Technische Entwicklung integriert

Dieser Fachbeitrag bildet den Abschluss der dreiteiligen Serie. Beschrieben werden hier die Teile 9 bis 12 der DIN V 18599. Die Teile 9 bis 11 sind seit September neu gefasst verfügbar. Teil 12 (Tabellenverfahren Wohngebäude) allerdings noch nicht, weil das Erscheinungsdatum dieses Teils prozedurbedingt immer mindestens sechs Monate nach Erscheinen der Teile 1 bis 11 liegt, da die Berechnung der Tabellenwerte erst erfolgen kann, wenn an den Normenteilen keine Änderungen mehr vorgenommen werden können. Dies ist auch für die aktuelle Fassung der Norm der Fall, sodass die Neufassung von Teil 12 erst im Jahr 2019 zu erwarten ist.

DIN V 18599 – Teil 9: End- und primärenergetische Bewertung von Kraft-Wärme-Kopplungs-, Photovoltaik- und Windenergieanlagen im unmittelbaren räumlichen Zusammenhang mit dem Gebäude

Auch der Teil 9 der Normenreihe DIN V 18599 wurde überarbeitet und aktualisiert. Nach längerer Diskussion in einer speziellen Ad-hoc-Gruppe einigte man sich darauf, dass trotz der bekannten Nachteile die bisher verwendete Stromgutschriftmethode zur Brennstoffallokation bei Kraft-Wärme-Kopplungs-(KWK-)Systemen weiterhin angewendet werden soll.

Motorische KWK

Es konnten Standardwerte für den elektrischen und thermischen Wirkungsgrad von motorischen Blockheizkraftwerken (BHKW) im Leistungsbereich von 20 kW bis 17 MW in die Norm aufgenommen werden. Diese bauen auf einer umfangreichen Marktübersicht der Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch (ASUE) auf. Ferner wurde ein Hinweis zur gewerkeweisen Aufteilung der Endenergie von KWK-Systemen integriert und der Berechnungsansatz für Spitzenlasterzeuger bei KWK-Anlagen konkretisiert.

Brennstoffzellen

Die Neuausgabe der Norm ermöglicht erstmalig die Berechnung von Brennstoffzellen. Dazu sind die bisher in DIN SPEC 32737 veröffentlichten Bewertungsansätze in die Norm integriert worden. Wie bei den anderen KWK-Systemen wird auch hier der erforderliche Primärenergiefaktor für den EnEV-Nachweis ermittelt, indem der Spitzenlastkessel berücksichtigt wird. Außerdem können die wesentlichen Kennwerte für die Wirtschaftlichkeitsberechnung (Brennstoffbedarf sowie Strom- und Wärmeerzeugung) bestimmt werden.

PV-Systeme

Der bisherige Berechnungsansatz zur Ermittlung der Stromproduktion von PV-Systemen wurde weiterentwickelt. Die Standardwerte für die PV-Peakleistungskoeffizienten wurden an die technische Entwicklung angepasst. Außerdem wird der Einfluss der Alterung der PV-Module (Degradation) jetzt im Berechnungsgang berücksichtigt. Umfangreiche Ergänzungen gibt es auch, um den im Gebäude selbst genutzten Anteil des erzeugten Stromes qualifiziert abzuschätzen. Dazu wurde das von Markus Lichtmeß entwickelte vereinfachte Verfahren zur Bestimmung der Eigenstromnutzung in die Norm aufgenommen. Es berücksichtigt neben dem Stromkonsum innerhalb der Bilanz auch den Haushaltsstrombedarf. Der positive Einfluss eines Batteriespeichers auf die Eigenstromnutzung wird erfasst.

Das Verfahren kann zunächst nur für Wohngebäude angewendet werden. Die Berechnung von Nichtwohngebäuden sowie von Power-to-Heat-Lösungen ist vorerst nicht möglich.

Prof. Dr.-Ing. Bert Oschatz, ITG Dresden und Jürgen Schilling, Viessmann Werke GmbH & Co KG, Allendorf

DIN V 18599 – Teil 10: Nutzungsrandbedingungen, Klimadaten

In DIN V 18599-10 werden Randbedingungen für Wohn- und Nichtwohngebäude sowie Klimadaten bereitgestellt. Die aufgeführten Nutzungsrandbedingungen können als Grundlagen für den öffentlich-rechtlichen Nachweis herangezogen werden und bieten darüber hinaus Informationen für Anwendungen im Rahmen der Energieberatung.

Die Überarbeitung des Teils 10 der DIN V 18599 beinhaltet einige inhaltliche Änderungen, welche im Folgenden zusammengefasst dargestellt sind.

Nutzungsrandbedingungen Wohngebäude

Der Nutzwärmebedarf Trinkwarmwasser wird nicht mehr wie bislang mit festen Werten in Abhängigkeit vom Gebäudetyp (EFH/MFH), sondern in Abhängigkeit von der Größe einer Wohneinheit vorgegeben. Der Wertebereich für qW,b liegt zwischen etwa 8,5 und 13,5 kWh pro m2 (Nettogrundfläche-NGF) und Jahr.

Der in DIN V 18599-9 für die Bewertung von PV-Anlagen beschriebene Anwendungsstrombedarf (ohne Anteile der Hilfs- und Endenergien für die Heizung, Trinkwassererwärmung, Kühlung, Lüftung) wurde neu aufgenommen. Die ebenfalls für die PV-Bewertung benötigte tägliche Stundenzahl mit relevanter solarer Einstrahlung ist als zusätzlicher Eintrag in Tabelle 8 angegeben.

Nutzungsrandbedingungen Nichtwohngebäude

Die Nutzungsprofile in DIN V 18599-10 werden um die Angaben des Anpassungsfaktors zur Beleuchtung vertikaler Flächen ergänzt, die für die DIN V 18599-4 benötigt werden. Weiterhin erfolgen Änderungen in Tabelle 5 und Anhang A bezüglich:

• der relativen Abwesenheit RLT beim Hotelzimmer (Tabelle 5 und Anhang A)
• der Zuordnung von Raum-Solltemperaturen bei Nutzungen mit niedrigen Innentemperaturen (Tabelle 5 und Anhang A)
• der Angaben zum Mindestaußenluftvolumenstrom, zum Mindestaußenluftvolumenstrom Gebäude und zur relativen Abwesenheit RLT bei den Nutzungen „Gewerbliche und industrielle Hallen (Nr. 22.1 bis 22.3)“ und „Labor“ (Tabelle 5 und Anhang A)
• der Angaben zu „Wärmequellen – Personen“ bei den Nutzungen „Gewerbliche und industrielle Hallen (Nr. 22.1 bis 22.3)“

Prof. Dr.-Ing. Anton Maas, Universität Kassel

DIN V 18599 – Teil 11: Gebäudeautomation

Der Teil 11 behandelt das Thema Gebäudeautomation. Es werden in diesem Normteil keine neuen Rechenprozeduren beschrieben, sondern die Regel- und Automationseinrichtungen vier Klassen zugeordnet (A bis D). Abhängig von der Ausstattung ergeben sich rechnerisch abweichende Sollwerte bzw. Betriebszeiten der Anlagen. Bei Verwendung der entsprechenden Kennwerte in den Rechenprozeduren der anderen zehn Normenteile ergibt sich dann ein Energiebedarf unter Berücksichtigung der Qualität der Automationskomponenten.

Im Betrieb ergeben sich häufig abweichende Bedingungen und ein vom Bedarf abweichender Verbrauch. Ein Teil dieser Bedingungen, die Witterungsbedingungen, sind nicht beeinflussbar. Aber auch der witterungsbereinigte Energieverbrauch einer Anlage kann deutlich höher ausfallen als ihr errechneter Bedarf. Mögliche Ursachen innerhalb der Anlagentechnik sind z. B. zu hoch eingestellte Sollwerte, unterlassene Sollwertreduzierungen in Nichtnutzungszeiten, unnötige Fensteröffnungen, fehlerhafte Einstellungen von Komponenten und Armaturen.

Die Informationen aus Gebäudeautomatisierungs- und Energiemanagementsystemen können dafür genutzt werden, Energieverbräuche, die den Bedarf übersteigen, wirkungsvoll zu reduzieren. Die Bewertung solcher Maßnahmen ist nicht Gegenstand der DIN V 18599-11. Dass in der Praxis der witterungsbereinigte Energieverbrauch niedriger als der berechnete Bedarf ausfällt, ist nicht ungewöhnlich. Das ist neben den genannten Ursachen in der Anlagentechnik im Wesentlichen darauf zurückzuführen, dass im Gebäude andere und in der Summe geringere Nutzungszeiten und Nutzungsanforderungen vorlagen, als sie in der Bedarfsberechnung zugrunde gelegt wurden. Gebäudeautomatisierungs- und Energiemanagementsysteme erlauben die Berücksichtigung des tatsächlichen Bedarfs und seiner Änderungen. Im Teil 11 werden Verfahren angegeben, wie diese Möglichkeiten in einem verminderten Bedarf ausgewiesen werden können. Dazu werden die in den einzelnen Vornormenteilen von DIN V 18599 beschriebenen Steuer-, Regel- und Automationsfunktionen in einer Übersicht zusammengestellt und entsprechend ihrer möglichen Auswirkungen auf einen energieeffizienten Gebäudebetrieb bestimmten Automatisierungsgraden zugeordnet. Den Automatisierungsgraden ist eine fiktive Temperaturdifferenz zugeordnet, die bei der Bestimmung der Bilanz-Innentemperatur berücksichtigt wird, so dass der energetische Einfluss in der Bilanz nach Teil 2 ausgewiesen werden kann.

In der überarbeiteten Ausgabe des Teils 11 sind zusätzliche Angaben zum elektrischen Hilfsenergieaufwand von Komponenten der Gebäudeautomation enthalten, die dann bei der Gesamtenergiebilanz mit berücksichtigt werden können.

Prof. Dr.-Ing. Rainer Hirschberg, Hocheffizienzhausinstitut Wiesbaden

DIN V 18599 – Teil 12: Tabellenverfahren für Wohngebäude

Mit der Ausgabe 2016 der Vornorm DIN V 18599 wurde erstmals ein ergänzendes Tabellenverfahren für Wohngebäude veröffentlicht. Auf diesen Stand bezieht sich auch dieser Abschnitt. Dabei handelt es sich nicht um neue Berechnungsansätze, sondern es sind alle allgemeinen Berechnungsansätze aus den Teilen 1, 2, 5, 6, 8 und 9 unter Berücksichtigung der Standardwerte aus Teil 10 und der Standardwerte für Anlagenkomponenten und Anlagenteilbereiche in fertig berechnete Tabellen überführt. Das Verfahren entspricht daher dem Ansatz der DIN V 4701-10:2003-08, in dem gleichwertig zwischen Algorithmen und Tabellen gewählt werden kann, um den Energiebedarf zu bestimmen. Bei der Berechnung des Nutzenergiebedarfs kann durch einen vorausschauenden Ansatz für den Energieaufwand der Anlagentechnik eine Iteration vermieden werden.

Die Tabellen für Anlagenkomponenten und Anlagenteilbereiche enthalten Aufwandszahlen, die von der mittleren Belastung, der Leistung oder von der Nettogrundfläche abhängen. Für alle Tabellen mit bestimmten Randbedingungen sind bei abweichenden Randbedingungen einfache Umrechnungen angegeben. Wie man detailliert von den Gleichungen in den Teilen 1, 2, 5, 6, 8 und 9 zu den zugehörigen Tabellen kommt, ist für jede Tabelle dokumentiert. Damit besteht auch die Möglichkeit, dass Hersteller produktbezogene Tabellen mit Eingangsdaten, die von den Standardwerten abweichen, erstellen können. Alle Berechnungen werden in Formblättern durchgeführt, so dass das Tabellenverfahren grundsätzlich auch als Handrechenverfahren durchzuführen ist.

Das Tabellenverfahren ist ein Monatsbilanzverfahren, das sowohl für Neubau- als auch Bestands-Wohngebäude angewendet werden kann. Beim Einsetzen gleicher Randbedingungen weichen die Ergebnisse gegenüber dem EDV-Verfahren nur in einem hinnehmbaren Toleranzbereich ab. Die im EDV-Verfahren möglichen Ansätze für saisonalen Fensterluftwechsel können im Tabellenverfahren einschränkend nicht berücksichtigt werden. Aus dem Bereich der Anlagentechnik sind Absorptions-Kältemaschinen und gasmotorische Wärmepumpen nicht in Tabellen abgebildet.

Aufgrund der vorberechneten Aufwandszahlen in den Tabellen führen Berechnungen mit gleichen Eingangswerten immer zu gleichen Ergebnissen. Durch die Verwendung von Aufwandszahlen können Berechnungen einfach kontrolliert werden. Mit dem Tabellenverfahren kann der energetische Nachweis für Wohngebäude geführt werden, so dass dieses geeignet ist, die Norm DIN V 4701-10:2003-08, die nicht mehr dem Stand der Technik entspricht, abzulösen. Das Verfahren kann aber auch zur Energieberatung auf der Grundlage von Standardwerten für die Anlagentechnik genutzt werden. Damit ist es in einfacher Form möglich, Ausführungsalternativen miteinander zu vergleichen oder bei Sanierungsmaßnahmen die Einhaltung oder Verbesserung der energetischen Qualität nachzuweisen.

Prof. Dr.-Ing. Rainer Hirschberg, Hocheffizienzhausinstitut Wiesbaden und Prof. Dr.-Ing. Thomas Hartmann, ITG Dresden