CEPHEUS1)-Projektinformation
Nr. 39: 57 Seiten, 6 Abbildungen, 15 Tabellen
Autor: Dr. Wolfgang Feist, Passivhaus
Institut; Juli 2001
Die neue Vornorm DIN-V-4108-6:2001 gibt ein für Deutschland verbindliches Verfahren zur Berechnung des Jahresheizwärmebedarfs vor und legt die anzuwendenden Randbedingungen fest (Bezug: DIN EN 832). Es wird die Anwendbarkeit auf Wohngebäude beansprucht. Damit müßten die Norm auch auf neu zu errichtende Passivhäuser angewandt werden. Innerhalb des Projektes CEPHEUS hat das Passivhaus Institut Darmstadt (PHI) untersucht, inwieweit sich die Norm für die Berechnung des Heizwärmebedarfs und die Auslegung von Passivhäusern eignet. Zugleich wurde untersucht, wie sich das bisher verwendete Verfahren des Passivhaus Projektierungs Paketes (PHPP) bewährt hat:
. Mit den in V-DIN 4108 Teil 6 festgelegten Randbedingungen, insbesondere mit denen für den öffentlich-rechtlichen Nachweis (Anhang D), ist eine Projektierung von Passivhäusern nicht möglich. Vielmehr ergeben sich für realisierte Passivhäuser Jahresheizwärmebedarfswerte von "0" im Rahmen der Rechengenauigkeit (4.6 kWh/(m²a) ±5). Dieser Wert ist unrealistisch niedrig, wie die Messungen in den Häusern zeigen.
. Das Passivhaus Projektierungs Paketes zeigt, daß es möglich ist, für die europäische Norm EN 832 Randbedingungen in Deutschland so zu setzen, daß eine Projektierung von Passivhäusern ausreichend genau wird. So wird z.B. für die Reihenendhäuser der Passivhaussiedlung in Hannover-Kronsberg ein Heizwärmebedarf von 14 kWh/(m²a) ±3 berechnet, der Meßwert im ersten Jahr betrug 15.8 kWh/(m²a) ± 2.1 (zweites Jahr: 13.3 kWh/(m²a) ±1.6). Die Methodik nach EN 832 ist demnach auf den Standard des Passivhauses noch anwendbar, allerdings nur dann mit Erfolg, wenn die Randbedingungen realistisch gewählt werden.
. Insbesondere stellen wir folgende Ergebnisse für eine realistische Wahl von Randbedingungen bei Wohngebäuden fest:
- Für die inneren Wärmequellen sind bei Wohngebäuden mit effizienten Hausgeräten in der Heizperiode Werte von 2.1 W/m² (±0.3) realistisch.
- Für die mittlere Raumtemperatur (Mittelwert innerhalb der thermischen Hülle) in neu gebauten Wohngebäuden in Deutschland ist derzeit ein Wert von über 20°C eine realistische Annahme. Bei Sozialwohnungen liegt der Wert eher noch höher.
- Für die Solargewinne sind realistische Strahlungskorrekturfaktoren zu verwenden; diese sind im öffentlich-rechtlichen Nachweis zu optimistisch gewählt.
- Die pauschalen Temperaturkorrekturfaktoren Fx sind in vielen Fällen zu niedrig angesetzt, z.B. für Dachgeschoßdecken und Drempelwände; dort liegen realistische Werte nicht bei 0.8, sondern bei 1.0.
Auffällig ist, daß die in der Vornorm getroffenen Festlegungen den rechnerischen Jahresheizwärmebedarf reduzieren. Vereinfachte Verfahren sollten aber eher höhere rechnerische Bedarfswerte ermitteln als eine genauere Berechnung. Für die Projektierung eines Passivhauses stellt eine zu optimistische Berechnung ein noch größeres Problem dar, da sich der Planer auf die Funktionalität des Gebäudes verlassen muß, will er keine Risiken mit der Bauherrenschaft eingehen.
. Während die Randbedingungen generell zu optimistisch gewählt sind, werden bei der angesetzten "zusätzlichen Luftwechselrate infolge Undichtheiten und Fensteröffnen" mit 0.15 h-1 bei Abluftanlagen und 0.2 h-1 für balancierte Anlagen mit Wärmerückgewinnung viel zu hohe Werte vorgeschrieben, zumindest bei luftdichten Gebäuden. Der Ansatz für nx muß vielmehr von der erreichten Luftdichtheit, d.h. dem n50-Wert abhängen. Ein relevanter Anteil von Fensterlüftung ist in Passivhäusern nicht feststellbar. Aus diesem Grund sollte die pauschale Festlegung von nx entfallen und normgerecht gemäß EN 832 gerechnet werden.
. Mit EN 832 ist ein transparenter, einfach strukturierter und dennoch genauer Weg für die Ermittlung des Jahresheizwärmebedarfs gegeben. Die besondere Klarheit entsteht durch die Reduktion auf wenige Gebäudekennwerte: spezifischer Wärmeverlust H, innere Wämeleistung Pi, effektive Kollektorfläche As und Gebäudezeitkonstante t. Daß dies mit ausreichender Genauigkeit gelingt, beweisen die PHPP-Berechnungen. Die deutsche Auslegung in DIN V 4108 Teil 6 weicht von diesem überschaubaren Ansatz ohne Not ab, und dies an mehreren Stellen:
- Solargewinne auf opake Außenoberflächen
Nach "6.4.5 Solare Wärmegewinne über
opake Bauteile" sind die Strahlungswärmegewinne bei opaken Bauteilen
als "negativer" Wärmeverlust zu berechnen. Dies bedeutet einen erheblichen
zusätzlichen Datenerhebungsaufwand.
- Wärmeverluste an das Erdreich
Wärmeverluste an das Erdreich werden
im vorgelegten Verfahren ebenfalls mit einer nicht nachvollziehbaren Temperaturkorrekturfaktormethode
berechnet. Unser Vorschlag: Es sollten die Temperaturverläufe
"Jahresmittel" und "phasenverschoben, gedämpft" aufgenommen und mit
diesen direkt die Verluste ermittelt werden.
- Berechnungsgang für CWirk
Für die Bestimmung der Gebäudezeitkonstante
t wird die wirksame Wärmespeicherfähigkeit Cwirk benötigt.
Bei der Analyse stellt sich heraus, daß der Einfluß von Cwirk
auf das Ergebnis (um ±1%) bei Passivhäusern extrem gering ist;
der Erhebungsaufwand ist aber sehr groß. Unser Vorschlag:
Ein
charakteristischer Raum des Gebäudes hat 6 Umfassungsflächen;
wenn davon nschwer Flächen eine massive Bauweise aufweisen, so wird
cwirk,spez = ( 15 + 6 × nschwer) Wh/(m³K) angesetzt.
- Weitere Himmelsrichtungen für
Solarstrahlung
Es wurden zusätzliche vier Azimutrichtungen
sowie vier Neigungen in die Klimatabellen aufgenommen. Unser Vorschlag:
Wir haben gezeigt, daß aus den 5 Basisdaten (vertikal Süd/Ost/Nord/West
sowie horizontal) mit Hilfe einer Fourierinterpolation alle anderen Strahlungswerte
ermittelt werden können. Der Datenumfang reduziert sich von 33 auf
5 Zeilen.
Inhaltsverzeichnis CEPHEUS-Projektinformation
Nr. 39, Stellungnahme zur Vornorm DIN-V-4108-6:2001aus Sicht der Passivhausentwicklung
| 1
2 2.1
3.1
|
Zusammenfassung
DIN V 4108 Teil 6 im Vergleich zu anderen Verfahren, Diskussion am Beispiel eines Reihenendhauses der Passivhaussiedlung Hannover Kronsberg Objektdaten: Reihenendhaus Flächenberechnung U-Werte und Cwirk-Werte der Bauteile Bestimmung der wärmetechnischen Kenngrößen dieses Passivhauses Spezifische Lüftungswärmeverluste Interne Wärmegewinne Solare Wärmegewinne über transparente Bauteile Solare Wärmegewinne über opake Bauteile Wirksame Wärmespeicherfähigkeit und Zeitkonstante Ausnutzungsgrad Vom Berechnungsgang nach Passivhaus Projektierungspaket zu den in der Norm festgelegten Randbedingungen für den öffentlich-rechtlichen Nachweis Berechnung nach PHPP-Jahresverfahren Berechnung nach PHPP-Monatsverfahren, Referenzklima Deutschland Berechnung nach DIN V 4108-Monatsverfahren, Randbedingungen in allen Fällen wie mit dem Passivhaus Projektierungspaket Temperaturkorrekturfaktor nach Tab. 3 für Bodenplatte Ermittlung der Verluste der Bodenplatte gemäß Anhang E Ermittlung der Verschattung nach dem Produktverfahren 4108-6 Strahlungsbilanzen opaker Außenoberflächen einbeziehen Luftvolumen nach Norm/EnEV Innentemperatur 19°C Innere Wärmequellen 5 W/m² (Nutzfläche nach EnEV) Pauschaler Zusatz-Lüftungsansatz nx=0.2 h-1 EnEV-Kurzverfahren (Jahresverfahren): Kann die Lüftungswärme-rückgewinnung abgekoppelt werden? Modifiziertes EnEV-Kurzverfahren (Jahresverfahren): Wiedereinbeziehung der Lüftungs-Wärmerückgewinnung Alte Wärmeschutzverordnung 1995 Parameterstudie Verfahren für den Vergleich Fälle der Parameterstudie Fehlerbetrachtung Genauigkeit der Bestimmung von baulichen Parametern Abweichungen bei Dämmdicken und Wärmeleitfähigkeiten Abweichungen beim Praxisbetrieb von Wärmerückgewinnungsanlagen Meßgenauigkeit bei der Bestimmung des Drucktesterg. n50 Abweichungen des Wärmeschutzes von Fenstern Gesamteinfluß bauliche Daten Nutzereinfluß Die mittlere Raumtemperatur in Wohnungen Die anzunehmende mittlere Luftwechselzahl für Fensterlüftung Die angenommene innere Wärmelast Gesamter Nutzereinfluß Klimadateneinfluß Gesamtfehlerbetrachtung Diskussion Ist der Fehler nicht noch größer? Ist der Fehler wirklich unvermeidbar so groß? Konsequenzen eines Gesamtfehlers von um 3 kWh/(m²a) Literatur |
1) CEPHEUS: Cost Efficient Passive Houses as European Standards; die wissenschaftliche Begleitung und Auswertung der Sommersituation wurde gefördert durch das Hessische Ministerium für Umwelt, Landwirtschaft und Forsten (AZ VI 3.1-78a78/49 07).