DIN V 18599

Für die Erstellung einer Energiebilanz bedarf es der Definition einer Bilanzgrenze. Im Falle der DIN V 18599 erfolgt eine gemeinschatliche Bewertung des Baukörpers, der Nutzung und der Anlagentechnik unter Berücksichtigung der gegenseitigen Wechselwirkungen. Dies ist sehr erfreulich, da oftmals gerade die Wechselwirkungen der verschiedenen Maßnahmen noch zu selten Berücksichtigung finden (auch wenn es in verschiedenen Vorgaben immer häufiger enthalten ist). Damit kommt rechnerisch eine Reduzierung eines Energiebedarfs und der dadurch verursachte Mehrbedarf an Energie zum Tragen. Als Beispiel sei hier die Dämmung von Rohren genannt, die ein wärmeführendes Medium durch einen Raum leiten. Der Wärmeverlust der ungedämmten Rohre führt zu einer Aufwärmung des Raums (und verursacht unter Umständen einen Kühlbedarf). Werden die Rohre nun gedämmt, so verringert sich der Wärmeeintrag in den Raum. Dieser gewünschte Effekt wird durch einen ansteigenden Wärmebedarf für die Zeiten flankiert, in denen der bisherige Wärmeverlust der Rohre als Heizung des Raums genutzt wurde. Zusätzlich kommt es aber auch - sofern dies bei den nichtgedämmten Rohren der Fall war - zu einer Reduzierung des Kühlbedarfs. Da hier ggf. unterschiedliche Energieträger für Heiz- und Kühlbedarf zum Einsatz kommen, müssen alle Energiemenge und damit auch die entsprechenden Kostenauswirkungen berücksichtigt werden.

Grundsätzlich wird für die Bildung der Energiebilanz das betrachtete Gebäude in Zonen eingeteilt, wobei eine Zone - vereinfacht - die gleichen Nutzungsparameter aufweist. Für jede Zone wird für jede Technik (siehe Normteile 2 - 8) der Nutzenergiebedarf bestimmt. Berücksichtigt werden dabei die Energieaustausche zwischen angrenzenden Zonen ebenso, wie der Energieaustausch mit der thermischen Hülle, welche die äußere Bilanzgrenze darstellt. Der Austausch an Energie zwischen den einzelnen Zonen und der Umgebung erfolgt unter Berücksichgitung des Aufbaus einer jeden Wand, unabhängig, ob es sich um eine Wand zwischen zwei Räumen, Zonen oder der Wand der thermischen Hülle handelt. Diese komplexen Berechnungen stellen grundsätzlich eine gute Simulation der Realität dar, sind jedoch so komplex, dass die Berechnung nur iterativ erfolgen kann und bisweilen zu keinem Ergebnis führt. In den meisten Fällen liegt das simulierte Ergebnis weit weg von realen Werten, wie sie in Energierechnungen zu finden sind. Hauptgrund heirfür sind unter anderem die im Normteil 10 behandelten Nutzungsrandbedinungen und Klimadaten.

Normteil 2 legt das Rechenverfahren fest, um den benötigten Nutzwärmebedarf und den -kältebedarf zu bestimmen, wobei dies jeweils je Zone geschieht. Um das gesamte Gebäude zu bilanzen, werden die zonenspezifischen Werte miteinander verknüpft, wobei sämtliche anderen Normteile berücksichtigt werden. Beide Bedarfe ergeben sich aus dem Zusammenwirken der bau- und anlagentechnischen Eigenschaften des betrachteten Gebäudes und den Anforderungen der Nurtzung. Die sich ergebenden Bedarfe müssen grundsätzlich durch entsprechende Technik gedeckt werden.

Für die Berechnung kommt ein Monatsbilanzverfahren zum Einsatz, welches auf Basis von Klimadaten die Bedarfe jeweils monatlich bestimmt und erst am Ende der Berechnung, zu einem Summenwert führt. Der Monat wird dabei durch einen durchschnittlichen Tag repräsentiert, was bei Nutzung von historischen oder prognostizierten Werten zu hohen Abweichungen zur Realität führt, je größer die Werte aus Simulation und Realität voneinander abweichen. Die Berechnung basiert auf der Nutzung von Wärmesenken und Wärmequellen, wobei beides nicht unbedingt eine technische Anlage zur Bereitstellung von Wärme und/oder Kälte sein muss. So werden Wärmeverluste von Beleuchtung oder ungedämmte Rohre ebenfalls als Wärmequelle und/oder -senke in der Bestimmung des Netzenergiebedarfs berücksichtigt. Genau dies ist nur dadurch möglich, dass die Wechselwirkungen der technischen Gebäudeausrüstung berücksichtigt werden.

Lüftungsanlagen sind nicht nur dafür da, um Frischluft in Gebäude zu bringen, sondern auch entsprechend Luft aus dem Gebäude wieder auszubringen. Für die energetische Betrachtung entsprechender Berechnungen sind bestimmte Parameter fixiert worden, so zum Beispiel ein Referenzklima, welches für das Gebäude gilt und vom Standort des Gebäudes abhängig ist. Um eine vollständige Berechnung garantieren zu können, müssen alle Ergebnisse aus Normteil 2 vorliegen. Analog zum Normteil 2 erfolgt die Berechnung im Rahmen des Normteils 3 ebenfalls im Monatsverfahren. Dabei werden auch alle durchschnittlichen Werte übernommen. Die Rechenverfahren für die Bestimmung des Nutzenergiebedarfs zur Luftaufbereitung sind in der Lage mit konstanten und variablem Luftströmen sowie darüber hinaus auch mit zeitabhängiger Nutzung zu rechnen.

Der Energiebedarf für Beleuchtung ist in erster Linie davon abhängig, wie die Anforderungen an den Lichtbedarf innerhalb des Gebäudes sind und mittels natürlichem Licht gedeckt werden können. Dementsprechend sind die Parameter zur Berechnung sehr stark von der Gebäudephysik abhängig. Der Einsatz von künstlichem Licht hat aber auch Auswirkungen auf alle Normteile, die sich mit der Bereitstellung von Wärme und Kälte beschäftigen. Dies liegt daran, dass Beleuchtung auch immer eine Wärmequelle ist, die zum einen den Einsatz anderer Wärmequellen reduziert, zum anderen aber auch Bedarf an Kühlung erzeugt, woraus sich auch hier die notwendige Berücksichtigung von Wechselwirkungen ergibt. Da Beleuchtung eine zentrale Nutzform innerhalb von Gebäuden ist, kann eine reduzierte Nutzung von Beleuchtung aus Gründen einer Reduzierung der Wärmeerzeugung nicht erfolgen.

Der Endenergiebedarf für Heizungssysteme ergibt sich aus der Summe der einzelnen Nutzenergiebedarfe je Zone innerhalb der thermischen Hülle unter Berücksichtigung der Verluste innerhalb des Heizsystems (Transport und Erzeugung). Die Nutzenergie zum Heizen aus Normteil 2 wird also noch um die Verluste erweitert, um den eigentlichen Endenergiebedarf für das Heizsystem zu berechnen. Daraus ergibt sich auch ein zweiter Ansatz für eine Steigerung der Systemeffizienz, denn neben der allgemein sinnvollen Betrachtung der Reduzierung von Nutzenergie, kann bei (unverändertem) Nutzenergiebedarf auch durch die Reduzierung der Verluste auf der Strecke von der Wärmeerzeugung (Heizkessel) zur Wärmeübergabe (Heizkörper) an den Raum der Endenergiebdarf reduziert werden.

Analog zum Wärmeverlust bei der Beleuchtung (Normteil 4) gilt aber auch hier, dass die Wärmeverluste als Wärmequelle angesehen werden müssen. So kann es passieren, dass sich der Endenergiebedarf für einen Raum nach einer Dämmmaßnahme nur geringfügig verändert, wenn die ungedämmten Rohre die Wärme in den zu heizenden Raum abgeben. In solch einem Fall stellen die Heizungsrohre nämlich neben dem eigentlichen noch einen weiteren Heizkörper dar, so dass sich letztlich zwar der Wärmeverlust reduziert, andererseits die Einsatzzeit des geplanten Heizkörpers verlängert. Grundsätzlich ist Wärmeverlust jedoch als unkontrollierte Heizung anzusehen und damit zu vermeiden. Vor allem in Räumen, in denen die Wärme gar nicht eingeleitet werden soll. Analog zu allen Betrachtungen mit Wärmeverlusten haben die Wärmeverluste Auswirkungen auf die anderen Heiz- und Kühlsysteme und werden daher ebenfalls über Wechselwirkungen berücksichtigt.

Der Normteil 6 ist speziell für die Berechnung des Nutzwärme- und Nutzkältebedarfs im Wohnungsbau konzipiert und kommt unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen aus den anderen Normteilen zum Einsatz. Die Norm ist speziell für den Anwendungsfall des Lüftens im Wohnungsbau gedacht. Anwendung finden die Berechnungsvorgaben innerhalb einer Zone aus Normteil 2 zur Berücksichtigung der Lüftungswärmesenen sowie der ungeregelten Wärme- und Kälteeintrage. Darüber hinaus ermöglicht der Normteil die Berechnung der Wärmeverluste und des Hilfsenergiebedarfs der Wärmeübergabe an den Raum, der Verteilung, der Speicherung und der Wärmeerzeugung. Berechnet werden dabei Wärmeverluste, Erzeugerwärmeabgaben, Wärmeaufnahmen aus regenerativen Energiequellen oder Wärmerückgewinnungen aus Abluft sowie regenerativer Energien für die Käteerzeugung und final der Hilfsenergiebedarf.

Ausgehend von den berechneten Nutzenergiebedarfen aus den Normteilen 2 und 3 lassen sich mit den Formeln aus Normteil 7 die Endenergiemengen für Raumlufttechnik- und Klimakälteanlagen bestimmen. Wie schon bei Normteil 5 werden auch hier die Übergabe- und Verteilverluste berechnet, um letztlich diese dem Nutzenergiebedarf zuzuschlagen. Dementsprechend ergeben sich auch für diese betrachteten Anlagentechniken Ansätze für Effizienzen, die Argumentation bleibt identisch. Mit der Aktualisierung der Vornorm wurde ein Schwerpunkt auf die Nutzung von regenerativen Energien für Kühlung gelegt, so dass ein Gebäude nun auch mit freier Kühlung, geothermischer Kühlung oder Kühlung mit Grundwasser berechnet werden kann. Gerade vor dem Hintergrund des Klimawandels gewinnt die Nutzung regenerativer Energien eine große Bedeutung. Die Ergebnisse der Berechnungen gemäß dieses Normteil gehen ebenfalls in andere Normteile ein.

Normteil 8 ist eng mit Normteil 5 verbunden, denn der Grund für den Wärmebedarf in einem Gebäude ist entweder der Heizzweck oder der Bedarf an warmen Wassers. Beides kann und wird über die gleiche Technik bereitgestellt, nur dass bei der Heizung die Wärme über einen Heizkörper (der selbst von einen Medium gespeist wird) erfolgt, während die Wärme beim Warmwasserbedarf direkt an das Brauchwasser übergeben wird. Das Brauchwasser selbst wird dann vom Ort der Wärmeerzeugung an den Ort der Nutzung in einem eigenen Verteilnetz geleitet. Oftmals sind beide Nutzfälle in einer Heizungsanlage kombiniert, es gibt jedoch auch für einige Anwendungsfälle dezentrale Lösungen. Dies hat mit den Verteilverlusten zu tun, die im Vergleich zur Nutzung in keinem guten Verhältnis stehen können, da neben der Bereitung von Wärme im Bereich des Brauchwassers auch immer hygienische Aspekte eine Rolle spielen. Diese können zu einem erhöhten Wärmebedarf führen, der sich aus der Hygieneanforderung und nicht aus dem eigentlichen Nutzwärmebedarf ergibt.

Grundsätzlich besteht daher die Möglichkeit, im Rahmen der Vornorm die Warmwasserbereitung mit der Erzeugung von Heizwärme zu kombinieren, oder einzelne Geräte dezentral in das System zu integrieren. Der Normteil kann ebenfalls regenerative Energien für die Simulation einsetzen und greift dabei auf die Nutzungsrandbedingungen und Klimadaten aus Normteil 10 zurück.

Normteil 9 behandet Anlagensysteme, wie sie bei der Eigenerzeugung und Nutzung von Strom in unmittelbarer räumlichen Nähe zum Gebäude vorkommen können. Dies ist bei PV- und Kleinwindanlagen noch nicht ganz so wild, auch wenn die Vornorm somit theoretisch eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ermöglicht. Bei Anlagen, die einen Energieträger zur Stromerzeugung (KWK-Anagen) einsetzen, wird es jedoch spannend, da die Erzeugung des Stroms ja grundsätzlich wärmegeführt geschieht und sich somit über den Wärmebedarf eine Strommenge ergibt, die dann wiederum mit dem Strombedarf (Beleuchtung, Betriebsstrom der Anlagen) abgleichen lässt, wobei die KWK-Anlage selbst ja als Heizungsanlage berücksichtigt wird.

Bezüglich der vorhandenen Windanlagen sei darauf hingewiesen werden, dass Windkraft nicht so einfach zu berechnen ist, wie es bei einer PV-Anlage möglich ist. Dies liegt darin begründet, dass die nutzbare Windenergie sehr stark von der Umgebung des Aufstellungsortes abhängig ist. Ein aus physikalischer Sicht theoretisch guter Standort kann nicht die Erwartungen erfüllen, wenn durch Gebäude, Vegetation oder sonstige Störquellen der Wind am angedachten Standort nicht in der Form strömt, wie es die Statistik vorsieht. Daher sollte eine Windkraftanlage immer parallel projektiert werden. Die Auswirkungen auf andere Normteile begrenzen sich im Wesentlichen auf die Zonierung und vor allem auf die Heiztechnik (Normteil 5), sofern eine entsprechende stromerzeugende Anlage zum Einsatz kommt.

Normteil 10 beschreibt keine Formeln, sondern Rahmenparameter, die genutzt werden, um die Berechnungen durchführen zu können. So werden Klimadaten benötigt, aber auch die Nutzung selbst innerhalb der einzelnen Zonen muss bekannt sein. Die Nutzung definiert sich aus vielen verschiedenen Parametern, wie im einfachsten Falle zum Beispiel durch die Nutzungszeit oder die Intensität der Nutzung (Büro oder Fabrikhalle mit schwerer körperlicher Arbeit). Auch Parameter wie Temperatur oder Luftfeuchtigkeit können sich im Rahmen unterschiedlicher Nutzungen unterscheiden. Diese verschiedenen Parameter zusammen sind für verschiedene Nutzungsfälle in Nutzungsprofile zusammengefasst. Die Nutzung der Nutzungsprofile ist immer dann wichtig, wenn Ergebnisse verglichen werden sollen.

Wie gut ein Gebäude letztlich bei seinem spezifischen Energiebedarf ist, hängt natürlich vom Standort, den dort herrschenden klimatischen Bedinungen und der spezifischen Nutzung ab. Solch ein speziell berechneter spezifischer Energiebedarf ist dann aber nicht mit einem anderen Gebäude vergleichbar. Ein Vergleich verschiedener Gebäudekonzepte (baulich und technisch) ist nur dann möglich, wenn sämtliche Rahmenbedingungen identisch sind. Und genau diese Parameter beschreibt Normteil 10 und hat damit in alle anderen Normteile Auswirkungen, es besteht aber auch die Möglichkeit alle vorgegebenen Nutzungsrandbedingungen und Klimadaten mit eigenen Einstellungen zu überschreiben.

Was für die Klimadaten und die Nutzungsrahmendaten gilt, zeigt sich auch bei der Steuerungstechnik der Anlagen - die zusammengefasst als Gebäudeautomation bezeichnet werden kann. Die zum Teil großen Abweichungen von Simulation und Realität lassen sich nämlich auch auf falsche Parameter bei der Steuerung zurückführen. Es sind teilweise sehr einfache Dinge wir Zeitschaltuhren oder Bewegungsmelder, die es einer Simulation erschweren, nah an die Realität zu kommen. Aus diesem Grund soll die Gebäudeautomation mit bekannten und inidividuellen Steuerungsregeln helfen, die Ergebnisse zu verbessern und auf der anderen Seite auch einen weiteren Hebel in Richtung Effizienzsteigerung zu ermöglichen.

Realisiert wird dies durch die Einführung weiterer Profile, wie zum Beispiel einem Raumbelegungsprofil oder einem Anlagenbetriebsprofil. Diese Profile unterscheiden sich teilweise in hohem Maße von den Profilen aus Normteil 10. Darüber hinaus lassen sich viele Werte der Nutzungsparameter erst durch den Normteil 11 in die Simulation aufnehmen, um so die angesprochene Individualisierung der Simulation zu ermöglichen.