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Qualitätsprüfung für Energieausweis-Software

Projektbeschreibung

Projektbeteiligte

Eckdaten

Qualitätsprüfung für Energieausweis-Software


Projektnummer
10.08.17.7-07.21
Projektbeginn
10.2007
Projektende
04.2009
Projektstatus
abgeschlossen ohne Bericht

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden die am Markt verfügbaren Energieausweis-Softwareprodukte einer Qualitätsprüfung unterzogen. Die Prüfung hinsichtlich einer korrekten Nachweisführung bzw. Energieausweisausstellung sowie die Erarbeitung von Methoden zur Qualitätsprüfung und -sicherung hatte das Ziel, Transparenz bei den am Markt vorhandenen Softwarelösungen zu schaffen. Darüber hinaus sollte durch die Bereitstellung von Testmodulen die Möglichkeit geschaffen werden, vorhandene Softwareprodukte durch das Aufdecken von Mängeln stetig weiterzuentwickeln, um die Qualität der Produkte auf hohem Niveau dauerhaft zu sichern.
Projektlaufzeit: Oktober 2007 - April 2009

Mit der Energieeinsparverordnung (EnEV) ist durch den Energieausweis für Neu- und Bestandsbauten ein Werkzeug zur Verfügung gestellt worden, um den energetischen Zustand eines Gebäudes zu dokumentieren bzw. Hinweise zu Energieeinsparpotenzialen geben zu können. Dabei ist mit der EnEV 2007 für Nichtwohngebäude die DIN V 18599 als Bilanzierungsverfahren für den öffentlich-rechtlichen Nachweis verbindlich eingeführt worden. Mit der novellierten EnEV 2009 wird die DIN V 18599 zukünftig alternativ auch im Wohnungsbau anwendbar sein. Dieses ganzheitliche Verfahren macht eine iterative Berechnung mit Hilfe von Software erforderlich, deren Umsetzung von frei am Markt agierenden Anbietern erfolgt. 

Ziel des Forschungsvorhabens war es, die Softwareprodukte hinsichtlich klar definierter Qualitätsmerkmale einzuschätzen und schwerpunktmäßig die Anwendbarkeit der DIN V 18599 in Verbindung mit den Anforderungen der EnEV zu belegen. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens sollen eine Markttransparenz schaffen und eine Qualitätssicherung und -steigerung der vorhandenen Softwareprodukte erzielen. Weiterhin wird die Schaffung von Transparenz bei den entwickelten Softwarelösungen angestrebt.

Durch die Entwicklung von Testmodulen wird eine ständige Verbesserung der Software unterstützt. Das Aufdecken von Fehlern in der Software soll sicherstellen, dass die Software die Energieeinsparverordnung und die zugrunde liegende Normung in der Nachweisführung richtig abbildet und dies letztendlich zu einer korrekten Energieausweiserstellung führt.

Auftragnehmer war das Institut für angewandte Informatik im Bauwesen e.V. (IAIB), Wismar.

Konzept

Das Vorhaben gliederte sich in die folgenden Arbeitsschritte: 

Erstellung von Anforderungskatalogen für Software

In diesem Teil wurde der Aufbau eines Kataloges mit Anforderungen aus der Energieeinsparverordnung zusammengestellt. Das Ziel der Erstellung der Kataloge ist die Gruppierung aller Anforderungen in eine übersichtliche Verzeichnisstruktur. Der in diesem Abschnitt erarbeitete Katalog dient zur übersichtlichen Darstellung der Anforderungen aus der Energieeinsparverordnung.

Definition von Testgebäuden zur Überprüfung der Softwaretypen

Bei der Erarbeitung geeigneter Testgebäude von einem Wohn- und einem Nichtwohnhaus wurde Wert darauf gelegt, reale Bauwerke mit einer hohen statistischen Repräsentativität auszuwählen.

Für das Wohngebäude (WG) wurde als Testbau ein Mehrfamilienhaus in Ziegelbauweise aus den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts ausgewählt. Die Auswertung verschiedener Untersuchungen und statistischer Erhebungen ergab, dass für ein Nichtwohngebäude (NWG) ein Reihenmittelhaus mit Ladennutzung im Erdgeschoss und Büronutzung in den Obergeschossen repräsentativ für eine große Anzahl von Gebäuden in Deutschland ist. Deshalb wurde ein derartiges Testgebäude aus dem Jahr 2004 mit einer Stahlbeton-Skelettkonstruktion den weiteren Betrachtungen zu Grunde gelegt.

Analyse und Bestandsaufnahme der bestehenden Softwaretypen

Insgesamt wurden für Nichtwohngebäude (nach DIN V 18599) 15 Softwareprodukte für die Bedarfsberechnung und 13 Produkte/Instanzen für Verbrauchsausweise untersucht. Für den Bereich Wohngebäude (nach DIN V 4108-6 und DIN V 4701-10) wurden insgesamt je 13 Produkte für Bedarf und Verbrauch untersucht.

Aufbau einer Anforderungsliste an die Prüfung der Softwarelösungen

Um einen Überblick über den Umsetzungsgrad der Software hinsichtlich der Norm bzw. den Regeln der Technik zu erhalten, wurden Anforderungen aus der Energieeinsparverordnung und der Normung abgeleitet, systematisiert und katalogisiert. Als Ergebnis dieser Arbeit wurde ein Fragenkatalog aufgestellt, welcher sich in drei Kategorien unterteilt. Bei der Erarbeitung der Prüfkriterien stellte sich schnell heraus, dass zur eigentlichen Nachweisführung bzw. Energieausweiserstellung nur die positive Beantwortung eines Teiles der Gesamtheit aller Fragen wichtig ist. Aus diesem Grunde wurde folgende Einteilung der Prüfkriterien vorgenommen: 

  • Schlüsselfragen: Beinhalten die Abfrage von Prüfkriterien, deren positive Beantwortung zur Führung eines Nachweises bzw. Energieausweiserstellung unbedingt notwendig ist. Zu Schlüsselfragen wurden Abfragen zum Umfang der Umsetzung (z.B. Vorhandensein diverser Versorgungstechniken) bis zur Einstellmöglichkeit von Parametern und Betriebsweisen (z.B. Absenkbetrieb) zusammengefasst.
  • Komfortfragen: Beinhalten zusätzlich zu den Schlüsselfragen mehrheitlich solche Kriterien, mit denen ein Nachweis besonders rationell durchgeführt werden kann (z.B. Ein-Zonen-Modell).

Nach der Beantwortung sämtlicher Fragen aus dem Prüfkatalog wird für jedes Softwareprodukt eine Bewertung durch eine Einzahlangabe (so genannter "Score") durchgeführt.

Nutzung und Testen der Software an unterschiedlichen Referenzgebäuden

Für die Einschätzung der Rechengenauigkeit wurden je für das Wohn- als auch für das Nichtwohnhaus repräsentative Testgebäude mit zugehörigen Varianten (nur bei Nichtwohngebäuden) entwickelt. Fehler in den Programmen wurden nach der Eingabe durch schrittweisen Abgleich der Eingaben sowie wichtiger Zwischen- und Endergebnisse entdeckt.

Da im Nichtwohngebäudebereich der Schwerpunkt der DIN V 18599 auf der Haustechnik liegt, wurde diese variiert und alle anderen Parameter bezüglich der Gebäudehülle und der Beleuchtung im Wesentlichen unverändert belassen. Grundsätzlich wurden die ersten vier Haustechnikvarianten so gewählt, dass einzelne Versorgungsarten für sich allein untersucht werden können. Vier weitere Haustechnikvarianten sind Kombinationen unterschiedlicher Versorgungssysteme.

Sind bei der Rechenmethodik nach DIN V 4108 Teil 6 und DIN V 4701 Teil 10 eindeutige Ergebnisse zur späteren Verwendung als Zielwerte theoretisch noch mit einer nachvollziehbaren Handrechnung ermittelbar, so sind Zielwerte für Prüfungen der Rechenmethodik nach DIN V 18599 schwer zu ermitteln. Um dennoch Vergleichswerte zur Einschätzung der Rechengenauigkeit der verschiedenen Programme zu erhalten, wurden statt eindeutiger Zielwerte sogenannte Erwartungswerte mittels einer statistischen Analyse der Ergebnisse möglichst vieler Programme ermittelt.

Da neun der untersuchten Programme einen Rechenkern (Kernel) des Fraunhofer Instituts für Bauphysik benutzen, war vorab zu untersuchen, ob alle verwendeten 15 Softwareprogramme tatsächlich unabhängige Ergebnisse liefern. Hierzu wurde die Streuung der Ergebnisse bei den Kernel- und Nichtkernelprodukten untersucht und ähnliche Verteilungen festgestellt, womit der Rückschluss auf statistisch voneinander unabhängige Entitäten gezogen werden konnte.

Entwicklung von Testmodulen für die generelle Überprüfung von Software

Das Testmodul soll den Grad der Umsetzung und die Güte der Berechnung gemäß Berechnungsvorschrift (EnEV 2007 und DIN V 18599) untersuchen. Das Testmodul besteht aus einem Szenario, einem Bewertungsmaßstab und Referenzwerten. Es handelt sich dabei um einen realistischen Anwendungsfall, also ein Testgebäude mit variierter Haustechnik, der zum Testen der jeweiligen Software verwendet wird.

Die Datenhaltung erfolgt über vorbereitete Assistenten. Für jedes Produkt werden die Fragen und Kennwerte der Reihe nach aufgenommen und die Bewertung erfolgt automatisch auf Grundlage der Eingaben. Die Scores für Umsetzungsgrad und Rechengenauigkeit werden getrennt berechnet und können zu Vergleichszwecken als Koordinaten in einem Vergleichsschema verwendet werden.

Ergebnisse

Ziel des Forschungsprojektes war es, eine Qualitätsprüfung von Energieausweis-Software für den öffentlich-rechtlichen Nachweis nach der Energieeinsparverordnung 2007 (EnEV 2007) durchzuführen.

Innerhalb der Prüfung wurden insgesamt 54 Programme bzw. Instanzen eingesetzt, wobei je 13 Programme/Instanzen auf die Wohngebäude für Bedarfs- und Verbrauchsberechnung sowie 15 Programme/Instanzen auf die Nichtwohngebäude für die Bedarfsberechnung bzw. 13 Programme/Instanzen für die Verbrauchsberechnung untersucht wurden.

Hierzu wurden im Rahmen des Projektes alle bedeutenden Anforderungen aus der EnEV 2007 getrennt für Wohn- und Nichtwohngebäude herausgearbeitet und in eine Verzeichnisstruktur abgelegt.

Da die gemäß EnEV 2007 der Nachweisführung zu Grunde liegende Normung für Wohngebäude (DIN V 4108-6; DIN V 4701-10) seit dem Jahr 2002 bei der öffentlich rechtlichen Nachweisführung eingeführt ist, wurden als Prüfkriterien für Softwareprodukte im Wohnbereich nur die relevanten Anforderungen aus der zum Auftragszeitpunkt neu eingeführten Energieeinsparverordnung 2007 herangezogen.

Zur Beurteilung von Softwareprodukten im Bereich der Nichtwohngebäude ist auch der Umsetzungsgrad der DIN V 18599 von Bedeutung. Aus diesem Grunde wurden Abfragen erarbeitet, die die Umsetzung dieser Norm in den Produkten erkennen lassen. Mit den bereits erwähnten Anforderungen aus der Normung wurden diese als Prüfkriterien zusammengefasst. Weitere Prüfkriterien wurden zur Einschätzung der Bedienbarkeit von Softwareprodukten aufgestellt. Zur Auswertung der umfangreichen Prüfkriterienabfrage wurde eine sogenannte Scorefunktion eingeführt, welche neben einer Beantwortung der Kriterien auch die Verfügbarkeit von Informationen (Transparenz) bewertet.

Für die Einschätzung der Rechengenauigkeit wurden je für Wohn- als auch für Nichtwohnhaus repräsentative Testgebäude mit zugehörigen Varianten (nur bei Nichtwohngebäuden) entwickelt.

Wohngebäude

Im Bereich der Wohngebäude konnten bei der Beantwortung der Prüfkriterien des Fragenkataloges hinsichtlich des Umsetzungsgrades der Anforderungen aus der EnEV große Unterschiede festgestellt werden. Nur eine Software konnte annähernd die Erwartungen erfüllen. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass bis zum Prüfzeitpunkt seitens der Hersteller nur ungenügend die neuen Anforderungen der Energieeinsparverordnung 2007 umgesetzt worden sind. Die Nichterfüllung von Anforderungen sowie die überwiegende Anzahl der dokumentierten Fehler sind darauf zurückzuführen, dass Anforderungen aus der EnEV 2007 während der Prüfperiode im August/September 2008 noch nicht umgesetzt worden waren.

Bezüglich der Bedienbarkeit der Softwareprodukte erfolgt im Schnitt die Erfüllung der Prüfkriterien in einer Spanne von 50 bis 70%. Neben den zumeist möglichen Online-Updates sowie einer vorhandenen Support-Hotline als Stärken fallen bei fast allen Programmen besonders fehlende Kontrollmöglichkeiten der Eingabe (Eingabechecklisten), fehlende Eingabeunterstützungen (z. B. Dialoge mit aussagekräftigen Grafiken) sowie fehlende Unterstützungen bei der Einarbeitung und Bearbeitung (Visualisierung des Standes der Arbeit, Tutorials, Fallbeispiele) auf.

Durch einen Vergleich der Ergebnisse der einzelnen Produkte für die Bedarfsberechnung konnten neben vielen identischen Werten auch eine ausgeprägte Streuung bei den Lüftungswärmeverlusten festgestellt werden. Als Ursache hierfür wurde eine unterschiedliche Ermittlung der beheizten Luftvolumen in den betreffenden Programmen identifiziert. Darüber hinaus kam es in einigen Programmen zu Abweichungen für den zulässigen Wert des Jahres-Primärenergiebedarfs QP`` sowie des Transmissionswärmeverlusts HT‘. Insgesamt wies ebenfalls die Werte für den Jahres-Primärenergiebedarf QP`` eine große Streuung auf.

Bei den Berechnungen für die Verbrauchsausweise konnten keine gravierenden Mängel festgestellt werden. Lediglich durch nicht aktualisierbare Klimafaktoren war es in einigen Produkten nicht möglich, die Witterungsbereinigung vorzunehmen, so dass eine Mittelung der bereinigten Verbrauchsdaten und die Ausweisung eines Energieverbrauchskennwertes nicht möglich war.

Nichtwohngebäude

Die Rechengenauigkeit für Nichtwohngebäude wurde anhand von statistisch ermittelten Erwartungswerten für zumeist bei allen Programmen gleichermaßen verfügbaren Zwischen- und Endwerten eingeschätzt.

Für den Umsetzungsgrad der Anforderungen aus der Verordnung und der DIN V 18599 weisen ca. sieben Programme eine Rate von ca. 75% auf. Betrachtet man nur den Umsetzungsgrad der sogenannten Schlüsselfragen erreichte nur ein Programm eine Rate von 95%, fünf weitere Programme liegen über 80% positive Antworten. Dies bedeutet, dass bei nur einem Programm die Wahrscheinlichkeit sehr groß ist, dass eine Nachweisführung auch konsequent bis zum Ende geführt werden kann, ohne der Gefahr zu begegnen, dass zum Beispiel bestimmte Anlagenkonfigurationen nicht darstellbar sind.

Für eine generelle Einschätzung der Gebrauchstauglichkeit der verschiedenen Programme für Nichtwohngebäude wurden die Resultate bezüglich der EnEV- und Normkonformität einerseits sowie der Rechengenauigkeit andererseits in direkte Beziehung zueinander gesetzt. Hiermit konnte aufgezeigt werden, dass zurzeit ca. sechs Softwareprogramme für Nichtwohngebäude existieren, welche eine hohe Gebrauchstauglichkeit in Bezug zur Rechengenauigkeit als auch in Bezug zur EnEV- und Normkonformität (Umsetzungsgrad) aufweisen. Weitere vier Programme weisen in der untersuchten Version nur eine eingeschränkte Gebrauchstauglichkeit auf. Hier besteht die Chance, dass diese Programme aufgrund der vorgefundenen Entwicklungsdynamik in naher Zukunft zur Spitzengruppe aufschließen können.

Gleichzeitig konnten Programme identifiziert werden, welche aufgrund der o.g. Qualitätsmerkmale sowie einer fehlenden Transparenz (wichtig für die Nachprüfbarkeit von Ergebnissen) derzeit keinen befriedigenden Entwicklungsstand aufweisen. 

Auf Basis der entwickelten Prüfkriterien (nach Energieeinsparverordnung 2007) und Bewertungsmethodiken wurde ein so genannter Prüfassistent entwickelt, mit welchem unter Verwendung der beschriebenen Kriterien und Testgebäuden eine Qualitätsprüfung zum Beispiel von neu am Markt gekommenen Softwareprodukten möglich ist.

Fazit

Der Forschungsnehmer empfiehlt insgesamt für künftige Qualitätsprüfungen, die zur Einschätzung der Rechengenauigkeit verwendeten Kennwerte um die Wärmequellen und -senken ausgewählter Monate je für Nutzungs- und Nichtnutzungszeit auszudehnen, was die Aussagekraft der Qualitätsprüfung vergrößern würde. Die Wärmequellen und -senken standen als Zwischenergebnisse der Berechnung in den derzeitigen Programmversionen nicht durchgängig zur Verfügung und konnten deshalb im Rahmen einer Qualitätsbewertung nicht benutzt werden.

Darüber hinaus wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass mit der geplanten Einführung der Energieeinsparverordnung 2009 im Herbst 2009 auch die Prüfkriterien, welche dem Prüfassistenten (Testmodul) zu Grunde liegen, eine Überprüfung unterzogen werden sollten. Gleiches gilt für die statistischen Erwartungswerte der Zwischen- und Endergebnisse der Nachweisführung anhand des Testgebäudes für den Nichtwohnbereich. 

Projektbeteiligte
Eckdaten
Einordnung in Zukunft Bau : Prüfverfahren, Normen/ Standards, Ressortforschung, Energieeinsparung/ -gewinnung, Architektur/ Gestaltung/ Qualität