Die Energie-Einspar-Verordnung EnEV

Die Energie-Einsparverordnung (EnEV) soll einen Beitrag dazu leisten, die selbst auferlegte Verpflichtung Deutschlands, bis zum Jahr 2005 gegenüber dem Stand von 1990 25% CO2 weniger zu emittieren, einzuhalten.

Mit der Energie-Einsparverordnung (EnEV) werden die Wärmeschutz-Verordnung und die Heizungsanlagenverordnung abgelöst. Die DIN V 4701 Teil 10, die die Berechnungsgrundlagen für die Anlagentechnik schafft, sowie die entsprechende Regel für die Bauphysik, die DIN V 4108 Teil 6, liegen bereits als Vornormen vor . Zukünftig ist nicht mehr der Heizwärmebedarf, sondern der Primärenergiebedarf q_P, der für die Gebäudebeheizung und -belüftung sowie für die Trinkwassererwärmung erforderlich ist, geregelt. Diese Betrachtung erfordert, dass sowohl Wärmedämm- als auch anlagentechnische Maßnahmen als Ganzes betrachtet werden.

Verknüpfung von Bauphysik und Anlagentechnik

Damit bietet die EnEV den neuen Ansatz, Bauphysik und Heizungsanlagentechnik nicht getrennt, sondern gemeinsam zu planen: Der Primärenergiebedarf q_P kann in einem weniger gut wärmegedämmten Haus unter dem zulässigen Grenzwert gehalten werden, wenn eine effiziente Heizungsanlagentechnik (geringe Anlagenaufwandszahl eP) gewählt wird. Andererseits kann ein sehr gut wärmegedämmtes Haus (geringer Heizwärmebedarf q_h) mit einer weniger aufwändiger Heiztechnik (hohe Anlagenaufwandszahl eP) auskommen, wobei in diesem Fall allerdings die Möglichkeiten der technischen Gebäudeausrüstung nur eingeschränkt genutzt werden. Die EnEV bietet also die Möglichkeit von intelligenten Kompensationen. Nur der Primärenergiebedarf entscheidet. Für den maximal zulässigen Primärenergiebedarf gibt die EnEV eine Formel vor, die sich am A/V-Verhältnis orientiert (Verhältnis A/V: die wärmeübertragenden Außenfläche A bezogen auf das beheizte Gebäudevolumen V). Die zwei Varianten für zentrale und dezentrale elektrische Trinkwassererwärmung lauten: Für Wohngebäude mit zentraler Trinkwassererwärmung:

q_P,zul = 50,94 + 75,29 • A / V + 2600 / (100 + AN) [kWh/(m² • a)]

Für Wohngebäude mit dezentraler Trinkwassererwärmung mit Hilfe von Strom:

q_P,zul = 72,94 + 75,29 • A / V [kWh/(m² • a)]

Für ein als Beispiel gewähltes Einfamilienhaus mit einer Nutzfläche von AN = 200 m² und A/V = 0,8 ergibt sich ein q_P,zul von 119,84 kWh/(m² • a) bei zentraler Trinkwassererwärmung. Dieser Wert darf nicht überschritten werden und stellt somit die Basis für die Arbeit des Planers oder des Architekten dar. Ihm ist es jetzt überlassen, durch Kombination bauphysikalischer und heiztechnischer Maßnahmen eine Bauausführung zu erarbeiten, deren Primärenergiebedarf für die Wärmeerzeugung einschließlich der erforderlichen Hilfsenergie unter diesem Grenzwert bleibt. Der Wärmeschutz des Gebäudes muss den anerkannten Regeln der Technik entsprechen. Der maximal zulässige spezifische Transmissionswärmeverlust (HT) über die Gebäudehülle beträgt:

Spezifischer Transmissionswärmeverlust für Wohngebäude:

H_{T, max} = 0,3 + 0,15 • V / A [W/(m² • K)]

Dieser zulässige spezifische Transmissionswärmeverlust HT kann durch normale Baustandards (WSchV 95) leicht eingehalten werden. Er stellt damit praktisch keine Einschränkung der Gestaltungsmöglichkeiten des Architekten dar.

Die Anlagen-Aufwandszahl ep

Bei der Planung des Baus müssen also Wärmedämmung und Anlagentechnik miteinander in Beziehung gesetzt werden. Die Aufwandskennzahl der Anlagentechnik (ep) sollte den wirtschaftlichen Erfordernissen entsprechend möglichst klein gewählt werden. Die primärenergetische Aufwandskennzahl ep beschreibt das Verhältnis von Primärenergiebedarf (für Heizwärme und Trinkwasser) zum entsprechenden Nutzwärmebedarf:
e_p = q_p / (q_h + q_tw).

Bild 4 zeigt die auf Basis der DIN V 4701 berechnete Umwandlungskette für ein Einfamilienwohnhaus mit einem Niedertemperatur-Gas-Heizkessel. Es wird deutlich, dass im Vergleich zu der an die Räume abgegebenen Heizwärme ein 50% höherer Primärenergieaufwand besteht.

Für die Ermittlung der Anlagenaufwandszahl dient die DIN V 4701 Teil 10. Es können verschiedene Berechnungsverfahren eingesetzt werden (Bild 7):

1. Diagrammverfahren

2. Tabellenverfahren

3. Tabellenverfahren mit Produktkennwerten.

1. Diagrammverfahren

Für einige Anlagenkonfigurationen bietet die Norm in Abhängigkeit von der Nutzfläche AN und dem Heizwärmebedarf qh Diagramme, aus denen die jeweilige Anlagenaufwandszahl eP direkt abgelesen werden kann (Bild 8). Das Ergebnis gilt aber ausschließlich für die jeweils beschriebene Anlage.

Neben den Komponenten sind auch die Systemtemperatur, die Verlegeart der Verteilleitungen etc. vorgegeben und können nicht frei gewählt werden. Die Zahl der in Diagrammen zusammengefassten Anlagen wird zukünftig zwar zunehmen, aber es werden nicht alle denkbaren Anlagenkonfigurationen hinterlegt werden können.

2. Tabellenverfahren

Deshalb besteht auch die Möglichkeit, mit Hilfe des Tabellenverfahrens nach DIN V 4701 Teil 10 Anlagen, die nicht im Anhang der Norm als Diagramme aufbereitet sind, zu berechnen. Dazu werden in der Norm in Tabellen Standardwerte vorgegeben  die für verschiedene Wärmeerzeuger und andere Komponenten den jeweils unteren Marktdurchschnitt darstellen. Die Werte sind in Abhängigkeit von der Nutzfläche AN angegeben. Mit Hilfe von Tabellen werden so für alle Anlagenkomponenten (Wärmeerzeuger, Verteilsystem, Wärmeabgabe, Trinkwassererwärmung, Zirkulation usw.) Aufwandszahlen abgelesen und in einem Formblatt verknüpft. Außerdem werden Hilfsenergien einbezogen und primärenergetisch bewertet. Die Berechnung erfolgt zunächst separat für Heizung, Trinkwassererwärmung und Lüftung. exemplarisch wird im Folgenden der Berechnungsgang für die Heizung beschrieben (Bild 9). Der spezifische Jahres-Heizwärmebedarf ergibt sich aus den Berechnungen zum Wärmeschutz gemäß der DIN V 4108 Teil 6 und muss zur Auswahl der richtigen Werte bekannt sein. Die Bereitstellung der Wärme lässt sich in 5 Prozessbereiche untergliedern, wie das Tabellenblatt (Bild 9) zeigt:

(1) Übergabe im Raum: q_ce (control and emission)

(2) Verteilung bis zur Übergabe: q_d (distribution)

(3) Speicherung der Wärme: q_s (storage)

(4) Erzeugung der Wärme: e_g (generation)

(5) Umwandlung der Primärenergie in Endenergie: f_P (Umwandlungsfaktor).

Die Bewertung erfolgt getrennt nach Wärmeenergie und Hilfsenergie. Damit geht auch der Stromverbrauch von Regelung und Umwälzpumpen usw. in die Berechnung mit ein. Die einzelnen Verlustwerte müssen aus Tabellen der Norm entnommen werden. Beispielhaft ist die Tabelle zur Ermittlung der Verteilungsverluste für horizontale Verteilleitungen dargestellt (Bild 11). Analog dazu wird nach Auswahl der Komponenten und Festlegung der Randbedingungen (Systemtemperaturen etc.) für den Wärmeerzeuger, die Heizkörper usw. vorgegangen (Bild 12). Bei der Berechnung der Heizung können Verluste aus Lüftung und Trinkwassererwärmung, die innerhalb der thermischen Hülle auftreten, teilweise als Gewinne verbucht werden, da sie den Heizwärmebedarf verringern (q_h,TW, q_h,L). Nachdem auch Lüftung und Trinkwassererwärmung entsprechend bewertet sind, können die sich ergebenden Primärenergien addiert werden. Damit ergibt sich ein Gesamt- Primärenergiebedarf für das betrachtete Gebäude. Bei Division durch die Summe von Heizwärme und Trinkwasserwärmebedarf ergibt sich die Aufwandszahl e_P:

e_P= q_P / (q_h + q_tw)

3. Tabellenverfahren mit Produktkennwerten

Soweit vorhanden können auch Produktkennwerte im Tabellenverfahren genutzt werden. Auch eine Mischung der Normwerte mit produktspezifischen Werten ist zulässig. Bei Einsatz entsprechend hochwertiger Anlagenkomponenten ergeben sich deutlich günstigere Verlustwerte und damit insgesamt bessere Anlagen-Aufwandszahlen. Es gibt keine Möglichkeit, für einen Wärmeerzeuger direkt eine Anlagenaufwandszahl anzugeben, da das gesamte System mit allen Komponenten eingeht. Für Wärmeerzeuger können lediglich Erzeugerkennwerte bestimmt werden (eg), die in das Tabellenblatt (Bild 9) eingehen. Da aber eg von der Kesselart, der Systemtemperatur und der Leistung des Heizkessels bzw. der beheizten Fläche abhängt, kann eg nicht generalisiert angeben werden. In die Ermittlung gehen die Nenn-Wärmeleistung, der Wirkungsgrad bei 30% Auslastung und der Bereitschaftsverlust bei 70°C ein. Zur produktspezifischen Ermittlung der Hilfsenergien sind die Leistungsaufnahmen bei 30% Auslastung heranzuziehen. Diese Werte werden nach vorgegebenen Verfahren ermittelt und zertifiziert.

Potential bei Verwendung von Produktkennwerte

Allein durch die Verwendung von Produktkennwerten kann die Anlagenaufwandszahl erheblich gesenkt werden. Damit besteht allein durch frühzeitige Auswahl des konkreten Wärmeerzeugers und Aufnahme der entsprechenden Kennwerte in den Energiebedarfsausweis und die EnEV-Berechnung die Möglichkeit, den rechnerischen Primärenergiebedarf zu senken und damit ggf. die Vorgaben ohne kostenaufwändige bauliche Maßnahmen zu erfüllen.

Einfluss des Aufstellortes

Bild 15 weist auf eine weitere Möglichkeit hin, die Anlagenaufwandszahl zu verringern: die richtige Wahl des Aufstellortes. Werden Wärmeerzeuger und Verteilleitungen innerhalb der thermischen Gebäudehülle installiert (z.B. im Technikraum oder Hauswirtschaftsraum), so kommt die Wärme, die über die Oberfläche des Heizkessels und der Verteilrohre abgestrahlt wird, der Beheizung dieses Raumes zugute. So sinkt der durch den Heizkessel bereitzustellende Wärmebedarf, gleichzeitig werden Verluste verringert. Voraussetzung für die Aufstellung innerhalb der thermischen Hülle ist die raumluftunabhängige Betriebsweise des Heizkessels, da nur bei direkter Ansaugung der Verbrennungsluft auf die sonst vorgeschriebenen Öffnungen in der thermischen Hülle des Aufstellraums verzichtet werden kann. Zukünftig werden auch Öl-Heizgeräte, die raumluftunabhängig betrieben werden können, zur Verfügung stehen, da so die Installation innerhalb der thermischen Gebäudehülle möglich ist und die Strahlungsverluste damit als Nutzwärme anzusehen sind. Allein schon die Verlegung der Verteilleitungen innerhalb der gedämmten Gebäudehülle statt im ungedämmten Bereich reduziert die Anlagenaufwandszahl (e_p) im Beispiel nach Bild 16 um mehr als 10%. Die Aufstellung des Heizkessels innen – in raumluftunabhängiger Betriebsart – senkt die Aufwandszahl in Verbindung mit innenliegenden Verteilleitungen sogar um 15%. Durch die Wahl des Aufstellortes und der Leitungsverlegung können für einen Heizkessel gleicher Ausführung und Leistung 15% Primärenergie, und damit Endenergie und Energiekosten in entsprechender Höhe eingespart werden.

Bild 17 verdeutlicht den Spielraum: Die Grenzkurve stellt den Zusammenhang zwischen Heizwärmebedarf und Anlagenaufwandszahl für das Beispielgebäude dar. Wird die Anlagenaufwandszahl abgesenkt, so darf der Heizwärmebedarf größer werden.

Maßnahmen im Gebäudebestand

Damit die EnEV ihr Ziel erreicht, spürbare Reduzierungen des Energieverbrauchs und der CO₂-Emissionen zu bewirken, müssen auch Maßnahmen im Gebäudebestand durchgesetzt werden. Eine Auswertung der Schornsteinfeger zeigt, dass von den rund 15 Millionen Heizungsanlagen in Deutschland 4,4 Millionen – das ist fast ein Drittel aller Anlagen – älter als 15 Jahre ist. 2,4 Millionen – mehr als 16% – sind sogar älter als 19 Jahre. Ein Großteil dieser Anlagen entspricht nicht mehr dem Stand der Technik und ist dringend modernisierungsbedürftig. Ziel muss es deshalb sein, den Gebäudebestand mit diesen hochentwickelten und ausgereiften Technologien energetisch zu sanieren.  Der im Neubau in der EnEV vorgeschriebene Energiebedarfsausweis wird auch im Gebäudebestand Einzug halten. Der Nachweis eines geringen Primär- und Endenergiebedarfs weist auf entsprechend geringe Energieverbrauchskosten hin und dokumentiert damit für den modernisierten Gebäudebestand das Niveau der “zweiten Miete”.

Die EnEV bietet die Möglichkeit der Kompensation

Bild 20 zeigt für ein beispielhaftes Einfamilienwohnhaus (Nutzfläche AN = 200 m², A/V = 0,8, q_P,zul = 119,84 kWh/(m² • a), q_h = 70 kWh/(m² • a)) eine Verknüpfung von Anlagentechnik und Bauphysik. Die Betrachtung in Bild 20 ist vereinfacht, da nach der DIN V 4701 die Anlagenaufwandszahl vom Heizwärmebedarf abhängt und nicht konstant ist. Für eine ausführliche Berechnung muss in mehreren Schritten vorgegangen werden: Zunächst wird für einen angenommenen Heizwärmebedarf (hier 70 kWh/(m² • a)) und die gewählte Anlagentechnik das zugehörige eP ermittelt. Werden dann aufgrund des Ergebnisses an der Gebäudehülle Veränderungen vorgenommen, so ist eine erneute Berechnung mit dem neuen Heizwärmebedarf durchzuführen. Veränderungen an der Gebäudehülle treten dann auf, wenn im ersten Berechnungsschritt der zulässige Primärenergiebedarf überschritten wird (notwendig: Senkung des Heizwärmebedarfs) oder wenn der sich eventuell ergebende Spielraum bis zur Erreichung des zulässigen Primärenergiebedarfs ausgenutzt werden soll (Verringerung der Wärmedämmung und damit Steigerung des Heizwärmebedarfs). In Bild 20 sind die Anlagenaufwandszahlen dagegen immer auf einen Heizwärmebedarf von 70 kWh/(m²• a) bezogen. Für hohe Aufwandszahlen e_P wie beispielsweise bei der Stromheizung ist ein entsprechend hoher Dämmstandard erforderlich, um die EnEV einzuhalten. Andererseits kann bei einer besonders sparsamen Anlagentechnik ein Heizwärmebedarf von weit über 100 kWh/(m² • a) entstehen, ohne den zulässigen Primärenergiebedarf zu überschreiten.

Hier ist allerdings die Beschränkung des Transmissions-Wärmeverlustes H_T nach EnEV zu berücksichtigen, so dass sich ein maximal zulässiger Heizwärmebedarf von etwa 85 kWh/(m² • a) ergibt (Niveau der WSchV 95). Anlagenkennzahlen, die grundsätzlich einen höheren Heizwärmebedarf zulassen, können nicht zur Verringerung der Wärmedämmung genutzt werden.