Standardklima versus örtliches Klima - Untersuchung zur künftigen Verwendbarkeit von ortsgenauen klimatischen Randbedingungen für energetische Nachweise

Bei Energiebedarfsberechnungen für den öffentlich-rechtlichen Nachweis werden bisher einheitlich für ganz Deutschland die Klimarandbedingungen des Standorts Potsdam verwendet. Durch die Verwendung örtlicher Klimadaten könnte der Unterschied zwischen berechnetem Bedarf und gemessenem Verbrauch verringert werden und gegebenenfalls könnten wirtschaftlichere Ausführungen von Gebäuden möglich werden.

Ausgangslage

Nach den Vorgaben der EnEV für Energiebedarfsberechnungen muss als Basis für eingehende Klimadaten mit einem festgelegten Referenzklima und nicht mit Klimadaten des Gebäudestandorts gerechnet werden. Die Verwendung eines Referenzklimas beim EnEV-Nachweis bedingt, dass der sich aus den Anforderungsvorgaben ergebende Mindest-Dämmstandard eines Gebäudes unabhängig von den tatsächlichen vorherrschenden Klimabedingungen festgelegt wird.

Würde die Verwendung von örtlichen Klimadaten für die Energiebedarfsberechnung zugelassen, könnten Verbesserungsmaßnahmen zielgenauer miteinander verglichen werden und eine Ursache für die häufig hohe Abweichung zwischen berechnetem Bedarf und gemessenem Verbrauch beseitigt werden.

Durch das vom BBSR geförderte Projekt "Ortsgenaue Testreferenzjahre" liegen seit 2017 für jeden Standort in Deutschland stündliche Klimadaten vor, die zum kostenlosen Download auf der "Klimaberatungsmodul"-Internetseite des Deutschen Wetterdienstes zur Verfügung stehen. Damit wurde die Grundlage geschaffen, Energiebedarfsberechnungen mit den lokalen Klimadaten des Gebäudestandorts durchzuführen. Allerdings fließen die Klimadaten nicht als Stundenwerte für Außenlufttemperatur und Solarstrahlung in die EnEV-Berechnung ein, sondern als Monatsmittelwerte.

Auch lassen sich die Auswirkungen einer Berechnung mit lokalen Klimadaten auf den Primärenergie-Anforderungswert schwer einschätzen.

Ziel

Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde die Verwendbarkeit von ortsgenauen Testreferenzjahren für energetische Nachweise untersucht. Hierfür mussten die Stundenwerte der ortgenauen Testreferenzjahre in Monatsmittelwerte umrechnet werden, welche Grundvoraussetzung für die Durchführung der Energiebedarfsberechnungen nach DIN V 18599 mit lokalen Klimadaten sind.

Auf dieser Basis wurden beispielhaft die Auswirkungen auf ausgewählte Wohn- und Nichtwohngebäude in jeweils ausgewählten unterschiedlichen baulichen und anlagentechnischen Konzeptionen analysiert.

Auftragnehmer des Forschungsprojekts: Ingenieurbüro Hausladen GmbH, Kirchheim

Konzept

Basis für die Analysen der Auswirkungen lokaler Klimadaten auf die Energiebedarfsberechnung bildeten umfangreiche Energiebedarfsberechnungen, die für fünf klimatisch stark unterschiedliche Standorte und das Referenzklima (Potsdam) durchgeführt wurden.

Die Variation der Klimadaten erfolgte für fünf Mustergebäude: ein Ein- und ein Mehrfamilienhaus, ein Verwaltungsgebäude, eine Schule und eine Industriehalle. Bei den Mustergebäuden wurden ferner Varianten hinsichtlich Bauweise, Fensterflächenanteil, Dämmstandard und Anlagentechnik untersucht.

Unter Beibehaltung des Monatsbilanz-Berechnungsverfahrens konnte auf diese Weise der Einfluss der örtlichen Klimadaten im Vergleich zum bestehenden Verfahren analysiert werden. Die Ergebnisse wurden anschließend exemplarisch mittels thermisch-dynamischer Gebäudesimulationen überprüft.

Ergebnisse

Die Auswertung der Variantenkombinationen zeigt einen relevanten Einfluss der Klimadaten auf den Heiz- und Kühlbedarf. So zeigt sich bei der Auswertung der Erzeugernutzwärmeabgabe im Vergleich zur Berechnung mit EnEV-Referenzklima je nach Gebäudevariante eine Abnahme zwischen -20 % (Schule) und -31 % (MFH) für den Standort Düsseldorf und zwischen -20 % (Schule) und 27 % (MFH) für den Standort Heidelberg. Die höchste Zunahme der Erzeugernutzwärmeabgabe weist der Standort Hof mit +10 % (Büro) bis +18 % (Industriehalle) auf.

Die Analyse der Einflussfaktoren ist komplex, da durch die Verwendung von Standort-Klimadaten gleichzeitig die Temperatur und Strahlung variiert wird. Die Außentemperatur ist die wichtigste Einflussgröße, aber auch Auswirkungen der Solarstrahlung, welche die solaren Gewinne beeinflusst, sind insbesondere beim Standort München mit der höchsten solaren Einstrahlung als auch bei Varianten mit hohem Fensterflächenanteil und Solarthermie erkennbar. Die Auswertung der Erzeugernutzkälteabgabe zeigt bei den Varianten mit statischem Kühlsystem ebenfalls eine hohe Klimasensitivität. Die größte Zunahme im Vergleich zur Berechnung mit Referenzklima erhält man für den Standort Heidelberg mit +22 % (Industriehalle) bzw. +34 % (Büro), die höchste Abnahme für den Standort Hof mit -14 % (Industriehalle) bzw. -24 % (Büro).

Bei der Auswertung der Endenergiebedarfswerte, die den Gebäude-Endenergiebedarf für Heizung, Trinkwarmwasser, ggf. Kühlung, Lüftung, Hilfsenergien und beim Nichtwohngebäude auch die Beleuchtung umfasst, ergeben sich im Vergleich zur mit Referenzklima berechneten Variante analog deutliche Unterschiede. Beispielsweise für den Standort Düsseldorf bei der Variante EFH mit Wärmepumpe und Photovoltaikanlage eine Abnahme von -38 %, für den Standort Hof dagegen eine Zunahme von +13 % bei der Industriehalle-Basisvariante. Insgesamt lassen sich bei der Auswertung auf Endenergieebene sowohl ausgleichende Effekte bei den Varianten mit Heizen und Kühlen als auch verstärkende Effekte bei den Varianten mit Photovoltaikanlage finden.

Die Ergebnisse der Untersuchung sprechen wegen der hohen Relevanz grundsätzlich für eine Einführung einer genaueren Berechnung des Energiebedarfs über ortsgenaue Klimadaten. Aus diesem Grund werden im Endbericht auf Basis der Primärenergie-Ergebnisse mögliche Handlungsstrategien für eine Einführung von ortsgenauen Klimadaten aufgeführt und deren Vor- und Nachteile diskutiert.

Würde das derzeitige EnEV-Verfahren beibehalten, aber die Berechnung mit ortsgenauen Klimadaten für Gebäude und Referenzgebäude vorgeschrieben, hätte dies den Vorteil, dass die Bedarfswerte durch die Berechnung mit ortsgenauen Klimadaten näher an den Verbrauchswerten lägen. Ein gravierender Nachteil wäre, dass im Vergleich zum derzeitigen Verfahren in den meisten Fällen in warmen Gegenden wärmetechnische Verbesserungen umgesetzt werden müssten.

Würde mit lokalen Klimadaten gerechnet, das Referenzgebäude jedoch weiterhin mit einem Referenzklima für Deutschland berechnet werden, lägen die Bedarfswerte ebenso näher an den Verbrauchswerten und Verbesserungen an der energetischen Qualität der Gebäudehülle würden zielgerichteter eingesetzt, weil sich an warmen Standorten ein geringeres und an kalten Standorten ein höheres Anforderungsniveau ergäbe. Jedoch könnte sich die Durchsetzung eines klimaangepassten Bauens als schwierig herausstellen, da Bauherren in kälteren Regionen gegebenenfalls mehr investieren müssen als in wärmeren Regionen.

Abschließend wird im Endbericht die Varianten-Untersuchung zur Plausibilisierung auf Gebäudesimulationen ausgeweitet und die Ergebnisse des Monatsbilanzverfahrens mit Ergebnissen von thermischen Gebäudesimulationen verglichen. Hinsichtlich klimabedingter Verschiebungen zeigt sich eine relativ gute Übereinstimmung zwischen Monatsbilanzverfahren und Whole-Building-Simulation.

Veröffentlichungen

Energiebedarfsberechnungen für Gebäude: Standardklima versus örtliches Klima
Untersuchung zur Verwendbarkeit von ortsgenauen klimatischen Randbedingungen für energetische Nachweise
Hrsg.: BBSR, BBSR-Online-Publikation 12/2020, Oktober 2020
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