nettogrundfläche bei Nicht-Wohngebäuden HK - Heizkörperexponentn LH,Vent 1/h Luftwechselrate der Luftheizungn L 1/h Luftwechselzahl, Luftwechselraten L,FL 1/h energetisch wirksame Luftwechselrate bei Fensterlüftungn L, m,c 1/h mittlere monatliche Luftwechselrate im Kühlfalln L, m,h 1/h mittlere monatliche Luftwechselrate im Heizfalln L,NL 1/h energetisch wirksame Luftwechselrate bei Nachtlüftungn L,NL,real 1/h Nachtluftwechselrate bezogen auf das reale Lüftungsvolumen im Gebäuden L,RLT 1/h energetisch wirksame Luftwechselrate bei Raumlufttechnikn L,u 1/hN R a AmortisationsdauerLuftwechsel zwischen dem unkonditionierten Raum und dem Außenraum; sofernkeine genauen Werte bekannt sind, ist n L,u = 0,5 1/h zu setzenNVK j EUR nicht verbrauchsgebundene Baunutzungskosten im Rechenjahrn x 1/hFalschluftraten 50 1/h Luftwechselzahl, gemessen bei 50 Pa Druckdifferenz zwischen innen und außenp Pa Partialdruck der trockenen Luftp NVK % Kostensteigerung der NVKP - Faktor für die Kostensteigerung der NVK jP A&V,elektrisch W Elektrische Leistung für Antriebe und Ventilatoren eines KesselsP H - Peclet ZahlP H,NGF W/m² auf die konditionierte Netto-Grundfläche bezogene Heizlastp satPaWasserdampf-Sättigungsdruck: Wasserdampf-Teildruck bei relativer Luftfeuchtigkeitϕ= 100 %PVW EUR/m³ volumenbezogener Preis der wärmeschutztechnisch wirksamen Schicht248


P el,vw kW elektrische Leistungsaufnahme des VorheizregistersP H,BEkWelektrische Nennleistung der Fördereinrichtung für Biomasse des Heizkessels fürRaumheizungP H,K,Geb kW elektrische Nennleistung des Gebläses des Heizkessels für RaumheizungP H,K,HEkWelektrische Gesamtleistung der Komponenten mit Hilfsenergiebedarf des Heizkesselsfür RaumheizungP H,K,Ölp kW elektrische Nennleistung der Ölpumpe des Heizkessels für RaumheizungP H,K,p kW elektrische Nennleistung der Pumpe des Heizkessels für RaumheizungP H,KN kW Nennwärmeleistung des Heizkessels für RaumheizungP H,Vent kW elektrische Nennleistung des VentilatorsP H,WS,p kW elektrische Nennleistung der HeizungsspeicherpumpeP H,WT kW Nennwärmeleistung des Wärmetauschers für RaumheizungP H,WV,p kW elektrische Nennleistung der UmwälzpumpeP KN kW Nennwärmeleistung des HeizkesselsP kom,KN kW Nennwärmeleistung des Heizkessels für Raumheizung und WarmwasserP kom, WT kW Nennwärmeleistung des Wärmetauschers für Raumheizung und WarmwasserP M - Peclet Zahl für kombinierten FeuchtetransportP R W elektrische Leistung der Regelung der SolaranlageP Verlust,Rauchgas W (Verlust-)Leistung an das RauchgasP sol,P W elektrische Nennleistung der Umwälzpumpen des KollektorkreisesP T,V W/(m³.K) volumenbezogener Transmissions-LeitwertP Verlust,Aufstellraum W thermische Verlustleistung an den Aufstellraum (eines Kesels…)P WW_Anf kW Für Warmwasserbereitung angeforderte LeistungP Heiz_Anf kW Für Heizung angeforderte LeistungP WW;BEkWelektrische Nennleistung der Fördereinrichtung für Biomasse des Heizkessels fürWarmwasserbereitungP WW;K,Geb kW elektrische Nennleistung des Gebläses des Heizkessels für WarmwasserP WW;K, HEkWelektrische Gesamtleistung der Komponenten für Hilfsenergiebedarf der WärmebereitstellungWarmwasserP WW;K,Ölp kW elektrische Nennleistung der Ölpumpe des Heizkessels für WarmwasserP WW;K,p kW elektrische Nennleistung der Pumpe des Heizkessels für WarmwasserP WW;KN kW Nennleistung des Heizkessels für WarmwasserP WW; WS,p kW elektrische Nennleistung der Warmwasserspeicher-LadepumpeP WW; WT kW Nennwärmeleistung des Wärmetauschers für WarmwasserP WW; WT,p W elektrische Nennleistung der Wärmetauscher-LadepumpeP WW; WV,p kW elektrische Nennleistung der ZirkulationspumpeP Ve W elektrische Leistung der Ventile der SolaranlageP WP,el kW elektrische Leistung der WärmepumpeP WP,HE kW zeitbezogener Hilfsenergieeinsatz der WärmepumpeP WP,KN kW Nennwärmeleistung der Wärmepumpe beim NormpunktP WP,KN,in kW Wärmeleistung der Wärmepumpe im jeweiligen Temperaturintervallp el,vw W/(m³.h) spezifische elektrische Leistungsaufnahme des Vorheizregistersp el,ventW/(m³.h)p H,al -p H,pa -q W/m² WärmestromdichteQ J Wärmeq % % kalkulatorische ZinsenQ % - Faktor für die kalkulatorischen ZinsenQ c,a kWh/a jährlicher Kühlbedarfspezifische elektrische Leistungsaufnahme der Ventilatoren, bezogen auf den LuftvolumenstromAnteil des zusätzlichen monatlichen Heizungssystems am gesamten Wärmebedarfbei Alternativ-Betrieb der WärmepumpeAnteil des zusätzlichen monatlichen Heizungssystems am gesamten Wärmebedarfbei Parallel-Betrieb der Wärmepumpe249


Q c,j kWh/M monatlicher Kühlbedarfq cond W/m² Wärmestromdichte aus Wärmeleitungq cond,li W/m² Wärmestromdichte aus Wärmeleitung von der linken Seiteq cond,re W/m² Wärmestromdichte aus Wärmeleitung von der rechten Seiteq conv W/m² Wärmestromdichte aus KonvektionQ g,j,c kWh/M modifizierte Wärmegewinne eines Gebäudes/Gebäudeteiles im jeweiligen MonatQ h,a kWh/a jährlicher HeizwärmebedarfQ h,j kWh/M monatlicher HeizwärmebedarfQ h,j,RK kWh/M monatlicher Heizwärmebedarf bei Berechnung mit ReferenzklimabedingungenQ l,j kWh/M gesamte Wärmeverluste im jeweiligen Monatq li W/m² Wärmestromdichte von linksQ g,hour W gesamte Wärmegewinne in der jeweiligen StundeQ g,j kWh/M gesamte Wärmegewinne im jeweiligen MonatQ el kWh/M monatlicher elektrischer Energiebedarf der WärmepumpeQ g kWh/M GesamtwärmegewinneQ ges,HE kWh/M gesamter monatlicher HilfsenergiebedarfQ H kWh/M monatliche Verluste der RaumheizungQ* H kWh/M bereitzustellende monatliche Heizenergie für RaumheizungQ H,BE,HE kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf der Fördereinrichtung für BiomasseQ H,beh kWh/M zurückgewinnbare monatliche Verluste der RaumheizungQ H,Geb,HE kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf des Gebläses des Heizkessels für RaumheizungQ H,HE kWh/M monatliche Hilfsenergiebedarf der RaumheizungQ H,hour W zurückgewinnbare Verluste der jeweiligen StundeQ HT,hour W Verluste der Haustechnik der jeweiligen StundeQ H,K kWh/M monatliche Verluste des Heizkessels für RaumheizungQ H,K,bb kWh/M monatliche Betriebsbereitschaftsverluste des Heizkessels für RaumheizungQ H,K,be kWh/M monatliche Betriebsverluste des Heizkessels für RaumheizungQ H,K,HE kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf des Heizkessels für RaumheizungQ h,LEQ h,mech Q h,RLTkWh/MkWh/Mmonatliche Nutzenergie für Heizen zum Zweck der Lufterneuerung nach ÖNORM H5057monatliche Nutzenergie für Heizen zum Zweck der prozessbedingten Luftbehandlungnach ÖNORM H 5057Q H,ÖV,HE kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf der Ölvorwärmung des Heizkessels für RaumwärmeQ H,R kWh/M monatliche Wärmeverluste von Raumheizungsgeräten und HerdenQ H,SHQ H,VpkWh/MkWh/Mmonatliche Wärmeverluste der Bereitstellung von Raumwärme durch elektrischeEnergie (z. B. elektrische Widerstandsheizung, elektrischer Nachtspeicherheizung)Zurückgewonnene monatliche Wärmeverluste von Verteilpumpen im Bereich RaumheizungQ H,Vp,HE kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf der Verteilpumpen für RaumheizungQ H,WA kWh/M monatliche Verluste des Wärmeabgabesystems für RaumheizungQ H,WA,HE kWh/M monatliche Hilfsenergiebedarf für GebläsekonvektorenQ H,WB kWh/M monatlichen Verluste der Wärmebereitstellung für RaumheizungQ H,WB,ehkWh/Mzusätzliche monatliche Verluste des Wärmebereitstellungssystems der Raumheizungdurch EinschalthäufigkeitQ* H,WP kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf der Wärmebereitstellung für RaumheizungQ H,WP,HE kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf der Wärmepumpe für RaumheizungQ* H,WP,in kWh/Mvon der Wärmepumpe bereitzustellende monatliche Heizenergieinnerhalb des TemperaturintervallsQ H,WS kWh/M monatliche Verluste des Wärmespeichersystems für RaumheizungQ H,WS,HEQ H,WTkWh/MkWh/Mmonatlicher Hilfsenergiebedarf zum Laden eines indirekt beheizten Heizungsspeichersmonatliche Verluste der Wärmebereitstellung durch Nah-/Fernwärme oder sonstigeWärmetauscherQ H,WV kWh/M monatliche Verluste des Wärmeverteilsystems der RaumheizungQ H,WV,HEkWh/Mmonatlicher Hilfsenergiebedarf für die Umwälzpumpe der Wärmeverteilung für Raumheizung250


Q h,zul kWh/a zulässiger jährlicher HeizwärmebedarfQ heiz,hour W Heizleistung in der jeweiligen StundeQ HEB kWh/a jährlicher HeizenergiebedarfQ HEB,H kWh/M monatlicher Heizenergiebedarf für RaumheizungQ HEB,n kWh/M monatlicher HeizenergiebedarfQ HEB,ref kWh/a jährlicher Referenz-HeizenergiebedarfQ HEB,WW kWh/M monatlicher Heizenergiebedarf für WarmwasserQ HEB,zulkWh/aQ HTEB kWh/a jährlicher Heiztechnik-Energiebedarfzulässiger jährlicher Heizenergiebedarf unter Berücksichtigung der Referenzausstattungund des maximal zulässigen HeizwärmebedarfesQ HTEB,ref kWh/a jährlicher Referenz-Heiztechnik-EnergiebedarfQ* H,x,al kWh/M Wärmebedarf des zusätzlichen monatlichen Heizungssystems bei Alternativ-BetriebQ* H,x,pa kWh/M Wärmebedarf des zusätzlichen monatlichen Heizungssystems bei Parallel-BetriebQ i kWh/M innere WärmegewinneQ i,c kWh/M monatliche innere Wärmegewinne für Nicht-Wohngebäude im Kühlfallq i,c W/m² durchschnittliche spezifische Leistung der inneren Wärmegewinne im Kühlfallq i,c,nW/m²innere Wärmegewinne infolge Personen und Geräte im Kühlfall, bezogen auf dieBezugsfläche BF gemäß ÖNORM B 8110-6Q i,h kWh/M monatliche innere Wärmegewinne für Nicht-Wohngebäude im Heizfallq i,h W/m² durchschnittliche spezifische Leistung der inneren Wärmegewinne im Heizfallq i,h,nW/m²innere Wärmegewinne infolge Personen und Geräte im Heizfall, bezogen auf dieBezugsfläche BF gemäß ÖNORM B 8110-6Q i,hour W innere Wärmegewinne in der jeweiligen StundeQ* kom kWh/MQ kom,FWkWh/Mvom Wärmeerzeuger bereitzustellende monatliche Heizenergie für Warmwasser undRaumheizungmonatlichen Verluste der Wärmebereitstellung für Raumheizung und Warmwasserdurch Nah-/ FernwärmeQ kom,K kWh/M monatliche Verluste des Heizkessels für Raumheizung und WarmwasserQ kom,K,bbkWh/Mmonatlicher Betriebsbereitschaftsverlust des Heizkessels für Raumheizung undWarmwasserQ kom,K,be kWh/M monatlicher Betriebsverlust des Heizkessels für Raumheizung und WarmwasserQ kom,KN kWh/M monatlichen Verluste von Heizkessel für Raumheizung und WarmwasserQ kom,SHQ kom,VpQ kom, WBQ kom, WB,ehQ kom, WTQ kom, WT,sQ kom, WT,tkWh/MkWh/MkWh/MkWh/MkWh/MkWh/MkWh/Mmonatliche Verluste der Bereitstellung von Raumwärme und Warmwasser durch eineBeheizung mit elektrischer EnergieZurückgewonnene monatliche Wärmeverluste von Verteilpumpen im Bereich Raumheizungund Warmwassermonatliche Verluste der kombinierten Wärmebereitstellung für Raumheizung undWarmwasserzusätzliche monatliche Verluste des Wärmebereitstellungssystems für Raumheizungund Warmwasser durch die Einschalthäufigkeitmonatliche Verluste der Wärmebereitstellung für Raumheizung und Warmwasserdurch Nah-/Fernwärme oder sonstige Wärmetauschermonatliche Verluste der Wärmebereitstellung für Raumheizung und Warmwasserdurch Nah-/Fernwärme oder sonstige Wärmetauscher (sekundär)monatliche Verluste der Wärmebereitstellung für Raumheizung und Warmwasserdurch Nah-/Fernwärme oder sonstige Wärmetauscher (tertiär)Q l kWh/M monatliche Wärmeverluste nach ÖNORM B 8110-6Q L,HE kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf der LüftungsanlagenQ l,hour W gesamte Wärmeverluste in der jeweiligen StundeQ LH kWh/M monatliche Verluste der LuftheizungQ lh kWh/M Nutzenergie der LuftheizungQ LH,LI,beh kWh/M zurückgewinnbare monatliche Verluste der Lüftungsleitungen in beheizten RäumenQ LH,HE kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf des Ventilators für die LuftheizungQ LH,WA kWh/M Verluste für Wärmeabgabe der Luftheizung im jeweiligen MonatQ LH,WB kWh/M Verluste der Wärmebereitstellung der Luftheizung im jeweiligen MonatQ LH,WV kWh/M Verluste für Wärmeverteilung der Luftheizung im jeweiligen MonatQ mL, HE kWh/M monatliche Hilfsenergiebedarf des Ventilators für mechanische LüftungQ mL,vw kWh/M Energie für die Vorwärmung eines ungeregelten HeizregistersQ opak,c,k.j kWh/M solarer Eintrag der opaken Oberfläche k mit der Orientierung} im Kühlfall251


q re W/m² Wärmestromdichte von rechtsQ s kWh/M solare GewinneQ s,hour W solare Gewinne in der jeweiligen StundeQ Sol kWh/M monatlicher BruttowärmeertragQ Sol,B kWh/M monatlicher Bruttowärmeertrag des KollektorsQ Sol,behkWh/Mzurückgewinnbare monatliche Verluste der Rohrleitungen zwischen Solarkollektor undSpeicherQ Sol,H kWh/M monatlicher Netto-Wärmeertrag des Solarkollektors für RaumheizungQ Sol,HE kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf der SolaranlageQ Sol,N kWh/M monatlicher Netto-Wärmeertrag des SolarkollektorsQ Sol,WW kWh/M monatlicher Netto-Wärmeertrag des Solarkollektors für WarmwasserQ Sol,WV kWh/M monatliche Wärmeverluste der Rohrleitungen des KollektorkreisesQ T kWh/M Transmissionswärmeverluste für den jeweiligen Monat gemäßQ T,hour W Transmissionswärmeverluste der jeweiligen StundeQ V,hour W Lüftungswärmeverluste der jeweiligen StundeQ V kWh/M Lüftungswärmeverluste für den jeweiligen MonatQ Vh,FL kWh/M Lüftungswärmeverlust im Heizfall infolge FensterlüftungQ Vc,FL kWh/M Lüftungswärmeverlust im Heizfall infolge FensterlüftungQ Vh,RLT kWh/M Lüftungswärmeverlust im Heizfall infolge einer RLT-AnlageQ Vc,RLT kWh/M Lüftungswärmeverlust im Kühlfall infolge einer RLT-AnlageQ Vh,Inf kWh/M Lüftungswärmeverlust im Heizfall infolge InfiltrationQ Vh,Inf kWh/M Lüftungswärmeverlust im Kühlfall infolge InfiltrationQ Vh kWh/M Lüftungswärmeverluste im HeizfallQ Vc kWh/M Lüftungswärmeverluste im KühlfallQ WW kWh/M monatliche Verluste der WarmwasserbereitungQ* WW kWh/M bereitzustellende monatliche Heizenergie für WarmwasserQ* c,a kWh/aQ tw kWh/M monatliche Warmwasser-Wärmebedarfjährlicher Kühlbedarf gemäß wobei zur Berechnung die inneren Wärmegewinne unddie Luftwechselrate null zu setzen sind (die Infiltration nx wird in diesem Fall mit demWert 0,15 angesetzt)Q WW,BE, HE kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf der Fördereinrichtung für BiomasseQ WW,BE, HE,FG kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf des Fördergebläses für BiomasseQ WW,BE, HE,FS kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf der Förderschnecke für BiomasseQ WW,beh kWh/M zurückgewinnbare monatliche Verluste für WarmwasserQ WW,Geb, HE kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf des Gebläses des Heizkessels für WarmwasserQ WW,HE kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf für WarmwasserbereitungQ WW,K kWh/M monatliche Wärmeverluste von Heizkessel für Warmwasser im jeweiligen MonatQ WW,K,bb kWh/M monatlicher Betriebsbereitschaftsverlust des Heizkessels für WarmwasserbereitungQ WW,K,be kWh/M monatliche Betriebsverluste des Heizkessels für WarmwasserQ WW,K,HE kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf eines Heizkessels für WarmwasserQ WW, WB,ehQ WW,ÖV, HEQ WW,SHQ WW,VpkWh/MkWh/MkWh/MkWh/Mzusätzliche monatliche Verluste der Wärmebereitstellung für Warmwasser durch dieEinschalthäufigkeitmonatlicher Hilfsenergiebedarf der Ölvorwärmung des Heizkessels für Warmwasserbereitungmonatliche Wärmeverluste der Wärmebereitstellung für Warmwasser durch elektrischeEnergie (z. B. Elektrodurchlauferhitzer)zurückgewonnene monatliche Wärmeverluste von Verteilpumpen im Bereich Warmwasserinnerhalb der HeizperiodeQ WW,Vp, HE kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf der Verteilpumpen für WarmwasserQ WW, WA kWh/M monatliche Wärmeverluste des Wärmeabgabesystems für WarmwasserQ WW, WBkWh/Mmonatliche Wärmeverluste des Wärmebereitstellungssystems für WarmwasserbereitungQ WW, WB,HE kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf für Wärmebereitstellung für WarmwasserQ* WW,WP kWh/M von der Wärmepumpe bereitzustellende monatliche Heizenergie für WarmwasserQ* WW,WP,in kWh/Mvon der Wärmepumpe bereitzustellende monatliche Wärmemenge zur Warmwasserbereitunginnerhalb des Temperaturintervalls252


Q WW, WS kWh/M monatlicher Verlust des WarmwasserspeichersQ WW, WS,HEQ WW, WTkWh/MkWh/Mmonatlicher Hilfsenergiebedarf zum Laden eines indirekt beheizten Warmwasserspeichersmonatliche Verluste der Wärmebereitstellung für Warmwasser durch Nah-/Fernwärmeoder sonstige WärmetauscherQ WW, WT,s kWh/M monatliche Verluste der Wärmebereitstellung für Warmwasser im SekundärkreisQ WW, WT,t kWh/M monatliche Verluste der Wärmebereitstellung für Warmwasser im TertiärkreisQ WW, WT, HE kWh/M monatliche Hilfsenergiebedarf für den Betrieb des Warmwasser- WärmetauschersQ WW, WV kWh/M monatliche Wärmeverluste des Wärmeverteilsystems für WarmwasserQ WW, WV,AkWh/Mmonatliche Aufheiz-/Abkühlverluste der Stichleitung des Wärmeverteilsystems derWarmwasserbereitungQ WW, WV,HE kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf der ZirkulationspumpeQ ww , Q ww,n kWh/M monatlicher Warmwasser-WärmebedarfQ Umw,HQ Umw,WWQ Umw,WW,WPQ Umw,WW,WP,inkWh/MkWh/MkWh/MkWh/Mmonatlicher Netto-Wärmeertrag der Wärmepumpe zur Raumheizung aus Umweltwärmemonatlicher Netto-Wärmeertrag der Wärmepumpe zum Warmwasser aus Umweltwärmemonatlicher Netto-Wärmeertrag der Wärmepumpe zur Warmwasserbereitung ausUmweltwärmemonatlicher Netto-Wärmeertrag der Wärmepumpe zur Warmwasserbereitung ausUmweltwärme innerhalb des jeweiligen TemperaturintervallsQ Umw,WP kWh/M monatliche Netto-Wärmeertrag der Wärmepumpe aus UmweltwärmeQ Umw,WP, HQ Umw,WP,inQ Umw,WP, WWkWh/MkWh/MkWh/MQ ww,d kWh/d täglicher Warmwasser-Wärmebedarfmonatlicher Netto-Wärmeertrag der Wärmepumpe für Raumheizung aus Umweltwärmemonatlicher Netto-Wärmeertrag der Wärmepumpe aus Umweltwärme innerhalb desjeweiligen Temperaturintervallsmonatlicher Netto-Wärmeertrag der Wärmepumpe für Warmwasser aus UmweltwärmeQ WW,ZP,HE kWh/M monatlicher Hilfsenergiebedarf für Zirkulationspumpenq at W/K spezifische Wärmeverluste durch Anschlussteile, Pumpen u. dgl.q b,WS kWh/d täglicher Bereitschaftsverlust des Wärmespeichersq b,WT Wh/(kW.d) täglicher Bereitschaftsverlust des Wärmetauschersq bb kW/kW spezifischer Betriebsbereitschaftsverlust des Heizkessels bei Betriebsbedingungenq bb,Pb kW/kW Betriebsbereitschaftsverlust des Heizkessels bei Prüfbedingungenq H,Ro,Anbindel W/(m.K) spezifische Wärmeabgabe von Anbindeleitungen für Raumheizungq* H,Ro,beh W monatliche Wärmeabgabe der Rohrleitungen für Raumheizung in beheizten Räumenq H,Ro,Steigl W/(m.K) spezifische Wärmeabgabe von Steigleitungen für Raumheizungq H,Ro,Verteil W/(m.K) spezifische Wärmeabgabe von Verteilleitungen für Raumheizungq* H,Ro,u Wmonatliche Wärmeabgabe der Rohrleitungen für Raumheizung in unbeheizten Räumenq H,WA W/m² spezifische Wärmeverluste des Wärmeabgabesystemsq H,WA,1 W/m² spezifischer Wärmeverlust im Bereich Regelfähigkeit des Wärmeabgabesystemsq H,WA,2 W/m²spezifischer Wärmeverlust im Bereich Anpassungsfähigkeit des Wärmeabgabesystemsq H,WA,3 W/m²spezifischer Wärmeverlust im Bereich Heizkostenabrechnung des Wärmeabgabesystemsq LH,LI W/m² Verlustfaktor der Verteilleitung der Luftheizungq Ro,A W/m²längenbezogene spezifische Wärmeabgabe der Stichleitung durch Aufheizung/Auskühlungq Ro,Anbindel W/(m.K) längenbezogene spezifische Wärmeabgabe Anbindeleitungq Ro,hor W/(m.K)längenbezogene spezifische Wärmeabgabe horizontaler Rohrleitung des Kollektorkreisesq Ro,ver W/(m.K)längenbezogene spezifische Wärmeabgabe vertikaler Rohrleitung des Kollektorkreisesq Ro,Steigl W/(m.K) längenbezogene spezifische Wärmeabgabe Steigleitungq Ro,Verteil W/(m.K) längenbezogene spezifische Wärmeabgabe Verteilleitungq* Sol,Ro,beh W Wärmeabgabe der Rohrleitungen des Kollektorkreises in beheizten Räumenq Sol,Ro,hor W/(m.K) spezifische Wärmeabgabe von horizontalen Rohrleitungen des Kollektorkreisesq* Sol,Ro,u W Wärmeabgabe der Rohrleitungen des Kollektorkreises in unbeheizten Räumenq Sol,Ro,ver W/(m.K) spezifische Wärmeabgabe von vertikalen Rohrleitungen des Kollektorkreisesq* WW, Ro,beh W Wärmeabgabe der Rohrleitungen in beheizten Räumen253


q WW,Ro,Steigl W/(m.K) spezifische Wärmeabgabe von Steigleitungen für Warmwasserq WW,Ro,Verteil W/(m.K) spezifische Wärmeabgabe von Verteilleitungen für Warmwasserq* WW, Ro,u W Wärmeabgabe der Rohrleitungen in unbeheizten Räumenq WW,Ro, Zirkl-S W/(m.K) spezifische Wärmeabgabe von Rücklauf-Steigleitungen für Warmwasserq WW,Ro, Zirkl-V W/(m.K) spezifische Wärmeabgabe von Rücklauf-Verteilleitungen für Warmwasserq WW,WA,1 W/m² spezifischer Wärmeverlust aufgrund der Regelfähigkeit der Warmwasserabgabeq WW,WA,2 W/m² spezifischer Wärmeverlust im Bereich der Warmwasser- Verbrauchserfassungr m RadiusR D J/(kg*K) Gaskonstante von Wasserdampfr F - Reflexionsgrad der Flächer h - Verhältniszahl für den Anteil der HeizungR L J/kgK Gaskonstante von LuftR m kg/(m².s.Pa) FeuchtedurchgangswiderstandR se m².K/W Wärmeübergangswiderstand außenR si m².K/W Wärmeübergangswiderstand innenR t m².K/W WärmedurchlasswiderstandR t,r m².K/W Wärmedurchlasswiderstand der restlichen BaustoffschichtenRW EUR Restwertr ww - Verhältniszahl für den Anteil des Warmwasserss Pa Saugspannungs % Wertsteigerung des RWS - Faktor für die Wertsteigerung des RWSkWh/(m².M) monatliche Globalstrahlung auf die horizontale Fläche gemäß ÖNORM B 8110-5s dmwasserdampf-diffusionsäquivalente Luftschichtdicke:Dicke einer Luftschicht, die denselben Wasserdampf-Diffusionsdurchlasswiderstandaufweist wie die Schicht eines Stoffes mit der Dicke d und der Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl μsd = μ · dS ges Globalstrahlung auf die horizontale Fläche im gesamten Jahr gemäß ÖNORM BkWh/(m².a)8110-5SQOberflächenqualität (SQ … surface quality)T K absolute Temperaturt h/M Stunden pro MonatT A K Temperatur der Außenluftt c,d h/d tägliche Betriebszeit der Kühlungt crit h kritische Zeit zur Verrottungsberechnungt FRL, min h/Mmonatliche Anzahl der Betriebsstunden unter der Außentemperatur, bei der daselektrische Heizregister zugeschaltet werden musst FRL, min,j h/Mmonatliche Anzahl der Betriebsstunden des Frostschutzes bei einer Außentemperaturj in °Ct FRL,VW,j h/Mmonatliche Anzahl der Betriebsstunden des Frostschutzes bei einer Außentemperaturj in °CT Grenz,li K Temperatur an der linken SchichtgrenzeT Grenzt,re K Temperatur an der rechten Schichtgrenzet H,BE,HE h/Mmonatliche Betriebsdauer der Komponenten mit Hilfsenergiebedarf der Fördereinrichtungfür Biomasset h,d h/d tägliche Betriebszeit der Heizungt H,K,bb h/M monatliche Betriebsbereitschaftsdauer des Heizkessels für Raumheizungt H,K,be h/M monatliche Laufzeit des Heizkessels für Raumheizungt H,K,HE monatliche Betriebsdauer einzelner Komponenten des Heizkessels mit Hilfsenergiebedarfder Raumheizungh/Mt H,WA,HEmonatliche Betriebsdauer einzelner Komponenten der Wärmeabgabe (Gebläsekonvektor,h/MRadiatoren, Einzelraumheizer, Flächenheizungen) mit Hilfsenergiebedarf derRaumheizungt H,WP h/M monatliche Laufzeit der Wärmepumpet H,WP,in h/M monatliche Laufzeit der Wärmepumpe im jeweiligen Temperaturintervallt H,WS,HE h/Mmonatliche Betriebsdauer einzelner Komponenten der Wärmespeicherung mitHilfsenergiebedarf der Raumheizung254


t H,WT,HE h/Mmonatliche Betriebsdauer einzelner Komponenten eines Wärmetauschers mitHilfsenergiebedarf der Raumheizungt H,WV,HE h/Mmonatliche Betriebsdauer der Komponenten mit Hilfsenergiebedarf für Wärmeverteilungder Raumheizungt in h/M Stunden pro Monat innerhalb des betrachteten Temperaturintervallst j h/M Anzahl der Stunden pro Monat bei einem Stundenmittel der Außentemperatur von j °Ct kom,K,bb h/Mmonatliche Betriebsbereitschaftsdauer des Heizkessels für Raumheizung und Warmwasserbereitungt kom,K,be h/Mmonatliche Laufzeit des Heizkessels für Raumheizung undWarmwasserbereitungT L K Lufttemperaturt LH h/M monatliche Betriebsdauer der Luftheizungt mL h/M monatliche Betriebsdauer der mechanischen Lüftungsanlaget Nacht,a h/a Nutzungsstunden zur Nachtzeit pro Jahrt NL,d h/a tägliche Betriebszeit der Nachtlüftungt Nutz h/M monatliche Nutzungsgesamtzeit (Nutzungstage mal Nutzungsstunden)t Nutz,d h/d tägliche NutzungszeitT O K Oberflächentemperaturt op °C operative TemperaturT R K Temperatur des Raumest RLT,d h/d tägliche Betriebszeit der raumlufttechnischen Anlaget RLT,d h/d tägliche Betriebsdauer der RLT-Anlage mit Nutzungsprofil gemäß ÖNORM B 8110-5t s s ZeitT S K StrahlungstemperaturT Schicht K Temperatur in der SchichtT Schicht,li K Temperatur in der linken SchichtT Schicht,re K Temperatur in der rechten Schichtt SD min Zeit zur Überbrückung der SchaltdifferenzT Sky K Himmelstemperaturt Sol,p h/a jährliche Laufzeit der Solarkreispumpet Sol,Ve h/a jährliche Betriebszeit der elektrischer Ventile der Solaranlaget Tag,a h/a Nutzungsstunden zur Tageszeit pro Jahrt p s PeriodendauerT WärmequelleKReferenztemperatur der Wärmequelle für den Carnot-Vergleichsprozess einer Wärmepumpebzw. KältemaschineT WärmesenkeKReferenztemperatur der Wärmesenke für den Carnot-Vergleichsprozess einer Wärmepumpebzw. Kältemaschinet WW,BE,HE monatliche Betriebsdauer der Komponenten mit Hilfsenergiebedarf der Fördereinrichtungfür Biomasse-Heizkessel der Warmwasserbereitungh/Mt WW,K,bb h/M monatliche Dauer der Betriebsbereitschaft des Heizkessels für Warmwasserbereitungt WW,K,be h/M monatliche Betriebsdauer des Heizkessels für Warmwasserbereitungt WW,K,HE h/Mmonatliche Betriebsdauer der Komponenten mit Hilfsenergiebedarf des Heizkesselsfür Warmwassert WW,WS, HE h/Mmonatliche Betriebsdauer der Komponenten mit Hilfsenergiebedarf des Warmwasserspeicherst WW,WT,HE h/d tägliche Betriebsdauer der Wärmetauscher-Ladepumpet WW,WV, HE h/Mmonatliche Betriebsdauer der Komponenten der Wärmeverteilung mit Hilfsenergiebedarffür WarmwasserT 0 K ReferenztemperaturU W/(m².K) WärmedurchgangskoeffizientU ½ W/(m².K) Wärmedurchgangskoeffizient der halben SchichtU i W/(m².K) Wärmedurchgangskoeffizient des Bauteils iU in J Innere EnergieU k W/(m².K) Wärmedurchgangskoeffizient der Teilfläche kU k W/(m².K) Wärmedurchgangskoeffizient der Teilfläche kU Kess W/(m².K) Wärmedurchgangskoeffizient für PelletskesselU mW/(m².K)auf die Oberfläche des konditionierten Brutto-Volumens (wärmeabgebende Gebäudehüllfläche)bezogener Transmissions-Leitwert255


u m -U u,e , U i,uW/(m².K)massebezogener Feuchtigkeitsgehalt fester Stoffe:Verhältnis der Differenz von Feucht- und Trockenmasse zur TrockenmassetrU-Wert Einzelbauteils zwischen innen und unkonditioniertem Raum bzw. zwischenunkonditioniertem Raum und außenU Schicht,li W/(m².K) Wärmedurchgangskoeffizient der linken SchichtU Schicht,re W/(m².K) Wärmedurchgangskoeffizient der rechten Schichtu vkg/m³volumenbezogener Feuchtigkeitsgehalt fester Stoffe:Verhältnis des im feuchten Stoff enthaltenen Wasservolumens zum Volumen destrockenen StoffesV m³ konditioniertes Brutto-Volumen des Gebäudes/Gebäudeteilsv m/s LuftgeschwindigkeitVBW Rauchgas W/K Rauchgas-Verlustbeiwert für KesselV f,u m³ freies Luftvolumen des unkonditionierten Raumesv gap m/s Luftgeschwindigkeit in der HinterlüftungsebeneV H,WS l Nenninhalt des HeizungsspeichersVK EUR verbrauchsgebundene Baunutzungskosten als konstanter Wert pro JahrVK j EUR verbrauchsgebundene Baunutzungskosten im Rechenjahr jV L m³ Lüftungsvolumen des GebäudesV L,s m³/(h.m²) immissionsflächenbezogener stündlicher LuftvolumenstromV V m³ energetisch wirksames Luftvolumenv V m³/h LuftvolumenstromV V,real m³ reales Lüftungsvolumenν VK - Verzinsungsfaktor für die VKV WW, WS l Nenninhalt des WarmwasserspeichersV Wass l Wasserinhalt des KesselsWWwwwbJWh/(m².d)ArbeitHolzarttäglicher Warmwasser-Wärmebedarf, bezogen auf die Bezugsfläche BF gemäßÖNORM B 8110-6x g/kg absolute Feuchteanforderung (m. T . ... mit Toleranz: - ... keine Anforderung)x,y,z m Ortskoordinatenuumvmf mmu mFc - Abminderungsfaktor für bewegliche Sonnenschutzeinrichtungenwtrtr256


14 Literaturverzeichnis[ASH01] ASHRAE. International Weather for Energy Calculations. URL:http://apps1.eere.energy.gov/buildings/energyplus/cfm/weather_data2.cfm/region=6_europe_wmo_region_6 [Datum des Zugriffs: 21.11.2010].[BED12] Bednar, T.; Hanic, R., Holzer, T.; et. al.: Strategische Optimierung der Luftfeuchteregulationbei Lüftungsanlagen zur Reduktion des Energieeinsatzes für Be- und Entfeuchtungsanlagen.Projektbericht im Rahmen der Programmlinie „Energiesysteme der Zukunft“Wien, 2012[BMW12] Bundesministerium für Wirtschaft, Familie und Jugend. URL:http://www.bmwfj.gv.at/hp/klimadatenbank/Seiten/klimadaten.aspx [Datum des Zugriffs:22.05.2012][BOI12] Bointer, Rafael, et. al.: Gebäude maximaler Energieeffizienz mit integrierter erneuerbarerEnergieerschließung“, Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Innovationund Technologie, Wien, Juni 2012[BUN12] Bundesgesetzblatt – Arbeitsstättenverordnung – StF: BGBl. II Nr. 368/1998 – Änderung:BGBl. II Nr. 256/2009. Wien: 31.Juli.2012[CIM10] Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation, 2008 edition Updatedin 2010, World Meteorological Organization,ftp://ftp.wmo.int/Documents/MediaPublic/Publications/WMO8_CIMOguide/WMO8_Ed2008_Up2010_CORR1_en.pdf, Genf 2010[DIN11] DIN V 18599 , Energetische Bewertung von Gebäuden – Berechnung des Nutz-,End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung.Deutschland: Dezember 2011[DIN11a] DIN EN 61400, Windenergieanlagen - Teil 1: Auslegungsanforderungen. Deutschland:Dezember 2011[DIN12] DIN EN 12977-3, Thermische Solaranlagen und ihre Bauteile - Kundenspezifischgefertigte Anlagen - Teil 3: Leistungsprüfung von Warmwasserspeichern für Solaranlagen;.Deutschland: Dezember 2012[DRA07] Draxler Erich, Kleeber Norbert. Handbuch zur Berechnung der Heizlast in Gebäudenmit Bezug auf ÖNORM EN 12831 und ÖNORM H 7500. Wien: Österreichisches Normungsinstitut.2007.[DRÜ99] Drück, Harald: Speicher - Das Herz der Kombianlage. Beitrag Solar 99. Pforzheim,1999.[DRÜ06] Drück, Harald, et all: Wärmespeicherung für Solaranlagen - Historie und ZukünftigeEntwicklungen. Freiburg: Statusseminar "Thermische Energiespeicherung", 2006[ECO09] ecoinvent Datenbank, Version 2.1, 2009, http://www.ecoinvent.org257


[EIC12] Eicker, Ursula: Solare Technologien für Gebäude – Grundlagen und Praxisbeispiele,2. Auflage, Wiesbaden, Vieweg+Teubner, 2012.[EIN11] Einfalt Alfred et al.: Konzeptentwicklung für ADRES - Autonome Dezentrale ErneuerbareEnergie Systeme, FFG-Forschungsprojekt, Energie der Zukunft, 1. AS, Projektnummer:815674, Endbericht, Wien 2011[ENE10] Innovative und effiziente Beleuchtung – Energiesparverband Oberösterreich. Linz:2010[Feist 2012] Feist, Wolfgang (Hrsg.): Nachhaltige Energieversorgung mit Passivhäusern,Protokollband des Arbeitskreises kostengünstige Passivhäuser Nr. 46. Passivhaus Institut,Darmstadt 2012.[FLO10] Floß, Alexander, et. al.: Effektivitätssteigerung von Wärmespeichern, Effektivitätssteigerungvon Wärmespeichern. 2010[FOU07] Fouad, Nabil; De Boer, Jan: Bauphysik Kalender 2007 – C BauphysikalischeNachweisverfahren, Teil 4: Nutz- und Endenergiebedarf für Beleuchtung , 7.Jahrgang.Deutschland: Ernst & Sohn Verlag, 2007[GEB12] Bointner, R.; Bednar, T.; Eikemeier, S. et al.: Gebäude maximaler Energieeffizienzmit integrierter erneuerbarer Energieerschließung, Projektbericht im Rahmen des ProgrammsHaus der Zukunft, Wien, 2012[GLÜ09] Glück Bernd: „Erdwärmekollektor Simulationsmodell ‚Erdwärmekollektor‘ zur wärmetechnischenBeurteilung von Wärmequellen, Wärmesenken und Wärme-/Kältespeichern“,Veröffentlicht bei der Rud. Otto Meyer-Umweltstiftung, 2009, Download:http://berndglueck.de/veroeffentlichungen.php (Abgerufen: 17.1.2010, 18:59)[HÄB07] Häberlin, H.: „Photovoltaik – Strom aus Sonnenlicht für Verbundnetz und Inselanlagen“,AZVerlag, Aarau, 2007[HAU03] Hau, Erich, et. al.: Windkraftanlagen, 3. Auflage, Springer,2003[HDZ12] Haus der Zukunft Plus, 4. Ausschreibung, Leitfaden für Projekteinreichung, Bundesministeriumfür Verkehr, Innovation und Technologie, Oktober 2012, Wien 2012[HEC10] Heckmann, Mathias ,et all: Bestimmung von Jahresnutzungsgrad und Emissionsfaktorenvon Biomasse - Kleinfeuerungen am Prüfstand. Wieselburg, BioEnergy 2020, 2010.[Hei90] W. Heindl, T. Kornicki, A. Sigmund, „Erstellung halbsynthetischer Klimadatensätzefür meteorologische Messstationen“, Forschungsbericht im Auftrag des Bundesministeriumsfür Wissenschaft und Forschung (GZ. 70.630/18-25/88) und des Amtes der NÖ - Landesregierung(Zl. NC 23-1988/1989), Wien (1990)[HUB11] Huber-Fauland, H. et al.: „Simulatonsvergleich von Pelletskesselmodellen“, Konferenzbeitragzur BauSIM, 22.-24.9.2010, TU Wien, Wien, 2010258


[IEA10] Annex 53, (2010) Total Energy Use in Buildings: Analysis & Evaluation Methods, TheInternational Energy Agency (IEA), www.ecbcsa53.org, 2010[KAL06] Kaltschmitt, Martin, et. al.: Erneuerbare Energien, 4. Auflage, Springer, 2006[Kom10] Mitteilung der Kommission an das Europäische Parlament, den Rat, den EuropäischenWirtschafts- und Sozialausschuss und den Ausschuss der Regionen, Energie 2020Eine Strategie für wettbewerbsfähige, nachhaltige und sichere Energie, Europäische Kommission,KOM(2010) 639 endgültig, http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=COM:2010:0639:FIN:DE:PDF,(Abgerufen:03.09.2012)[Kom11] Mitteilung der Kommission an das Europäische Parlament, den Rat, den EuropäischenWirtschafts- und Sozialausschuss und den Ausschuss der Regionen, Fahrplan für denÜbergang zu einer wettbewerbsfähigen CO2-armen Wirtschaft bis 2050, EuropäischeKommission, KOM(2011) 112 endgültig, http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=COM:2011:0112:FIN:de:PDFhttp://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=COM:2010:0639:FIN:DE:PDF,(Abgerufen:03.09.2012)[KOR11] Korjenic, A.; Deseyve, C.; Höfer, T.; Bednar, T.: Validation and Analysis of EnergyPerformance Using Dynamic Simulations and Comparisons with Detailed Measurements –Nordic Symposium on Building Physics Tampere: 2011[Kre10] K. Kreč; Halbsynthetische Klimadaten (HSKD) für Gebäudestandorte in Österreich;Kurzbericht im Rahmen des Haus der Zukunft – Forschungsprojekts „Gebäude maximalerEnergieeffizienz mit integrierter erneuerbarer Energieerschließung“[LEE10] Leeb, M.: „Abbildung von Personenströmen bei der Berechnung von Energiekennzahlenzur Optimierung von bau- und gebäudetechnischen Maßnahmen im Bürobau“, Diplomarbeit,TU Wien, 2010[LEE11] Leeb, M.; Korjenic, A.; Deseyve, C.; Höfer, T.; Bednar, T.: Impact of Outdoor Climateand Life Style on the Total Energy Use in Office Buildings – Nordic Symposium onBuilding Physics Tampere: 2011[LIN04] Linz, M;: Weder Mangel noch Übermaß - Über Suffizienz und Suffizienzforschung,Wuppertal Papers, Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie GmbH, Wuppertal 2004[MAP12] GOOGLE Maps, Abgerufen am 5. 6. 2012 von https://maps.google.at/[MAR11] Marek, Miara, et. al.: Wärmepumpen Effiziente – Messtechnische Untersuchungvon Wärmepumpenanlagen zur Analyse und Bewertung der Effizienz im realen Betrieb.Frauenhofer ISE, Freiburg 2011[OEK10] OEKLIM, V2.1, Programmpaket zur Berechnung von Temperaturstatistiken fürStandorte in Österreich, © K. Kreč (2010)259


[OIB11] OIB – Richtlinie 6. Energieeinsparung und Wärmeschutz. Ausgabe: Oktober 2011Wien: Österreichisches Institut für Bautechnik, 2011[ONO96] ÖNORM M 7101, Begriffe der Energiewirtschaft - Allgemeine, Wien: ÖsterreichischesNormungsinstitut. 1996[ONO97] ÖNORM EN 308, Wärmeaustauscher - Prüfverfahren zur Bestimmung der Leistungskriterienvon Luft/Luft- und Luft/Abgas-Wärmerückgewinnungsanlagen, Wien: ÖsterreichischesNormungsinstitut. 1997[ONO98] ÖNORM EN 255-1, Luftkonditionierer, Flüssigkeitskühlsätze und Wärmepumpenmit elektrisch angetriebenen Verdichtern - Heizen - Teil 1: Benennungen, Definitionen undBezeichnungen, zurückgezogene Norm, Wien: Österreichisches Normungsinstitut. 1998[ONO99] ÖNORM EN 303-5, Heizkessel - Teil 5: Heizkessel für feste Brennstoffe, hand- undautomatisch beschickte Feuerungen, Nenn-Wärmeleistung bis 300 kW - Begriffe, Anforderungen,Prüfungen und Kennzeichnung, Wien: Österreichisches Normungsinstitut. 1999[ONO03] ÖNORM EN 12831. Heizungsanlagen in Gebäuden, Verfahren zur Berechnung derNorm-Heizlast. Wien: Österreichisches Normungsinstitut. 2003.[ONO04] ÖNORM EN ISO 13791. Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden – SommerlicheRaumtemperaturen bei Gebäuden ohne Anlagentechnik – Allgemeine Kriterien und Validierungsverfahren.Wien: Österreichisches Normungsinstitut. 2004.[ONO05] ÖNORM EN ISO 9000, Qualitätsmanagementsysteme - Grundlagen und Begriffe(ISO 9000:2005) (mehrsprachige Fassung: de/en/fr), Wien: Österreichisches Normungsinstitut.2005[ONO05a] ÖNORM EN ISO 15927-4, Wärme- und feuchtetechnisches Verhalten von Gebäuden- Berechnung und Darstellung von Klimadaten - Teil 4: Stündliche Daten zur Abschätzungdes Jahresenergiebedarfs für Heiz- und Kühlsysteme (ISO 15927-4:2005), Wien:Österreichisches Normungsinstitut. 2005[ONO06] ÖNORM H 7500. Heizungssysteme in Gebäuden, Verfahren zur Berechnung derNorm-Heizlast. Wien: Österreichisches Normungsinstitut. 2006.[ONO06a] ÖNORM EN 12975-2. Thermische Solaranlagen und ihre Bauteile - Kollektoren -Teil 2: Prüfverfahren. Wien: Österreichisches Normungsinstitut. 2006.[ONO07a] ÖNORM EN 15255. Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden – Berechnungder wahrnehmbaren Raumkühllast - Allgemeine Kriterien und Validierungsverfahren. Wien:Österreichisches Normungsinstitut. 2007.[ONO07b] ÖNORM EN ISO 13786. Wärmetechnisches Verhalten von Bauteilen – Dynamisch-thermischeKenngrößen- Berechnungsverfahren. Wien: Österreichisches Normungsinstitut.2007.260


[ONO07c] ÖNORM EN 15316-1, Heizungsanlagen in Gebäuden - Verfahren zur Berechnungder Energieanforderungen und Nutzungsgrade der Anlagen - Teil 1: Allgemeines, Wien: ÖsterreichischesNormungsinstitut. 2007[ONO07d] ÖVE/ÖNORM EN 60904-1, Photovoltaische Einrichtungen - Teil 1: Messen derphotovoltaischen Strom-/Spannungskennlinien (IEC 60904-1:2006): Österreichisches Normungsinstitut,OVE Österreichischer Verband für Elektrotechnik. 2007[ONO07e] ÖNORM EN 15316-4-5, Heizungsanlagen in Gebäuden - Verfahren zur Berechnungder Energieanforderungen und Nutzungsgrade der Anlagen - Teil 4-5: Wärmeerzeugungssysteme,Leistungsfähigkeit und Effizienz von Fernwärme- und großvolumigen Systemen,Wien: Österreichisches Normungsinstitut. 2007[ONO07f] ÖNORM EN 15316-4-6, Heizungsanlagen in Gebäuden - Verfahren zur Berechnungder Energieanforderungen und Nutzungsgrade der Anlagen - Teil 4-6: Wärmeerzeugungssysteme,photovoltaische Systeme, Wien: Österreichisches Normungsinstitut. 2007[ONO07g] ÖNORM EN 15251: Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung undBewertung der Energieeffizienz von Gebäuden - Raumluftqualität, Temperatur, Licht undAkustik, Österreichisches Normungsinstitut, Wien, 2007.[ONO08] ÖNORM EN 15193, Energetische Bewertung von Gebäuden. Wien: ÖsterreichischesNormungsinstitut. 2011.[ONO08a] ÖNORM EN 15603, Energieeffizienz von Gebäuden - Gesamtenergieverbrauchund Festlegung der Energiekennwerte Begriffsbestimmungen. Wien: Österreichisches Normungsinstitut.2008[ONO08d] ÖNORM EN ISO 13370, Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden - Wärmeübertragungüber das Erdreich - Berechnungsverfahren, Wien: Österreichisches Normungsinstitut.2008[ONO10] ÖNORM H 5056, Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden - Heiztechnik-Energiebedarf, Wien: Österreichisches Normungsinstitut. 2010[ONO10b] ÖNORM EN 13141-7, Lüftung von Gebäuden - Leistungsprüfungen von Bauteilen/Produktenfür die Lüftung von Wohnungen - Teil 7: Leistungsprüfung von mechanischenZuluft- und Ablufteinheiten (einschließlich Wärmerückgewinnung) für mechanische Lüftungsanlagenin Wohneinheiten (Wohnung oder Einfamilienhaus), Wien: Österreichisches Normungsinstitut.2010[ONO11] ÖNORM B 8110-5. Wärmeschutz im Hochbau – Klimamodell und Nutzungsprofile.Wien: Österreichisches Normungsinstitut. 2011.[ONO11a] ÖNORM EN 12464-1, Licht und Beleuchtung – Beleuchtung von Arbeitsstätten –Teil 1: Arbeitsstätten in Innenräumen. Wien: Österreichisches Normungsinstitut. 2011.261


[ONO11b] ÖNORM H 5057, Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden - Raumlufttechnik-Energiebedarf für Wohn- und Nichtwohngebäude, Wien: Österreichisches Normungsinstitut.2011[ONO11c] ÖNORM EN 14511-1, Luftkonditionierer, Flüssigkeitskühlsätze und Wärmepumpenmit elektrisch angetriebenen Verdichtern für die Raumbeheizung und Kühlung - Teil 1:Begriffe, Wien: Österreichisches Normungsinstitut. 2011.[ONO11d] ÖNORM EN 15879-1, Prüfung und Leistungsbemessung von erdreichgekoppeltenDirektübertragung - Wärmepumpen mit elektrisch angetriebenen Verdichtern zur Raumbeheizungund/oder -kühlung - Teil 1: Direktübertragung/Wasser-Wärmepumpe, Wien: ÖsterreichischesNormungsinstitut. 2011.[ONO12a] ÖNORM B 8110-3. Wärmeschutz im Hochbau – Vermeidung sommerlicher Überwärmung.Wien: Österreichisches Normungsinstitut. 2012.[ONO12b] ÖNORM EN ISO 13791. Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden - SommerlicheRaumtemperaturen bei Gebäuden ohne Anlagentechnik - Allgemeine Kriterien und Validierungsverfahren.Wien: Österreichisches Normungsinstitut. 2012.[ONO12c] ÖNORM H 6040. Berechnung der sensiblen und latenten Kühllast sowie dersommerlichen Temperaturgänge von Räumen und Gebäuden - (Nationale Ergänzungen zuÖNORM EN 15255 und ÖNORM EN ISO 13791) Wien: Österreichisches Normungsinstitut.2012.[PLÖ08] H. Plöderl, M. Berger, G. Lang, et al.: Erste Passivhaus–Schulsanierung, GanzheitlicheFaktor 10 Generalsanierung der Hauptschule II und Polytechnischen Schule in Schwanenstadtmit vorgefertigten Holzwandelementen und Komfortlüftung, Berichte aus EnergieundUmweltforschung, Wien, 2008[PRÖ09] Pröglhöf, C.: „On Patterns Of Control-Oriented Human Behaviour In Office Environments“, Dissertation, TU Wien, 2009[REC07] Schramek, E. (Hrsg.):Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik. Recknagel.Sprenger. Schramek. München: Oldenbourg Industrieverlag, 2007[REI11] Reiß et.al.; PEB – Marktreifes Plus-Energie-Büro – Projektnummer 822247; Wien2011 www.hausderzukunft.at[SAL11] Salcher, Andreas: Modellierung eines Pelletskessel in Excel, IET Tu Wien, 2011[SCH99] B. Schieferdecker,et al.: „Repräsentative VDEW-Lastprofile,“ VDEW-MaterialienM32/99, 1999[SCH13] Schöberl et.al.; Plus-Energie-Büro – Plus-Energie-Bürobau der Zukunft; Wien 2013Endbericht wird 2013 veröffentlicht. www.hausderzukunft.at[SIA04] SIA 380/4 Tageslichtnutzung – Einfluss der Tageslichtnutzung auf den Elektrizitätsbedarfvon Beleuchtungsanlagen Zürich: 2004262


[STR07] Streicher, Wolfgang, et. all: Fortschrittliche Wärmespeicher- Erhöhung von solaremDeckungsgrad und Kesselnutzungsgrad. Projekt zum IEA-SHC Task 32. Berichte aus Energie-und Umweltforschung, bmvit, 2007[TOP12] Österreichische Energieagentur – Topprodukte Wien 2012. (Gefunden unter:http://www.topprodukte.at/index.php?pid=produktlisten&topproductscat1=23&topproductscat2=57&topproductscat3=427&topprodukte_sort_listing=x&topprodukte_sort_direction=x&topprodukte_how_many_ds=1 , abgerufen 28.08.2012, 18:51)[VDI10] VDI 6007–Teil 3. Berechnung des instationären thermischen Verhaltens von Räumenund Gebäuden – Modell der solaren Einstrahlung. Düsseldorf: Verein Deutscher Ingenieuree.V. 2012.[WAG09a] Wagner, W.; Prein, A., Mauthner, F.; et. al.: Energietechnische und baubiologischeBegleituntersuchung Passivmehrfamilienhaus Utendorfgasse. Projektbericht im Rahmen[WAG09b] Wagner, W.; Prein, A., Felberbauer, K.P.; et. al.: Energietechnische und baubiologischeBegleituntersuchung Passivhaus-Schulsanierung Schwanenstadt. Projektbericht imRahmen der Programmlinie Haus der Zukunft, Wien, 2009[WPZ12] Wärmepumpen Zentrum: Prüfergebnisse, Abgerufen am 2. 2. 2012 vonhttp://www.ntb.ch/fileadmin/Institute/IES/pdf/PruefResSW120117.pdf263


15 AbbildungsverzeichnisAbbildung 1: Darstellung Bilanzgrenzen für Plus-Energie-Gebäude [IEA10].......................... 12Abbildung 2: Plus-Energie-Gebäude am Beispiel des Plus-Energie-DachgeschossausbausYbbsstraße Straßentrakt, Primärenergiebedarf (Et, Konversionsfaktor nicht erneuerbar)..... 14Abbildung 3: Organisation der Überarbeitung der europäischen und internationalentechnischen Regeln für den Energieausweis (Quelle:http://www.cen.eu/cen/Sectors/Sectors/Construction/Events/Documents/2.1%20National%20implementation%20of%20EPBD%20-%20Jaap%20Hogeling.pdf )......................................... 23Abbildung 4: Betroffene Gremien zur Überarbeitung der europäischen und internationalentechnischen Regeln für den Energieausweis (Quelle:http://www.cen.eu/cen/Sectors/Sectors/Construction/Events/Documents/2.1%20National%20implementation%20of%20EPBD%20-%20Jaap%20Hogeling.pdf )......................................... 24Abbildung 5: Monatlicher Endenergiebedarf, solarelektrische Energieproduktion,Biomassepotential und Stromexport eines Reihenendhauses in verschiedenen Energiestandards.Die Varianten unterscheiden sich nur bezüglich der Komponenten der Hülleinklusive der Lüftung, die Gebäudetechnik und der Haushaltsstrombedarf sind in allen Fällenidentisch. Heizen und Warmwasserbereitung via Wärmepumpe. Aus [Feist 2012]. .............. 29Abbildung 6: Auszug aus dem statistischen Jahrbuch der UCTE 2004................................... 40Abbildung 7: Auszug aus dem statistischen Jahrbuch der UCTE 2006................................... 41Abbildung 8: Auszug aus dem statistischen Jahrbuch der UCTE 2008................................... 42Abbildung 9: jährlicher Strombedarf bzw. Haushaltsstrombedarf HHSB und derBeleuchtungsenergiebedarf BelEB in Abhängigkeit der Anzahl der Personen je Haushalt(Quelle: Morishita, Bednar, 2011, Evaluierungsprojekt eines Wiener Mehrfamilienhauses,detaillierte Auswertung von 27 Wohneinheiten unter Ausschluss von 4 Extremfällen:Veröffentlichung geplant) ............................................................................................................. 56Abbildung 10: Analyse verschiedener Haushaltsgeräte hinsichtlich dem Einsparungseffekt(Quelle: [TOP12]) .......................................................................................................................... 57Abbildung 11: Vergleich verschiedener Lampen hinsichtlich Lichtausbeute und Lebensdauer(Quelle: [ENE10]) .......................................................................................................................... 57Abbildung 12: Anwesenheitsprofil der BewohnerInnen in einem Mehrfamilienhaus. (Quelle:Morishita, Bednar, 2011, Evaluierungsprojekt eines Wiener Mehrfamilienhauses;Veröffentlichung geplant) ............................................................................................................. 58Abbildung 13: Analyse aller Komponenten im Bürobau plus Beleuchtung. Quelle:[SCH13]. 59Abbildung 14: Vergleich Primärenergiebedarf Referenzobjekt – PEB PassivhausstandardEffiziente Geräte Quelle:[REI11].................................................................................................. 60Abbildung 15: Anwesenheitswahrscheinlichkeit eines typischen Bürobaues Quelle: [PRÖ09]........................................................................................................................................................ 61Abbildung 16: VDEW-Lastprofile (H0, G0, G1) [SCH99]........................................................... 62Abbildung 17: Vergleich verschiedener Methoden zur Berücksichtigung von Verschattung . 65Abbildung 18: Schema des Raumknotenmodells ...................................................................... 82Abbildung 19: Modell einer Schicht mit den Amplituden der thermischen/hygrischen Größen........................................................................................................................................................ 83264


Abbildung 20: Thermisches Modell mit n Schichten .................................................................. 84Abbildung 21: Hygrisches Modell mit n Schichten ..................................................................... 85Abbildung 22: Schema des Zwei-Kapazitäten-Modells für opake Bauteile ............................. 88Abbildung 23: Schema des Fenstermodells .............................................................................. 91Abbildung 24: Zusammenhang zwischen dem Tagesmittel der Globalstrahlung und derAußenlufttemperatur für verschiedene Standorte in Österreich, Datenquelle: IWECWetterdatensätze [ASH01]........................................................................................................... 97Abbildung 25: Zusammenhang zwischen dem Tagesmittel der Globalstrahlung und derAußenlufttemperatur mit Kennzeichnung des Auslegungszustands laut bestehenderNormung für den Standort Wien (Winterfall) Datenquelle: Messdaten der Wetterstation derTU Wien in der Adolf-Blamauer-Gasse aus den Jahren 2005, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011,2012 (Jan-Apr). ............................................................................................................................. 98Abbildung 26: Außenlufttemperaturverlauf für den Winterfall - Klimazustand 1 undKlimazustand 2 (Standort: Wien Landstraße)........................................................................... 100Abbildung 27: Außentemperaturverlauf während des Auslegungszeitraumes für denWinterfall (Standort: Wien Landstraße)..................................................................................... 101Abbildung 28: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf einehorizontale Fläche für den Klimazustand 1 (Winterfall, Standort: Wien Landstraße) ........... 103Abbildung 29: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf nachNorden, Osten, Süden und Westen ausgerichtete Flächen für den Klimazustand 1(Winterfall, Standort: Wien Landstraße).................................................................................... 103Abbildung 30: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf einehorizontale Fläche für den Klimazustand 2 (Winterfall, Standort: Wien Landstraße) ........... 104Abbildung 31: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nachNorden ausgerichtete Fläche für den Klimazustand 2 (Winterfall, Standort: Wien Landstraße)...................................................................................................................................................... 104Abbildung 32: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nachOsten ausgerichtete Fläche für den Klimazustand 2 (Winterfall, Standort: Wien Landstraße)...................................................................................................................................................... 104Abbildung 33: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nachSüden ausgerichtete Fläche für den Klimazustand 2 (Winterfall, Standort: Wien Landstraße)...................................................................................................................................................... 105Abbildung 34: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nachWesten ausgerichtete Fläche für den Klimazustand 2 (Winterfall, Standort: Wien Landstraße)...................................................................................................................................................... 105Abbildung 35: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf einehorizontale Fläche während des Auslegungszeitraums (Winterfall, Standort: WienLandstraße) ................................................................................................................................. 106Abbildung 36: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nachNorden ausgerichtete Fläche während des Auslegungszeitraums (Winterfall, Standort: WienLandstraße) ................................................................................................................................. 106265


Abbildung 37: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nachOsten ausgerichtete Fläche während des Auslegungszeitraums (Winterfall, Standort: WienLandstraße) ................................................................................................................................. 107Abbildung 38: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nachSüden ausgerichtete Fläche während des Auslegungszeitraums (Winterfall, Standort: WienLandstraße) ................................................................................................................................. 107Abbildung 39: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nachWesten ausgerichtete Fläche während des Auslegungszeitraums (Winterfall, Standort: WienLandstraße) ................................................................................................................................. 108Abbildung 40: Zusammenhang zwischen dem Tagesmittel der Globalstrahlung und derAußenlufttemperatur mit Kennzeichnung der Auslegungsklimazustände für den WinterfallDatenquelle: Messdaten der Wetterstation der TU Wien in der Adolf-Blamauer-Gasse ausden Jahren 2005, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012 (Jan-Apr). ....................................... 108Abbildung 41: Luftwechselzahl für den Fall beheizter Nachbarwohnungen und unbeheizterNachbarwohnungen.................................................................................................................... 119Abbildung 42: Außenlufttemperaturverlauf für den Sommerfall - Klimazustand 1 undKlimazustand 2............................................................................................................................ 125Abbildung 43: Außentemperaturverlauf während des Auslegungszeitraumes für denSommerfall................................................................................................................................... 126Abbildung 44: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf einehorizontale Fläche für den Klimazustand 1 (Sommerfall)........................................................ 128Abbildung 45: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nachNorden ausgerichtete Fläche für den Klimazustand 1 (Sommerfall)...................................... 128Abbildung 46: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nachOsten ausgerichtete Fläche für den Klimazustand 1 (Sommerfall) ........................................ 129Abbildung 47: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nachSüden ausgerichtete Fläche für den Klimazustand 1 (Sommerfall) ....................................... 129Abbildung 48: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nachWesten ausgerichtete Fläche für den Klimazustand 1 (Sommerfall) ..................................... 130Abbildung 49: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf einehorizontale Fläche während des Auslegungszeitraums (Sommerfall) ................................... 131Abbildung 50: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nachNorden ausgerichtete Fläche während des Auslegungszeitraums (Sommerfall) ................. 131Abbildung 51: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nachOsten ausgerichtete Fläche während des Auslegungszeitraums (Sommerfall).................... 132Abbildung 52: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nachSüden ausgerichtete Fläche während des Auslegungszeitraums (Sommerfall)................... 132Abbildung 53: Verlauf der Diffusstrahlung, Direktstrahlung und Globalstrahlung auf eine nachWesten ausgerichtete Fläche während des Auslegungszeitraums (Sommerfall) ................. 133Abbildung 54: Zusammenhang zwischen dem Tagesmittel der Globalstrahlung und derAußenlufttemperatur mit Kennzeichnung der Auslegungsklimazustände für den Sommerfall,Datenquelle: Messdaten der Wetterstation der TU Wien in der Adolf-Blamauer-Gasse ausden Jahren 2005, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012 (Jan-Apr). ....................................... 133266


Abbildung 55: Taktverhalten eines Wärmeerzeugers mit unterschiedlichen Speichertypen,selbe Volumina [FLO10]............................................................................................................. 139Abbildung 56: Energieflussdiagramm Biomassekessel [BOI12]............................................. 140Abbildung 57: Wassertemperaturverlauf und Signale eines Pelletskessels [SAL11] ........... 142Abbildung 58: Kompressionskältemaschine /Wärmepumpe................................................... 143Abbildung 59: Energiebilanz einer reversiblen a.) Kompressionskältemaschine und b.)Wärmepumpe.............................................................................................................................. 144Abbildung 60: COP für unterschiedliche Wärmepumpen [MAR11]........................................ 145Abbildung 61: Prüfresultate Sole/Wasser Wärmepumpen nach EN14511 [WPZ12]............ 145Abbildung 62: Exemplarisches Kennlinienfeld einer Wärmepumpe....................................... 146Abbildung 63: Verlege Art horizontaler Wärmeüberträger [KAL06]........................................ 149Abbildung 64: Aufbau des Erdreichmodells.............................................................................. 150Abbildung 65: Vergleich der unterschiedlichen Erdreichmodelle............................................ 151Abbildung 66: Zusammenhang zwischen Windgeschwindigkeit und am Generatorabnehmbarer Leistung [KAL06]................................................................................................. 153Abbildung 67: Abhängigkeit des Höhenexponenten [HAU03] ................................................ 154Abbildung 68: Energiebilanz Solarkollektor .............................................................................. 154Abbildung 69: Winkelfaktor K eines Solarkollektors in Abhängigkeit vom Einfallswinkel... 156Abbildung 70: Aufbau einer Solarzelle und deren Ersatzschaltbild. [HÄB07]........................ 158Abbildung 71: Einfluss von Strahlung und Temperatur auf die Strom- Spannung - Kennlinieunter Standardtestbedingungen. ............................................................................................... 159Abbildung 72: Wärmeverlustrate nach DIN EN 12977 [DRÜ06]............................................. 160Abbildung 73: Schichtenspeicher [EIC12] ................................. 162Abbildung 74: Darstellung Bilanzgrenzen [IEA10] ................................................................... 164Abbildung 75: Parameter des Beleuchtungsenergiebedarfs; Quelle: [FOU07]..................... 165Abbildung 76: Exemplarischer Wartungszyklus einer Beleuchtungsanlage; Quelle: [FOU07]...................................................................................................................................................... 168Abbildung 77: Einfluss der Fenstergeometrie auf den Tageslichtbereich; Quelle: [FOU07] 173Abbildung 78: Schemaschnitte zur Erläuterung der verschiedenen Einflüsse und diegeometrischen Größen für den Innenhof; Quelle: [DIN11]...................................................... 176Abbildung 79: Betriebszeiten des Sonnenschutzes mit verschiedenen Schwellenwerten[FOU07] ....................................................................................................................................... 180Abbildung 80: Abhängigkeit von Wirkleistung und Leistungsfaktor........................................ 183Abbildung 81: Minimale Zonierung (7 Fassadennahe Zonen + 1 Kernzone) ........................ 184Abbildung 82: Schematische Darstellung für eine konditionierte Zone und eineunkonditionierten Zone mit einer wärmeabgebenden Leitung................................................ 185Abbildung 83: Schema einer Vollklimaanlage [BED12]........................................................... 187Abbildung 84: Benennung der einzelnen Anschlüsse eines Tauschers gemäß EN 308[ONO97]....................................................................................................................................... 189Abbildung 85: Beispielhafter Verlauf der Zustandsänderung im Kühlfall............................... 191Abbildung 86: Beispielhafter Verlauf der Zustandsänderung im Heizfall............................... 192267


Abbildung 87: Beispielhafter Verlauf der zuluftseitigen Rückwärmezahl für einaußenaufgestelltes Modulgerät mit einem Plattenwärmetauscher [Quelle: Messdaten AEE]...................................................................................................................................................... 193Abbildung 88: Geografische Lage Schwanenstadt [MAP12] .................................................. 195Abbildung 89: Passivhaus-Schule Schwanenstadt (Quelle: PAUAT Architekten ZTGmbH) 196Abbildung 90: Passivhaus-Schule Schwanenstadt: Lageplan (Quelle: [PLÖ08], erweitertdurch Schöberl & Pöll GmbH).................................................................................................... 196Abbildung 91: Passivhaus-Schule Schwanenstadt: Visualisierung NordwestVogelperspektive [PLÖ08].......................................................................................................... 197Abbildung 92: Passivhaus-Schule Schwanenstadt – Planauszug: Grundriss 1. OGHauptschule II [PLÖ08] .............................................................................................................. 198Abbildung 93: Schematische Darstellung des dezentralen Lüftungsgeräts „aeroschool“(Quelle: Drexel und weiss energieeffiziente haustechniksysteme gmbh.)............................. 201Abbildung 94: Darstellung der Leistungsaufnahme des dezentralen Lüftungsgeräts„aeroschool“ in Abhängigkeit vom Volumenstrom bei unterschiedlichen Druckverlusten(Quelle: Drexel und weiss energieeffiziente haustechniksysteme gmbh.)............................. 202Abbildung 95: Globalstrahlung und mittlere Außentemperatur laut PHPP und Messwerten,Schwanenstadt, 1. Messjahr [WAG09b] ................................................................................... 203Abbildung 96: Raumklima in Tagesmittelwerten, Schwanenstadt, 1. Messjahr [WAG09b] . 204Abbildung 97: Übersicht Heizenergie, End- und Primärenergieeinsatz, Schwanenstadt 1.Messjahr [WAG09b].................................................................................................................... 204Abbildung 98: Energiebilanz für Heizung und Warmwasser, Schwanenstadt, 1. Messjahr[WAG09b] .................................................................................................................................... 205Abbildung 99: Verteilung des Stromverbrauchs, Schwanenstadt, 2. Messjahr [WAG09b] .. 206Abbildung 100: Vergleich zwischen gemessenen Wärmeverbrauch für Warmwasser (M) undberechnetem Wärmeverbrauch (R) ohne Berücksichtigung der Kesselverluste................... 207Abbildung 101: Vergleich zwischen gemessenen Wärmeverbrauch für Raumheizung (M) undberechnetem Wärmeverbrauch (R) ohne Berücksichtigung der Kesselverluste................... 207Abbildung 102: Geografische Lage Utendorfgasse [MAP12] ................................................. 208Abbildung 103: Passivhaus Utendorfgasse (Foto Bruno Klomfar) ......................................... 209Abbildung 104: Passivhaus Utendorfgasse: Lage und Ansichten (Quelle: Arch. DI FranzKuzmich) ...................................................................................................................................... 209Abbildung 105: Passivhaus Utendorfgasse: Grundriss 3. OG, Haus 2 (Quelle: Arch. DI FranzKuzmich) ...................................................................................................................................... 210Abbildung 106: Schematische Darstellung des zentralen Lüftungsgeräts Utendorfgasse(Quelle: GTN) .............................................................................................................................. 213Abbildung 107: Globalstrahlung und mittlere Außentemperatur laut PHPP und Messwerten,Utendorfgasse, 1. Messjahr [WAG09a]..................................................................................... 214Abbildung 108: Raumklima in Tagesmittelwerten, Utendorfgasse, 1. Messjahr [WAG09a] 215Abbildung 109: Übersicht Heizenergie, Heizlast, End- und Primärenergieeinsatz,Utendorfgasse 1. Messjahr [WAG09a]...................................................................................... 215Abbildung 110: Energiebilanz für Heizung und Warmwasser, Utendorfgasse, 1. Messjahr[WAG09a] .................................................................................................................................... 216268


Abbildung 111: Monatlicher Stromverbrauch, Utendorfgasse , 1. Messjahr [WAG09a]....... 216Abbildung 112: Vergleich zwischen gemessenen Wärmeverbrauch für Raumheizung (M) undberechnetem Wärmeverbrauch (R) ohne Berücksichtigung der Kesselverluste................... 217Abbildung 113: Vergleich zwischen gemessenen Gasverbrauch für Raumheizung undWarmwasser (M) und berechnetem Wärmeverbrauch (R) ..................................................... 218Abbildung 114: Building location................................................................................................ 219Abbildung 115: Building façade ................................................................................................. 220Abbildung 116: “BuildOpt_VIE” building model. ....................................................................... 222Abbildung 117: Average presence in offices of the case study building ................................ 223Abbildung 118: Energy flow diagram in kWh/m²·a for 2009 showing Ed, Er, Et, and Eb. .... 224Abbildung 119: Heating energy demand—comparative measurements and calculations. .. 225Abbildung 120: Lighting electricity consumption—comparative measurements andcalculations.................................................................................................................................. 226Abbildung 121: Primary energy in kWh/m² GFA—comparative measurements andcalculations.................................................................................................................................. 227Abbildung 122: Kenngrößen für Plus-Energie Energieausweis: Primärenergiebedarf gesamtnach OIB RL 6 2011 ................................................................................................................... 233Abbildung 123: Kenngrößen für Plus-Energie Energieausweis: Primärenergiebedarf gesamtnach ENEV .................................................................................................................................. 234Abbildung 124: Kenngrößen für Plus-Energie Energieausweis: Netto-Primärenergiebedarfinkl. Nutzung................................................................................................................................ 234Abbildung 125: Kenngrößen für Plus-Energie Energieausweis: Netto-Primärenergiebedarfexkl. Nutzung............................................................................................................................... 235Abbildung 126: Veranschaulichung der Bilanzgrenzen, die bei der Verwendung derKonversionsfaktoren herangezogen werden. Diese Darstellungsmethode wird im Rahmendes IEA Annex 53 ISO TC 163 weiterentwickelt. ..................................................................... 23716 TabellenverzeichnisTabelle 1: Plus-Energie-Gebäude am Beispiel des Plus-Energie-DachgeschossausbausYbbsstraße Straßentrakt, Endenergie, Primärenergiebedarf (Et, Konversionsfaktor total undnicht erneuerbar) 13Tabelle 2: Konversionsfaktoren Kohle aus ecoinvent, Version 2.1, 2009 [ECO09] 34Tabelle 3: Konversionsfaktoren Kohle OIB RL 6 [OIB11] 34Tabelle 4: Konversionsfaktoren Heizöl aus ecoinvent, Version 2.1, 2009 [ECO09] 35Tabelle 5: Konversionsfaktoren Heizöl OIB RL 6 [OIB11] 35Tabelle 6: Konversionsfaktoren Erdgas aus ecoinvent, Version 2.1, 2009 [ECO09] 36Tabelle 7: Konversionsfaktoren Erdgas OIB RL 6 [OIB11] 36Tabelle 8: Konversionsfaktoren Biomasse Scheitholz aus ecoinvent, Version 2.1, 2009[ECO09] 37Tabelle 9: Konversionsfaktoren Biomasse Hackschnitzel aus ecoinvent, Version 2.1, 2009[ECO09] 37269


Tabelle 10: Konversionsfaktoren Biomasse Pellets aus ecoinvent, Version 2.1, 2009[ECO09] 38Tabelle 11: Konversionsfaktoren Biomasse Mittelwert aus ecoinvent, Version 2.1, 2009[ECO09] 38Tabelle 12: Konversionsfaktoren Biomasse OIB RL 6 [OIB11] 38Tabelle 13: Konversionsfaktoren Strom aus ecoinvent, Version 2.1, 2009 [ECO09] 39Tabelle 14: Konversionsfaktoren Strom Österreich-Mix [OIB11], Import-Mix 39Tabelle 15: Importmengen 43Tabelle 16: Importanteile 43Tabelle 17: Importanteile bezogen auf Verbrauch 43Tabelle 18: Konversionsfaktoren Fernwärme OIB RL 6 [OIB11] 48Tabelle 19: 27 Orte der 7 Klimaregionen in Österreich 49Tabelle 20: Tagesamplitude Ad 51Tabelle 21: Monatsamplitude Am 51Tabelle 22: Jahresmittelwert und Jahresamplitude 53Tabelle 23: Tagesamplitude Ad 53Tabelle 24: Monatsamplitude Am 53Tabelle 25: Verschattungsfaktoren zur Berücksichtigung einer Horizontüberhöhung für denSommer- und den Winterfall in Abhängigkeit der Neigung der Empfängerfläche 66Tabelle 26: Verschattungsfaktoren zur Berücksichtigung der Fensterlaibung für den Sommerundden Winterfall in Abhängigkeit der Neigung der Empfängerfläche 67Tabelle 27: Verschattungsfaktoren zur Berücksichtigung eines Überhangs für den Sommerundden Winterfall in Abhängigkeit der Neigung der Empfängerfläche 68Tabelle 28: Einstufung der Berechnungsverfahren gemäß ÖNORM EN 15255 [ONO07a] 76Tabelle 29: Untereinstufung der Berechnungsverfahren gemäß ÖNORM EN 15255[ONO07a] 76Tabelle 30: Erforderliche immisionsflächenbezogene speicherwirksame Masse m w,I,min inAbhängigkeit vom immisionsflächenbezogenen stündlichen Luftvolumenstrom V L,s 79Tabelle 31: Abschirmungskoeffizient für verschiedene Gebäudestandorte [DRA07] 111Tabelle 32: Rechenwerte für die Temperatur in unbeheizten Nachbarräumen [DRA07] 112Tabelle 33: Rechenwerte für die Temperatur in unbeheizten Dachräumen [DRA07] 113Tabelle 34: Rechenwerte für die Temperatur in unbeheizten eingebauten Stiegenhäusern miteiner Außenwand [DRA07] 114Tabelle 35: Abschirmungskoeffizient für verschiedene Gebäudestandorte [DRA07] 120Tabelle 36: Rechenwerte der spezifischen elektrischen Bewertungsleistungbezogen aufdie Grundfläche je lx Wartungswert der Beleuchtungsstärke auf der Nutzebene für Leuchtenmit stabförmigen Leuchtstofflampen und elektronischen Vorschaltgeräten (EVG) 167Tabelle 37: Zusammenhang zwischen und ; Quelle: [ONO11a] 168Tabelle 38: Anpassungsfaktor für unterschiedliche Lampentypen; Quelle: [DIN11] 170Tabelle 39: Anpassungsfaktork Lk R_E mzur Berücksichtigung des Einflusses der Raumauslegung;Quelle: [DIN11] 171_E up lx270


D 65, SNATabelle 40: Richtwerte für Lichttransmissionsgrade aus [DIN11] 178 eff , SATabelle 41: Anhaltswerte für Lichttransmissionsgrade aus [DIN11] 179Tabelle 42: Gebäudehülle laut PHPP Schwanenstadt 199Tabelle 43: Umgebungsverschattung laut PHPP Schwanenstadt 199Tabelle 44: Leistungsdaten Pelletkessel Schwanenstadt 200Tabelle 45: Leistungsdaten Warmwasserbereitstellung – Boiler 200Tabelle 46: Leistungsdaten Warmwasserbereitstellung – dezentrale Druckspeicher 200Tabelle 47: Leitungslängen und Dämmung Schwanenstadt 201Tabelle 48: Technische Daten des dezentralen Lüftungsgeräts „aeroschool“ (Quelle: Drexelund weiss energieeffiziente haustechniksysteme gmbh.) 202Tabelle 49: Gebäudehülle laut PHPP Utendorfgasse (Haus 2) 211Tabelle 50: Umgebungsverschattung laut PHPP Utendorfgasse (Haus 2) 211Tabelle 51: Leistungsdaten Gasbrennwertkessel Utendorfgasse (Haus 2) 212Tabelle 52: Heizwärmeverteilung - Leitungslängen und Dämmung Utendorfgasse (Haus 2)212Tabelle 53: Brauchwarmwasserverteilung - Leitungslängen und Dämmung Utendorfgasse(Haus 2) 212Tabelle 54: Technische Daten des zentralen Lüftungsgeräts für Utendorfgasse (Haus 2) 213Tabelle 55: window specifications 221Tabelle 56: office equipement energy load 222Tabelle 57: Electricity use breakdown by floor and category in kWh 225Tabelle 58: Übersicht KB NP für Nicht-Wohn-Gebäude 230Tabelle 59: Energieaufwandszahl e AWZ für Gebäude BGF 400 m² 231Tabelle 60: Energieaufwandszahl e AWZ für Gebäude BGF > 400 m² 232271


17 Anhang- Projektbericht „Konversionsfaktoren der Endenergie für Gebäude“ Umweltbundesamt- Projektbericht „Untersuchung von Allokationsmethoden für KWK-Anlagen“, Umweltbundesamt- Schulungstool272


KONVERSIONSFAKTOREN UNDPRIMÄRENERGIEFAKTOREN DERENERGIEBEREITSTELLUNGFÜR GEBÄUDEAbgeleitet aus den Lebensyklus-Emissionenin der Datenperiode 2004-2007Storch AlexanderBöhmer SiegmundFischer DanielaGössl MichaelPölz WernerReisinger HubertWien, 2012


ProjektleitungAlexander StorchAutorInnenSiegmund Böhmer, Daniela Fischer, Michael Gössl, Werner Pölz, Hubert Reisinger,LektoratMaria DeweisWeitere Informationen zu Umweltbundesamt-Publikationen unter: http://www.umweltbundesamt.at/ImpressumMedieninhaber und Herausgeber: Umweltbundesamt GmbHSpittelauer Lände 5, 1090 Wien/ÖsterreichDiese Publikation erscheint ausschließlich in elektronischer Formhttp://www.umweltbundesamt.at/.© Umweltbundesamt GmbH, Wien, 2012Alle Rechte vorbehalten


InhaltINHALT1 EINLEITUNG....................................................................................52 GRUNDLEGENDES........................................................................62.1 Konversions- und Primärenergiefaktoren........................................ 62.2 LCA-Herstellungsaufwand................................................................ 72.3 Abgrenzung....................................................................................... 72.4 Kurzdefinitionen................................................................................ 93 ERGEBNISSE ................................................................................123.1 Konversions- und Primärenergiefaktoren...................................... 123.2 LCA-Herstellungsaufwand.............................................................. 134 INTERPRETATION UND PLAUSIBILISIERUNG.......................145 METHODIK UND DOKUMENTATION ........................................175.1 Methodik.......................................................................................... 175.1.1 Konversions- und Primärenergiefaktoren........................................... 175.1.2 LCA-Herstellungsaufwand................................................................. 255.2 Einflüsse auf die Ergebnisqualität ................................................. 276 VERZEICHNISSE ..........................................................................296.1 Literaturverzeichnis........................................................................ 296.2 Tabellenverzeichnis........................................................................ 296.3 Abbildungsverzeichnis................................................................... 297 ANHANG........................................................................................31Umweltbundesamt • Wien, 2012 3


ZusammenfassungZUSAMMENFASSUNGIm vorliegenden Bericht wurden nationale Konversionsfaktoren und Primärenergiefaktorenberechnet. Die wesentlichen Ergebnisse sind in der folgendenTabelle zusammengefasst:Kohle(Steinkohle, Braunkohle, Briketts,Koks)Heizöl(HL, HEL, HEL schwefelfrei)Konversionsfaktorin g CO 2/kWh Endenergiein g CO 2-Äquivalent/kWh EndenergiePrimärenergiefaktorin kWh/kWh Endenergie363 420 1,13298 302 1,126Erdgas 231 257 1,213Flüssiggas 263 266 1,125Scheitholz(inkl. Holzbriketts)17 26 1,074Energiehackgut 34 37 1,126Pellets 40 49 1,177Stromaufbringung in Österreich(Stromerzeugung in Österreich+ Stromimporte, Durchschnitt 2004 bis2007)Fernwärme in Österreich(inkl. KWK-Durchschnitt von 2004 bis2007)Fernwärme Biomassewerk(10 % Erdgas, 2007)380 415 2,074247 274 1,5875 87 1,395Zusätzlich dazu wurde auch der Herstellungsaufwand unterschiedlicher Wärmepumpenartenund Pufferspeichervolumina auf Lebenszyklusbasis errechnet.Die Ergebnisse dieser Berechnungen finden Sie im Kapitel 3.2 LCA-Herstellungsaufwand.4 Umweltbundesamt • Wien, 2012


Einleitung1 EINLEITUNGIm vorliegenden Bericht wurden auf Basis einer Lebenszyklusanalyse (LCA) nationaleKonversions- und Primärenergiefaktoren für die in Wohngebäuden undNichtwohngebäuden eingesetzten Energieträger berechnet.Die errechneten Konversions- und Primärenergiefaktoren geben die – im österreichischenDurchschnitt - zu erwartende Menge an CO 2 bzw. Primärenergie jeKilowattstunde bereitgestellte Endenergie für Gebäude in Durchschnitt der Jahre2004-2007 an. Die Berechnung erfolgte auf Basis der Lebenszyklusanalysefür Kohle, Heizöl, Erdgas, Flüssiggas, Scheitholz, Energiehackgut, Pellets, fürdie Stomaufbringung in Österreich, für die Fernwärme in Österreich allgemeinund für Fernwärme aus Biomassewerken.Zusätzlich zu den Konversions- und Primärenergiefaktoren wurde der LCA-Herstellungsaufwand für Wärmepumpen und Pufferspeicher errechnet. Dieserbildet die LCA-Emissionen bzw. den LCA-Primärenergieeinsatz je KilowattNennwärmeleistung bzw. je Liter Füllvolumen ab.Diese Studie wurde im Rahmen des Forschungsprojektes ÖNORM Plus-Energie in der Ausschreibung „Haus der Zukunft plus“ erstellt.Die Veröffentlichung erfolgt ausschließlich online aufwww.umweltbundesamt.at und in den Berichten des Forschungsprojektes„ÖNORM Plus-Energie“.Umweltbundesamt • Wien, 2012 5


Grundlegendes2 GRUNDLEGENDES2.1 Konversions- und PrimärenergiefaktorenDurchschnittlicheCO 2 -EmissionenKonversionsfaktoren werden auf Basis der Lebenszyklusanalyse (LCA) errechnetund berücksichtigen – im Unterschied zu Emissionsfaktoren – den gesamtendurchschnittlichen Lebensweg eines Energieträgers.Konversionsfaktoren geben die CO 2 und CO 2 -Äquivalent-Emissionen pro kWhEndenergie an. Primärenergiefaktoren geben die kWh Primärenergie pro kWhEndenergie an.Bei den hier veröffentlichten Konversionsfaktoren handelt es sich um nationaleWerte, sie bilden den österreichischen Durchschnitt für die Jahre 2004 bis 2007ab. Sie beschreiben den Ist-Zustand in diesen Jahren, dienen der Veranschaulichungund können für die Berechnung von charakteristischen Emissionen herangezogenwerden.Eignung derKonversionsfaktorenDie Ergebnisse nachfolgender Berechnungen besitzen durch die gemeinsameDatengrundlage eine gute Vergleichbarkeit der unterschiedlichen Energieträgerfür den gesamten österreichischen Gebäudebestand.Die tatsächlichen Emissionen eines konkreten Gebäudes mit einerkonkreten Energiebereitstellung können von den durchschnittlichenösterreichischen Werten, welche durch die nationalen Konversionsfaktorendargestellt werden, erheblich abweichen. Aus diesemGrund dienen die ermittelten Konversionsfaktoren zwar der Charakterisierungund Abschätzung, jedoch nicht der Darstellung dertatsächlichen Emissionen eines konkreten Gebäudes.Dies gilt insbesondere für die Energieträger Fernwärme und Strom. Der Brennstoffmixbei der Umwandlung in Fernwärme und die Verteilungsverluste variierenje nach Energieversorgungsunternehmen. Sie können außerdem starkentages- und jahreszeitlichen Schwankungen unterliegen. Bei der Bereitstellungvon elektrischer Energie für ein konkretes Gebäude kommt zu diesen Schwankungennoch die spezifische Vertrags- und Nutzungssituation hinsichtlich derBezugszeiten und des Brennstoffmix der Endverbraucher hinzu.Eine allfällige dezentrale Stromerzeugung aus erneuerbaren Energieträgernkann zu erheblichen Abweichungen der Emissionen im Vergleich zu den nationalenDurchschnittswerten führen (z.B. Photovoltaik oder die Umwandlung inelektrische Energie bei konkreten Gebäuden bzw. der zugehörigen Liegenschaft).Die dezentrale Erzeugung von Wärme und Kälte mittels Solarthermie,Wärmepumpen und anderen erneuerbaren Energieträgern kann die konkretenEmissionen für die Bereitstellung ebenfalls wesentlich beeinflussen.Welche Konversions- und Primärenergiefaktoren wurden berechnet?6 Umweltbundesamt • Wien, 2012


GrundlegendesBerechneteKonversionsfaktorenDie Berechnung der Konversionsfaktoren erfolgte mit GEMIS4.5.Es wurden Konversionsfaktoren für die Energieträger Kohle,Heizöl, Erdgas, Flüssiggas, Scheitholz, Energiehackgut und Pellets, des Weiterenfür die gesamte Fernwärme in Österreich, für die Fernwärme aus Biomasseheizwerkensowie für die Gesamtstromaufbringung in Österreich ermittelt.Die Gesamtstromaufbringung berücksichtigt zusätzlich zum österreichischenKraftwerkspark noch die Stromimporte und -exporte.2.2 LCA-HerstellungsaufwandDie Berechnung des LCA-Herstellungsaufwandes erfolgte mit GEMIS 4.5 fürdrei Arten von Wärmepumpen und für Pufferspeicher mit unterschiedlichenFüllvolumina. Abgebildet werden die Emissionen und der Primärenergieeinsatzder Herstellung der Energieumwandlungs- und -speicheranlagen aufLCA-Basis. Nicht abgebildet werden – räumlich betrachtet – zum Betrieb derAnlage notwendige Installationen und Baulichkeiten und – zeitlich betrachtet –der tatsächliche Betrieb über die Lebensdauer sowie die Entsorgung der Anlage.Die Emissionen der Anlagenherstellung sind im Verhältnis zu den Emissionendes Anlagenbetriebes meist nur sehr gering. Aus diesem Grund ist derLCA-Herstellungsaufwand nicht zu einer umfassenden Anlagendarstellung geeignet.Die errechneten Werte eignen sich nicht zum direkten Vergleich mit denKonversions- und Primärenergiefaktoren, da sie nicht die gleiche Datengrundlagebesitzen und diese auch generell in unterschiedlichen Einheiten angegebenwerden. Sie sind jedoch als Grundlage für weitere Studien und Modelle geeignet.2.3 AbgrenzungDer wesentliche Unterschied zwischen LCA Konversions- und Primärenergiefaktorenund dem LCA-Herstellungsaufwand liegt in der Datengrundlage.Datengrundlage: Während Konversions- und Primärenergiefaktoren den gesamtenLebenszyklus der Anlagen darstellen und den österreichweiten Durchschnittabbilden wurde beim LCA-Herstellungsaufwand ausschließlich die Herstellungder Anlagen auf LCA-Basis berücksichtigt. Um den LCA-Herstellungsaufwand mit den Konversions- und Primärenergiefaktoren vergleichenzu können, müsste beim LCA-Herstellungsaufwand zusätzlich noch dieBetriebsdauer der Anlagen modelliert werden.Eine grafische Übersicht über die Datengrundlage gibt die folgende Abbildung:Umweltbundesamt • Wien, 2012 7


GrundlegendesAbbildung 1: Vergleich der DatengrundlagenEinheit: Konversions- und Primärenergiefaktoren beziehen dieCO 2 -Emissionen immer auf 1 kWh Endenergie (Einheit: g CO 2 /kWh), währendsich der LCA-Herstellungsaufwand auf 1 kW Anlagennennleistung (Einheit:g CO 2 /kW) bzw. auf 1 Liter Speicherleistung (Einheit: g CO 2 /l) bezieht.Eignung der Ergebnisse: Sowohl Konversions- und Primärenergiefaktoren alsauch der LCA-Herstellungsaufwand eignen sich zur Charakterisierung, jedochnicht zur Gesamtdarstellung von Einzelanlagen. Im Fall der Konversions- undPrimärenergiefaktoren können die Werte durch die jeweilige Betriebsweise unddurch anlagenspezifische Besonderheiten vom österreichischen Durchschnittabweichen. Beim LCA-Herstellungsaufwand können die Werte zwar auf dieNennleistung einer Einzelanlage bezogen werden, zusätzlich müsste aber nochder Betrieb und die Betriebsdauer der Anlage berechnet werden, da der LCA-Herstellungsaufwand nicht den Betrieb berücksichtigt.Die folgende Tabelle charakterisiert die wesentlichen Unterschiede zwischenKonversions- und Primärenergiefaktoren und dem LCA-Herstellungsaufwand:Tabelle 1: Unterscheidung Konversions- bzw. Primärenergiefaktoren undLCA-HerstellungsaufwandLCA-Konversions- undPrimärenergiefaktorenLCA-HerstellungsaufwandEinheitDatengrundlageKonversionsfaktor:g CO 2/kWh EndenergiePrimärenergiefaktor:kWh/kWh EndenergieÖsterreichischerDurchschnitt (LCA)• Emissionen der Herstellung aufLife-Cycle-Basis• Emissionen des Betriebes bzw.der Energieumwandlung Emissionen der Entsorgung sindnicht enthaltenLCA-Herstellungsaufwandg CO 2/kW Nennwärmeleistungg CO 2/l Speicherv olumenkWh/kW NennwärmeleistungkWh/l Speicherv olumenDer Herstellungsaufwand einer typischenAnlage (LCA)• Emissionen der Herstellung aufLife-Cycle-Basis Emissionen des Betriebes bzw. derEnergieumwandlung sind nicht enthalten Emissionen der Entsorgung sindnicht enthalten8 Umweltbundesamt • Wien, 2012


GrundlegendesGeeignet für die Darstellungeiner Vielzahl vonAnlagen?Geeignet für die Darstellungder Gesamtemissioneneiner Einzelanlage(je kWh) ?Geeignet für die Darstellungder Herstellungsemissioneneiner Einzelanlage?• JABegründung: Die Werte beziehensich auf den österreichischen Durchschnittund betrachten den gesamtenLebensweg (LCA) exkl. der Entsorgung.• JAGeeignet für die Charakterisierung,nicht jedoch zur Detaildarstellung, daEinzelanlagen stark vom österreichischenDurchschnitt abweichen könnenund die Emissionen der Entsorgungsind nicht inkludiert sind. NEINBegründung: In KF und PEF ist nebender Herstellung auch der Betriebder Anlage inkludiert. BEDINGTBegründung: Die Werte enthalten a)nur die Emissionen der Herstellungtypischer Anlagen und b) nicht den österreichischenDurchschnitt. NEINBegründung: Um die gesamten Emissionenzu erhalten, müsste ergänzenddie Betriebsdauer und die Entsorgungder Anlage modelliert werden.• JAWenn die Einzelanlage einer typischenAnlage ähnlich ist.2.4 KurzdefinitionenIm folgenden Kapitel werden einige für die Berechnung der Konversionsfaktorenrelevante und oft verwendete Begriffe kurz erläutert.Abbildung 2: Schema der Energieumwandlungskette (KALTSCHMITT, 2009)Primärenergie: Unter Primärenergie (bzw. unter Primärenergieträgern) werdenEnergieformen verstanden, die noch keiner technischen Umwandlung unterworfenwurden (z. B. Rohsteinkohle, Rohbraunkohle, Roherdöl, Rohbiomasse,Windkraft, Solarstrahlung, Erdwärme) (KALTSCHMITT 2009).Primärenergiefaktor: Der Primärenergiefaktor, auch kumulierter Energieaufwand(KEA) genannt, ist die Summe aller Energieaufwendungen, die zur Herstellungund Nutzung eines Produktes oder einer Dienstleistung benötigt werden.Primärenergiefaktoren zeigen wie energieintensiv ein Prozess ist.Umweltbundesamt • Wien, 2012 9


GrundlegendesSekundärenergie: Sekundärenergie bzw. Sekundärenergieträger werdendurch Umwandlungen in (energie-)technischen Anlagen aus Primär- oder anderenSekundärenergieträgern bzw. -energien hergestellt (z. B. Steinkohlebriketts,Benzin, Heizöl, Rapsöl, elektrische Energie). Dabei kommt es u. a. zu Umwandlungs-und Verteilungsverlusten. Sekundärenergie und Sekundärenergieträgerkönnen in andere Sekundär- oder Endenergieträger bzw. -energien umgewandeltwerden (KALTSCHMITT 2009).Endenergie: Unter Endenergie bzw. Endenergieträgern werden die Energieformenverstanden, die der Endverbraucher bezieht (z. B. Heizöl oder Rapsöl,Holzhackschnitzel, elektrische Energie vor dem Stromzähler, Fernwärme an derHausübergabestation). Sie resultieren aus Primär- oder ggf. Sekundärenergieträgernbzw. -energien, vermindert um die Umwandlungs- und Verteilungsverluste,den Eigenverbrauch und den nicht-energetischen Verbrauch. Sie sind fürdie Umwandlung in Nutzenergie verfügbar (KALTSCHMITT 2009).Nutzenergie: Als Nutzenergie wird die Energie bezeichnet, die nach der letztenUmwandlung in den Geräten des Verbrauchers für die Befriedigung der jeweiligenBedürfnisse (z. B. Raumtemperierung, Nahrungszubereitung, Beförderung)zur Verfügung steht. Sie wird aus Endenergie und Endenergieträgern gewonnen,vermindert um die Verluste dieser letzten Umwandlung (KALTSCHMITT2009). Dazu zählen z. B. Verluste durch die Wärmeabgabe einer Glühlampe,Lagerverluste bei festen Brennstoffen oder Verluste bei der Wärmeleitung und-speicherung.GEMIS – Globales Emissions-Modell Integrierter SystemeDas Emissionsmodell GEMIS errechnet Emissionen, welche für die Bereitstellungvon Energieträgern, Strom, Wärme, für die Herstellung von Grundstoffenund für Transportprozesse anfallen. Die Emissionen werden auf Basis der Lebenszyklusanalyseermittelt. (ÖKO-INSTITUT FREIBURG, s.a.).Die Entwicklung der Software erfolgte durch das Öko-Institut Freiburg. Die aktuelleVersion trägt die Versionsnummer 4.5. Das Umweltbundesamt übernimmtdie allgemeinen Daten und passt die Software an österreichische Prozesse an.Die Datenbank, auf welche GEMIS zugreift, umfasst aktuell rund 450 Produkte,15.000 Prozesse und 270 Szenarien, welche auf Hintergrundinformationen überProdukte (chemische Zusammensetzung etc.), Prozesse (Wirkungsgrade, Nutzungsdauer,Emissionsfaktoren, Hilfsenergieeinsatz etc.) und Szenarien (Auswirkungenund Bewertung) basieren.Lebenszyklusanalyse oder Life-Cycle-Assessment (LCA)Die Lebenszyklusanalyse oder auch Ökobilanz ist eine systematische Analyseder Umweltwirkungen von Produkten während ihres gesamten Lebenswegesvon der Gewinnung der Rohstoffe über die Produktionsprozesse, die Nutzungsphasebis zur Entsorgung des Produktes. Auch sämtliche damit verbundenenvor- und nachgeschalteten Prozesse (z. B. Herstellung von Hilfs- und Betriebsstoffen)werden mit einbezogen. Die Bilanzierung von der „Wiege bis zur Bahre“dient der ganzheitlichen Betrachtung von Energiedienstleistungen und berücksichtigtsämtliche Energie- und Materialeinsätze innerhalb einer gesetzten Systemgrenze.Die LCA-Kette beinhaltet die gesamte Brennstoffkette der Förde-10 Umweltbundesamt • Wien, 2012


Grundlegendesrung, der Umwandlung und des Transportes einschließlich Herstellung und Betriebder dafür erforderlichen Anlagen und Hilfsmittel.Umweltbundesamt • Wien, 2012 11


Ergebnisse3 ERGEBNISSE3.1 Konversions- und PrimärenergiefaktorenDie folgende Tabelle zeigt die errechneten Konversions- und Primärenergiefaktorendieser Studie. Im Kapitel 2.1 finden Sie alle Informationen zur Datengrundlageund zur Anwendbarkeit dieser Faktoren.Tabelle 2: Konversions- und Primärenergiefaktoren je Einheit bereitgestellte Endenergiefür GebäudeKohle(Steinkohle, Braunkohle, Briketts,Koks)Heizöl(HL, HEL, HEL schwefelfrei)Konversionsfaktorin g CO 2/kWh Endenergiein g CO 2-Äquivalent/kWh EndenergiePrimärenergiefaktorin kWh/kWh Endenergie363 420 1,13298 302 1,126Erdgas 231 257 1,213Flüssiggas 263 266 1,125Scheitholz(inkl. Holzbriketts)17 26 1,074Energiehackgut 34 37 1,126Pellets 40 49 1,177Stromaufbringung in Österreich(Stromerzeugung in Österreich+ Stromimporte, Durchschnitt 2004 bis2007)Fernwärme in Österreich(inkl. KWK-Durchschnitt von 2004 bis2007)Fernwärme Biomassewerk(10 % Erdgas, 2007)380 415 2,074247 274 1,5875 87 1,39512 Umweltbundesamt • Wien, 2012


Ergebnisse3.2 LCA-HerstellungsaufwandDie folgende Tabelle zeigt den errechneten LCA-Herstellungsaufwand. Im Kapitel2.2 finden Sie alle Informationen zur Datengrundlage und zur Anwendbarkeitdieser Faktoren.Tabelle 3: LCA-Herstellungsaufwandin g CO 2/kW Nennwärmeleistungin g CO 2-Äquivalent/kW Nennwärmeleistungin kWh/kW NennwärmeleistungWärmepumpeSole/WasserWärmepumpeSole/WasserErdreich-FlachkollektorWärmepumpeSole/WasserErdreich-TiefensondeWärmepumpeAußenluft-KompaktgerätWärmepumpeAbluft/Luft26,1 27,7 6963,9 74,4 48048,1 51,0 480170,8 179,1 59639,8 41,5 137in g CO 2/l Speicherv olumenin g CO 2-Äquivalent/l Speicherv olumenin kWh/l Speicherv olumenPufferspeicher100l 0,68 0,72 1,98200l 0,56 0,59 1,63300l 0,50 0,53 1,46500l 0,43 0,46 1,271.000l 0,36 0,38 1,043.000l 0,26 0,28 0,775.000l 0,23 0,24 0,6710.000l 0,19 0,20 0,55Umweltbundesamt • Wien, 2012 13


Interpretation und Plausibilisierung4 INTERPRETATION UND PLAUSIBILISIERUNG• Bei Betrachtung der gesamten Prozesskette weisen fossile Energieträgerzwischen 5- und bis zu über 10-mal höhere CO 2 -Äquivalent-Konversionsfaktoren auf als erneuerbare Energieträger. Beispielsweise hatErdgas den etwa 10-fachen Konversionsfaktor von Scheitholz.• Aus den Primärenergiefaktoren ist ersichtlich, dass Scheitholz unter den errechnetenEnergieträgern den geringsten energetischen Aufwand zur Bereitstellungund Aufbereitung verursacht. Der zusätzliche spezifische Energieaufwandnach der Ökobilanz beträgt nur 7 %.Abbildung 3: Nationale Konversionsfaktoren – CO 2-Äquivalent• Der Konversionsfaktor für Strom (Stromaufbringung) liegt deutlich überjenem der Fernwärme und etwa im Bereich der Kohle- und Koksheizungen.Dies ist vor allem auf den hohen Faktor für die Stromimporte zurückzuführen.Zu beachten ist, dass es sich hierbei um einen durchschnittlichen Konversionsfaktorauf Basis des derzeitigen Erzeugungsmix handelt. Ein zusätzlicherStromverbrauch bzw. Stromeinsparungen wirken sich auf diebrennstoffabhängigen Technologien aus. Ein entsprechender Konversionsfaktorwurde im Rahmen des Projekts nicht ermittelt, dieser ist aber deutlichhöher als der durchschnittliche Konversionsfaktor für die Stromaufbringung.Die Bewertung von Strom und Wärme nach der Finnischen Methode(UMWELTBUNDESAMT, 2012) bei KWK-Anlagen hat Einfluss auf die beidenKonversionsfaktoren. Dies ist primär auf den wesentlich höheren Anteil derKWK-Produktion bei der Fernwärme (67 % der inländischen Produktion) alsbeim Strom (15 %) zurückzuführen. Sowohl Strom- als auch Fernwärmebereitstellungsind mit beträchtlichen Treibhausgasemissionen verbunden. Vordem Hintergrund von gesetzlichen Verpflichtungen zu deren Reduktion sinddaher Maßnahmen zur Senkung des Bedarfs ineffizienter Gebäude undineffizienter gebäudetechnischer Anlagen am wirksamsten.• Der verhältnismäßig hohe Wert des Primärenergiefaktors für Strom(2,074) begründet sich dadurch, dass Strom im Vergleich zur Wärme als ei-14 Umweltbundesamt • Wien, 2012


Interpretation und Plausibilisierungne energetisch höherwertige Energieform anzusehen ist. Aus diesem Grundist bei der Stromgewinnung ein höherer Primärenergieeinsatz notwendig.• Biomasse-Fernwärme verursacht besonders im Sommerhalbjahr aufgrundder hohen Netzverluste deutlich höhere Treibhausgasemissionen als moderneBiomasse-Heizkessel mit Pufferspeicher beim Endverbraucher, insbesonderewenn diese durch Sonnenkollektoren unterstützt werden. DurchMaßnahmen zur Optimierung der Effizienz bestehender und neu errichteterBiomasse-Fernwärmenetze besteht ein signifikantes Einsparpotenzial.Vergleich der errechneten Konversionsfaktoren mit den direkten Emissionsfaktorender österreichischen Luftschadstoff-Iinventur (OLI)Die ermittelten Konversionsfaktoren weisen in jeder Kategorie höhere Werte aufals die direkten Emissionsfaktoren laut Österreichischer Luftschadstoff-Inventur(OLI), da Konversionsfaktoren um die Emissionen und um den Lebenszyklusder eingesetzten Materialien und Energieeinsätze erweitert sind. Konversionsfaktorenberücksichtigen im Unterschied zu den direkten Emissionsfaktoren fürdie Emissionen bei der Verbrennung vor Ort, die gesamten Lebenszyklusemissioneneines Energieträgers bis zu seiner Bereitstellung für ein Gebäude. Soentstehen auch für erneuerbare Energieträger durch Transport und Bereitstellungdes Energieträgers und durch den Einsatz von Hilfsenergie und die Errichtungvon Anlagen außerhalb des Gebäudes Emissionen.Tabelle 4: Ausgewählte Konversionsfaktoren im Vergleich mit den direkten Emissionsfaktorender Österreichischen Luftschadstoff-Inventur (UMWELTBUNDESAMT 2010)Grund für höhereKonversionsfaktorenVergleich mitanderen StudienDirekte Emissionsfaktoren lt. ÖsterreichischerLuftschadstoffinventurKonversionsfaktorKohle(Steinkohle, Braunkohle,Briketts, Koks)Heizöl(HL, HEL, HEL schwefelfrei)in g CO 2/kWh Endenergieg CO 2-Äquivalent/kWh Endenergiein g CO 2/kWh Endenergiein g CO 2-Äquivalent/kWh Endenergie339 348 363 420271 272 298 302Erdgas 199 201 231 257Flüssiggas 230 232 263 266Scheitholz(inkl. Holzbriketts)0 18 17 26Energiehackgut 0 4 34 37Pellets 0 3 40 49In der Studie „Bestimmung spezifischer Treibhausgas-Emissionsfaktoren fürFernwärme“ im Auftrag des deutschen Umweltbundesamtes kommt das Öko-Institut für Fernwärme in Deutschland 2005 auf einen Konversionsfaktor von248,8 g CO 2 -Äquivalent pro kWh Endenergie (UMWELTBUNDESAMTUmweltbundesamt • Wien, 2012 15


Interpretation und PlausibilisierungDEUTSCHLAND 2008). Hier wurde ebenfalls die Finnische Methode verwendet,jedoch ist ein direkter Vergleich mit den österreichischen Ergebnissen nichtmöglich, da unterschiedliche Referenzsysteme verwendet wurden. Bei Angleichungan die in dieser Studie verwendeten Referenzsysteme wäre der Konversionsfaktorum über 10 % höher.In der Studie von THEISSING & THEISSING-BRAUHART (2009) werden für StromTHG-Emissionsfaktoren von 778 g CO 2 -Äquivalent pro kWh Endenergie angegeben.Der deutlich höhere Wert ist darauf zurückzuführen, dass nur die Wärmekraftwerkesowie die Stromimporte zur Berechnung herangezogen wurden,da kurzfristig nur diese verbrauchsabhängig genutzt werden. Für ein exemplarischesFernwärmesystem werden 19,3 g CO 2 -Äquivalent pro kWh Endenergieerhalten. Dieser äußerst niedrige Wert basiert auf der Berechnungsweise nachÖNORM EN 15316-4-5. Diese Methodik wird jedoch nicht empfohlen, da durchdie Gutschrift für den erzeugten Strom – insbesondere bei hohen Stromkennzahlender Erzeugungsanlagen – sehr niedrige bzw. negative Emissionsfaktorenauftreten können, wie auch im genannten Beispiel der Fall.Vergleich der errechneten Primärenergiefaktoren mit den Primärenergiefaktorender DIN V 18599-1:2007-02-VornormIn der DIN V 18599-1:2007-02-Vornorm wurden folgende Primärenergiefaktorenerrechnet: Heizöl EL, Erdgas H, Flüssiggas, Steinkohle, Braunkohle, Holz, NahundFernwärme aus KWKs (fossil, Endenergie), Nah- und Fernwärme ausKWKs (erneuerbar, Endenergie), Nah- und Fernwärme aus Heizwerken (fossil,Endenergie), Nah- und Fernwärme aus Heizwerken (erneuerbar, Endenergie),Strom, Umweltenergie (solar, Umgebungswärme). Die Werte für Heizöl, Flüssiggas,Steinkohle, Braunkohle, Biomasseheizwerke bzw. Nah- und Fernwärmeaus Heizwerken (erneuerbar) ähneln den Ergebnissen dieser Studie. Der Primärenergiefaktorfür Erdgas ist in dieser Studie höher. Bei den Faktoren fürHolz und Strom sind die Ergebnisse dieser Studie geringer.Begründung: Die Prozesskette von Erdgas zeigt, dass mit rund 7 % Erdgasverlustvon der russischen Pipeline zu rechnen ist. Diese werden alsMethan(CH 4 )verluste bewertet. Auf Grund des hohen Treibhausgaspotentialsvon Erdgas sind die höheren Primärenergiefaktoren begründbar.Die Biomassenutzung in Österreich ist traditionell kleinstrukturiert.Somit entstehen kurze Transportdistanzen. Die Stromproduktion in Österreicherfolgt überwiegend mit Wasserkraft. Die Errichtung der Anlagenwird auf die Lebensdauer von 50 Jahren abgeschrieben. Der Wasserkraftanteilin Österreich begründet die hohen Unterschiede zu deninternationalen Primärenergiefaktoren.16 Umweltbundesamt • Wien, 2012


Methodik und Dokumentation5 METHODIK UND DOKUMENTATION5.1 Methodik5.1.1 Konversions- und PrimärenergiefaktorenStrom und FernwärmeBei den Konversionsfaktoren für Strom und für Fernwärme handelt es sich umEndenergie-Konversionsfaktoren. Die Vorkette und Verluste bei der zentralenErzeugung (Kraftwerk, Heizwerk bzw. Heizkraftwerk) sowie Verteilungsverlustevon der Erzeugung zum Endverbraucher sind daher mitberücksichtigt (sieheAbbildungen 4 und 5). Verluste und Anlagen beim Endverbraucher sind es jedochnicht. Zum Vergleich dazu inkludieren Faktoren für die direkten Emissionennur die unmittelbaren Verbrennungsemissionen bei der Erzeugungsanlageund lassen die Vorkette und die Verluste der Wärmeverteilung unberücksichtigt.Als Datenquelle dienten die österreichischen Energiebilanzen 1970–2007 derStatistik Austria. Diese liefern sowohl für Strom als auch für Fernwärme ein umfassendesBild zur Energieerzeugung, aufgegliedert nach drei Kriterien:ÖsterreichischeEnergiebilanzenErzeugungsanlage: Kraftwerk, Heizkraftwerk (KWK-Anlagen) bzw. Heizwerk.Besitzstruktur: Energieversorgungsunternehmen (EVU) bzw. Unternehmenmit Eigenanlagen (UEA).Brennstoffe: Steinkohle, Braunkohle, Erdöl, Naturgas, Kohlegase, brennbareAbfälle sowie die erneuerbaren Energieträger Biogene, Wasserkraft,Wind, Photovoltaik, Geothermie, Solarthermie, Wärmepumpen.Die Berechnungen erfolgten für die gesamte österreichische Versorgung, da inder Energiestatistik die öffentliche Versorgung nicht getrennt dargestellt wird.Die E-Control publiziert für den Strombereich Daten der öffentlichen Versorgung,jedoch fehlen die entsprechenden Brennstoffeinsätze sowie eine detaillierteAufschlüsselung der Produktion in die verschiedenen Erzeugungsanlagen.Bei den Berechnungen der Energiebilanzen wurde zur Vermeidung von Verzerrungendurch – insbesondere wetterbedingte – jährliche Schwankungen für dieEinzeldaten jeweils ein Mittelwert der Jahre 2004 bis 2007, gebildet. Dies stellteinen Kompromiss zwischen der Mittelung von Schwankungen der Nachfrageund Erzeugung einerseits und der Darstellung der möglichst aktuellen energiewirtschaftlichenSituation andererseits dar.Mittelwert über 4JahreDie Systemgrenze für die Konversionsfaktoren und Primärenergiefaktoren istder Übergabepunkt der gelieferten Brennstoffe bei den netzgebundenen Energieträgern– also der Zähler bzw. die Grundstücksgrenze. Rückeinspeisungenin öffentliche Netze sind also in Summe über Österreich indirekt berücksichtigt,da der reale Substitutionseffekt auf die Nachfrage nach zentraler Bereitstellungenthalten ist.Unberücksichtigt bei der Verwendung dieser Konversionsfaktoren bleiben Effekteaus dem Einsatz zusätzlicher Brennstoffe – z. B. bei einer Hauptheizung mitErdgas und einer Übergangs- oder Zweitheizung mit Scheitholz.Umweltbundesamt • Wien, 2012 17


Methodik und DokumentationDie folgenden Abbildungen geben einen grafischen Überblick, welche Daten indie Berechnung der Konversions- und Primärenergiefaktoren für Strom undFernwärme eingeflossen sind.Abbildung 4: Stromaufbringung in Österreich18 Umweltbundesamt • Wien, 2012


Methodik und DokumentationAbbildung 5: Fernwärme in ÖsterreichUmweltbundesamt • Wien, 2012 19


Methodik und DokumentationKWK-Wirkungsgrad75 % oder höherKraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK)In den Energiebilanzen muss der Gesamtwirkungsgrad des KWK-Prozessesdefinitionsgemäß mindestens 75 % betragen. Falls dieser Wert bei einer KWK-Anlage unterschritten wird, werden die produzierte Strommenge und der dafürbenötigte Umwandlungseinsatz so lange reduziert, bis 75 % erreicht werden.Die produzierte Strommenge, um die der KWK-Prozess reduziert wurde, wirdals Strom aus Wärmekraft definiert. Dies führt aber zu Verschiebungen zwischendem Kraftwerksbetrieb und dem KWK-Betrieb, da einige Anlagen diesenWirkungsgrad auch im KWK-Betrieb nicht erreichen. Daher wurden für die Ermittlungder Konversionsfaktoren für die Brennstoffe Steinkohle, Erdöl, Erdgasund Abfall die tatsächliche Stromerzeugung im KWK-Betrieb sowie der dafürbenötigte Umwandlungseinsatz auf Basis von verfügbaren Anlagendaten abgeschätzt.Die gesamte Stromerzeugung sowie der gesamte Umwandlungseinsatzin Kraftwerken und KWK-Anlagen wurden jedoch nicht verändert, es wurdengegenüber den Energiebilanzen lediglich Verschiebungen in den Zuordnungenzu Kraftwerksbetrieb und KWK-Betrieb vorgenommen.Auf diese Weise steht ein Datensatz für die Strom- und Fernwärmeproduktionsowie die entsprechenden Umwandlungseinsätze in Kraftwerken, KWK-Anlagen und Heizwerken zur Verfügung.Datenerhebung und BerechnungsgrundlagenFinnische MethodeDie Energiebilanz weist die Bruttoproduktionsdaten aus, zur Berechnung derNettoproduktion wurde der Eigenverbrauch der Erzeugungsanlagen abgezogen,welcher als Durchschnittswert für die einzelnen Energieträger auf Basisvon Anlagendaten angesetzt wurde. Für die Kraftwerke sowie die Heizwerkekann der Strom- bzw. Wärmewirkungsgrad nun direkt errechnet werden, für dieKWK-Anlagen ist dazu jedoch eine Aufteilung der Umwandlungseinsätze aufdie Strom- und die Wärmeproduktion dieser Anlagen erforderlich.Dazu existieren verschiedene Allokationsverfahren, wobei im Rahmen dieserStudie die sogenannte Finnische Methode verwendet wurde (siehe Abbildung6).Allokation der InputundOutputströmevon KWK-AnlagenDiese definiert zunächst zwei Referenzanlagen, die jeweils getrennt Strom undWärme produzieren. Bei der gekoppelten Produktion im Heizkraftwerk sind dieWirkungsgrade für Strom und Wärme geringer als bei der getrennten Produktionin Referenzanlagen, in Summe kommt es jedoch zu einer Reduktion desBrennstoffeinsatzes.Die Aufteilung der Brennstoffeinsparung der gekoppelten Erzeugunggegenüber der getrennten Erzeugung erfolgt proportionalim Verhältnis der über die Referenzwirkungsgrade ermitteltenBrennstoffeinsätze für Strom und Wärme.Es wird also sowohl der Strom- als auch der Wärmeproduktion ein Teil derBrennstoffeinsparung durch die gekoppelte Erzeugung zugeschrieben. Auf die-20 Umweltbundesamt • Wien, 2012


Methodik und Dokumentationse Weise wurden die auf die Strom- bzw. Wärmeproduktion entfallendenBrennstoffmengen und die entsprechenden Wirkungsgrade erhalten.Die österreichweiten Konversionsfaktoren für Strom bzw. Fernwärme wurdenberechnet, indem mit GEMIS für die verschiedenen Brennstoffe und Anlagentypenseparate Faktoren ermittelt wurden. Diese wurden – gewichtet nach demjeweiligen Anteil an der Strom- bzw. Fernwärmeproduktion und unter Berücksichtigungdes Imports – zu einem durchschnittlichen Konversionsfaktor zusammengefasst.Zur Berechnung der Direktemissionen von CO 2 , Methan (CH 4 )und Lachgas (N 2 O) in den Erzeugungsanlagen wurden mit der ÖsterreichischenLuftschadstoff-Inventur (OLI) konsistente nationale Emissionsfaktoren verwendet.Berechnung derKonversionsfaktorenAnwendung der „Finnischen Methode“ für KWK-AnlagenBei KWK-Anlagen (Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen) werden mit einem Brennstoffzwei Arten von Energie erzeugt: Strom und Wärme. 1 Um die Umwandlungeines Energieinputs in zwei Outputprodukte zahlenmäßig fassen zu können,gibt es mehrere Möglichkeiten (= Allokationsmethoden). Diese sind in der parallelpublizierten Studie „UMWELTBUNDESAMT (2012): Storch, A.; Fischer, D. &Reisinger, H.: Untersuchung von Allokationsmethoden für KWK-Anlagen.Wien.“ dargestellt. Die Auswahl der „Finnischen Methode“ als bestgeeignetewird in der eben genannten Studie erläutert und detailliert begründet.Das Ergebnis der Finnischen Methode ist in der folgenden Grafik am Beispielder gasbetriebenen KWK in Österreich ersichtlich. Zum Vergleich sind auch dieGas-Heizwerke in Österreich mit reiner Wärmeproduktion und die Gas-Kraftwerke in Österreich mit reiner Stromproduktion dargestellt.1Darin unterscheiden sich Kraftwerke (Strom) und Heizwerke (Wärme). Sie liefern jeweils einenEnergieoutput.Umweltbundesamt • Wien, 2012 21


Methodik und DokumentationAbbildung 6: Allokation nach der Finnischen MethodeDie Umwandlungseinsätze aller weiteren Energieträger zur Strom- und Wärmeproduktionin Österreich sind im Anhang zu finden.Die Energieströme werden nach der Finnischen Methode wie folgt allokiert:C el,ab = C KWK * (η el / η el,ref ) / (η el / η el,ref + η th / η th,ref ) (1)bzw.c el,ab = C KWK * (η el / η el,ref ) / (η el / η el,ref + η th / η th,ref ) / W el,ab (2).22 Umweltbundesamt • Wien, 2012


Methodik und DokumentationSind die Effizienzwerte des KWK-Systems nicht bekannt, sondern nur die abgegebeneStromenergie W el,ab und die abgegebene Fernwärmeenergie Q ab sowiedie zugeführte Brennstoffwärme, so können die Gleichungen (1) und (2)umgewandelt werden zu:bzw.C el,ab = C KWK * (W el,ab / η el,ref ) / (W el,ab / η el,ref + Q ab / η th,ref ) (3)c el,ab = C KWK * (1 / η el,ref ) / (W el,ab / η el,ref + Q ab / η th,ref ) (4).Diese Gleichungen können weiter umgeformt werden zu:C el,ab = C KWK * (W el,ab *η th,ref / η el,ref ) / (W el,ab * η th,ref / η el,ref + Q ab ) (5)bzw.c el,ab = C KWK * (η th,ref / η el,ref ) / (W el,ab * η th,ref / η el,ref + Q ab ) (6).oderc el,ab = c KWK * E Br * (η th,ref / η el,ref ) / (W el,ab * η th,ref / η el,ref + Q ab ) (7).Analog dazu sind die spezifischen CO 2 -Emissionen der abgegebenen Fernwärme:c th,ab = c KWK * E Br / (W el,ab * η th,ref / η el,ref + Q ab ) (8).Auch die Einstufung von KWK-Anlagen als hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplung gemäß § 42a und § 42b sowie Anlage III und IV ElWOG nimmt Bezugauf die EU-Richtlinie 2004/8/EG und auf die Finnische Methode (E-CONTROL2008). Eine Kraftwärmekopplungsanlage wird nur dann als hocheffizent eingestuft,wenn die Primärenergieeinsparung (PEE) gemäß nachstehender Gleichunggrößer als 10 % ist (ElWOG Anlage IV):PEE = (1 – 1 / (η el / η el,ref + η th / η th,ref )) * 100 % (9)Abkürzungen:C el,abc el,abC KWKc KWKC th,abc th,abE BrQ abW el, abη elη el,refη thη th,refPEECO 2-Emissionen alloziert auf den abgegebenen Stromspezifische CO 2-Emissionen je abgegebener kWh StromCO 2-Emissionen der KWK-Anlage bzw. des KWK-Systemsspezifische CO 2-Emission der KWK-Anlage je kWh BrennstoffinputCO 2-Emissionen alloziert auf die abgegebene Fernwärmespezifische CO 2-Emissionen je abgegebener kWh Fernwärmezugeführte Brennstoffenergie = Inputenergieabgegebenen Fernwärmeenergieabgegebene Stromenergie (netto)Elektrischer WirkungsgradElektrischer Wirkungsgrad des ReferenzkraftwerksWärmewirkungsgradWärmewirkungsgrad des ReferenzheizkesselsPrimärenergieeinsparungUmweltbundesamt • Wien, 2012 23


Methodik und Dokumentation5.1.1.1 Zugrunde liegende Annahmen und WerteWirkungsgrade und EigenverbrauchDie Bruttowirkungsgrade für Kraftwerke und Heizwerke konnten direkt aus derEnergiestatistik entnommen werden. Für KWK-Anlagen war die oben beschriebeneZuteilung der Brennstoffmengen nach der Finnischen Methode erforderlich.Um die Nettoproduktion zu erhalten, wurden die folgenden Annahmen fürden Eigenverbrauch getroffen:Kohle 6 %Heizöl 4 %Erdgas 2 %Abfall 10 %Biogene 5 %Referenzwirkungsgrade für KWK-AnlagenAls Referenzwirkungsgrad bei der Finnischen Methode wurde der Stand derTechnik für die getrennte Strom- bzw. Wärmeproduktion festgelegt und mit57 % für die Nettostromerzeugung in kalorischen Kraftwerken bzw. 90 % für dieWärmeerzeugung in Heizwerken angenommen. Die Brennstoffeinsätze werdenbei gleicher Strom- und Wärmeproduktion also im Verhältnis Stromerzeugungzu Wärmeerzeugung von ca. 1,6:1 angesetzt.LeitungsverlusteIn den Berechnungen wurden Leitungsverluste von der zentralen Erzeugungzum Endverbraucher in der Höhe von 6 % bei Strom und von 12 % bei Wärmeberücksichtigt.StromaufbringungDie Stromaufbringung setzt sich zusammen aus der Stromerzeugung in Österreichund den Stromimporten. Die gemittelte Stromaufbringung aus den Jahren2004 bis 2007 zeigt einen steigenden Anteil an Stromimporten nach Österreich.Diese Importmengen sind erforderlich, um die Stromversorgung gewährleistenzu können. Daher wurde bei den Berechnungen der durchschnittliche Importanteilvon 25,1 % bei der Stromaufbringung berücksichtigt. Für die Stromexportewurde die Annahme getroffen, dass sie mit der gesamten Stromaufbringung erfolgen,nicht nur durch die Inlandsproduktion. Aus diesem Grund reduzieren dieStromexporte die für das Inland nutzbare inländische Erzeugung und erhöhenden Importbedarf.Rund 16 % der Stromerzeugungsanlagen in Österreich werden im KWK-Modusbetrieben. Der durchschnittliche Wirkungsgrad zur Stromproduktion eines Wärmekraftwerkesin Österreich beträgt rund 38 %. 59 % der elektrischen Energieaus österreichischer Produktion stammt aus Wasserkraft, 37 % aus fossilerWärmekraft.24 Umweltbundesamt • Wien, 2012


Methodik und DokumentationWärmeaufbringungDer Umwandlungseinsatz der durchschnittlichen Fernwärme in Österreich wirdzu 78 % aus fossilen Energieträgern bereitgestellt.BiomasseBei der Ermittlung der Konversionsfaktoren werden die Emissionen sämtlicherTreibhausgase, inkl. CO 2 aus fossilen Quellen, in der Vorkette mit bilanziert.Die Konversionsfaktoren für Biomassenahwärmeanlagen wurden anhand einesReferenzsystems errechnet. Für die einzelnen Parameter wurden dabei durchschnittlicheWerte angenommen, welche durch ein Screening über mehrere Biomassenahwärmenetzeermittelt wurden. Im Konkreten wurde angenommen,dass 90 % der Wärme aus biogenen Quellen und 10 % aus erdgasbefeuertenSpitzenlastkesseln bereitgestellt werden. Im Jahresdurchschnitt wird von Netzverlustenin Höhe von 20 % ausgegangen.AbfallverbrennungDer energetische Anteil des Abfalls am gesamten Umwandlungseinsatz in Müllverbrennungsanlagenbeträgt ca. 90-95 %. Der energetische Anteil der Abfallverbrennungbeträgt 0,95 % an der inländischen Stromproduktion bzw. 0,71 %an der Stromaufbringung und 6,55 % an der Fernwärmeerzeugung.Die in Abfallverbrennungsanlagen eingesetzten fossilen Brennstoffe werden inder Energiestatistik und daher auch in dieser Studie nicht unter Abfall, sondernunter den entsprechenden Energieträgern (Erdgas bzw. Heizöl) bilanziert.Für die Berechnung der Konversionsfaktoren war keine Aufschlüsselung in denbiogenen und fossilen energetischen Anteil des Abfalls nötig. Bei der Ermittlungder CO 2 -Emissionen wurden jedoch – analog zur Vorgehensweise bei der Biomasse– die dem biogenen Kohlenstoffanteil zugeschriebenen CO 2 -Emissionennicht berücksichtigt. Die Emissionen anderer Treibhausgase wie CH 4 werdenjedoch zur Berechnung der CO 2 -Äquivalente herangezogen.ErdgasDie Erdgasverluste beim Transport von Russland nach Österreich (6 %) werdenals CH 4 -Schlupf interpretiert.5.1.2 LCA-HerstellungsaufwandDer Materialeinsatz für Wärmepumpen und Pufferspeicher basiert auf einer Rechercheführender Hersteller. Charakteristische Wärmepumpen mit einer typischenDimensionierung für Einfamilienhäuser wurden ausgewählt und derenMaterialeinsätze detailliert betrachtet. Diese Art der Recherche wurde gewählt,da zum Zeitpunkt der Verfassung dieser Studie nicht ausreichend Literatur zuden Materialeinsätzen unterschiedlicher Wärmepumpensysteme verfügbar war.Die errechneten Werte beziehen sich auf beispielhafte Geräte und stellen somit– im Gegensatz zu den Konversions- und Primärenergiefaktoren – nicht denUmweltbundesamt • Wien, 2012 25


Methodik und DokumentationDurchschnitt des österreichischen Bestandes dar. Sie sind als exemplarischeRichtwerte zu sehen.5.1.2.1 Zugrunde liegende Annahmen und WerteBei allen Wärmepumpen und Pufferspeichern wurden die Materialeinsätze aufLCA-Basis ermittelt. Für alle betrachteten Wärmepumpen und Pufferspeichergelten die gleichen Systemgrenzen: Materialeinsätze (LCA) ab Herstellung bzw.ab Werk sind inkludiert. Baulichkeiten in Gebäuden, welche außerhalb einerWärmepumpe oder des Pufferspeichers liegen, wie beispielsweise Installationenin Gebäuden wurden ebenso wie der Betrieb und die Entsorgung der Anlagenicht mit einbezogen. Bei der Sole/Wasser-Wärmepumpe wurde zusätzlichder Materialeinsatz für Tief- und Flachkollektoren erhoben.Folgende charakteristische Referenzanlagen wurden bei der Berechnung desLCA-Herstellungsaufwandes für Wärmepumpen und Pufferspeicher als Datengrundlageverwendet:•Sole/Wasser-Wärmepumpe: Die Referenz-Sole/Wasser-Wärmepumpe bestehtaus einem Kompressor, einem Plattenwärmetauscher, einem Expansionsventilund einer Steuerung in einem separaten Gehäuse.Flachkollektor: Die Berechnung des Flachkollektors bezieht sich auf diedurchschnittliche Anlagengröße eines Einfamilienhauses von 10 kWWärmeleistung. Dimensionierung des Flachkollektors: 2 kW Heizleistungpro Kreis 100 m pro Kreis ergibt 500 m Kunststoffrohrlänge HDPE 1 Zoll,ein Schacht mit Betonringen, Verlegetiefe 1,3 m. Die Berechnung erfolgteunter der Annahme, dass der Materialaushub (und keine zusätzlichenMaterialien) wieder zum Auffüllen der ausgehobenen Fläche verwendetwird. Der Energieaufwand für den Materialaushub wurde nicht berücksichtigt.•Tiefenkollektor: Eine durchschnittliche Rohrlänge von 17 m pro kW Heizlastwurde angenommen (HDPE, 1 Zoll). Der Energieaufwand der Bohrungwurde nicht mit berechnet.•Abluft/Luft-Wärmepumpe: Die Referenz-Abluft/Luft-Wärmepumpe bestehtaus einem Lüftungsmodul mit Wärmerückgewinnung und einerLuft/Wasser-Kleinstwärmepumpe. Für die Raumheizung ist ein Wärmetauscherin der Zuluft enthalten. Das Gehäuse besteht aus Stahlplatten,welche mit Weichschaum gedämmt sind. Um die Wärme aus der Abluftrückzugewinnen wird ein Gegenstrom-Plattenwärmetauscher eingesetzt.Das entstehende Kondensat wird über einen Schlauch abgeführt.•Außenluft-Kompaktgerät: Das Kompaktgerät besteht aus einem Lüftungsmodulmit Wärmerückgewinnung und einer Wärmepumpe für eine Niedertemperaturheizung(Sole/Wasser). Das Gehäuse besteht aus Stahlblechplatten,welche mit Weichschaum gedämmt sind. Für die Rückgewinnungder Wärme aus der Abluft wird ein Gegenstrom-Plattenwärmetauscher eingesetzt.•Pufferspeicher: Bei allen Pufferspeichern handelt es sich um Stahlbehälterohne Einbauten mit einer Außenhülle aus PU-Weichschaum. Die Leitungenwurden – ebenso wie bei Wärmepumpen – nicht mit einberechnet.26 Umweltbundesamt • Wien, 2012


Methodik und DokumentationDrei Behältergrößen wurden erhoben und über das Oberflächen-Volumen-Verhältnis interpoliert.5.2 Einflüsse auf die ErgebnisqualitätBei der Berechnung von Konversionsfaktoren ergeben sich die folgenden Darstellungsgrenzen,welche einen Einfluss auf die Ergebnisse der Berechnungausüben können.• Bei der Berechnung der Konversionsfaktoren wurde bestmöglich auf periodischveröffentlichte, qualitätsgesicherte Daten zurückgegriffen. Die Wertefür einige Parameter basierten jedoch auf eigenen getroffenen Annahmen(siehe Kapitel Zugrunde liegende Annahmen und Werte).• Substitutionseffekte und die zukünftige Entwicklung der einzelnen Energieträgerund deren Nachfrage stellen eine Systemgrenze dar. Veränderungendes Gesamtsystems durch Maßnahmen bei der thermischen Qualitätder Gebäudehülle und bei der Energiebereitstellung in Gebäuden bzw. fürGebäude nach 2010 werden vernachlässigt.• Die Bewertungsmethodik kann einen erheblichen Einfluss auf das Ergebnisder Ökobilanz haben. Die Finnische Methode, welche für die Allokationder Input- und Outpuströme von KWK-Anlagen ausgewählt wurde, entsprichtdem energiewirtschaftlichen Ziel der Optimierung der Effizienz desGesamtsystems. Gegenüber früheren Ansätzen aus Sicht der Fernwärmenetze,bewertet sie die Fernwärme aus KWK-Anlagen nicht als unbedeutendesAbfallprodukt der Stromerzeugung, sondern als relevantes Koppelproduktdes Energiesystems. Im Vergleich zu früheren Ansätzen aus Sicht derStromwirtschaft bewertet die Finnische Methode Wärme und Strom nicht alsgleichwertige Energieformen, sondern berücksichtigt deren unterschiedlichenrealen Umwandlungswirkungsgrad aus Brennstoffen.• Primärenergiefaktoren reagieren sensibel auf Umwandlungsverluste undEnergiedichte des Energieträgers. Insbesondere beim Transport von Energieträgernauf der Straße und in Pipelines spielt der gesamte Energieaufwandje transportierter Energieeinheit eine wesentliche Rolle.• Werden zwei unterschiedliche Energiedienstleistungen, wie beispielsweiseStrom für Antrieb oder Beleuchtung, mit Fernwärme für Beheizungoder Bereitstellung von Warmwasser verglichen, können durch die unterschiedlicheWertigkeit Darstellungsverzerrungen auftreten, die zu Fehlinterpretationenführen können.• Wie bei den nationalen Emissionsfaktoren, die für die Österreichische Luftschadstoff-Inventur(OLI) herangezogen werden, können auch bei nationalenKonversionsfaktoren und Primärenergiefaktoren erhebliche Abweichungenvon den tatsächlichen Emissionen und dem tatsächlichen Primärenergiebedarfentstehen. Der Grund für diese Abweichungen sind der tatsächlicheingesetzte Energieträger und die konkreten Beiträge aus der Vor- undNachkette mit bestimmten Produkten und Betriebsmitteln – also Herstellung,Umweltbundesamt • Wien, 2012 27


Methodik und DokumentationBereitstellung, sowie die konkrete Einbausituation und Betriebsweise. Diehier vorgestellten Werte können also ausschließlich für eine Charakterisierungunter der Annahme durchschnittlicher Bedingungen und durchschnittlicherAnlagen eingesetzt werden, aber nicht für die Darstellung einerkonkreten Anlage im Detail.28 Umweltbundesamt • Wien, 2012


Verzeichnisse6 VERZEICHNISSE6.1 LiteraturverzeichnisE-CONTROL (2008): Bericht über die Stromkennzeichnung. Wien.www.e-control.at.KALTSCHMITT, M.; HARTMANN, H. & HOFBAUER, H. (2009): Energie aus Biomasse– Grundlagen, Techniken und Verfahren, Springer, Berlin.ÖKO-INSTITUT FREIBURG: Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme. s.a.www.oeko.de.THEISSING, M. & THEISSING-BRAUHART, I. (2009): Primärenergie- und CO 2 -Emissionsfaktoren von Energieträgern in Fernwärmesystemen. Graz.UMWELTBUNDESAMT (2008): Bestimmung spezifischer Treibhausgas-Emissionsfaktoren für Wärme. Darmstadt. www.umweltbundesamt.deUMWELTBUNDESAMT (2010): Austria's National Inventory Report 2010, Wien.UMWELTBUNDESAMT (2012): Storch, A.; Fischer, D. & Reisinger, H.: Untersuchungvon Allokationsmethoden für KWK-Anlagen. Aufteilung der energetischenInput- und Outputströme. Wien.Rechtsnormen und LeitlinienÖNORM EN 15316-4-5 (2007): Heizungsanlagen in Gebäuden – Verfahren zurBerechnung der Energieanforderungen und Nutzungsgrade der Anlagen. Wärmeerzeugungssysteme,Leistungsfähigkeit und Effizienz von Fernwärme- undgroßvolumigen Systemen. Ausgabe 1. Oktober 2007. Wien6.2 TabellenverzeichnisTabelle 1: Unterscheidung Konversions- bzw. Primärenergiefaktoren und LCA-HerstellungsaufwandTabelle 2:Tabelle 3:Tabelle 4:Konversions- und Primärenergiefaktoren je Einheit bereitgestellte Endenergiefür GebäudeLCA-HerstellungsaufwandAusgewählte Konversionsfaktoren im Vergleich mit den direkten Emissionsfaktorender Österreichischen Luftschadstoff-Inventur(UMWELTBUNDESAMT 2010)6.3 AbbildungsverzeichnisAbbildung 1:Vergleich der DatengrundlagenAbbildung 2: Schema der Energieumwandlungskette (KALTSCHMITT, 2009)Abbildung 3:Abbildung 4:Abbildung 5:Nationale Konversionsfaktoren – CO 2-ÄquivalentStromaufbringung in ÖsterreichFernwärme in ÖsterreichUmweltbundesamt • Wien, 2012 29


VerzeichnisseAbbildung 6:Allokation nach der Finnischen Methode30 Umweltbundesamt • Wien, 2012


Anhang7 ANHANGStrom- und Wärmeproduktion in ÖsterreichDie folgenden Grafiken stellen die Wärme- und Stromproduktion in Österreich dar. Ersichtlich sind die Energieträger mit dem jeweiligenInput-Output-Verhältnis und den Umwandlungsverlusten. Die Pfeilstärken entsprechen den numerischen Werten und Verhältnissen.Die Allokationsmethode „Finnische Methode“ hat hier Einfluss auf die Zuteilung der Inputströme in KWK-Anlagen auf die Outputs Stromund Wärme und folglich auf die Pfeilstärke von KWK-Anlagen in der Grafik für Wärme einerseits und für Strom andererseits.Anhang/Abbildung 1: Stromproduktion in Österreich inkl. Umwandlungsverlusten (Datenstand 2007, Reihung nach Energieträgerinput)Umweltbundesamt • Wien, 2012 31


AnhangAnhang/Abbildung 2: Wärmeproduktion in Österreich inkl. Umwandlungsverlusten (Datenstand 2007, Reihung nach Energieträgerinput)Anhang/Abbildung 3: Stromaufbringung in Österreich(Datenstand: 2007)Anhang/Abbildung 4: Wärmeproduktion in Österreich(Datenstand: 2007)32 Umweltbundesamt • Wien, 2012


UNTERSCHUCHUNG VONALLOKATIONSMETHODENFÜR KWK-ANLAGENAufteilung der energetischenInput- und OutputströmeStorch AlexanderFischer DanielaReisinger HubertWien, 2012


ProjektleitungAlexander StorchAutorInnenDaniela Fischer, Hubert ReisingerKorrektoratMaria DeweisWeitere Informationen zu Umweltbundesamt-Publikationen unter: http://www.umweltbundesamt.at/ImpressumMedieninhaber und Herausgeber: Umweltbundesamt GmbH , Spittelauer Lände 5, 1090 Wien/ÖsterreichDiese Publikation erscheint ausschließlich in elektronischer Form.http://www.umweltbundesamt.at/.© Umweltbundesamt GmbH, Wien, 2012Alle Rechte vorbehalten


KWK-Bewertung, Methodenauswahl – EinleitungINHALTEINLEITUNG.................................................................................................6METHODENÜBERSICHT............................................................................7CHARAKTERISTIK DER METHODEN......................................................8Überblick Allokationskriterien..................................................................... 10Überblick der Bewertungsmethoden .......................................................... 11Richtlinien für die KWK-Gesamtbeurteilung............................................... 13ENTSCHEIDUNGSFINDUNG ...................................................................14VORSCHLAG EINER GEEIGNETEN METHODE ..................................16Beispielhafte Kalkulation............................................................................. 16DETAILDARSTELLUNG DER METHODEN ...........................................18Energiemethode........................................................................................... 19Wirkungsgradmethode................................................................................ 19Strom-Restwertmethode.............................................................................. 20Brennstoffmehrbedarfsmethode................................................................. 20Wärme-Restwertmethode............................................................................ 21Finnische Methode ...................................................................................... 22Exergiemethode........................................................................................... 24Arbeitswertmethode .................................................................................... 25Exergieverlustmethode................................................................................ 25Produktpreismethode.................................................................................. 26Keine Aufteilung .......................................................................................... 26Konvention................................................................................................... 26VERZEICHNISSE .......................................................................................27Literaturverzeichnis..................................................................................... 27Abbildungsverzeichnis................................................................................ 29Tabellenverzeichnis..................................................................................... 29Umweltbundesamt • Wien 2012 3


KWK-Bewertung, Methodenauswahl – EinleitungZUSAMMENFASSUNGDas Ziel dieser Studie war die Auswahl eines geeigneten Verfahrens zur Aufteilungder eingesetzten Energieträger auf die Strom- und Wärmeerzeugung inKraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen).Die Wahl der Allokationsmethode fließt in die Berechnung der Konversionsfaktorenein und hat einen direkten Einfluss auf die ermittelten Konversionsfaktorenfür KWK-Anlagen. Konversionsfaktoren dienen der einheitlichen Berechnungvon Emissionen aus Produkten, Dienstleistungen und Prozessen derEnergiebereitstellung. Ihre Berechnung erfolgt auf Basis des Life-Cycle-Assessments (LCA).Im Rahmen dieser Studie wurden 12 Allokationsmethoden ausgewählt unddetailliert untersucht. Nach Abwägung der spezifischen Vor- und Nachteile dereinzelnen Methoden wurde die Finnische Methode als bestgeeignete zurBeurteilung von KWK-Anlagen ausgewählt. Sie ist ein Kompromiss aus einerguten Ergebnisqualität einerseits und einer praktikablen Berechnungandererseits.Die Finnische Methode fand bereits Anwendung in der EU-Richtlinie 2004/8/EGfür Gesamtwirkungsgrade und Primärenergieeinsparung, im Elektrizitätswirtschafts-und -organisationsgesetz (ElWOG) und im Ökostromgesetz (ÖSG).Umweltbundesamt • Wien 2012 5


EinleitungEINLEITUNGDie vorliegende Studie untersucht mögliche Bewertungsverfahren für KWK-Anlagen (Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen) und schlägt auf dieser Basis ein geeignetesBewertungsverfahren vor.Die Bewertungsverfahren beschreiben die Allokation der Input- und Outputströmein KWK-Anlagen. Die Verfahren unterscheiden sich in ihrem Allokationskriterium.Das Allokationskriterium bezeichnet die Art und Weise, wie dieUmwandlung von Energieträgern (Input) in die Kalkulation der beiden unterschiedlichenEnergieformen (Output an Strom und Wärme) einfließt.Diese Arbeit enthält im Wesentlichen eine Auflistung und Beschreibung der inBetracht gezogenen Bewertungsverfahren, eine Darstellung der Vor- und Nachteileund eine Begründung der Auswahl zur Nachvollziehbarkeit des Entscheidungsprozesses.Detailinformationen zu den einzelnen Verfahren sind dem KapitelDetaildarstellung der Methoden zu entnehmen.Das vorgeschlagene Bewertungsverfahren findet Anwendung in der Ermittlungder nationalen Konversionsfaktoren für Raumwärme.Diese Studie wurde im Rahmen des Forschungsprojektes ÖNORM Plus-Energie in der Ausschreibung „Haus der Zukunft plus“ erstellt.Die Veröffentlichung erfolgt ausschließlich online aufwww.umweltbundesamt.at und in den Berichten des Forschungsprojektes„ÖNORM Plus-Energie“.6 Umweltbundesamt • Wien, 2012


KWK-Bewertung, Methodenauswahl – MethodenübersichtMETHODENÜBERSICHTFolgende Auflistung zeigt die Verfahren, welche als Alternativen zur Bewertungvon KWK-Anlagen in Betracht gezogen wurden. Sie sind teilweise auch in folgendenPublikationen und Richtlinien zu finden: AGEB 2008, DITTMANN &ROBBI 2008, JUNGMEIER 2000, SAADAT 2003, VIK 2006, VDI-Richtlinien 4608 und4661.Energiemethode (kalorische Methode)WirkungsgradmethodeStrom-Restwertmethode (für stromgeführte KWK-Anlagen)Brennstoffmehrbedarfsmethode (für stromgeführte KWK-Anlagen)Wärme-Restwertmethode (für wärmegeführte KWK-Anlagen)Finnische MethodeExergiemethodeArbeitswertmethodeExergieverlust-MethodeProduktpreismethodeKeine AufteilungKonventionEinige der Methoden wurden auch in Deutschland zur Bestimmung des KWK-Outputs in Erwägung gezogen (AGFW 2009b). Die deutsche Studie „Bestimmungspezifischer Treibhausgas-Emissionsfaktoren für Fernwärme“(UMWELTBUNDESAMT DESSAU 2008) beinhaltet die Verfahren Strom- und Wärme-Restwertmethode, Wirkungsgradmethode, Finnische Methode und der alleinigenZurechnung zu Strom bzw. Wärme.Das folgende Kapitel gibt eine kurze Beschreibung der oben aufgelisteten Methoden,eine detaillierte Beschreibung der Berechnung der einzelnen Verfahrenerfolgt im Kapitel Detaildarstellung der Methoden.Umweltbundesamt • Wien 2012 7


Charakteristik der MethodenCHARAKTERISTIK DER METHODENEnergiemethodeDie Energiemethode oder kalorische Methode bewertet Wärme und Strom entsprechenddem 1. Hauptsatz der Wärmelehre gleichwertig (DITTMANN &ROBBI 2008). Die gesamte abgegebene Energie setzt sich zusammen aus demabgegebenen Strom und der abgegebenen Wärmeenergie. Die Allokation erfolgtentsprechend der abgegebenen kWh an Strom und Wärme. DieCO 2 -Emissionen werden den Energieströmen entsprechend aufgeteilt.WirkungsgradmethodeDie Wirkungsgradmethode ist eine spezielle Form der Energiemethode. DerUnterschied liegt in der Art der Allokation. Während bei der Energiemethode dieAllokation über die abgegebene Energiemenge in kWh an Strom und Wärmeerfolgt, wird bei dieser Methode über einen Wirkungsgradschlüssel allokiert.Strom-Restwertmethode – für stromgeführte KWK-AnlagenDa bei stromgeführten KWK-Anlagen Wärme nur als Koppelprodukt entsteht,wird der Wärme ein spezifischer, typischer CO 2 -Wert für die alternative Wärmeerzeugungzugeordnet. Die Differenz zwischen den errechneten Emissionenund den Gesamtemissionen entfällt auf die Stromerzeugung.Brennstoffmehrbedarfs-MethodeDie Brennstoffmehrbedarfsmethode ist eine Sonderform der Strom-Restwertmethode. Es wird der zusätzliche Brennstoffbedarf gemessen, derdurch die Wärmeauskopplung verursacht wird. Die Input- und Output-Strömewerden beinahe zur Gänze dem Strom zugerechnet, da die Wärmebereitstellungfast ohne zusätzliche Brennstoffzufuhr erfolgt. So können sich Wärmewirkungsgradevon weit über 100 % ergeben.Wärme-RestwertmethodeDie Wärme-Restwertmethode bewertet wärmegeführte KWK-Anlagen analogzur Strom-Restwertmethode. Der Unterschied besteht darin, dass es sich beiden hier bewerteten KWK-Anlagen um wärmegeführte handelt. Hier werden dieEmissionen der Stromerzeugung über einen typischen CO 2 -Wert der alternativenErzeugung errechnet und wie bei der Strom-Restwertmethode von den Gesamtemissionensubtrahiert um als Ergebnis die Emissionen der Wärmebereitstellungzu erhalten.Finnische MethodeDie Finnische Methode ist eine Mischung aus Wirkungsgradmethode und Wärme-bzw. Stromrestwertmethode. Die Wirkungsgrade von Strom und Wärmewerden auf Referenzwirkungsgrade aus der – dem aktuellen Stand der Technikentsprechenden – Erzeugung von Strom und Wärme bezogen.8 Umweltbundesamt • Wien, 2012


KWK-Bewertung, Methodenauswahl – Charakteristik der MethodenExergiemethodeDie Exergiemethode beschreibt den Anteil an gewonnener Energie, der sich inArbeit umwandeln lässt. Strom lässt sich zu 100 % als Arbeit nutzen, Wärmehingegen nur entsprechend dem (theoretischen) Carnot‘schen Wirkungsgrad.ArbeitswertmethodeDie Arbeitswertmethode ist eine Form der Exergiemethode, die berücksichtigt,dass der Carnot’sche Wirkungsgrad nur theoretisch erreichbar ist. Aus diesemGrund wird ein Wirkungsgrad verwendet, der der tatsächlich möglichen Erzeugungvon Arbeit aus der erzeugten Fernwärme entspricht.Exergieverlust-MethodeDie Exergieverlust-Methode berücksichtigt die Tatsache, dass die gemeinsameProduktion von Strom und Wärme zu einem geringeren Exergieverlust führt alsbei der getrennten Produktion.ProduktpreismethodeDie Allokation der Input- und Outputgrößen erfolgt bei der Produktpreismethodeentsprechend den Marktpreisen der Endprodukte Strom und Wärme, die EndverbraucherInnentatsächlich zu bezahlen haben. Aus den Reserven ergibt sichein 2,5:1-Verhältnis von Strom und Wärme.Keine AufteilungAlle Input- und Outputgrößen werden dem Hauptprodukt zugewiesen. Das „Nebenprodukt“wird somit laut Berechnung emissionslos und ohne kalkulatorischnachvollziehbaren Energieaufwand produziert.KonventionBei der Konvention erfolgt die Entscheidungsfindung durch einen Konsens vonExpertInnen, Unternehmen oder sonstigen EntscheidungsträgerInnen und-trägern. Bei der Konvention besteht das Risiko einer wissenschaftlich nicht abgesichertenEntscheidung. Trotzdem ist bei Ergebnissen aus Konventioneni.d.R. mit einer breiten Akzeptanz zu rechnen.Umweltbundesamt • Wien 2012 9


Charakteristik der MethodenÜberblick AllokationskriterienZur besseren Übersicht werden die einzelnen Methoden nach ihrem Allokationskriteriumaufgelistet.Tabelle 1: Allokationskriterien der einzelnen MethodenAllokationsmethodeAllokationskriteriumEnergiemethodeEnergie in kWhWirkungsgradmethodeWirkungsgradschlüsselRestwertmethodeBrennstoffmehrbedarfsmethodeFinnische MethodeReferenzwirkungsgradfür das NebenproduktZusätzlicher Aufwand für dieWärmeerzeugung (i.d.R. gering)Wirkungsgradschlüssel undReferenzwirkungsgradExergiemethodeExergieanteil theoretischArbeitswertmethodeExergieanteil praktischExergieverlust-MethodeVergleich mit alternativer StromundWärmeerzeugungProduktpreismethodeMarktpreisKeine AufteilungKonventionkeines, 100 % der Emissionen entfallenauf das HauptproduktVereinbarung einer relevanten Gruppevon EntscheidungsträgerInnen und-trägern10 Umweltbundesamt • Wien, 2012


KWK-Bewertung, Methodenauswahl – Charakteristik der MethodenÜberblick der BewertungsmethodenIm Folgenden sind die Vor- und Nachteile der einzelnen Bewertungsmethodenstichwortartig zusammengefasst. Da es Methoden gibt, die ausschließlich fürstromgeführte KWK-Anlagen oder ausschließlich für wärmegeführte KWK-Anlagen angewendet werden, bezeichnen die Spalten „Strom KWK“ und „WärmeKWK“ den Anwendungsbereich der einzelnen Methoden.Tabelle 2: Vor- und Nachteile der einzelnen MethodenStromKWKWärmeKWKVorteile (+), Nachteile (–) und Fakten (●)+ Einfaches, gut nachvollziehbares VerfahrenEnergiemethode× ×● Allokation über den kWh-Output+ Einfach– Nimmt keine Rücksicht auf die unterschiedlichen Qualitätender Energieformen Strom und Wärme (Exergie)– Belastet 1 kWh Fernwärme gleich stark wie 1 kWhStrom und damit die Fernwärme stärker als andere MethodenWirkungsgradmethode× ×+ Berücksichtigt die machbare Unwandelbarkeit– Enthält keine klaren Regeln für die festzulegendenWirkungsgrade● Allokation über einen Wirkungsgradschlüssel+ Einfache AnwendbarkeitStrom-Restwertmethode ×– Verfälschung des Ergebnisses durch die Wahl des Bezugssystems(und der dazugehörigen Schatten-CO 2-Werte) ist leicht möglich– Gefahr negativer Allokationen für Strom– Aus der Bewertung ist nicht ersichtlich, dass es sichum ein stromgeführtes System handelt– Aufgrund der unterschiedlichen Wirkungsgradbereicheist eine aufwändige Berechnung über einen speziellenAlgorithmus notwendigBrennstoffmehrbedarfsmethode×– Eine Bewertung ist nur bei exakt vermessenen Kraftwerkenmit hoher zeitlicher Auflösung individuell möglich– Nicht generalisierbar– Der Großteil der Input- und Outputgrößen wird demStrom zugerechnet● Vorzugsweise für Kraftwerke zu verwenden, bei denendie Wärmenutzung erst nachträglich installiert wurdeUmweltbundesamt • Wien 2012 11


Charakteristik der Methodenbzw. kein „Muss“ darstellt+ Einfache AnwendbarkeitWärme-Restwertmethode ×– Verfälschung des Ergebnisses durch die Wahl des Bezugssystems(und der dazugehörigen Schatten-CO 2-Werte leicht möglich)– Gefahr der negativen Allokation für Wärme– Aus der Bewertung ist nicht ersichtlich, dass es sichum ein wärmegeführtes System handelt● Wurde in der ÖNORM EN 15316-4-5 und der ÖNORMEN 15603 angewandt+ Durch zusätzliche Miteinbeziehung der Wirkungsgradeist die Finnische Methode allgemeiner als die Restwertmethoden– Etwas komplexerFinnische Methode× ×● Durchschnittliche Jahre der Inbetriebnahme unddurchschnittliche Wirkungsgrade sind als Berechnungsgrundlageerforderlich (für Biomasse-KWK-Anlagen gibtes noch keine Durchschnittswirkungsgrade)● Das Ergebnis der Finnischen Methode liegt zwischendem der Energie- und dem der Exergiemethode undentspricht etwa dem Mittelwert aller Methoden● Wurde in der EU-Richtlinie 2004/8/EG für Gesamtwirkungsgradeund Primärenergieeinsparung und imEIWOG Österreich (Elektrizitätswirtschafts- und-organisationsgesetz) empfohlen● Belastet 1 kWh Strom rund 2-mal so stark wie WärmeExergiemethode× ×– Die Orientierung an der Unwandelbarkeit von Wärmein Arbeit hat für Fernwärme aus KWK-Anlagen keinevorrangige Bedeutung– Da die Carnot’schen Wirkungsgrade theoretische Wertesind, ist auch das Ergebnis der Bewertungsmethodesehr theoretisch● Belastet 1 kWh Strom 5-mal so stark wie WärmeArbeitswertmethode× ×+ Realistisch möglicher Carnot’schen Wirkungsgrad wirdverwendet– Die Orientierung an der Unwandelbarkeit von Wärmein Arbeit hat für KWK-Anlagen keine reale Bedeutung● Belastet 1 kWh Strom stärker als die ExergiemethodeExergieverlust-Methode × ×– Genaue Kenntnis über die jeweilige Anlage nötig– Keine exakte Berechnung in der Literatur– Komplex und keine ausreichenden Erfahrungswerte12 Umweltbundesamt • Wien, 2012


KWK-Bewertung, Methodenauswahl – Charakteristik der Methoden– Nicht generalisierbar– Die Orientierung an der Unwandelbarkeit von Wärmein Arbeit hat für KWK-Anlagen keine reale Bedeutung+ Einfache Anwendbarkeit– Unterliegt oft starken Schwankungen– Repräsentative Preise sind schwer zu ermittelnProduktpreismethode × ×● Monetärer Ansatz● Aus volkswirtschaftlicher Sicht zu bevorzugen, wennMarktpreise den tatsächlichen Wert der Produkte widerspiegelnwürden● Belastet 1 kWh Strom rund 2,5-mal so stark wie WärmeKeine Aufteilung× ×– Dem Koppelprodukt werden keine Emissionen zugewiesen– Verzerrtes, einseitiges Ergebnis● Nur zu verwenden bei schlechter Datenlage oder wennein Produkt eindeutig als Abfallprodukt deklariert istKonvention– Ein repräsentativer, ergebnisoffener und transparenterFestlegungsprozess ist sehr anspruchsvoll+ Gute Voraussetzung für hohe Akzeptanz+ Einfach in der AnwendungRichtlinien für die KWK-GesamtbeurteilungRichtlinien für Ökobilanzen (ISO/WD 14041) und für den kumulierten Energieaufwand(VDI-Richtlinie 4600) empfehlen folgende Prinzipien für hierarchischgeordnete Allokationsprozeduren (HOCHFELD & JENSEIT 1998):1. Wenn möglich Vermeidung von Allokation durch Aufteilen in getrenntzu erfassende Subsysteme oder durch Erweiterung derSystemgrenzen.2. Wenn die Allokation nicht vermieden werden kann, nach MöglichkeitAllokation nach physikalischen Beziehungen.3. Wenn 1. und 2. nicht möglich, Allokation nach ökonomischenBeziehungen.Umweltbundesamt • Wien 2012 13


EntscheidungsfindungENTSCHEIDUNGSFINDUNGBasierend auf der Abwägung der Vor- und Nachteile, der spezifischen Eigenschaftenund der Stärken und Schwächen der einzelnen Methoden wurde eineSelektion vorgenommen:Folgende Bewertungsmethoden sind aufgrund der die Realität unzureichendabbildender Ergebnisse und/oder mangelnder Generalisierbarkeit – entwederinhaltlich oder durch überdurchschnittlich hohen Berechnungsaufwand – ausgeschieden:KonventionKeine AufteilungBrennstoffmehrbedarfsmethodeBei der Konvention sind es vor allem die Unsicherheiten im Festlegungsprozess,welche zu relativ willkürlichen Ergebnissen führen können und eine unrealistischeAbbildung der KWK-Anlagen erwarten lassen.Des Weiteren sind die Methoden, bei welchen die Allokation auf dem Eergiegehaltder gewonnenen Energie basiert, zwar inhaltlich korrekt, aber für die Allokationin KWK-Anlagen nicht zielführend, da die Umwandlung von (Fern)wärmein Arbeit in der Praxis keine Option darstellt und diese Modelle der Wärme einengeringeren Wert und folglich eine geringere Bedeutung einräumt als ihr tatsächlichin der Energieversorgung zukommt. Für technische und wissenschaftlicheAnalysen bzw. Optimierungen haben diese Ansätze sicher ihre Berechtigung,da sie sich stärker an physikalischen Grundprinzipien anlehnen.Die Produktpreismethode wurde aufgrund ihrer monetären Ausrichtung ausselektiert,da sich diese aufgrund der Marktpreisänderungen als wenig konsistentherausstellt und sich für eine volkswirtschaftliche Betrachtung besser eignet.Folgende Methoden sind somit ausgeschieden:ExergiemethodeArbeitswertmethodeExergieverlust-MethodeProduktpreismethodeDie verbleibenden Methoden waren:EnergiemethodeWirkungsgradmethodeRestwertmethoden für Strom und WärmeFinnische Methode14 Umweltbundesamt • Wien, 2012


KWK-Bewertung, Methodenauswahl – EntscheidungsfindungDie Restwertmethoden für Strom und Wärme wurden aufgrund der Gefahr negativerAllokation für eine der beiden Energieformen und möglicher Verfälschungdes Ergebnisses durch die Wahl des Bezugssystems und der dazugehörigenSchatten-CO 2 -Werte ausgeschieden.Da die Finnische Methode die Vorteile der beiden anderen Methoden (EnergieundWirkungsgradmethode und Restwertmethoden) in sich vereint, hat sichdieses Verfahren als die bestgeeignete Allokation für KWK-Anlagen herauskristallisiert.Tabelle 1: Matrix der Entscheidungsfindungfür Strom- undKWK geeignetGeneralisierbarkeitwärmegeführte-GenauigkeitinhaltlicheEignungEnergiemethode • • • •Wirkungsgradmethode • • • •Strom-Restwertmethode • • Brennstoffmehrbedarfsmethode • •Wärme-Restwertmethode • • Finnische Methode • • • •Exergiemethode • • • Arbeitswertmethode • • • Exergieverlust-Methode • • • Produktpreismethode • • Keine Aufteilung • • Konvention • • •• geeignet nicht geeignetUmweltbundesamt • Wien 2012 15


Vorschlag einer geeigneten MethodeVORSCHLAG EINER GEEIGNETEN METHODEDie Finnische Methode wird als Allokationsmethode für KWK-Anlagen vorgeschlagen.Sie stellt einen Kompromiss zwischen einer praktikablen Bewertungsmethodeeinerseits und einem qualitativ guten und aussagekräftigen Ergebnisandererseits dar.Die Finnische Methode ist durch die zusätzliche Miteinbeziehung der Wirkungsgraderepräsentativer und methodisch sicherer als die beiden Restwertmethoden.Für die Berechnung sind die durchschnittlichen Inbetriebnahmejahre undDurchschnittswirkungsgrade erforderlich. Aus diesem Grund ist sie etwas komplexerals die Wirkungsgradmethode und die beiden Restwertmethoden. Diesergeringe Mehraufwand lässt sich aber durch die bessere Ergebnisqualität rechtfertigen.Das Ergebnis der AllokationIm Gegensatz zu anderen Methoden, welche der Wärme und dem Strom zu geringeoder zu hohe Werte bei der Allokation zuordnen, liegt das Ergebnis derFinnischen Methode zwischen dem der Energie- und dem der Exergiemethode.Sie belastet 1 kWh Strom rund 2-mal so stark wie Wärme.Bisherige AnwendungDie Finnische Methode wurde bereits in der EU-Richtlinie 2004/8/EG für Gesamtwirkungsgradeund Primärenergieeinsparung empfohlen und im Elektrizitätswirtschafts-und -organisationsgesetz Österreich (EIWOG) angewandt.Beispielhafte KalkulationMittels der ausgewählten Finnischen Methode wurde eine beispielhafte Allokationder Input- und Outputströme durchgeführt (siehe Abbildung 1). Als Datengrundlagediente die Summe der österreichischen Gas-KWK-Anlagen.Die Allokation ergibt - prozentuell ausgedrückt – folgendes Verhältnis desBrennstoffeinsatzes Gas zu den Endprodukten Strom und Wärme: Vom gesamtenBrennstoffeinsatz (100%) werden 34,5% in Strom (netto) 1 und 41,5% inWärme umgewandelt. Die übrigen 24% entfallen auf Verluste.1Stromproduktion der KWK-Anlage abzüglich ihres Strombedarfes (elektr. Steuerung)16 Umweltbundesamt • Wien, 2012


KWK-Bewertung, Methodenauswahl – Vorschlag einer geeigneten MethodeAllokation nach der Finnischen Methode am Beispiel Gas als BrennstoffAbbildung 1: Beispielhafte Allokation nach der Finnischen Methode.Umweltbundesamt • Wien 2012 17


Detaildarstellung der MethodenDETAILDARSTELLUNG DER METHODENGrundsätze für die Auswahl von KWK-ReferenzanlagenDa für einige Methoden die Auswahl von Referenzanlagen erforderlich ist, wirdkurz auf die vier Grundsätze für die Auswahl von Referenzanlagen der EU-Richtlinie 2004/8/EG eingegangen:1. Beim Vergleich von KWK-Blöcken mit Anlagen zur getrenntenStromerzeugung bzw. zur getrennten Wärmeerzeugung gilt derGrundsatz, dass die gleichen Kategorien von Primärenergieträgernverglichen werden.2. Jeder KWK-Block wird mit der besten, im Jahr des Baus dieses KWK-Blocks auf dem Markt erhältlichen und wirtschaftlich vertretbarenTechnologie für die getrennte Erzeugung von Wärme und Stromverglichen.3. Die Wirkungsgrad-Referenzwerte für KWK-Blöcke, die mehr als zehnJahre alt sind, werden auf der Grundlage der Referenzwerte vonBlöcken festgelegt, die zehn Jahre alt sind.4. Die Wirkungsgrad-Referenzwerte für die getrennte Erzeugung vonStrom und Wärme müssen die klimatischen Unterschiede vonStandorten bzw. zwischen den Mitgliedstaaten widerspiegeln.Anm.: Europäische Referenzwerte sind auf österreichische Systembetrachtungenanwendbar.Um die Inhalte der folgenden Kapitel darzustellen, wird eine kurze Übersichtüber die verwendeten Formelzeichen gegeben:E abE Brabgegebene nutzbare Energiezugeführte Brennstoffenergie = InputenergieW el,abQ ababgegebene Stromenergieabgegebene FernwärmeenergieC KWKC el,abC th,abCO 2 -Emissionen der KWK-AnlageCO 2 -Emissionen allokiert auf den abgegebenen StromCO 2 -Emissionen allokiert auf die abgegebene Fernwärmec KWKc ex,el,abc ex,th,abspez. CO 2 -Emissionen je kWh zugeführter Brennstoffenergiespezifische CO 2 -Emission je Exergieeinheit abgeg. Stromspezifische CO 2 -Emission je Exergieeinheit abgeg. Wärme18 Umweltbundesamt • Wien, 2012


KWK-Bewertung, Methodenauswahl – Detaildarstellung der Methodenc th,ab,shadowc el,ab,shadowSchatten-CO 2 -Emissionswert der FernwärmeerzeugungSchatten-CO 2 -Emissionswert der Stromerzeugungη elη thη el,refη th,refElektrischer Wirkungsgrad/StromwirkungsgradWärmewirkungsgradReferenzwärmewirkungsgrad eines Stand der Technik-KraftwerksReferenzwärmewirkungsgrad eines Stand der Technik-HeizkesselsE exE ex, th, abE ex, el, abExergie (Energie die sich in Arbeit umwandeln lässt)Exergie der abgegebenen WärmeExergie des abgegebenen StromsT nT hniedrigste Temperatur des Prozesses in Kelvinhöchste Temperatur des Prozesses in KelvinEnergiemethodeE ab =W el,ab + Q ab (1)Entsprechend den Energieströmen werden die CO 2 -Emissionen C KWK aufgeteilt:C el,ab = C KWK / E ab * W el,ab (2)undC th,ab = C KWK / E ab * Q ab (3)Es besteht die Möglichkeit der Berechnung der spezifischen CO 2 -Emissionenaus Gleichung (1) undfolgt:C KWK = c el,ab * W el,ab + c th,ab * Q ab (4)c el,ab = c th,ab = C KWK / E ab (5)WirkungsgradmethodeDie Wirkungsgradmethode ist eine spezielle Form (eine Erweiterung) derEnergiemethode. Hier erfolgt die Allokation über einen Wirkungsgradschlüssel:Umweltbundesamt • Wien 2012 19


Detaildarstellung der MethodenC el,ab = C KWK * (η el /(η el + η th )) (6)mitη el = W el,ab / E Br (7)η th = Q ab / E Br (8)Das Ergebnis von Formel (6) ist identisch mit dem Ergebnis von Formel (2).Die spezifischen CO 2 -Emissionen je abgegebener kWh Energie errechnen sichanalog zu Gleichung (5) durchmitc el,ab = c th,ab = C KWK / (E Br * (η el + η th )) (9)C KWK = c KWK * E Br (10)und Gleichung (9) vereinfacht sich zuc el,ab = c th,ab = c KWK / (η el + η th ) (11)Strom-RestwertmethodeDem Koppelprodukt von stromgeführten KWK (der Fernwärme) wird ein spezifischerCO 2 -Emissionswert zugeordnet, der für alternative Fernwärmeerzeugungstechnologientypisch ist. Da in der volkswirtschaftlichen Analyse in analogenFällen von Schattenpreisen gesprochen wird (BELLI 1996), wird hier derBegriff spezifischer Schatten-CO 2 -Emissionswert verwendet.bzw.C el,ab = C KWK – Q * c th,ab,shadow (12)c el,ab = (C KWK – Q ab * c th,ab,shadow ) / W el,ab (13)BrennstoffmehrbedarfsmethodeDetaillierte Anlagenkenntnis der KWK-Anlage und Daten mit hoher Zeitauflösungsind erforderlich. Aufgrund der Betriebsweisen (Voll- und Teillast) ist einkomplizierter Algorithmus notwendig.Die Brennstoffmehrbedarfsmethode ist eine Sonderform der Strom-Restwertemethode, bei welcher der zusätzliche Brennstoffeinsatz der von derWärmeauskopplung verursacht wird, gemessen wird. Da in vielen Fällen mitdem Brennstoff wesentlich weniger zusätzliche Energie zugeführt werden muss,als aus der Abwärme gewonnen werden kann, können Wärmewirkungsgradevon weit über 100 % entstehen. Beispielsweise wurde für das GaskraftwerkDonaustadt 3 ein Wärmewirkungsgrad von 333 % errechnet20 Umweltbundesamt • Wien, 2012


KWK-Bewertung, Methodenauswahl – Detaildarstellung der MethodenDa der zusätzliche Brennstoffeinsatz stark davon abhängt, ob ein Kraftwerk imVoll- oder Teillastbereich fährt, sind umfangreiche Messungen und die Entwicklungeines Algorithmus notwendig (UMWELTBUNDESAMT 2007).Es handelt sich um eine Methode, die nur auf ein konkretes, genau vermessenesKraftwerk angewendet werden kann und die nur angewendet werden sollte,wenn für das Kraftwerk ursprünglich gar keine Abwärmenutzung vorgesehenwar.Diese Methode ist auch insofern problematisch, da bei Kraftwerken, bei denendie Wärmeauskopplung ohne Verringerung der Stromausbeute und ohne zusätzlicheBrennstoffzufuhr erfolgt, der errechnete Primärenergiefaktor der WärmeNull, die allozierten Emissionen ebenfalls Null und die Effizienz der Wärmeerzeugung„unendlich“ betragen. Es ist eine Methode mit der die Input- undOutputströme (fast) zur Gänze dem Strom zugerechnet werden.Wärme-RestwertmethodeAnalog zur Strom-Restwertmethode wird bei der Wärme-Restwertmethode einspezifischer Schatten-CO 2 -Emissionswert der Stromerzeugung verwendet:c th,ab = (C KWK – c elab,shadow *W el, ab ) / Q ab (14)Tabelle 2: Schattenkoeffizienten für die Wärme- und Stromrestwertemethode aus einemÖkoinventar der Energiesysteme der ETH Zürich 1996 (ADENSAM et al. 2009)EnergieträgerKoeffizientfür die CO 2-Produktion(kg/MWh)Primärenergiefaktoren f PStrom aus c el,ab,shadow lus,in/MWh el,ab)nicht erneuerbarer Energie-Input(MWh Lebenszyk-Gesamt-Energie-Input(MWh Lebenszyklus,in/MWh el,ab)Wasserkraft 7 0,50 1,50Kernkraft 16 2,80 2,80Kohlekraft 1.340 4,05 4,05UCTE-Energiemix617 3,14 3,31Brennstoff c th,in lus,in/MWh th,in)nicht erneuerbarer Energie-Input(MWh Lebenszyk-Gesamt-Energie-Input(MWh Lebenszyklus,in/MWh th,in)Heizöl 330 1,35 1,35Gas 277 1,36 1,36Anthrazit 394 1,19 1,19Braunkohle 433 1,40 1,40Koks 467 1,53 1,53Umweltbundesamt • Wien 2012 21


Detaildarstellung der MethodenHolzspäne 4 0,06 1,08Holzblock 14 0,09 1,09Buchenholzblock 13 0,07 1,07Tannenholzblock 20 0,10 1,10c elab,shadow……………..spezifischer Schatten-CO 2-Emissionswert der Stromerzeugungc th,in…………………….spezifischer Lebenszyklus-CO 2-Emissionswert je MWh zugeführtemBrennstoffMWh Lebenszyklus,in ……. Energieinput über den LebenszyklusMWh el,ab………………StromabgabeMWh th,in……………….Energieinhalt in zugeführtem BrennstoffUCTE ………………...Union for the Co-ordination of Transmission of ElectricityFinnische MethodeDie Finnische Methode ist eine Mischung aus Wirkungsgradmethode undRestwertmethode bei der der aktuelle Stromwirkungsgrad einer KWK-Anlage(η el ) auf einen Referenz-Stromwirkungsgrad eines Stand der Technik-Kraftwerks (η el,ref ) und der aktuelle Wärmewirkungsgrad einer KWK-Anlage (η th )auf einen Referenz-Wärmewirkungsgrad eines Stand der Technik-Heizkessels(η th,ref ) bezogen wird (AGEB 2008):bzw.C el,ab = C KWK * (η el / η el,ref ) / (η el / η el,ref + η th / η th,ref ) (15)c el,ab = C KWK * (η el / η el,ref ) / (η el / η el,ref + η th / η th,ref ) / W el,ab (16)Sind nicht die Effizienzen des KWK-Systems bekannt sondern nur die abgegebeneStromenergie W el,ab und die abgegebene Fernwärmeenergie Q ab , so könnendie Gleichungen (15) und (16) mit Hilfe der Gleichungen (7) und (8) umgewandeltwerden zu:bzw.C el,ab = C KWK * (W el,ab / η el,ref ) / (W el,ab / η el,ref + Q ab / η th,ref ) (17)c elab = C KWK * (1 / η el,ref ) / (W el,ab / η el,ref + Q ab / η th,ref ) (18)Diese Gleichungen können weiter umgeformt werden zu:C el,ab = C KWK * (W el,ab * η th,ref / η el,ref ) / (W el,ab * η th,ref / η el,ref + Q ab ) (19)bzw.c el,ab = C KWK * (η th,ref / η el,ref ) / (W el,ab * η th,ref / η el,ref + Q ab ) (20)oder gemäß Gleichung (10)c el,ab = c KWK * E Br * (η th,ref / η el,ref ) / (W el,ab * η th,ref / η el,ref + Q ab ) (21)22 Umweltbundesamt • Wien, 2012


KWK-Bewertung, Methodenauswahl – Detaildarstellung der MethodenAnalog dazu sind die spezifischen CO 2 -Emissionen der abgegebenen Fernwärme:c th,ab = c KWK * E Br / (W el,ab * η th,ref / η el,ref + Q ab ) (22)Tabelle 3: Wirkungsgrad-Referenzwerte für die Finnische Methode (VIK 2006)Harmonisierte Wirkungsgrad-Referenzwerte der getrennten Stromproduktion η el,refJahr der Inbetriebnahme derAnlage1998 2002 2006–2011Steinkohlekraftwerk 0,397 0,431 0,442Erdgaskraftwerk 0,500 0,519 0,525Harmonisierte Wirkungsgrad-Referenzwerte der getrennten Wärmeproduktion η th,refWärme Dampf DirektnutzungSteinkohleheizkessel 0,88 0,83 0,80Braunkohleheizkessel 0,86 0,981 0,78Heizöl(leicht)heizkessel 0,89 0,84 0,81Erdgasheizkessel 0,90 0,85 0,82Nimmt man beispielsweise als Referenzanlage ein Kraftwerk mit η el,ref = 0,431und einen heizölbefeuerten Heizkessel mit η th,ref = 0,89 so erhält man für Gleichungen(19) und (20):bzw.C el,ab = C KWK * (W el,ab * 2,06) / (W el,ab * 2,06 + Q ab ) (23)c el,ab = C KWK * 2,06 / (W el,ab * 2,06 + Q ab ) (24)Daraus ergibt sich für die auf die Fernwärme allokierten CO 2 -Emissionen:C th,ab = C KWK * Q ab / (W el,ab * 2,06 + Q ab ) (25)bzw.c th,ab = C KWK / (W el,ab * 2,06 + Q ab ) (26)Auch die Einstufung von KWK-Anlagen als hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplung gemäß § 42 a,b, Anlage III und IV ElWOG nimmt Bezug auf EU-Richtlinie 2004/8/EG und auf die Finnische Methode (E-CONTROL 2008).Eine Kraftwärmekopplungsanlage wird nur dann als hocheffizent eingestuft,wenn die Primärenergieeinsparung (PEE) gemäß nachstehender Gleichunggrößer als 10 % ist (ElWOG, Anlage IV):PEE = (1 – 1 / (η el / η el,ref + η th / η th,ref )) * 100 % (27)Umweltbundesamt • Wien 2012 23


Detaildarstellung der MethodenExergiemethodeExergie E ex ist Energie, die sich bei den jeweiligen thermodynamischen Umgebungsbedingungenprinzipiell in jede andere Energieform, insbesondere in Arbeit,umwandeln lässt. Strom lässt sich zu 100 % als Arbeit nutzen, Wärme hingegennur entsprechend dem Carnotschen Wirkungsgrad η C :E ex,th,ab = Q ab * η C = Q ab * (1 – T n / T h ) (28)Zur Berechnung der CO 2 -Allokation gilt analog zu Gleichung (4) folgende Gleichung:C KWK = c ex,el,ab * E ex,el,ab + c ex,th,ab * E ex,th,ab (29)Analog zu Gleichung (5) gilt dabei:c ex,el,ab = c ex,th,ab (30)Es gilt aber auch weiterhin Gleichung (4). Daraus folgt:C KWK = c el,ab * W el,ab + c th,ab * Q ab = c ex,el,ab * E ex,el,ab + c ex,th,ab * E ex,th,ab (31)Da bei Strom Exergie und Energie ident sind, gilt:W el,ab = E ex,el,ab (32)sowiec el,ab = c ex,el,ab (33)bzw. unter Berücksichtigung von Gleichung (26):c el,ab = c ex,el,ab = c ex,th,ab (34)Damit lässt sich Gleichung (31) vereinfachen zu:c th,ab * Q ab = c ex,th,ab * E ex,th,ab (35)bzw.c th,ab * Q ab = c el,ab * E ex,th,ab (36)bzw (unter Berücksichtigung von Gleichung (28):c th,ab * Q ab = c el,ab * Q ab * η C (37)bzw.c th,ab = η C * c el,ab (38)Eingesetzt in Gleichung (4) ergibt sich:c el,ab = C KWK / (W el,ab + η C * Q ab ) (39)und24 Umweltbundesamt • Wien, 2012


KWK-Bewertung, Methodenauswahl – Detaildarstellung der Methodenc th,ab = η C * C KWK / (W el,ab + η C * Q ab ) (40)Eine Schwierigkeit dieses Ansatzes bei der Betrachtung eines Systems ausmehreren Anlagen ist die Auswahl der T n und der T h . Auch ist unklar, ob als T ndie Rücklauftemperatur oder die durchschnittliche Umgebungstemperatur in derHeizperiode zu nehmen ist. Jedenfalls wird in der Literatur für den Exergieanteilder Fernwärme meist ein Wert von rund 0,2 genannt (JUNGMEIER 2000).Nimmt man diesen Wert, so ergeben sich folgende spezifische CO 2 -Emissionenje kWh erzeugtem Strom (c el,ab ) und je kWh erzeugter Wärme (c th,ab ):c el,ab = C KWK / (W el,ab + 0,2 * Q ab ) (41)c th,ab = 0,2 * C KWK / (W el,ab + 0,2 * Q ab ) (42)ArbeitswertmethodeDie Arbeitswertmethode berücksichtigt, dass der Carnotsche Wirkungsgrad nurtheoretisch erreichbar ist, sodass bei dieser Methode ein Wirkungsgrad η realverwendet wird, der der tatsächlich möglichen Erzeugung von Arbeit aus Fernwärmeentspricht (DITTMANN & ROBBI 2008):c el,ab = C KWK / (W el, ab + Q ab * η real ) (43).ExergieverlustmethodeDie VDI-Richtlinie 4608 empfiehlt die Anwendung der Exergieverlust-Methodezur Allokation von Input- oder Outpurgrößen auf die Produkte Strom und Fernwärmebei KWK.Sowohl aus Sicht der Stromerzeugung als auch der Wärmeproduktion kommtes bei KWK zu einem geringen Exergieverlust (einer größeren Exergieausbeute)als bei der getrennten Produktion von Strom und Wärme. Das Maß des verringertenExergieverlusts aus Stromsicht und das Maß des verringerten Exergieverlustsaus Wärmesicht wird zueinander in Beziehung gesetzt um die Inputbzw.Outputgrößen der KWK-Anlage dem Strom bzw. der Fernwärme zuzuordnen(ARBEITSGEMEINSCHAFT REFERENZWERTE 2006).Es konnten keine Unterlagen zugänglich gemacht werden, aus denen eineFormel für die Allokation des KWK-CO 2 möglich gewesen wäre. Jedoch stehtfest, dass eine genaue Kenntnis der jeweiligen Anlage notwendig ist (inklusiveder Kenntnis der Umgebungstemperatur, der Höchst- und Niedrigsttemperaturdes Dampfkreislaufes, mit und ohne Auskopplung des Koppelprodukts), um dieAllokation durchführen zu können.Umweltbundesamt • Wien 2012 25


Detaildarstellung der MethodenProduktpreismethodeDie Allokation erfolgt entsprechend den Marktpreisen der Produkte Wärme undStrom.undergibt:C KWK = c el,ab * W el, ab + c th,ab * Q ab (44)c el,ab = 2,5 * c th,ab (45)c el,ab = C KWK / (W el, ab + Q ab / 2,5) (46)Keine Aufteilung„Die Input- und Outputgrößen werden ganz dem Hauptprodukt zugeteilt. DieserWeg kann beschritten werden, wenn die Koppelprodukte auch als „Abfall“ oder„Abprodukte“ deklariert werden können. Ansonsten sollte nur bei schlechter Datenlageauf diese Methode zurückgegriffen werden“ (HECK 2007).Die Wahl des Hauptproduktes kann sehr subjektiv sein. In dem Moment, in demaus dem verbleibenden Nebenprodukt ein Nutzen gezogen wird, entsprichtdessen rechnerische Vernachlässigung nicht der Realität.Konvention„Die Aufteilung kann auf Grund von Konventionen vorgenommen werden. DiesesVorgehen kann zum Beispiel beim Fehlen marktwirtschaftlicher Verhältnissean Stelle der Allokation nach Produktpreisen verwendet werden“ (HECK2007).Die Festlegung durch eine Gruppe von ExpertInnen, Marktunternehmenund/oder Entscheidungsträgerinnen und -trägern wirft die Frage derInteressenlage, der vorgefassten Einzelmeinungen und der Repräsentativitätder Gruppe auf.Es besteht durch gruppendynamische Prozesse das Risiko einer einseitigenKonvention, da auch bei einer repräsentativen und sorgfältigen Auswahl derGruppenteilnehmerInnen das Ergebnis letztendlich immer einen Kompromisszwischen Einzelinteressen und Einzelmeinungen darstellt.Bei einem gut organisierten, möglichst offenen, fair abgehaltenen und gutdokumentierten Prozess mit einer, von offenen Gruppenteilnehmerinnen und -teilnehmern getragenen Konvention kann trotz fehlender technischer oderwirtschaftlicher Datengrundlage eine hohe Akzeptanz erreicht werden. In derEU-Richtlinie über Energieeffizienz und Energiedienstleistungen (EU-RL2006/32/EG) ist als Strombewertungsoption ein Faktor von 2,5 für dieBewertung vorgegeben.26 Umweltbundesamt • Wien, 2012


KWK-Bewertung, Methodenauswahl – VerzeichnisseVERZEICHNISSELiteraturverzeichnisADENSAM, H.; KRAWINKLER, R.; SIMADER, G. & THENIUS, G. (2009): Primärenergiebetrachtung.Kleingruppendiskussion, 23.07.2008. Energieeffizienz Monitoringstelle,Energieagentur, Wien.AGEB – AG ENERGIEBILANZEN (2008): Vorwort zu den Energiebilanzen für dieBundesrepublik Deutschland. Berlin.. www.ag-energiebilanzen.de.AGFW (2009a): Prüfung von Gutachten für spezifische Primärenergiefaktorenvon Fernwärmesystemen. Frankfurt am Main. www.agfw.deAGFW (2009b): Zertifizierung von KWK-Anlagen – Ermittlung des KWK-Stromes.Frankfurt am Main.ARBEITSGEMEINSCHAFT REFERENZWERTE (2006): Produktbezogene Referenzwertezur Bestimmung von Emissionsintensitäten und zugehörigen Kostenreduktionspotenzialenin kmU. Abschlussbericht Teil B1: Analyse der Energiewirtschaft.Aif ZUTECH Projekt Nr. 158 Z. Lehrstuhl für technische Thermodynamik,RWTH Aachen; Institut für Energie- und Umwelttechnik, Duisburg; EUtech,Aachen & Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik e.V., Berlin.BELLI, P. (1996): Handbook on Economic Analysis of Investment Operations.The World Bank, Washington, D.C.DITTMANN, A. & ROBBI, ST. (2008): Das Spannungsfeld einer ökologischen Bewertungvon KWK-Anlangen. Proc. 13. Dresdner Fernwärmekolloquium,14.09.2008.(2008): Bericht über die Stromkennzeichnung. Wien. www.e-E-CONTROLcontrol.at.HECK, Th. (2007): Teil XIV – Wärme-Kraft-Kopplung – Data v2.0. Ecoinvent ReportNo. 6-XIV, Villigen.HOCHFELD, CH. & JENSEIT, W. (1998): Allokation in Ökobilanzen und bei der Berechnungdes kumulierten Energieaufwandes (KEA). Öko-Institut, Darmstadt.JUNGMEIER, G. (2000): Allocation of Emissions to Heat and Electricity from CHPProduction. Joanneum Research; Proc. Cost E9: Mid-term meeting, HelsinkiMarch 27.–29. 2000.SAADAT, A. (2003): Methodische Ansätze zur Erstellung dezentraler multivalenterEnergieversorgungskonzepte für Siedlungen im Iran. Dissertation, TU-Berlin.THEISSING, M. & THEISSING-BRAUHART, I. (2009): Primärenergie- und CO 2 -Emissionsfaktoren von Energieträgern in Fernwärmesystemen. Graz.UMWELTBUNDESAMT (2007): Pölz, W.: Emissionen der Fernwärme Wien 2005 -Ökobilanz der Treibhausgas- und Luftschadstoffemissionen aus dem Anlagenparkder Fernwärme Wien GmbH. Report REP-0076. Wien.UMWELTBUNDESAMT DESSAU (2008): Fritsche, U. & Rausch, L.: Bestimmungspezifischer Treibhausgas-Emissionsfaktoren für Fernwärme. Nr. 08/2008,UBAFBNr 001145. Darmstadt. www.umweltbundesamt.deUmweltbundesamt • Wien 2012 27


VerzeichnisseVIK – Verband der Industriellen Energie- und Kraftwirtschaft e.V. (2006): CO 2 -Kennzeichnung von Strom aus KWK-Anlagen – Brennstoffzuordnung auf elektrischeund thermische Energie. Essen. www.vik.de.Rechtsnormen und LeitlinienDIN V 4701-10:2003-06 geändert durch A1:2006-12 (2006): Energetische Bewertungheiz- und raumlufttechnischer Anlagen – Teil 10: Heizung, Trinkwassererwärmung,Lüftung. Deutsche Industrienorm. http://www.nhrs.din.de/Elektrizitätswirtschafts- und -organisationsgesetz (ElWOG; BGBl. I Nr. 143/1998i.d.F. BGBl. I Nr. 106/2006): Bundesgesetz, mit dem die Organisation auf demGebiet der Elektrizitätswirtschaft neu geregelt wird.Energieeinsparverordnung (EnEV): Verordnung zur Änderung der Energieeinsparverordnungvom 29. April 2009 über energiesparenden Wärmeschutz undenergiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden.ISO 14040 (2006): Umweltmanagement – Ökobilanz – Grundsätze und Rahmenbedingungen.ISO/WD 14041 (1998): Umweltmanagement – Ökobilanz – Festlegung desZiels und des Untersuchungsrahmens sowie Sachbilanz.Ökostromgesetz (ÖSG; BGBl. I Nr. 149/2002): Bundesgesetz, mit dem Neuregelungenauf dem Gebiet der Elektrizitätserzeugung aus erneuerbaren Energieträgernund auf dem Gebiet der Kraft-Wärme-Kopplung erlassen werden.ÖNORM EN 15203 (2005): Energieeffizienz von Gebäuden – Bewertung desEnergieverbrauchs und Festlegung der Leistungsindikatoren.ÖNORM EN 15316-4-5 (2007): Heizungsanlagen in Gebäuden – Verfahren zurBerechnung der Energieanforderungen und Nutzungsgrade der Anlagen – Teil4–5: Wärmeerzeugungssysteme, Leistungsfähigkeit und Effizienz von Fernwärme-und großvolumigen Systemen.ÖNORM EN 15603 (2008): Energieeffizienz von Gebäuden – Gesamtenergieverbrauchund Festlegung der Energiekennwerte.RL 2004/8/EG: Richtlinie vom 11. Februar 2004 über die Förderung einer amNutzwärmebedarf orientierten Kraft-Wärme-Kopplung im Energiebinnenmarktund zur Änderung der Richtlinie 92/42/EWG. Abl. Nr. L 52/50.RL 2006/32/EG: Richtlinie des Europäischen Parlaments und des Rates vom 5.April 2006 über Endenergieeffizienz und Energiedienstleistungen und zur Aufhebungder Richtlinie 93/76/ EWG des Rates. Abl. Nr. L 114/64.VDI-Richtlinie 4600 (1997): Kumulierter Energieaufwand – Begriffe, Definitionen,Berechnungsmethoden.VDI-Richtlinie 4608, Blatt 2, Juli 2008 (2008): Energiesysteme – Kraft-Wärme-Kopplung – Allokation und Bewertung.VDI-Richtlinie 4661 (2000): Energiekennwert – Definitionen, Begriffe, Methodik.28 Umweltbundesamt • Wien, 2012


KWK-Bewertung, Methodenauswahl – VerzeichnisseAbbildungsverzeichnisAbbildung 1: Beispielhafte Allokation nach der Finnischen MethodeTabellenverzeichnisTabelle 1: Allokationskriterien der einzelnen MethodenTabelle 2: Vor- und Nachteile der einzelnen MethodenTabelle 3: Matrix der EntscheidungsfindungTabelle 4: Schattenkoeffizienten für die Wärme- und Stromrestwertemethode aus einemÖkoinventar der Energiesysteme der ETH Zürich 1996 (ADENSAM et al. 2009)Tabelle 5: Wirkungsgrad-Referenzwerte für die Finnische Methode (VIK 2006)Umweltbundesamt • Wien 2012 29


Screenshot SchulungstoolDas Schulungstool basiert auf den vorangegangenen Schulungstool für die Berechnung derEnergieausweiskennzahlen. Auf dem ersten Arbeitsblatt sind die verschiedenen Kenngrößen für dasLabeling dargestellt.Zur Erzeugung des Halbsynthetischen Referenzjahres ist das Arbeitsblatt TRY ergänzt.


Die detaillierte Berechnung einer Raumlufttechnischen Anlage ist im Arbeitsblatt RLT enthalten.Die Bestimmung des Ertrags einer PV Anlage ist im Arbeitsblatt PV zusammengestellt.


Die Parameter zur Definition der Nutzung (Personenanzahl, Haushaltsstrom, Anwesenheit) sind imBlatt Nutzung zusammengestellt.Im Arbeitsblatt Verlauf kann der Vergleich mit gemessenen Daten hergestellt werden bzw. derkumulierte Energieverbrauch der verschiedenen Energieträger dargestellt werden.


Am Blatt PEnern_ImportExport wird die stündliche Liefermenge bzw. Exportmenge an Strom ermittelt.Daraus kann dann der nicht erneuerbare Primärenergiebedarf mit Berücksichtigung der Eigendeckungerrechnet werden und der exportierten Energiemenge – umgerechnet auf nicht erneuerbarePrimärenergie gegenübergestellt werden.

Weitere Magazine dieses Users
Ähnliche Magazine