Energetische und wirtschaftliche Bewertung verschiedener Anlagensysteme für ein Einfamilienhaus
- Art: Diplomarbeit
- Autor: Lars Rickmann
- Abgabedatum: August 2002
- Umfang: 178 Seiten
- Dateigröße: 23,7 MB
- Note: 1,0
- Institution / Hochschule: Fachhochschule Münster Deutschland
- ISBN (eBook): 978-3-8324-7360-0
-
ISBN (Paperback) :
978-3-8324-7360-0 P - ISBN (CD) :978-3-8324-7360-0 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Rickmann, Lars August 2002: Energetische und wirtschaftliche Bewertung verschiedener Anlagensysteme für ein Einfamilienhaus, Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: Energieeinsparverordnung, EnEV, Niedrigenergiehaus, Brennwerttechnik, Heizungstechnik
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Diplomarbeit von Lars Rickmann
Gang der Untersuchung:
Im Rahmen dieser Arbeit wird vor dem Hintergrund der neuen gesetzlichen Vorgaben der Energieeinsparverordnung 2002 eine energetische und wirtschaftliche Bewertung verschiedener Anlagensysteme für die Beheizung eines vorgegebenen Einfamilienhauses durchgeführt.
Dazu werden in systematischer Reihenfolge die Anlagenkonfigurationen Niedertemperaturkessel, Brennwertkessel, Brennwertkessel mit solarer Unterstützung der Trinkwassererwärmung sowie mit zusätzlicher Wärmerückgewinnungsanlage untersucht.
Ziel dieser Untersuchung ist es, ein Heizungssystem zu finden, das sowohl in Bezug auf die vorgegebenen baulichen Grundvoraussetzungen als auch unter Berücksichtigung energetischer und wirtschaftlicher Belange eine optimale Lösung darstellt.
Zunächst werden die Verfahren der EnEV vorgestellt und die allgemeine Vorgehensweise behandelt. Anschließend wird das Einfamilienhaus mit seinen baulichen Eigenheiten vorgestellt und beschrieben.
Auf Basis des vereinfachten Heizperiodenbilanzverfahrens und des Monatsbilanzverfahrens wird für jede Anlagenvariante der Jahres-Primärenergiebedarf mit daraus resultierender Anlagenaufwandszahl ermittelt und die Ergebnisse ausgewertet.
Auf Grundlage einer Wärmebedarfsberechnung nach DIN 4701 werden für die einzelnen Räume des Einfamilienhauses die Heizleistung der Plattenheizkörper bzw. der Fußbodenheizkreise ermittelt, die Heizflächen ausgelegt und auf Basis des Normwärmebedarfs des Gebäudes die Leistung des Heizkessels ermittelt.
Die wirtschaftliche Bewertung der verschiedenen Anlagensysteme erfolgt auf Basis der Annuitätenmethode und einer Amortisationsrechnung gemäß VDI 2067 und VDI 6025. Diese allgemeinen Berechnungsverfahren werden zunächst vorgestellt und erläutert. Unter Berücksichtigung der Randbedingungen zur Wirtschaftlichkeitsrechnung und der maßgeblichen Einflussfaktoren wird die Wirtschaftlichkeit der betrachteten Anlagensysteme diskutiert und ausgewertet.
Zusätzlich zu den wirtschaftlichen Aspekten wird eine ökologische Bewertung vorgenommen, die den CO2-Ausstoß der jeweiligen Anlagentechnik untersucht.
Abschließend wird die Anlagentechnik für das Einfamilienhaus ausgewählt, die den energetisch und wirtschaftlich besten Kompromiss, auch im Hinblick auf die zu erwartende Entwicklung der Anlagentechnik, darstellt.
Inhaltsverzeichnis:
| 1. | Einleitung | 3 |
| 2. | Zielsetzung und Vorgehensweise | 4 |
| 3. | Energetische Bewertung | 5 |
| 3.1 | Nachweisverfahren der EnEV | 5 |
| 3.1.1 | Heizperiodenbilanzverfahren (Vereinfachtes Verfahren) | 5 |
| 3.1.2 | Monatsbilanzverfahren | 8 |
| 3.2 | Primärenergiebedarf nach DIN 4701-10 | 10 |
| 3.2.1 | Detailliertes Verfahren | 10 |
| 3.2.2 | Tabellenverfahren | 10 |
| 3.2.3 | Diagrammverfahren | 10 |
| 3.3 | Ermittlung der Anlagenaufwandszahl nach dem Tabellenverfahren | 11 |
| 3.3.1 | Trinkwassererwärmung | 11 |
| 3.3.2 | Lüftungsanlage | 12 |
| 3.3.3 | Raumheizung | 13 |
| 3.4 | Vorstellung des Gebäudes | 13 |
| 3.4.1 | Gebäudespezifische Kenngrößen | 14 |
| 3.4.2 | Inhomogene Bauteile | 14 |
| 3.4.3 | Homogene Bauteile | 15 |
| 3.5 | Berechnung nach dem Heizperiodenbilanzverfahren | 15 |
| 3.5.1 | Nachweis der spezifischen Transmissionswärmeverluste HT' | 16 |
| 3.5.2 | Nachweis des spezifischen Primärenergiebdarfs QP'' | 16 |
| 3.6 | Anlagentechnik | 16 |
| 3.6.1 | Niedertemperaturkessel (Heizwerttechnik) | 17 |
| 3.6.2 | Brennwertkessel (Brennwerttechnik) | 18 |
| 3.6.3 | Unterschied zwischen Heizwert und Brennwert | 19 |
| 3.6.4 | Brennwertkessel mit solarer Unterstützung der Trinkwassererwärmung | 20 |
| 3.6.5 | Zu- /Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung | 21 |
| 3.7 | Systembeschreibung der verschiedenen Anlagen | 22 |
| 3.8 | Ergebnisse der Berechnung nach dem Heizperiodenbilanzverfahren | 23 |
| 3.9 | Berechnung nach dem Monatsbilanzverfahren | 24 |
| 3.9.1 | Verwendung von Korrektur- und Abminderungswerten | 24 |
| 3.9.2 | Bestimmung des Ausnutzungsgrades der Wärmegewinne | 24 |
| 3.9.3 | Ansetzbares Nettovolumen | 25 |
| 3.9.4 | Berücksichtigung der Wärmeverluste und der Nachtabschaltung | 25 |
| 3.10 | Ergebnisse der Berechnung nach dem Monatsbilanzverfahren | 26 |
| 3.11 | Vergleich und Auswertung der Ergebnisse beider Verfahren | 27 |
| 3.11.1 | Jahres-Heizwärmebedarf | 27 |
| 3.11.2 | Jahres-Primärenergiebedarf | 28 |
| 3.11.3 | Anlagenaufwandszahlen | 29 |
| 3.12 | Fazit der energetischen Bewertung der vier verschiedenen Anlagensysteme | 30 |
| 4. | Wärmeerzeugungsanlagen und Heizflächen | 31 |
| 4.1 | Heizleistung der Wärmeerzeugungsanlage nach DIN 4701 | 31 |
| 4.2 | Aufbau des Heizungssystems | 33 |
| 4.3 | Auslegung der Heizflächen für den Niedertemperaturkessel | 34 |
| 4.4 | Auslegung der Heizflächen für den Brennwertkessel | 35 |
| 4.5 | Einteilung in Heizkreise | 37 |
| 5. | Wirtschaftliche Bewertung | 40 |
| 5.1 | Vorstellung der Verfahren für die Wirtschaftlichkeitsrechnung | 40 |
| 5.2 | Wahl der Berechnungsmethode | 40 |
| 5.3 | Annuitätenmethode nach VDI 2067 | 41 |
| 5.4 | Statische Amortisationsmethode nach VDI 6025 | 43 |
| 5.5 | Randbedingungen zur Wirtschaftlichkeitsrechnung | 43 |
| 5.6 | Wirtschaftlichkeitsrechnung nach VDI 2067 und VDI 6025 | 46 |
| 5.7 | Kritik an der EnEV | 49 |
| 5.8 | Berechnungen unter Berücksichtigung verschiedener Parameter | 50 |
| 5.8.1 | Berücksichtigung von Energiepreissteigerungen | 50 |
| 5.8.2 | Emissionen der Anlagenvarianten | 51 |
| 5.8.3 | Änderung der Gebäudedämmung | 52 |
| 6. | Zusammenfassung der Ergebnisse der energetischen und wirtschaftlichen Bewertung | 54 |
| 7. | Ausblick | 55 |
| 8. | Verzeichnisse | 56 |
| 8.1 | Abkürzungen/Formelzeichen der energetischen Betrachtung | 56 |
| 8.2 | Abkürzungen/Formelzeichen der wirtschaftlichen Betrachtung | 58 |
| 8.3 | Bildverzeichnis | 60 |
| 8.4 | Literaturverzeichnis | 60 |
| 9. | Anhang |
Im Monatsbilanzverfahren wird die Berechnung der Wärmeverluste über erdberührte Bauteile unter Verwendung der genauen Monatswerte nach DIN EN ISO 13370 [19] und nicht nach DIN 4106-6 geführt, da möglichst genaue Werte berechnet werden sollen. Für die erdreichberührten Bauteile ergibt sich somit nach DIN EN ISO 13370 ein Temperatur-Korrekturwert von 0,81. Der im Zuge des Vereinfachten Verfahrens nach DIN 4108-6 berechnete Wert liegt bei 0,6. Der Unterschied beider Verfahren hinsichtlich der Bodenplatte ist mit 0,59 bzw. 0,6 zu vernachlässigen, da er zu keiner maßgeblichen Veränderung führt. Die Randbedingungen und die wesentlichen Korrekturfaktoren für das Monatsbilanzsystem werden in Kapitel 3.1-3.2 des Anhangs zusammengefasst. Die entsprechenden Werte für das Heizperiodenbilanzverfahren können Kapitel 2.1-2.2 des Anhangs entnommen werden. 3.9.2 Bestimmung des Ausnutzungsgrades der Wärmegewinne [...]
Für das nach dem Vereinfachten Verfahren der EnEV berechnete Gebäude wird nun die Berechnung des Jahres-Primärenergiebedarfs und der spezifischen Transmissionswärmeverluste nach dem Monatsbilanzverfahren durchgeführt. Dies ist ohne weiteres möglich, da Einschränkungen zu Anwendungs- und Berechnungsmöglichkeiten, wie sie im Vereinfachten Verfahren vorgesehen sind, im Monatsbilanzverfahren nicht existieren. Es kann also im Rahmen des Nachweisverfahrens der EnEV immer angewendet werden. Das Monatsbilanzverfahren bietet sich als Standardverfahren beim Energieeinsparnachweis der EnEV an, da es sich, wie auch schon in Kapitel 3.1.2 beschrieben, um das Verfahren handelt, das durch die exaktere Eingabe von Daten entsprechend genauere Werte für den Jahres-Heizwärmebedarf erzielt. Da diese genauere Berücksichtigung aber einen erheblich höheren Berechnungsaufwand mit sich bringt, ist die Verwendung eines Computerprogramms notwendig. Bei der folgenden Berechnung des Einfamilienhauses nach dem Monatsbilanzverfahren wurde das PC-Programm „Helena“ [18] verwendet. Die Berechnung des Energieeinsparnachweises nach dem Monatsbilanzverfahren basiert auf dem Referenzgebäude und nimmt die identischen Anlagensysteme, wie sie in Kapitel 3.7 beschrieben wurden, zur Grundlage, so dass von einer wiederholten Beschreibung des Gebäudes und der Anlagenvarianten abgesehen wird. Wie schon erwähnt, erzeugt das Monatsbilanzverfahren exaktere Werte für den JahresHeizwärmebedarf. Diese Differenzen beider Verfahren beruhen im Wesentlichen auf folgenden Unterschieden: • • • • 3.9.1 Verwendung anderer Korrektur- und Abminderungswerte genauere Bestimmung des Ausnutzungsgrades der Wärmegewinne geringer ansetzbares Nettovolumen genauere Berücksichtigung der Wärmeverluste und der Nachtabschaltung Verwendung von Korrektur- und Abminderungswerten [...]
Die Ergebnisse der Tabelle 3 zeigen deutlich, dass sich bei einem Einsatz von effizienteren Anlagentechniken ein kontinuierlich geringerer Jahres-Endenergiebedarf einstellt, wie erwartet wurde. Jedoch steigt der Jahres-Hilfsenergiebedarf umso höher an, je energetisch effizienter die Anlage wird. Das hat folgende Ursachen: Durch die konstruktionsbedingte geringere Abgastemperatur der Brennwerttechnik, die bei ca. 45 °C liegt, müssen Abgasventilatoren eingesetzt werden, um den Dichte-Unterschied zwischen Luft und Abgasen zu überwinden (s. a. Kapitel 3.6.2). Bei der Verwendung einer Solaranlage zur Trinkwassererwärmung kommt zusätzlich eine Solarpumpe zum Einsatz, die den Hilfsenergiebedarf pro Jahr weiter erhöht. Die Verdoppelung der Jahres-Hilfsenergie ist auf den Einsatz einer Zu-/Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung zurückzuführen. Zur Abführung der verbrauchten Luft bzw. zur Zuführung von frischer Luft benötigt die Lüftungsanlage Ventilatoren, die über Hilfsenergien (elektrischer Strom) betrieben werden. Weiterhin benötigt sie gegebenenfalls zusätzlichen Strom für die Zuluftvorerwärmung (Frostschutz). [...]
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Link zur Arbeit:
http://www.diplom.de/ean/9783832473600
Arbeit zitieren:
Rickmann, Lars August 2002: Energetische und wirtschaftliche Bewertung verschiedener Anlagensysteme für ein Einfamilienhaus, Hamburg: Diplomica Verlag
Schlagworte:
Energieeinsparverordnung, EnEV, Niedrigenergiehaus, Brennwerttechnik, Heizungstechnik




