Energetische Optimierung von Gebäuden

Analyse von Maßnahmen


Diplomarbeit, 2010

129 Seiten, Note: 1,3


Leseprobe

INHALTSVERZEICHNIS

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

TABELLENVERZEICHNIS

ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS

BEGRIFFSBESTIMMUNGEN

1. Einführung

2. Aufgabenstellung

3. Allgemeine Einführung in die Gebäudetechnik
3.1 Beleuchtung
3.2 Heizung
3.3 Warmwasserversorgung
3.4 Gebäudehülle
3.5 Anlagentechnik
3.6 Stromabrechnung

4. Datenerhebung von Nicht-Wohngebäuden in Drachselsried
4.1 Rathaus und Touristenzentrum
4.2 Grundschule/Sporthalle/Kindergarten
4.3 Montessori- Kinderhaus
4.4 Feuerwehrgebäude, Drachselsried
4.5 Feuerwehrgebäude, Oberried
4.6 Feuerwehrgebäude, Asbach
4.7 Übersicht des Energiebedarfs in Drachselsried

5. Energetische Anforderungen an Nicht-Wohngebäuden
5.1 Ausführung des Referenzgebäudes

6. Maßnahmen zur energetischen Bewertung von Gebäuden
6.1 Zusammensetzung des Endenergieverbrauchs bei Gebäuden
6.2 Bildung von Energiekennwerten
6.2.1 Energiekennwerte anhand Bedarfsberechnung
6.2.2 Energiekennwerte anhand von tatsächlichen Verbrauchsdaten
6.2.2.1 Beispiel Montessori Kinderhaus
6.2.2.2 Anwendungsmöglichkeiten von Energiekennwerten

7. Allgemeines zur DIN V 18599
7.1 Maßgebliche Erweiterungen der DIN V 18599 zu bestehenden Verfahren

8. Analyse von energetischen Modellierungsverfahren anhand des Montessori Kinderhaus Gebäudes
8.1 Lage des Gebäudes
8.2 Bestandspläne des Gebäudes
8.3 Modellierung nach DIN V 18599
8.3.1 Eingabedaten
8.3.2 Eingabe und Berechnungsprotokoll der Heilmann- Software
8.4 Modellierung nach DIN 4701-10
8.4.1 Eingabedaten
8.4.2 Eingabe und Berechnungsprotokoll der ROWA- Soft
8.5 Modellierung mittels Hüllflächenverfahren
8.6 Auswertung und Bewertung der Verfahren

9. Analyse von energetischen Sanierungen an Gebäuden
9.1 Modellierung der Sanierung nach DIN V 18599
9.1 Modellierung der Sanierung nach DIN 4701-10
9.2 Modellierung nach Hüllflächenverfahren
9.3 Auswertung der Modellierungsmethoden und Sanierungsmaßnahmen
9.3.1 Analyse der einzelnen Sanierungsmaßnahmen
9.4 Amortisation energetischen Sanierung
9.4.1 Amortisationszeit mit staatlicher Förderung
9.4.2 Amortisationszeit ohne staatlicher Förderung

10. Fazit

LITERATURVERZEICHNIS

ANHANG

LITERATURVERZEICHNIS

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

Abbildung 1: Schematische Darstellung der Vorgehensweise

Abbildung 2: Aufteilung des Endenergieverbrauchs

Abbildung 3: Transmissionswärmeverluste in Gebäuden

Abbildung 4: Einsatz der Endenergie in deutschen Haushalten

Abbildung 5:Entwicklung der Strompise in Deutschland

Abbildung 6: Stromverbrauch der Gebäude in Drachselsried

Abbildung 7: Ölverbrauch der Gebäude in Drachselsied

Abbildung 8: Übersicht der Referenzwerte

Abbildung 9: Referenzgebäude nach EnEV 2009 und EnEV 2007

Abbildung 10: Bestandteile der DIN V 18599

Abbildung 11: Luftbild Montessori- Kinderhaus

Abbildung 12: Erdgeschoss Montessori- Kinderhaus

Abbildung 13: Obergeschoss Montessori Kinderhaus

Abbildung 14: Schnitt Montessori- Kinderhaus

Abbildung 15: Zeitanteil für die Bedarfsberechnung nach DIN V 18599

Abbildung 16: Jahresheizwärmebedarf in kWh/m²a

Abbildung 17: Nutzenergiebedarf in kWh/m²a

Abbildung 18: Endenergie in kWh/m²a

Abbildung 19: Primärenergiebedarf in kWh/m²a

Abbildung 20: Schema für die Berechnung des Bedarfs

Abbildung 21: Jahresheizwärmebedarf in kWh/m²a

Abbildung 22: Verbesserung des Jahresheizwärmebedarf durch Sanierung in %

Abbildung 23: Nutzenergiebedarf in kWh/m²a

Abbildung 24: Verbesserung des Nutzenergiebedarf durch Sanierung in %

Abbildung 25: Endenergiebedarf in kWh/m²a

Abbildung 26: Verbesserung des Endenergiebedarf durch Sanierung in %

Abbildung 27: Primärenergiebedarf in kWh/m²a

Abbildung 28: Verbesserung des Primärenergiebedarf durch Sanierung in %

Abbildung 29: Analyse der einzelnen Sanierungsmaßnahmen in kWh/m²a

Abbildung 30: Verbesserung des Energiebedarfs auf den Ist- Zustand bezogen

Abbildung 31: Break-Even-Point der Sanierung mit Konjukturpaket

Abbildung 32: Break- Even- Point Sanierung ohne Konjunkturpaket

Abbildung 33: Wärmedurchgang Außenwand ohne WDVS

Abbildung 34: Wärmedurchgang Außenwand mit WDVS

TABELLENVERZEICHNIS

Tabelle 1: Durchschnittspise für Strom bei bei 3.900 kWh im Jahr

Tabelle 2: Energiebedarf der Grundschule/Sporthalle/Kindergarten

Tabelle 3: Energiebedarf Montessori-Kinderhaus

Tabelle 4: Energieverbrauch der Feuerwehr in Dachselsried

Tabelle 5: Energiebedarf, Feuerwehr in Oberried

Tabelle 6: Energiebedarf Feuerwehr, Asbach

Tabelle 7: Energiebedarf Montessori-Kinderhaus

Tabelle 8: Hauptnutzungsarten bei Nichtwohngebäuden

Tabelle 9: Art der technischen Konditionierung

Tabelle 10: Unterschiedliche Systeme zur Be- und Entlüftung

Tabelle 11: Unterschiedliche Anlagen zur Raumkühlung

Tabelle 12: Zoneneinteilund des Montessori Kinderhauses

Tabelle 13: Unterschiedliche Wandstärken des Montessori Kinderhauses

Tabelle 14: Eingabedaten Hüllflächenverfahren des Ist- Zustandes

Tabelle 15: Vergleichstabelle der unterschiedlichen Rechenmodelle

Tabelle 16: Baukosten energetischen Sanierung des Altbaus

Tabelle 17: Berechnungsprotokoll Hüllflächenverfahren der Sanierung

Tabelle 18: Auswertungsdaten der Sanierungsmaßnahmen

Tabelle 19: Änderung des Energiebedarfs durch einzelne Sanierungsmaßnahmen

Tabelle 20: Berechnungsprotokoll der Amortisationszeit mit staatlicher Förderung

Tabelle 21: Berechnungsprotokoll der Amortisationszeit ohne staatlicher Förderung.

ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

BEGRIFFSBESTIMMUNGEN

Endenergie: Die Endenergie bezeichnet die tatsächlich benötigte Energie zum Heizen und zur Bereitstellung des Warmwassers. Mit einbezogen werden die Verluste durch die Bereitstellung, Speicherung, Verteilung und Übergabe der Energie.

Heizenergiebedarf: Energie, die für die Gebäudebeheizung unter Berücksichtigung des Heizwärmebedarfs und der Verluste des Heizsystems aufgebracht werden muss.

Heizgradzahl: Hilfsmittel zur Ermittlung des Wärmebedarfs. Die Heizgradtagzahl ist die Summe der täglichen Differenzen zwischen der mittleren Raumtemperatur von 20°C und der mittleren Außenlufttemperatur über alle Tage der Heizperiode.

Heiztag: Ein Heiztag ist der Tag, an dem das Tagesmittel der Lufttemperatur unter 15°C liegt. Auf Grund langjähriger Aufzeichnungen der meteorologischen Daten wurden für zahlreiche Orte die Werte festgelegt.

Nutzenergie: Als Nutzenergie bezeichnet man, vereinfacht ausgedrückt, die Energiemenge, die zur Beheizung eines Gebäudes sowie zur Erstellung des Warmwassers erforderlich ist. Die Nutzenergie ist die Summe von Transmissionswärmeverlusten, Lüftungswärmeverlusten und Warmwasserbedarf abzüglich der nutzbaren solaren und inneren Wärmegewinne und des Trinkwasserbedarfs.

Primärenergie: Das ist die in den natürlichen Quellen Erdöl, Kohle, Erdgas, Uran oder auch in der Wasserkraft gespeicherte Energie.

Solare Wärmegewinne: Gewinne die durch Fenster und andere Glasflächen eines Gebäudes, insbesondere die mit Südausrichtung, einstrahlende Sonnenlicht wird im Innenraum größtenteils in Wärme umgewandelt

U-Wert: Wärmedurchgangskoeffizient, Größe für die Transmission durch ein Bauteil. Er beziffert die Wärmemenge (in kWh), die bei einem Grad Temperaturunterschied durch einen Quadratmeter des Bauteil entweicht. Folglich sollte ein U-Wert möglichst gering sein. Wird bestimmt durch die Dicke des Bauteils und den Lambda-Wert (Dämmwert) des Baustoffes.[1]

Regenative Energie: Erneuerbare Energie benutzt die in der Umwelt vorhandenen und sich durch natürliche Vorgänge erneuernden Energieformen. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um Umweltwärme (Wärmepumpen), Sonnenenergie (Kollektoren), Erdwärme (aus tiefen Erdschichten), Wasserkraft (Wasserkraftwerke), Wellenenergie.[2]

Jahres-Heizwärmebedarf: Der Jahres-Heizwärmebedarf beschreibt diejenige Energiemenge, welche das Heizsystem für die Gesamtheit der beheizten Räume in einem Jahr benötigt. Interne Wärmegewinne und passive solare Wärmegewinne werden berücksichtigt.[3]

Transmissionswärmeverlust: Der Transmissionswärmeverlust (Ht) bezeichnet die Wärme, die durch Außenwände, Fenster, Dach und Lüftung verloren geht.[4]

Arbeitsentgelt: Arbeitsentgelt ist die Gegenleistung für die bezogene elektrische Arbeit.

Leistungsentgelt: Leistungsentgelt ist eine Form des Arbeitsentgelts, bei der nicht die Zeit, sondern die erbrachte oder beanspruchte elektrische Leistung relevant ist.

Verrechnungsentgelt: Wird in Rechnung gestellt für Messung, Abrechnung und Inkasso.

1. Einführung

Die Sicherstellung einer zuverlässigen, wirtschaftlichen und umweltverträglichen Energieversorgung ist eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Da Deutschland auf europäischer sowie als auch auf internationaler Ebene Führend in Sachen Energie-, Klima- und Umweltschutz ist und dies noch weiter voran treiben möchte, hat Bundesregierung den Entwurf eines Energiekonzepts vorgelegt. Aus diesem Entwurf geht hervor, dass im Jahr 2050 die erneuerbaren Energieträger den Hauptanteil in einem Energiemix der Zukunft bei gleichbleibendem Niveau übernehmen sollen. Mit dem Konzept formuliert die Bundesregierung Leitlinien für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung und beschreibt erstmalig den Weg in das Zeitalter der erneuerbaren Energien.

Entspchend der Koalitionsvereinbarung sollen bis 2020 die Treibhausgasemissionen um 40 % und entspchend der Zielformulierung der Industriestaaten bis 2050 um mindestens 80% reduziert werden. Die Prozentangaben sind jeweils bezogen auf das Jahr 1990 in dem die Grundlagen für eine Welt mit erneuerbaren Energien, wie sie z.B. mit dem Erneuerbaren-Energien-Gesetz (EEG) geschaffen wurden.

Die Regierung strebt bis 2020 einen Rückgang des Primärenergieverbrauchs gegenüber dem Jahr 2008 um 20 % und sogar bis 2050 um 50 % an. Dieses Vorhaben erfordert eine Steigerung der Energieproduktivität um 2,1 % pro Jahr.

Die Kosten die für eine derartige Veränderung des Energiehaushalts sorgen sollen werden sich auf 20 Mrd. Euro jährlich beziehen, nach Angaben der Regierung.

Ein zentraler Schwerpunkt den die Regierung ansteuert ist die Sanierung des Gebäudebestands. Hier muss es der Regierung gelingen, die derzeitige Sanierungsrate um ca. das Doppelte zu erhöhen. Auf die Lasten des Gebäudebereichs fallen rund 40% des deutschen Endenergieverbrauchs und ein Drittel der -Emissionen. Drei Viertel des Altbaubestandes wurde noch vor der 1. Wärmeschutzverordnung 1979 errichtet. Diese Gebäude weisen meist noch die gleichen Eigenschaften der Gebäudehülle auf die zum Erbauungszeitpunkt üblich war. Auch die Anlagentechnik ist nicht dem heutigen Stand der Technik angepasst. Aus diesem Grund ist die wichtigste Maßnahme die energetische Sanierung des Gebäudebestands voran zu treiben. Nur so kann der Verbrauch an fossilen Energieträger nachhaltig vermindert werden, da die fossilen Ressourcen über kurz oder lang dem Ende hin zu neigen.

Eine Möglichkeit um Gebäudesanierungen voran zu treiben bzw. den Bezug zum Energieverbrauch zu ändern, wäre eine Anhebung der Energiepise.[5]

Abbildung 1: Schematische Darstellung der Vorgehensweise

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Forschungsstelle für Energiewirtschaft E.v.

URL: www.ffe.de/taetigkeitsfelder/energiebedarfsprognosen-struktur-und-marktanalysen/257 [Zugriff am: 24.10.10]

2. Aufgabenstellung

Das größte Potential der Energieeinsparung steckt bei den Kommunen in der Gebäudesanierung. Um dieses Vorhaben durch zu setzen wird die Regierung ein Förderprogramm für die Kommunen schaffen die eine energetische Sanierung der Gebäude sinnvoll macht. Effizienz steigernde Maßnahmen der Kommunen sollen aus einem Energieeffizienzfonds gefördert werden.

Der erste Schritt besteht nun darin eine Datenerhebung und Analyse der Ist-Situation des Gebäudebestands und der eingesetzten energietechnischen Anlagen der öffentlichen Gebäude in den einzelnen Kommunen durch zu führen.

Als zweiter Schritt wird eine Modellierung von einzelnen Gebäuden die aus wirtschaftlicher Sicht in Frage kommen zielführend sein. Durch diese Maßnahme kann gezielt die Gebäudehülle und die entspchende Anlagentechnik zur Wärmeerzeugung und Wärmwasserversorgung auf Schwachstellen analysiert werden.

Wenn Schwachstellen bzw. effektive Einsparmöglichkeiten ermittelt werden, muss die Facility gezielt auf Verbesserungsmöglichkeiten untersucht werden. Die Verbesserungsmöglichkeiten müssen auch auf ihre Wirtschaftlichkeit überprüft werden. Um diese zu ermitteln ist eine Wirtschaftlichkeitsrechnung nötig, ab wann sich die entspchende Veränderung unter Berücksichtigung steigender Energiepise rechnet. Dies kann mittels eines bereits bestehenden Rechenprogramms durchgeführt werden.

Ein weiterer Punkt der Analyse ist die Untersuchung der unterschiedlichen Modellierungsverfahren. Es sollte eine Modellierung gefunden werden die möglichst zeitsparend ist, aber trotzdem aussagekräftig über die Effizienz über ein Gebäude.

3. Allgemeine Einführung in die Gebäudetechnik

Abbildung 2: Aufteilung des Endenergieverbrauchs

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Forschungsstelle für Energiewirtschaft E.v.

URL: www.ffe.de/taetigkeitsfelder/energiebedarfsprognosen-struktur-und-marktanalysen/257 [Zugriff am: 23.10.2010]

3.1 Beleuchtung

Das wohl bekannteste Handeln von unserer gesetzgebenden Regierung ist das Verbot der klassischen Glühbirne. Grund für die Abschaffung der Glühbirne ist die mangelnde Ausbeute an investierter Energie die dem uns gewünschten Licht umgewandelt wird. Es werden wenn man von 100 % investierter Energie ausgeht nur 5 % in das primäre Ziel Licht umgewandelt und die übrigen 95 % gehen an abstrahlender Wärme in der Umgebung verloren.[6]

Wenn man die Bilanz aller Beleuchtungseinrichtung zieht, werden rund 10 % der erzeugten Energie in Beleuchtungsanlagen verbraucht. Die Bilanz macht deutlich, dass eine Verbesserung der Gebiet Beleuchtung eine hohe Effektivität in der Energieeinsparung haben wird.

Ziel soll es jedoch nicht sein, durch Einsparung an Beleuchtung oder verminderte Leistungen von Leuchten eine Energieminimierung zu erreichen. Vielmehr sollte eine Optimierung stattfinden in diesem Bereich um so wirtschaftliche und politische Aspekte zu erfühlen.

Licht spielt für unseren Körper auch eine nicht zu vernachlässigende Rolle. Der Mensch nimmt ca. 80% der täglichen Information über das menschliche Auge auf. Die Beleuchtung sollte trotz Energieeinsparmaßnahmen den psychischen und physischen Anforderungen unseres Wohlbefindens nicht vernachlässigt werden.[7]

3.2 Heizung

Ein Großteil des gesamten Energiebedarfs muss für die Beheizung des Gebäudes um die gewünschte Raumtemperatur zu erhalten aufgebracht werden. Aus diesem Grund ist es äußerst wichtig, sparsam mit der Heizenergie umzugehen, d.h. die vielen effektiven Möglichkeiten zur Energieeinsparung zu nutzen und gezielt nach Verbesserungen zu suchen. Jedoch kann nur ein Maximum an Energieeinsparung erreicht werden, wenn der eingesetzte technische Aufwand durch energiebewusstes Nutzen und die Anlagen zielgerecht genutzt werden.

Unsere Heizgewohnheiten sind meist eine Ursache für einen hohen Energieverbrauch. Die Raumtemperatur ist zwischen 18 und 20 für einen Menschen am gesündesten aus ärztlicher Sicht. Zum Beispiel bei einer Temperaturreduzierung von 23 auf 22 , also einer Senkung um 1 Grad hat schon eine Energieeinsparung von 6 % zu folge. Es besteht sogar die Möglichkeit einer Einsparung von bis zu 10 %, wenn die Temperatur im Raum bei Nacht und am Wochenende auf 5 Grad reduziert wird.[8]

Die Ansprüche und die Heizgewohnheiten müssen also dahingehend überprüft werden, ob eine vernünftige und energiesparende Benutzung der Heizung vorliegt.

In den letzten Jahren ist der Wirkungsgrad bei Anlagen die der Wärmeerzeugung dienen durch verschiedene technische Maßnahmen erhebliche angestiegen. Die Bauelemente Kessel und Brenner weisen sehr gute Verbesserungen in den letzten Jahren auf. Eine Erneuerung dieser Bauteile sollte aus diesen Gründen durchaus in Erwägung gezogen werden

Ein weiterer nicht zu unterschätzender Aspekt in der Heizungstechnik ist die regelmäßige Wartung und Überprüfung der Heizungsanlage. Nur so kann zu 100 Prozent sichergestellt werden, dass keine unnötigen Verluste und eventuelle Rauchverluste oder sogar Fehleinstellungen die zu einem Wirkungsgradverlust führen auftreten.

Bei Untersuchungen im Schornstein wurde festgestellt, dass bei einer 1mm starken Rußschicht der Heizölverbrach in einem ganzen Jahr um 5% ansteigt. Das durchschnittliche Alter eines Heizungskessels beträgt 20 Jahre. Wenn dieses Alter eines Kessels erreicht ist sollte man über eine Neuanschaffung in näheren Betracht ziehen. Auch beim Einhalten der Grenzwerte, sollte eine Messung durchgeführt werden die den Energieverbrauch darstellt, welchen die Heizung benötigt ohne zu heizen.[9]

Des Weiteren muss der Heizungsbedarf über eine Regelung an die schwankenden Witterungsverhältnisse des Tages sowie der Jahreszeit anpasst werden. Die Raumtemperatur sollte möglichst konstant gehalten werden. Das öffnen der Fenster sollte nur zum Luftaustausch genutzt werden und nicht wie oft zum Regel der Temperatur im Raum. Eine Vielfalt von Regeleinrichtungen kann die konstante Aufrechterhaltung der Temperatur gewehrleisten, wie z.B. Außentemperaturfühler, Raumthermostate, bzw. Heizkörperthermostat Ventile. Diese Organe sollten Bestandteil jeder Heizungseinrichtung um eine optimale Energieausnutzung zu erreichen, denn sie ermöglichen das Betreiben der Heizung je nach Witterungsbedingung. Richtlinie zu einer guten Grundeinstellung ist die Vorlauftemperatur so niedrig wie es der Wärmebedarf erlaubt gewählt wird. Der Heizungstechnische ungünstigste Raum wird in der Regel als Test-Raum bzw. als Richtlinie verwendet.

Der Bedarf an Wärme für ein Wohlbefinden kann durch fossile Energieträger wie Erdgas, Heizöl und Kohle gedeckt werden. Diese Energieträger sollten aber nicht mehr die Basis für die Zukunft sein. Vielmehr sollte eine Kombination aus Regenerativen Energieträger wie Holz, Sonnenenergie, Erdwärme und Fernwärmenetze mehr und mehr den Grundstock bilden und die fossile Energieträger nur wenn nötig als Wärmeerzeuger herangezogen werden.

3.3 Warmwasserversorgung

Für den Energiebedarf einer Warmwasserversorgung ist die Bereitschaftswärmeabgabe der Speicher von Bedeutung. Das ist die Wärme, die aufgrund der erhöhten Wassertemperatur im Speicher in die Umgebung abfließt. Diese Wärmeabgabe lässt sich durch eine gute Wärmedämmung zwar erheblich vermindern, aber nicht vollkommen vermeiden.

Die Wärmeverluste steigen mit zunehmender Warmwassertemperatur deutlich an.

Wegen der Gefahr des Auftretens bakterieller Erreger sollte die Temperatur nicht zu niedrig gewählt werden. Die Erreger haben ihr Wachstumsoptimum zwischen 32 und 42 . Bei 65 werden sie inaktiv.

Dieses Problem betrifft nur die Duschen. In Turnhallen sollte regelmäßig das Duschwasser auf 65 kurz aufgeheizt werden. Moderne Heizungsanlagen erledigen dies automatisch.

Von wesentlichem Einfluss auf den Energiebedarf bei der Warmwasserversorgung ist die Warmwasserverteilung. Rohrleitungen, durch die warmes Wasser fließt, können in Abhängigkeit ihrer Abmessungen (Durchmesser, Länge) und der Temperaturdifferenz innen/außen zu erheblichen Wärmeverlusten führen.

Um die Wärmeabgabe von Warmwasserleitungen zu verhindern, müssen sie mit einer Wärmedämmung umhüllt werden. Zur Qualität von Rohrleitungswärmedämmungen stehen Mindestanforderungen in den Rechtsverordnungen zum Energieeinsparungsgesetz (EnEG).

Bemerkenswert ist, dass durch die Wärmedämmung nach EnEG die Wärmeabgabe eines Warmwasser-Kupferrohes auf etwa 1/10 der Wärmeabgabe des blanken Rohres zurückgeht.

Besonders hohe Wärmeverluste treten bei langen Rohrleitungen auf, durch die ständig warmes Wasser zirkuliert. Von einer solchen Warmwasser-Zirkulation sollte im Hinblick auf Energie- und Kosteneinsparung soweit wie möglich abgesehen werden.

In vielen Fällen steht der durch eine Zirkulation verursachte Energiemehrverbrauch in keinem vernünftigen Verhältnis zu den erreichbaren Komfortverbesserungen. Im Allgemeinen erübrigt sich eine Warmwasser-Zirkulation, wenn die Wassererhitzer möglichst verbrauchsnahe installiert werden.

Falls trotz der Energieverluste eine Zirkulation gewünscht wird, sollte sie mit einer Schaltuhr auf die wirklich benötigten Zeiten beschränkt werden. So werden sowohl die Wärmeverluste als auch der Stromverbrauch der Zirkulationspumpe vermindert.

Um die Bereithaltungsstromverbräuche für Warmwasserspeicher bzw. Untertischspeicher gering zu halten, sollte geprüft werden, wann und in welchem Umfang Warmwasser benötigt wird. Da bei niedriger Wassertemperatur die Wärmeverluste und die Verkalkung geringer sind, sollte vorzugsweise der Energiesparbereich Stufe 1 bis 2 bzw. „E“ bis „e“ (ca. 38 bis ca. 55 ) gewählt werden. Durch schrittweises Reduzieren der Speicherwassertemperatur kann das Temperaturniveau ermittelt werden bei dem gerade noch eine ausreichende Warmwasserversorgung gewährleistet ist.

3.4 Gebäudehülle

Abbildung 3: Transmissionswärmeverluste in Gebäuden

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Ingenieurbüro für Bauwesen

URL: www.ib-hoffmann.com [Zugriff am: 22.10.2010]

Außenwände

Die Außenwand stellt die größte Fläche dar die mit der Umgebung in direktem Kontakt steht. Durch die Außenwand eines Hauses bzw. eines Raumes, kann das Raumklima so vielfältig beeinflusst werden, dass ohne eine Berücksichtigung des bauphysikalischen Verhaltens auf Dauer kein behagliches und konstantes Raumklima erzielt werden kann. Dies ist besonders spürbar bei älteren Gebäuden.

Es treten Transmissionsverluste von über 54,7 % bei Außenwänden auf, die Zahl variiert abhängig von den Witterungsverhältnissen.

Aufgabe der Außenwände ist dieselbe wie der Fenster und Türen, die teuer erzeugt Wärmeenergie in den Innenräumen möglichst lange stabil aufrecht zu halten. Dies ist die Voraussetzung eines gesunden Raumklimas.

Der Wärmedurchgang der Außenwand ist abhängig von den Materialeigenschaften der Wand. Die Wärmeleitfähigkeit ist hier der entscheidende zu berücksichtigende Faktor. Als Faustformel kann man sagen je niedriger die Wärmeleitfähigkeit der Außenwand desto geringer die Verluste bzw. Kosten die durch die Außenwand entstehen[10].

In den kalten Jahreszeiten und in den Übergangszeiten spielt die Beschaffenheit der Außenwand den größten Einfluss. Grund ist das allgemein bekannte physikalische Gesetz: Systeme mit unterschiedlichen großem Energiegehalt, in diesem Fall Temperaturen, versuchen sich auf ein Gleichgewicht anzugleichen. Je größer die Temperaturunterschiede bzw. Energieniveaus sind, um so schneller geschieht ein Wärmeaustausch.

Fenster und Türen

Die Fenster und Türen spielen eine relativ große Rolle für den für den Heizungsenergieverbrauch. So muss unbedingt auf ausreichende Wärmedämmung geachtet werden, um einen Wärmverlust durch eine unzureichende Isolation zu vermeiden.

Fenster verursachen sowohl Transmissionswärmeverluste infolge Wärmeleitung durch die Verglasung und durch den Rahmen als auch Lüftungswärmeverluste aufgrund des Luftaustausches durch die Fensterfugen. Fenster und Türen verursachen gleich nach der Außenwand die größten Transmissionswärmeverluste, mit ca. 18,5 %.

Durch Fenster können auch nicht zu vernachlässigende Solargewinne erzielt werden, wenn die Fenster sinnvoll und richtig an der Außenfassade eingesetzt sind. Diese passiven Solargewinne können im günstigsten Falle die Wärmeverluste die durch das Fenster entstehen voll ausgleichen.

Als Isolierstoff wird in Mehrscheiben-Isolierverglasungen Argon- oder Krypton wendet. Durch diese Edelgase können Ug-Werte von 1,1W/m²K erreicht werden. Bei Zweifach-Wärmeschutzverglasungen mit Gesamtenergiedurchlassgeraden g von etwa 0,57. Die Dreischeiben- Wärmeschutzverglasungen werben mit Ug- Werten von bis zu 0,6 W/m²K und entspchend niedrigere g-Werte von etwa 0,42 auf.

Das aktuell effektivste Edelgas Xenon ist nur in geringen Mengen verfügbar. Dieses Edelgas kommt schon alleine aus Kostengründen selten zum Einsatz. Bei der Anwendung von Xenon reduzieren sich die Ug-Werte zu den üblichen Edelgasen (Argon und Krypton) noch einmal um 0,1 bis 0,2 (W/m²K), ohne dass sich die g-Werte nennenswert verringern.

Sonnenschutz- und Schallschutzverglasungen weisen häufig g-Werte unter 0,3 auf und minimale U- Werte von etwa 1,1 (W/m²K).

Dächer

Das Dach spielt in der energetischen Effizienz bei Gebäuden eine nicht zu vernachlässigende Rolle. Die Fläche dieses Gebäudehüllen Elements ist gleich nach der Außenwand in der Regel die nächst Größte, außer die Fassade hat eine hohen Anteil an Glas bzw. Fenster wie etwa bei Hochhäusern.

Wie aus der Physik bekannt steigt die warme Luft auf weil sie leichter bzw. eine geringere Dichte als kalte Luft aufweist. Dieser Effekt hat zur Folge, dass die teuer erwärmte Luft in den oberen Bereich des Gebäudes wandert und dort bei nicht ausreichender Dämmung bzw. Isolierung in die Umgebung entweichen kann.

3.5 Anlagentechnik

Die Anlagentechnik setzt sich aus den Bereichen Heizung, Lüftung, Warmwasseraufbereitung und Klimatechnik zusammen.

Hauptanforderung an die Anlagentechnik ist die Begrenzung des Primärenergiebedarfs. Die eingesetzte Gebäudetechnik kann den Primärenergieverbrauch des Gebäudes deutlich herabsetzen.

Ansatzpunkte für eine gute Anlagenauslegung ist z.B. der Aufstellungsort der Heizanlage. Die Verteilungsleitungen innerhalb der beheizten Hülle trägen zur Reduktion der Primärenergieverlust bei.

Abbildung 4: Einsatz der Endenergie in deutschen Haushalten

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Energieeinsparmöglichkeiten an Bestandsgebäuden, Ein Praxisbeispiel von Benjamin Wolf S. 6

3.6 Stromabrechnung

Der größte Teil der Stromkunden wird nach dem Allgemeinen Tarif abgerechnet.

Das Stromentgelt (Stromrechnung) für die je Kundenanlage zum Allgemeinen Tarif bezogene elektrische Energie setzt sich zusammen aus den Bestandteilen Arbeitsentgelt, Leistungsgelt, Verrechnungsentgelt und zuzüglich Umsatzsteuer. Diese Bestandteile ergeben in Summe das Leistungsentgelt, dass zum Ende einer Abrechnungsperiode zu bezahlen ist.

Stromabnehmer ohne Leistungsmessung

Das Entgelt wird errechnet aus einem festen und einem verbrauchsabhängigen Anteil des Leistungspises.

Der feste Anteil des Leistungspises wird für jede Kundenanlage gesondert angesetzt.

Der verbrauchsabhängige Anteil des Leistungspises wird mit dem Arbeitspis zum Verbrauchspis (in cent /kWh) zusammengefasst.

Stromabnehmer mit 96-Stunden-Leistungsmessung

Das Leistungsentgelt wird errechnet durch Multiplikation der höchsten im Abrechnungszeitraum in Anspruch genommenen Leistung (in Leistungswerten = Lw) mit dem Leistungspis (€ /Lw und Jahr).

Die Anzahl der Leistungswerte entspricht der Anzahl der im Verlauf von 96 Stunden bezogenen Kilowattstunden. Die Anzahl der Leistungswerte im Verlauf von 96 Stunden wird vom Zähler im 60-Minuten-Takt fortschreitend gemessen. Die höchste Anzahl wird vom Zähler festgehalten und angezeigt.

Aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit und der nur schrittweisen Installation von 96-h-Zählern werden diese zunächst nur bei Kunden mit einem Jahresverbauch von mehr als 10000kWh eingebaut. Bis dahin wird der Leistungspis pauschal ermittelt und zusammen mit dem Arbeitspis als Verbrauchspis in Rechnung gestellt.

Stromabnehmer mit 1/4-Stunden- Leistungsmessung

Falls die von einer Kundenanlage in Anspruch genommene Leistung im Abrechnungszeitraum 30 kW überschreitet, ist die E.ON berechtigt bzw. auf Antrag des Kunden verpflichtet, für den betreffenden Abrechnungszeitraum das Leistungsentgelt nach gemessener ¼-Stunden-Leistung zu berechnen.

Dabei wird die Jahresverrechnungsleistung mit dem Leistungspis multipliziert.

Als Jahresverrechnungsleistung gilt die höchste in einem Monat während einer Viertelstunde in Anspruch genommene Wirkleistung, die von einem Maximum-Zähler mit einer Meßperiode von 15 Minuten gemessen und angezeigt wird.

In dieser Größenordnung kommt auch die Abrechnung zu Sondervertragsreisen in Frage. Auch bei Sondervertragskunden setzt sich das Stromentgelt aus Arbeits-, Leistungs- und Verrechnungspis zusammen. Wie beim Tarif „Abrechnung nach gemessener Leistung“ gilt eine Registrierperiode von einer Viertelstunde. Beim Arbeitspis wird HT- und NT- Arbeit unterschieden.

Stromabnehmer mit einem Sondertarif

Der Sondertarifvertragskunde schließt einen Stromlieferungsvertrag mit einer Dauer von mindestens drei vollen Kalenderjahren ab. Er gibt eine Leistungsbestellung auf, die er während der Vertragsdauer zwar erhöhen, aber nicht reduzieren kann.

Die elektrische Arbeit wird monatlich abgerechnet. Die Leistungsabrechnung erfolgt zunächst durch Verrechnung monatlicher Teilbeträge.

Jeweils nach Ablauf eines Kalenderjahres wird die endgültige Verrechnung der während eines Jahres in Anspruch genommenen Leistung wie folgt durchgeführt.

Mit dem Jahresleistungspis wird jene Leistung verrechnet, die sich aus dem Mittel der drei höchsten während eines Kalenderjahres aufgetretenen Monatswirkhöchstleistungen, dividiert durch den jahresmittleren cos ergibt.

Die Monatswirkhöchstleistung ist die höchste in einem Monat während der Dauer einer Viertelstunde vom Kunden in Anspruch genommene Wirkleistung.

Bei der Ermittlung der zu verrechnenden Leistung ist jede der drei höchsten Monatswirkhöchstleistungen mit mindestens 70% der für den jeweiligen Monat geltenden Bestelleistung anzusetzen.

Die Abrechnung zu Sondervertragspisen kann, muss aber nicht zu günstigeren Bezugspisen führen. Insbesondere gibt es hier keine Höchstpisbegrenzung.

Entspchende der Kostenverursachung (z.B. 20-kV-Übergabe oder niederspannungsseitige Übergabe) gibt es verschiedene pisregelungen. Der Kunde kann auch zwischen einer steilen und flachen pisvariante wählen.

Um festzustellen, ob die Abrechnung zu Sondervertragspisen günstiger ist, ist eine genaue Prüfung der Abnahme- und Anschlussverhältnisse nötig. Oft ist es erforderlich, eine Vergleichsmessung einzubauen.

Abbildung 5:Entwicklung der Strompise in Deutschland

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(Durchschnittswerte bei 3.900 kWh im Jahr; inkl. Steuern und Abgaben)

Tabelle 1: Durchschnittspise für Strom bei bei 3.900 kWh im Jahr

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(Nominalpis inklusive aller Steuern und Abgaben)

Quellen: Statistisches Bundesamt, eigene Berechnungen BMWi; Infografik: BMWi

URL: www.energieverstehen.de [Zugriff am: 24.10.2010]

4. Datenerhebung von Nicht-Wohngebäuden in Drachselsried

Auf den folgenden Seiten werden die gemeindeeigenen Gebäude erfasst und beschrieben.

Inhalt der Erfassung soweit es möglich ist, sollte sein:

- Nutzungsart
- Baujahr
- Bruttogrundfläche
- Bauliche Änderungen
- Heizungsanlage
- Heizungsleistung und Baujahr
- Ausführung der Gebäudehülle (Wände, Bodenplatte, Fenster und Dach)
- durchgeführte und geplante Sanierungsmaßnahmen

In der Datenerfassung werden die Verbräuche für die Versorgung der Gebäude mit Wärme, Strom und Wasser sowie der Brennstoffe erfasst. Die Entwicklung des Energiebedarfs wird über fünf Jahre ermittelt. Des Weiteren sollten Kennzahlen gebildet und diese mit ähnlich genutztem Gebäude verglichen und bewertet werden. Diese detaillierte Ausführung der Datenerfassung ist einer weiteren Abschlussarbeit vorbehalten.

4.1 Rathaus und Touristenzentrum

Es liegen keine aktuellen Daten vor, da das Rathaus erst dieses Jahres am 15.06.2010 bezogen worden ist.

Das Gebäude besteht aus zwei Bauabschnitten. Der erste Abschnitt, in dem sich das Touristenzentrum befindet wurde 1999 errichtet und der jüngere Abschnitt wurde im Jahre 2005 fertig gestellt.

Das Gebäude wird mit dem örtlich nahen Hackschnitzelheizkraftwerk mit Heizwärme versorgt. Die zuvor genutzte Ölheizung wurde deinstalliert.

Die Warmwasserversorgung wird ebenfalls über das Hackschnitzelheizkraftwerk gewehrleistet.

4.2 Grundschule/Sporthalle/Kindergarten

Das Schulgebäude (Baujahr 1983) ist wärmegedämmt. Die Fenster und Außentüren sind isolierverglast. Das Dachgeschoß ist komplett wärmegedämmt.

Die Turnhalle wurde 1986 gemeinsam mit dem Schulhausneubau errichtet. Die Bauausführungen Fenster, Türen und Außenwände sind deshalb mit der Schule identisch.

Die Eingangstür der Turnhalle ist isolierverlast und in einem Aluminiumprofil eingefasst.

Drei Fenster der Turnhalle sind elektrisch öffnen- und verschließbar.

Die Wärmeerzeugung wird über zwei Ölheizkesseln mit dem Fabrikat Buderuns Deltamat 10 mit einer Leistung von jeweils 122 bis 140 KW sichergestellt. Das Baujahr der Ölheizkessel ist das Jahr 1983. Beide sind mit einem Weißhaupt- „Komfort“ – Brenner ausgestattet.

Die Turnhallenheizung erfolgt durch Einspeisung der Heizzentrale Schule über einen Wärmetauscher. Die Beheizung der Turnhalle selbst erfolgt über eine Warmluftgebläse- Heizung. Die Heizung arbeitet im Umluftsystem, wobei Frischluft zugemischt wird. Die Luftschächte sind, ebenso wie der Wärmetauscher, gut isoliert. Die Regelung erfolgt, wie in der Schule, mit einem elektrischen Steuergerät. In den Ferien wird die Heizung manuell zurückgeschaltet. Die Heizungsarmaturen sind nicht isoliert.

Die Zentrale Ölheizung versorgt einen Teil des Gebäudes mit Warmwasser. Es sind auch dezentral Warmwasserspeicher installiert. Es handelt sich hier um einen 30-l- und 5-l-Elektro-Warmwasserspeicher, die jeweils eine Leistung von 2000 W aufweisen.

Die Sporthalle wird über die Zentrale Warmwasserbereitung in der Schule versorgt.

Der Stromverbauch der Turnhalle wird über den Hauptzähler der Schule abgerechnet. Der Ölverbrauch konnte gemittelt werden von dem Jahr 2005 bis 2009. Der Stromverbrauch hingegen konnte genau festgestellt werden. Hin kann man eine eindeutige Einsparung an Öl erkennen.

Tabelle 2: Energiebedarf der Grundschule/Sporthalle/Kindergarten

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

4.3 Montessori- Kinderhaus

Tabelle 3: Energiebedarf Montessori-Kinderhaus

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bauphysikalischen Daten der Gebäudehülle

Anlagentechnik

Beim Heizkessel handelte es sich um das Model Paromat Duplex der Fa. Viessmann mit einer Leistung von 120 kW.

Leider ist dieser Kessel bereits entsorgt, so dass das Baujahr nicht mehr genannt werden kann.

4.4 Feuerwehrgebäude, Drachselsried

Das Gebäude wurde 1990 erweitert und renoviert. Die Holzfenster sind isolierverglast, ebenso die Eingangstüre. Im Dachgeschoß wurde der Schulungsraum saniert und erweitert.

Die Wärmeerzeugung erfolgt über eine Ölheizung. Das Baujahr des Kessels ist das Jahr 1995 mit Typenbezeichnung „Roleder Heizkessel Kamino 9“. Der Brenner Girsch mit einer Leistung von 25,6 bis 32 kW. Die Beheizung des Gebäudes erfolgt über zwei Heizkreise. Die Halle wird mit Warmluft über zwei entspchende Wärmetauscher temperiert. Die Armaturen und einige Heizungsrohre sind nicht isoliert.

Die Warmwasserbereitung erfolgt dezentral über zwei elektrische Warmwasserspeicher mit 12 l und 20 l Inhalt.

Tabelle 4: Energieverbrauch der Feuerwehr in Dachselsried

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

4.5 Feuerwehrgebäude, Oberried

Das Gebäude wurde 1990 erweitert und renoviert. Die Holzfenster sind isolierverglast, in gleicher Weise wie die Eingangstüre. Das Erdgeschoß und das Dachgeschoß sind nur durch eine dünne Bretterwand voneinander getrennt. Das Dachgeschoß weißt keine Isolierung auf, was zu erheblichen Wärmeverlusten führt. Im Dachgeschoss wurden die Schulungsräume saniert und erweitert.

Zur Wärmeerzeugung ist eine zentrale Ölheizung installiert. Das Baujahr der Ölheizung ist das Jahr 1995. Hersteller des Heizkessels ist die Firma Roleder und der genaue Typ des Heizkessels ist Kamino 9.

Der Brenner der für die Heizungsanlage nötig ist, ist von der Firma Girsch mit einer Brennerleistung von 25,6 bis 32 KW.

Die Beheizung des Gebäudes erfolgt über zwei Heizkreise. Die Halle wird mit Warmluft über zwei entspchende Wärmetauscher temperiert. Die übrigen Räume werden mit Radiatoren beheizt. An den Radiatoren sind Thermostatventile angebracht. Die Armaturen und einige Heizungsrohre sind nicht mit einer Wärmedämmung versehen.

Zur Warmwasseraufbereitung kommen in doppelter Ausführung dezentrale Warmwasserspeicher zum Einsatz. Diese werden elektrisch bei einem Inhalt von 12 l und 80 l erwärmt.

Der Energiebedarf setzt sich bei der freiwilligen Feuerwehr in Oberried aus Strom und Ölverbrauch zusammen. Bei Beiden Verbrauchswerten würden die Werte zwischen 2005 und 2009 herangezogen.

Beim Ölverbrauch konnte nur ein Durchschnittswert gebildet werden. Es kann also keine Tendenz festgestellt werden.

Der Stromverbrauch konnte jedes Jahr genau ermittelt werden. Bei dem Stromverbrauch kann eine ansteigende Tendenz des Stromverbrauches festgestellt werden.

Tabelle 5: Energiebedarf, Feuerwehr in Oberried

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

4.6 Feuerwehrgebäude, Asbach

Das Gebäude wurde 1980/81 erbaut. Der Neubau hat ein Gesamtvolumen von 424,75 m³. Im Jahr 1994 wird das Gebäude um ein Volumen von 272,43 m³ durch Aufstockung erweitert um Schulungsräume zu schaffen.

Die Beheizung des Gebäudes erfolgt ausschließlich über elektrische Heizungstechnik. Es wurden Wärmestrahler montiert die durch Infrarotstrahlen die Teile der Gebäudehülle erwärmen und somit die Räume auf die gewünschte Temperatur bringen.

Der Gesamtenergieverbrauch wurde in den Jahren 2005 bis 2009 ermittelt. Man kann keine eindeutige Tendenz feststellen. Der Energieverbrauch an elektrischem Strom ist konstant. Ölverbrach liegt keiner vor, da das Gebäude ausschließlich mit elektrischem Strom beheizt wird.

Tabelle 6: Energiebedarf Feuerwehr, Asbach

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

4.7 Übersicht des Energiebedarfs in Drachselsried

Abbildung 6: Stromverbrauch der Gebäude in Drachselsried

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: Ölverbrauch der Gebäude in Drachselsied

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5. Energetische Anforderungen an Nicht-Wohngebäuden

Folgende Absätze sind der Energieeinsparverordnung (EnEV) 2009 entnommen.

(1) Zu errichtende Nichtwohngebäude sind so auszuführen, dass der Jahres-Primärenergiebedarf für Heizung, Warmwasserbereitung, Lüftung, Kühlung und eingebaute Beleuchtung den Wert des Jahres-Primärenergiebedarfs eines Referenzgebäudes gleicher Geometrie, Nettogrundfläche, Ausrichtung und Nutzung einschließlich der Anordnung der Nutzungseinheiten mit der in Anlage 2 Tabelle 1 angegebenen technischen Referenzausführung nicht überschreitet
(2) Zu errichtende Nichtwohngebäude sind so auszuführen, dass die Höchstwerte der mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten der wärmeübertragenden Umfassungsfläche nach Anlage 2 Tabelle 2 nicht überschritten werden
(3) Für das zu errichtende Nichtwohngebäude und das Referenzgebäude ist der Jahres-Primärenergiebedarf nach einem der in Anlage 2 Nummer 2 oder 3 genannten Verfahren zu berechnen. Das zu errichtende Nichtwohngebäude und das Referenzgebäude sind mit demselben Verfahren zu berechnen
(4) Zu errichtende Nichtwohngebäude sind so auszuführen, dass die Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz nach Anlage 2 Nummer 4 eingehalten werden.[11][

[...]


[1] http://www.geb-winterberg.de/faq.php

[2] http://www.geb-winterberg.de/faq.php

[3] http://www.hausbauunternehmen.info/definitionen/

[4] http://www.hausbauunternehmen.info/definitionen/

[5] Vgl. Energiekonzept (Entwurf BMWi / BMU)

[6] vgl. Hygiene und medizinische Mikrobiologie - Seite 341, Rainer Klischies, Ursula Panther, Vera Singbeil-Grischkat - 2008 - 456 Seiten

[7] Energieeinsparung von Gebäuden, Auflage 2. von Lajos Joos S.300

[8] vgl. Handbuch Sport und Umwelt. Ziele, Analysen, Bewertungen, Lösungsansätze, Rechtsfragen von Hans-Joachim Schemel; Wilfried Erbguth; Josef H. Reichholf S.160

[9] vgl. WISO Organizer: Die eigenen vier Wände S. 87

[10] vgl. Raumklima & Lüftung der Wohnung von Horst Fischer-Uhlig

[11] Auszug aus der EnEV 2009

Ende der Leseprobe aus 129 Seiten

Details

Titel
Energetische Optimierung von Gebäuden
Untertitel
Analyse von Maßnahmen
Hochschule
Hochschule Deggendorf
Note
1,3
Autor
Jahr
2010
Seiten
129
Katalognummer
V212181
ISBN (eBook)
9783656403081
Dateigröße
8535 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
analyse, maßnahmen, optimierung, gebäuden
Arbeit zitieren
Michael Wenig (Autor), 2010, Energetische Optimierung von Gebäuden, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/212181

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