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berechnung erf. Dämmung...

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2.9 Berechnungen für den Nachweis der EnEV

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2.9 Berechnungen für den Nachweis der EnEV Die Energie-Einsparverordnung EnEV stellt Anforderungen sowohl an die bautechnische als auch an die anlagentechnische Ausführung eines zu errichtenden Gebäudes. Die Anforderungen an die Bautechnik sind erfüllt, wenn der zulässige Höchstwert des spezifischen, auf die wärmeübertragende ' Umfassungsfläche bezogenen Transmissionswärmeverlusts H T, max unterschritten wird. " Der maximal zulässige Jahres-Primärenergiebedarf Qp, max des Gebäudes legt die Mindestanforderung an die Anlagentechnik unter Berücksichtigung der vorhandenen Bautechnik fest. Daraus resultiert, dass beim EnEV Nachweis neben dem in ähnlicher Form schon in der WSchVO 95 vorhandenen Nachweis des baulichen Wärmeschutzes ein zweiter Nachweis für die effiziente Bereitstellung des für das Gebäude notwendigen Wärmebedarfs für Heizung und Warmwasser erfolgen muss. Die Methodik des EnEV-Nachweises ist in Bild 2.5.13 dargestellt. Es unterteilt die Vorgehensweise – jeweils für Bau- und Anlagentechnik – in die Arbeitsschritte „planen“, „ermitteln“ und „nachweisen“. Nach Fertigstellung des Gebäudeentwurfs, aus dem die geometrischen Kenngrößen des Gebäudes ermittelt werden, muss das Konzept für den Wärmeschutz geplant werden. Neben den Wärmedurchgangskoeffizienten der Außenbauteile ist auch das Konzept für die Wärmebrückenreduzierung sowie die Luftdichtheit der Gebäudehülle festzulegen. Aus den Kennwerten wird der mittlere spezifische Wärmedurchgangskoeffizient der wärmeübertragenden Umfassungsfläche HT ermittelt und mit dem nach EnEV in Abhängigkeit vom Verhältnis A/Ve ermittelten maximal zulässigen Wert HT',max verglichen. Wird die Anforderung erfüllt, kann der Jahres-Heizwärmebedarf als Grundlage für den Nachweis des Jahres-Primärenergiebedarfs berechnet werden.

2.9.1 Beispiel: Nachweis für ein Einfamilienhaus mit dem Heizperiodenbilanzverfahren Mit den zuvor beschriebenen einzelnen Rechenverfahren ist eine Berechnung des JahresHeizwärmebedarfs eines Gebäudes mit normalen Innentemperaturen im Rahmen des „Vereinfachten Verfahrens“ möglich. In der Energie-Einsparverordnung Anlage 1 Tabelle 2 sind die einzelnen Schritte aufgelistet. Nachfolgend soll das vereinfachte Verfahren anhand eines Berechnungsbeispieles für ein freistehendes, nicht unterkellertes Einfamilienhaus vorgestellt werden (Bilder 2.9.1 bis 2.9.7). Grundlage für die nachfolgenden Beschreibungen ist die Energieeinsparverordnung in ihrer Fassung vom November 2007, mit den in Tafel 2.9.1 beschriebenen Höchstwerten sowie die Vornorm DIN 4108-6. In einzelnen Schritten wird systematisch die Berechnung der Energieverluste und Energiegewinne, sowie der Ermittlung der Anlagenaufwandzahl ep beschrieben.

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2 Wärmeschutz

Tafel 2.9.1 Vereinfachtes Verfahren zur Ermittlung des Jahres-Heizwärmebedarfs Zeile

1

2

3

Zu ermittelnde Größen 1 JahresHeizwärmebedarf Qh Spezifischer Transmissionswärmeverlust HT bezogen auf die Wärmeübertragende Umfassungsfläche Spezifischer Lüftungs-Wärmeverlust

Gleichung 2 Qh = 66 (HT + HV) – 0,95 (Qs + Qi) HT = Σ (Fxi Ui Ai) + 0,05 A 1)

Zu verwendende Randbedingung 3

Temperatur-Korrekturfaktoren Fxi nach Tabelle 3

HT’ = HT/A HV = 0,19 Ve

ohne Dichtheitsprüfung nach Anlage 4 Nr. 2

HV = 0,163 Ve

mit Dichtheitsprüfung nach Anlage 4 Nr. 2

4

Solare Gewinne Qs

Qs = Σ (Is)j,HP •Σ 0,567 gi Ai 2)

5

Interne Gewinne Qi

Qi = 22 AN

Solare Einstrahlung: Orientierung Σ (Is)j.HP Südost bis Südwest 270 kWh/(m2 ∙a) Nordwest bis Nordost 100 kWh/(m2 ∙a) übrige Richtungen 155 kWh/(m2 ∙a) Dachflächenfenster mit Neigungen < 30 °3) 225 kWh/(m2 ∙a) Die Fläche der Fenster Ai mit der Orientierung j (Süd, West, Ost, Nord und horizontal) ist nach den lichten Fassadenöffnungsmaßen zu ermitteln. AN: Gebäudenutzfläche nach Nr. 1.4.4

1) Die Wärmedurchgangskoeffizienten der Bauteile Ui sind nach DIN EN ISO 6946 : 1996-11 und nach DIN EN ISO 10077-1:2000-11 zu ermitteln oder sind technischen Produkt-Spezifikationen (z. B. für Dachflächenfenster) zu entnehmen. Bei an das Erdreich grenzenden Bauteilen ist der äußere Wärmeübergangswiderstand gleich Null zu setzen. 2) Der Gesamtenergiedurchlassgrad gi (für senkrechte Einstrahlung) ist technischen Produkt-Spezifikationen zu entnehmen oder nach DIN EN 410 : 1998-12 zu ermitteln. Besondere energiegewinnende Systeme, wie z. B. Wintergärten oder transparente Wärmedämmung, können im vereinfachten Verfahren keine Berücksichtigung finden. 3) Dachflächenfenster mit Neigungen ≥ 30 °sind hinsichtlich der Orientierung wie senkrechte Fenster zu behandeln.

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Bild 2.9.1 Erdgeschoss des Einfamilienhauses

Bild 2.9.2 Dachgeschoss des Einfamilienhauses

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2 Wärmeschutz

[

Bild 2.9.3 Querschnitt des Einfamilienhauses

Bild 2.9.4 Ansicht Nord des Einfamilienhauses

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253

Bild 2.9.5 Ansicht Süden des Einfamilienhauses

Bild 2.9.6 Ansicht Ost des Einfamilienhauses

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2 Wärmeschutz

Bild 2.9.7 Ansicht West des Einfamilienhauses

2.9.1.1 Berechnungsschritte des Vereinfachten Verfahrens für Wohngebäude Im Gegensatz zum Monatsbilanzverfahren werden die Rechengleichungen für den Wärmeschutzund Primärenergienachweis für das Vereinfachte Verfahren für Wohngebäude vollständig in der Energieeinsparverordnung aufgeführt. Die EnEV stellt zwei energetische Anforderungen. 1. Der Jahresprimärenergiebedarf Qp ist zu begrenzen. Die Begrenzung des der Jahresprimärenergiebedarf Qp gilt nicht für Wohngebäude, die überwiegend durch Heizsysteme beheizt werden, für die in der DIN V 4701-10: 2006-12 keine Berechnungsregeln angegeben sind. Bei diesen muss ein Nachweis für die vorhandenen Transmissionswärmeverluste HT geführt werden. Dieser darf max. 76% des zulässigen HT’ nach Tab. 1 Anlage 1 Spalte 4 der EnEV 2007 betragen. 2. Der spezifische, auf die wärmeübertragende Umfassungsfläche bezogene Transmissionswärmeverlust HT' ist zu begrenzen. Das vereinfachte Verfahren darf nur dann ausgeführt werden, wenn der Fensterflächenanteil des Wohngebäudes ≤ 30% beträgt. Hinweis: Wohngebäude mit einer Gebäudenutzfläche ≤50m² gelten als kleine Wohngebäude (§ 8 der EnEV). Bei diesen Gebäuden genügt es, wenn die U- Werte der Außenbauteile den Anforderungen der Anlage 3 der EnEV entsprechen. Die Anlagentechnik muss dabei den Anforderungen des Abschnitts 4 der EnEV 2007 genügen. 2.9.1.2 Prüfung der Anwendbarkeit des Berechnungsverfahrens bei Wohngebäuden Zunächst ist eine Prüfung erforderlich, ob die Voraussetzungen für das Anwenden des Heizperiodenbilanzverfahren gegeben sind:

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1.1 Dies bedeutet: Das Gebäude wird zum Wohnen genutzt. 1.2 Sind die Innentemperaturen des Gebäudes ≥ 19 °C? 1.3 Es ist zu überprüfen, ob die Forderung erfüllt wird, dass der Fensterflächenanteil 30 % nicht überschreitet. 1.1 Es ist der sommerliche Wärmeschutz zu überprüfen, siehe auch Hinweise in DIN 4108-2. 1.4 Es sind die Angaben der Planungs- und Ausführungsbeispiele der DIN 4108 Bbl. 2 in Planung und Ausführung einzuhalten, bzw. ist bei abweichenden Ausführungen die Gleichwertigkeit nachzuweisen. 2.9.1.3 Ermittlung der gebäudespezifischen Daten Höchstwerte für den Jahres-Primärenergiebedarfs Qp" und den Transmissionswärmeverlust H 'T . Ermittlung der geometrischen Daten des Gebäudes: Bei der Ermittlung der wärmeübertragenden Umfassungsfläche A und des hiervon umschlossenen, beheizten Gebäudevolumens Ve gelten die Gebäudeaußenmaße. Bei der Betrachtung wärmetechnischer Eigenschaften von Gebäuden sind deren geometrische Daten von grundlegender Bedeutung. Die Ermittlung dieser Informationen steht daher am Anfang der wärmeschutztechnischen Nachweisführung. Zunächst ist die wärmetauschende Umfassungsfläche A festzulegen. Dies ist die Fläche, die das beheizte Gebäudevolumen gegen die Außenluft oder nicht bzw. gering beheizte Gebäudebereiche abgrenzt. Die Fläche ist aus den Außenabmessungen der Flächen zu ermitteln und in m2 anzugeben. (Abschnitt 2.5.9). Tafel 2.9.2 Zusammenstellung der Außenwandflächen und Fensterflächen Länge in m x 6,00 3,78 1,89

Außenwand Nord

Höhe in m x 3,96 3,31 2,50

Fläche Außenwand Nord gesamt

Ergebnis in m2 23,76 12,51 4,73 41,00

Fenster Nord Fläche Fenster Nord gesamt Haustür Nord Außenwand West

0,76 0,76 0,76

1,01 1,01 1,01

0,77 0,77 0,77 2,30

2,51 9,03 2,00 4,60 0,75

2,135 3,96 2,00 2,00 3,10

Fläche Außenwand West gesamt

5,36 35,76 4,00 9,20 2,33 51,28

Fenster West Fläche Fenster West gesamt

1,26 1,26 1,26

1,385 1,385 1,385

1,75 1,75 1,75 5,24

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2 Wärmeschutz

Tafel 2.9.2 Fortsetzung Außenwand Süd Fenster Süd

Länge in m x 9,78 2,01 2,01

Höhe in m x 3,96 2,51 2,51

Fläche Fenster Süd gesamt

10,09 9,03 2,00 4,60 0,75

Außenwand Ost

3,96 2,00 2,00 3,10

Fläche Außenwand Ost gesamt

35,76 4,00 9,20 2,33 51,28

Fenster Ost

1,26 1,26 1,26 1,26

1,385 1,385 1,385 1,385

1,75 1,75 1,75 1,75

7,00 1,75 9,78 1,75 9,78 2,50

2,9 2,9 2,9 2,9 4,60 1,40

20,30 5,08 28,36 5,08 44,99 3,50

Fläche Fenster Ost gesamt Dach Dach Dach Dach

Ergebnis in m2 38,73 5,05 5,05

Nord West Süd Ost

Kehlbalkenlage

6,98

Fläche Kehlbalkenlage gesamt

48,49 9,78 3,78

Bodenplatte

9,03 0,75

88,31 2,84

Fläche Bodenplatte gesamt

91,15

Summe A gesamt :

380,74

Die gesamte Fläche der wärmeübertragenden bzw. wärmetauschenden Hüllfläche AAW beträgt = 380,74m2. Die gesamte Fläche der darin enthaltenen transparenten Bauteile (Fenster AW und Haustür) beträgt = 29,97m2. Berechnung des beheizten Gebäudevolumens: Tafel 2.9.3 Zusammenstellung des Gebäudevolumens Länge in m x 9,78 9,78 9,78 1,8 1,8

Breite in m x 9,03 2,0 4,6 1,7 1,3

Höhe in m 3,96 2,0 2 1,9 1,9

Ergebnis in m3 349,72 39,12 89,98 5,81 4,45 489,08

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Das beheizte Gebäudevolumen Ve beträgt 489,08m3 Das von diesen Flächen umschlossene Volumen ist das beheizte Gebäudevolumen Ve (Bruttovolumen), das in m3 angegeben wird. Aus der wärmetauschenden Umfassungsfläche A und dem beheizten Gebäudevolumen Ve wird der Quotient A/Ve gebildet, der ein Maß für die Kompaktheit der Gebäudeform ist. Gebäude mit einem geringen A/V -Verhältnis sind kompakter – d. h. sie weisen pro Volumeneinheit weniger wärmetauschende Fläche auf- und sind damit bezüglich ihrer Form energetisch günstiger als Gebäude mit hohem A/V-Wert. A/Ve = 380,74/489,08 = 0,78 m–1 (2.91) Eine abgeleitete geometrische Gebäudekenngröße ist die Gebäudenutzfläche AN. Für Wohngebäude wird AN im Rahmen der Energieeinsparverordnung aus dem beheizten Gebäudevolumen nach folgender Gleichung berechnet: AN = 0,32 · Ve AN = 0,32 · 489,08 = 156,51 m2 (2.5.1) Ermittlung des Fensterflächenanteils. Das vereinfachte Verfahren darf für Wohngebäude angewendet werden, deren Fensterflächenanteil 30 % nicht überschreitet. Der Fensterflächenanteil f errechnet sich nach der Gleichung: f = AW/AW + AAW (2.92) Hierbei sind: AW : Fläche der Fenster Hierbei sind: AAW : Fläche der Außenwände Werden Dachgeschosse beheizt, sind die Fensterflächen des beheizten Dachgeschosses der Fläche AW hinzuzurechnen und die Flächen der wärmeübertragenden Dachschrägen der Fläche AAW. Für diese Beispielgebäude errechnet sich der Fensterflächenanteil zu: Fensterfläche AW : 29,97 m2 Außenwände AAW: 289,59 m2 Fensterflächenanteil f : 29,97/(29,97 + 259,62) = 0,10 f ≤ 0,30 Ebenfalls ist ein Nachweis über den Wärmeschutz im Sommer im Sinne der EnEV nicht erforderlich, weil der Fensterflächenanteil 15 % nicht überschreitet. Ermittlung der Höchstwerte. In Abhängigkeit vom A/Ve-Verhältnis des Gebäudes wird der Höchstwert des auf die Gebäudenutzfläche bezogenen Jahres-Primärenergiebedarfs Q"p und des spezifischen, auf die wärmeübertragende Umfassungsfläche bezogenen Transmissionswärmeverlustes H T' ermittelt. Hierbei ist festzulegen, ob es sich um ein Wohngebäude mit überwiegender Warmwasserbereitung aus elektrischem Strom handelt, oder ob die Warmwasserbereitung durch die Heizungsanlage erfolgen soll. Für das Beispielgebäude ergeben sich somit folgende Höchstwerte des Jahres- Primärenergiebedarf und des spezifischen Transmissionswärmeverlustes in Abhängigkeit von A/Ve:

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2 Wärmeschutz

Tafel 2.9.4 Max. zulässiger Jahres-Primärenergiebedarf nach EnEV, Anlage 1, Tabelle 1 Spezifischer, auf die wärmeübertragende Umfassungsfläche bezogener Transmissions-Wärmeverlust

Jahres-Primärenergiebedarf

Verhältnis A/Ve

Qp´´ in kWh/(m² ∙a) bezogen auf die Gebäudenutzfläche Wohngebäude (außer solchen nach Spalte 3)

1

Wohngebäude mit überwiegender Warmwasserbereitung aus elektrischem Strom

2

H´T in W/(m² ∙K) Wohngebäude

3

4

≤ 0,2

66,00 + 2600/(100+AN)

83,80

1,05

0,3

73,53 + 2600/(100+AN)

91,33

0,80

0,4

81,06 + 2600/(100+AN)

98,86

0,68

0,5

88,58 + 2600/(100+AN)

106,39

0,60

0,6

96,11 + 2600/(100+AN)

113,91

0,55

0,7

103,64 + 2600/(100+AN)

121,44

0,51

0,8

111,17 + 2600/(100+AN)

128,97

0,49

0,9

118,70 + 2600/(100+AN)

136,50

0,47

1

126,23 + 2600/(100+AN)

144,03

0,45

≥1,05

130,00 + 2600/(100+AN)

147,79

0,44

1.2 Zwischenwerte zu Tabelle 1 Zwischenwerte zu den in Tabelle 1 festgelegten Höchstwerten sind nach folgenden Gleichungen zu ermitteln: Spalte 2 Qp" = 50,94 + 75,29 ∙A/Ve + 2600/(100 + AN) in kWh/(m2 ∙a) Qp' = 72,94 + 75,29 ∙A/Ve in kWh/(m2 ∙a) Spalte 3 ' Spalte 4 HT = 0,3 + 0,15/(A/Ve) in W/(m2 ∙K)

1.3 Zuschläge bei Kühlung Wird bei einem zu errichtenden Wohngebäude die Raumluft gekühlt, erhöhen sich die Höchstwerte des JahresPrimärenergiebedarfs in den Spalten 2 und 3 der Tabelle 1 wie folgt: Q "p,c = Qp" + AN,c / AN ∙ 16,2 kWh/(m²∙a) mit

Q "p,c

Höchstwert des Jahres-Primärenergiebedarfs für das gekühlte Wohngebäude

AN

gekühlter Anteil der Gebäudenutzfläche AN

Max. zulässiger Jahres- Primärenergiebedarf nach Spalte 2 der Tabelle 1, Anlage 1 der EnEV: Vorhandenes A/Ve = 380,74/489,08 = 0,78 m–1 (2.9.1) Zwischenwerte zu den in Tabelle 1 festgelegten max. zulässigen Jahres- Primärenergiebedarf sind nach der Gleichung: Q"p = 50,94 + 75,29 · A/Ve + 2600/(100 + AN)

zu ermitteln. Für unser Beispielgebäude bedeutet dieses:

in kWh/(m2 · a)

(2.9.3)...