Bauphysik

Ziel dieses Buches ist die Präsentation der Grundlagen zur Berechnung von Energiekennzahlen zur Erstellung der österreichischen Energieausweise nach der Einführung der Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden. Das heißt, dass neben dem Studium dieses Buches vermutlich einerseits ein darüber hinausgehendes Studium der grundlegenden Normen ratsam erscheint und außerdem zur praktischen Umsetzung die Verwendung einer Softwarelösung unumgänglich ist. Der zweifellos manchmal doch geäußerte Wunsch, Energiekennzahlen händisch nachrechnen zu können, ist angesichts der Komplexität von über 400 Formeln jedenfalls nicht mehr gangbar.

Zur Ermittlung des Heizwärmebedarfs und des Kühlbedarfs von Gebäuden sind die monatlichen, lokalen Klimadaten gemäß ÖNORM B 8110-5 [74] heranzuziehen. Alle Größen beziehen sich nur auf den beheizten bzw. konditionierten Bereich eines Gebäudes bzw. eines Gebäudeteiles. Grundsätzlich stehen drei Möglichkeiten zur Berechnung des Heizwärmebedarfes zur Verfügung: • dynamische Verfahren (Gebäudesimulation), • quasi-stationäre Verfahren (Monats-Bilanzverfahren), • stationäre Verfahren (Heizperioden-Bilanzverfahren).

Obwohl von der Erwartungshaltung die wohl am wenigsten umfangreiche Berechnung, entwickelte sich die Ermittlung des Beleuchtungsenergiebedarfs fast als Stolperstein am Weg zu einer geschlossenen Normendarstellung. Hintergrund davon ist zweifellos die Tatsache, dass Fassungen der dafür vorgesehenen Europäischen Norm EN 15193 [87] ein Schnellverfahren beinhalten, das von Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnikern naturgemäß freudigst dazu herangezogen wurde, mit möglichst geringem Aufwand einen Beleuchtungsenergiebedarf zu ermitteln. Es bedurfte dazu lediglich weniger Formeln und ein paar Tabellen, um damit bereits einen Beleuchtungsenergiebedarf berechnen zu können. Allerdings hatten dazu die Lichttechniker natürlich eine Reihe von Einwänden. So sind erstens die Lichtausbeuten der Leuchtmittel sehr stark herstellerabhängig und zweitens die Betriebswirkungsgrade der Leuchten auch nur sehr ungenau in Tabellenform zu zwingen. Darüber hinaus sind die Energien für Regelung und Steuerung bzw. Notbeleuchtungen äußerst umstritten. Um trotzdem eine geschlossene Normendarstellung zu erlangen — und damit nicht durch die Ermittlung des Beleuchtungsenergiebedarfes eine dafür eigene Geometrieermittlung erforderlich zu machen —, wurde als Kompromiss die Übernahme des Schnellverfahrens beschlossen, aber gleichzeitig festgehalten, dass bei Erscheinen der Europäischen Norm diese als Nachfolgenorm anzusehen ist, allerdings die VORNORM ÖNORM H 5059 [135] dann als — neu zu erarbeitende — Ergänzungsnorm weiter existiert. Den Lichttechnikern war in diesem Zusammenhang auch wichtig festzuhalten, dass die Konzeption von Neuanlagen sich vorzugsweise an der EN 12464-1 [80] zu orientieren hat.

Für den Begriff des Kühlbedarfs (KB) wäre aus der Sicht des Physikers sicherlich der Name „Kühlwärmebedarf“ (KWB) die richtige Bezeichnung. Beschreibt nämlich der Heizwärmebedarf jene Wärmemenge, die in ein Gebäude zugeführt werden muss, um darin Temperaturen über einer minimalen Soll-Innentemperatur zu gewährleisten, so ist beschreibt der Kühlwärmebedarf jene Wärmemenge, die aus einem Gebäude abgeführt werden muss, um darin Temperaturen unter einer maximalen Soll-Innentemperatur zu gewährleisten. Nachdem bei vielen durch das Wort Wärmebedarf vermittelt wird, dass es etwas zu erwärmen gilt, und nicht, dass eine Wärmemenge — also eigentlich eine Energiemenge — zu- oder abgeführt werden soll, wurde der Begriff Kühlbedarf gewählt. Dieser bezieht sich nur auf den konditionierten Bereich eines Gebäudes bzw. eines Gebäudeteiles.

In Analogie zum Heizwärmebedarf wird hinkünftig auch der Heizenergiebedarf ermittelt. Für konventionell betriebene Gebäude bedeutet das, dass sowohl der im Kap. 011.4 berechnete Heizwärmebedarf durch ein Wärmebereitstellungssystem gedeckt werden muss, als auch ein Warmwasserwärmebedarf, dessen Größe in den Nutzungsprofilen für die verschiedenen Gebäudekategorien festgelegt ist. Grundsätzlich können diese beiden Nutzenergiebedarfe kombiniert oder getrennt befriedigt werden. Jedenfalls entstehen dabei Verluste bei der Wärmeabgabe, der Wärmeverteilung und einer allenfalls vorhandenen Wärmespeicherung. Fallen derartige Verluste innerhalb der konditionierten Gebäudehülle an, sind sie teilweise zurückgewinnbar. Die Berechnung jenes Anteils, der zurückgewonnen werden kann, folgt dem Muster der Berechnung des Ausnutzungsgrades im Rahmen der Berechnung des Heizwärmebedarfs, wobei allerdings das Verhältnis von Verlusten zu Gewinnen entsprechend zu modifizieren ist. Um die beiden Teile Warmwasser und Raumheizung voneinander getrennt zu betrachten, wird die Annahme getroffen, dass alle zurückgewinnbaren Verluste — gleichgültig ob der Wärmeabgabe, Wärmeverteilung oder Wärmespeicherung im Rahmen von Raumheizung oder Warmwasser entspringend — entsprechend der Anwendung dieses Ausnutzungsgrades nur der Raumheizung zugute kommen. Die folgenden Berechnungen sind grundsätzlich mit den tatsächlichen Werten — also beispielsweise Leitungsdimensionen und längen, Speicher und Kesselverluste etc. — zu berechnen. Sind diese jedoch nicht bekannt, können jeweils die auch angegebenen Defaultwerte herangezogen werden. Als solcher Defaultwert ist auch die Bezugsfläche BF anzusehen, die 80% der Brutto-Grundfläche BGF beträgt.

Das Berechnungsverfahren ist derart aufgebaut, dass bei Vorhandensein einer RLT-Anlage (Raumlufttechnikanlage) einerseits jener Luftvolumenstrom berechnet wird, der zur hygienisch erforderlichen Lufterneuerung — in Analogie zur Fensterlüftung — notwendig ist, also jedenfalls den Bedarf gemäß Nutzungsprofil deckt, und andererseits darüber hinaus gehende konstante — ebenfalls durch die Nutzungsprofile vorgeschlagene — oder variable —, insbesondere heiz- oder kühllastabhängige — Luftvolumenströme berechnet werden.

Der Endenergiebedarf der Befeuchtung wird für die in der VORNORM ÖNORM H 5057 [133] abgebildeten Systeme (Dampfbefeuchter und Verdunstungsbefeuchter) unterschiedlich berechnet. Je nach eingesetztem Befeuchtungssystem muss entsprechend den vorgegebenen Bilanzgleichungen der Endenergiebedarf für die Befeuchtung ermittelt werden.

Gemäß der EPBD [37] ist beim Neubau größerer Gebäude die technische, ökologische und wirtschaftliche Einsetzbarkeit unter anderem von erneuerbaren Energieträgern, Fernwärme und Wärmepumpen zu berücksichtigen. Wurde Fernwärme und Heizkessel, in denen erneuerbare Energieträger zur Verbrennung gelangen, bereits im Kap. 011.5 erfasst, zumal diese Technologien in Österreich praktisch bereits als konventionell bezeichnet werden dürfen, werden in diesem Kapitel thermische Solaranlagen und Wärmepumpen, in denen Umweltwärme genutzt wird, behandelt. Um Umweltwärme (Sonne, Außenluft, Geothermie) nützen zu können, werden Solaranlagen und Wärmepumpen eingesetzt. In beiden Fällen ist zum Betrieb der Anlagen Hilfsenergie (elektrische Energie) notwendig. In diesem Kapitel wird das Rechenverfahren für die Berücksichtigung von thermischen Solaranlagen und Wärmepumpen dargestellt.

In ÖNORM H 5058 [134] wird ausgehend vom Kühlbedarf (KB) aus ÖNORM B 8110-6 [76] und dem Nutzenergiebedarf für die Luftaufbereitung aus ÖNORM H 5057 [133] der Endenergiebedarf für die Kühlung unter Berücksichtigung der Nutzerverhalten aus ÖNORM B 8110-5 [75] berechnet. Zusätzlich wird der Endenergiebedarf für die Befeuchtung der Luft für den Heizfall ermittelt. Hierbei wird unterschieden in die raumlufttechnische Anlage (RLT) — hygienische Lufterneuerung, prozessbedingter Betrieb zur zusätzlichen Luftkühlung — und in statische oder dezentrale wasserbasierte Systeme (Gebläsekonvektor, Kühldecke). Zudem kann zwischen aktiven (unter Einsatz von Kältemaschinen) und passiven Systemen (Nutzung von Umweltenergie mit reiner Luft oder Wasserumwälzung, z.B. Nachtlüftung, Erdreichkühlung) unterschieden werden. Für alle Komponenten werden die Anlagenverluste mithilfe von Wirkungs- und Nutzungsgraden sowie der Hilfsenergiebedarf aufgrund von typischen Kennwerten und Laufzeiten berechnet. Es werden typische in der Praxis eingesetzte Kühlsysteme abgebildet. Sind genauere Angaben zu einer in der Norm abgebildeten Variante vorhanden, so können diese mittels gültigen Nachweises für die Berechnung herangezogen werden. Die Ergebnisse können der Befüllung des Energieausweises gemäß ÖNORM H 5055 [130] bzw. einschlägiger landesrechtlicher Bestimmungen dienen.

Das letzte Text-Kapitel beschäftigt sich nunmehr mit der Zielsetzung „Energieausweis“. Im bisherigen Teil des Buches wurden die Methoden zur Berechnung der Energiekennzahlen ausführlich erläutert. Die Berechnung der spezifischen Energiekennzahlen (flächenbezogen oder volumenbezogen) werden im ersten Abschnitt dieses Kapitels zusammengefasst. Im unmittelbaren Anschluss daran wird das prinzipielle Aussehen von Energieausweisen (gemäß OIB-Richtlinie 6) [49] dargestellt. Zumal hinkünftig sowohl für den „Neubau“ als auch die „Umfassende Sanierung“ Anforderungen an einige Energiekennzahlen bestehen, schildern die beiden folgenden Abschnitte den Einigungsprozess dort hin und eben die Höhe dieser Anforderung. Ebenso wird zur Vermeidung allzu großer Aufwände für die Erstellung von Energieausweisen des Bestandes das vereinfachte Verfahren des OIB-Leitfadens [41] erwähnt. Eine grundsätzliche Schilderung möglicher Empfehlungen und Maßnahmen, eine Abschätzung des Umfangs der Anzahl auszustellender Energieausweis auf Basis statistischer Daten und die Möglichkeit der Berechnung von Primärenergiebedarf und CO2-Emissionen bilden den Abschluss dieses Erweiterungsbandes.

Das gegenständliche Kapitel ist grundsätzlich eine Zusammenstellung all jener Tabellen, die nicht direkt im Text verankert wurden. Dabei wurden alleine aus didaktischen Gründen einerseits das gesamte Klimamodell und andererseits die spezifischen Energiekennwerte für die RLT-Berechnung hier platziert.