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Energetische und wirtschaftliche Bewertung verschiedener Anlagensysteme für ein Einfamilienhaus

Energetische und wirtschaftliche Bewertung verschiedener Anlagensysteme für ein Einfamilienhaus
Über dieses Buch
  • 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

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

Automatisiert erstellter Textauszug:

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). [...]

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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