ENEV 2009 - Primärenergetische Bewertung von DX-Systemen
Berechnung von Direktverdampfungssystemen zur Beheizung von Gebäuden nach DIN V 18599 Teil 5 (Teil 100). Die Bewertung von Direktverdampfungssystemen im Heizbetrieb mit den Verfahren der DIN V 18599 ist nach derzeitigem Stand der Norm nur durch die Abbildung von Ähnlichkeiten möglich.
Diese Vorgehensweise wird der tatsächlichen Energieeffizienz der DX-Technologie nicht gerecht. In den die Gebäudebeheizung betreffenden Teil 5 der Norm wurden jetzt Änderungen eingearbeitet, die Direktverdampfungssysteme direkt abbilden und damit die Nachweisführung erheblich vereinfachen. Die Änderungen wurden mit Erscheinen des Teils 100 der DIN V 18599 veröffentlicht.
Einleitung
Die Erfahrung aus der täglichen Praxis zeigt, dass Direktverdampfungssysteme (kurz: DX-Systeme) als Heizsystem in Gebäuden für die Aussteller von Energieausweisen oft nicht berechenbar sind. Damit ist kein Vorwurf an die Aussteller verbunden. Der Umstand verdeutlicht jedoch die lückenhafte Darstellung derartiger Systeme in DIN V 18599 Teil 5, die sich folglich bei der z.Z. am Markt erhältlichen Berechnungssoftware fortsetzt [3].
Die Handhabung der Berechnung von DX-Systemen wurde daher auch beim diesjährigen „5. Deutschen Daikin Planertag“ in Leipzig als Thema aufgegriffen. Zusammen mit den Ergänzungen zum Neuentwurf [4] wurde diese den Teilnehmern vorgestellt [6].
DX-Systeme in der Norm
Anders als beim Kennwertverfahren im Kühlbetrieb, wo in Abhängigkeit der Nutzung des Gebäudes, der Betriebsart der Anlage und der Art der Leistungsregelung die DX-Systeme direkt als Anlagensystem abgebildet sind, erfolgt im Heizbetrieb die Betrachtung als Luft/Luft-Wärmepumpe. Das Lastprofil des Gebäudes wird hier für den jeweils vorliegenden Nutzungsfall als Monatsbilanz berechnet. Für Wärmepumpen mit Wärmequelle Außenluft beruht das Berechnungsverfahren auf einer Bewertung der Außenlufttemperaturverteilung. Der Belastungsgrad der Wärmepumpe wird durch Teillastkorrektur der Leistungszahlen in den einzelnen Temperaturklassen abgebildet. Die Einteilung der Temperaturklassen ist dabei so gewählt, dass sie die Betriebspunkte der Prüfbedingungen nach DIN EN 14511 für Luft/Luft-Wärmepumpen widerspiegeln (Bild 1).
Bild 1: Monatliche Stundensumme der Außenlufttemperatur in den einzelnen Temperaturklassen [3], Teil 5, Tabelle 25
Das grundsätzliche Vorgehen zur Ermittlung der Energieaufwendungen der für DX-Anlagen relevanten Abschnitte Wärmeübergabe, Wärmeverteilung und Wärmeerzeugung (Bild 2) wurde bereits in [5] beschrieben. Mit dem Entwurf zur Neufassung derDINV 18599 Teil 5 werden jedoch jetzt klare Zuordnungen und Reglungen getroffen.
Bild 2: Anlagenabschnitte und Bilanzumfang für DX-Systeme (Beispiel VRF)
Ergänzungen für DX-Systeme
Unter der Federführung des Fachinstitutes Gebäude-Klima (FGK) und Teilnahme von Vertretern der Hersteller und Softwareanbieter wurde Ende letzten Jahres die inhaltliche Anpassung der Norm für DX-Systeme erarbeitet. Die Änderungen lassen sich wie folgt zusammenfassen:
• direkte Bezugnahme auf DX-Systeme im Beschrieb,
• Zuordnung zu den Standardwerten für die Wärmeübergabe,
• Bereitstellung von Standardwerten für die Wärmeerzeuger,
• Bereitstellung der Teillastwerte für stetig leistungsgeregelte DX-Systeme.
Für die Bilanzierung der Übergabeverluste im Raum wurde lediglich die begriffliche Ergänzung in den Tabellen 9 bis 14 vorgenommen. Danach werden der Wärmeenergieverlust als Nutzungsgrad für Luftheizungen in Abhängigkeit von der Raumhöhe und der Regelgüte bestimmt. Der Hilfsenergieverlust setzt sich aus den Anteilen Regelung und Luftförderung zusammen.
Systembedingt werden bei DX-Anlagen keine Verluste für die Wärmeverteilung und die Hilfsenergie bilanziert. Dieser Sachverhalt fordert bei der gegenwärtigen Praxis der Nachweisführung einen sehr hohen Erklärungs- und Überzeugungsaufwand gegenüber den Nachweiserstellern. Oft sind die Berechnungsprogramme so aufgebaut, dass die Eingabe einer Heizwasser-Vorlauftemperatur gefordert wird. Für große Erleichterung dürfte daher die Formulierung in [4], Kapitel 6.2, Absatz „Raumheizung mit DX-Geräten“ sorgen: „DX-Systeme werden als Einheit behandelt, so dass die thermischen Verluste und der Hilfsenergieaufwand der Wärmeverteilung in den Kennwerten der Erzeugung berücksichtigt sind.“
Am Verfahren zur Bestimmung der Erzeugernutzwärmeabgabe wurde nichts verändert. Das Berechnungsverfahren für Wärmepumpen mit Wärmequelle Außenluft ist auf DX-Systeme ohne Einschränkungen anwendbar. Notwendig war hingegen die wertmäßige Beschreibung der Außenluft-Raumluft-Wärmepumpen. Folgende Bauarten werden dabei unterschieden:
• Kompaktgeräte (Fenster oder Wand),
• Split-Systeme (auch Simultan-Multi),
• Multi-Split-Systeme,
• VRF-Systeme.
Die Differenzierung innerhalb dieser Anlagengruppen erfolgt nach Art der Leistungsregelung und Baujahr. Letzteres soll verschiedene Entwicklungsstufen der Anlagentechnik wiedergeben und die Bewertung von Anlagen im Bestand ermöglichen. Die Werte für denCOPund die relative Heizleistung werden so als Standardwerte der Temperaturklassen im Anhang A, Tabellen A.5a bis A.5.d angegeben (Bild 3).
Bild 3: Standardwerte fürCOPund relative Heizleistung bei VRF-Systemen in den Temperaturklassen [4], Teil 5, Tabelle A.5d
Von großer Bedeutung für die primärenergetische Bewertung von DX-Systemen ist die Abbildung der Leistungsreglung. Stetig leistungsgeregelte Verdichter haben ihren Arbeitspunkt im Bereich von 30 bis 50% Teillast und weisen entsprechend der Häufigkeitsverteilung der Außenlufttemperatur (Bild 1) eine wesentlich höhere Energieeffizienz über das Jahr auf als zweipunktgeregelte Verdichter. Die Werte hierzu wurden im Anhang A Tabelle A.7 ergänzt (Bild 4). 
Bild 4: Korrekturfaktoren für Teillastbetrieb bei DX-Systemen [4], Teil 5, Tabelle A.7
Die namentliche Erwähnung im Beschrieb und die begriffliche Ergänzung in den Tabellen werden dazu führen, dass DX-Systeme künftig auch in den Auswahlmenüs der Berechnungsprogramme erscheinen. Damit entfällt die unliebsame Interpretation der Anlagentechnik, die bei den Ausstellern von Energieausweisen oft für Verunsicherung sorgte. Die zahlenmäßige Auswirkung dieser Neuerungen auf den Primärenergiebedarf soll die folgende Beispielrechnung verdeutlichen.
Beispielrechnung
Für einen Textilmarkt in einem Einkaufszentrum mit einer Netto-Grundfläche von ca. 3500 m² wurde gemeinsam mit dem TGA-Fachplaner die Berechnung nachDINV 18599 durchgeführt. Ausgehend von den tatsächlichen Gebäudeeigenschaften wurde die Berechnung für zwei Varianten zur Gebäudebeheizung durchgeführt:
• Brennwertsystem mit Erdgas (BW-Variante),
• VRV-Luft/Luft-Wärmepumpe (VRV-Variante),
Das VRV-System wurde nach dem Entwurf zur Neufassung derDINV 18599 Teil 5 berechnet (Bild 5).
Bild 5: Berechnungsschritte für Beispiel mit VRV-Heizsystem (exemplarisch)
Mit Ausnahme derCOP- und Leistungswerte wurden die Standardwerte aus [4] verwendet. Die Wichtung in den Temperaturklassen erfolgt für eine Heizgrenztemperatur von 12°C. DieCOP- und Leistungswerte entsprechen dem Seriendurchschnitt der aktuellen Daikin VRV P-Serie. Diese sind etwas besser als die Standardwerte in [4], die Grundaussage der Gegenüberstellung wird davon jedoch nicht beeinflusst. Die anderen Prozessbereiche haben bei beiden Varianten die gleichen Eigenschaften. Damit lässt sich die Änderung für den Bereich Heizwärme und das Gesamtgebäude darstellen (Bild 6 und 7).
Bild 6: Verlauf Primärenergiebedarf für Beispielgebäude 
Bild 7: Gegenüberstellung Primärenergiebedarf - Heizwärme und Gesamtgebäude
Bemerkenswert ist der Einfluss der stetigen Leistungsreglung auf den Primärenergiebedarf. Bisher konnten hier nur auf das Teillastverhalten nicht stetig geregelter Wärmepumpen zurückgegriffen werden.
Veröffentlichung Teil 100
Die Vorschläge zur Einarbeitung der DX-Systeme inDINV 18599 Teil 5 wurden vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung angenommen. Die Veröffentlichung erfolgt zunächst im Teil 100 der Normreihe, der als Ergänzungs- und Korrekturversion zum Weißdruck der Vornorm von Februar 2007 im Oktober dieses Jahres erschienen ist.
Die EnEV besitzt einen datierten Bezug auf dieDINV 18599. Auch die ab 01. Oktober 2009 gültige EnEV 2009 [2] verweist auf die Normreihe in der Fassung vom Februar 2007 [3]. Damit die Änderungen und Ergänzungen im Teil 100 offiziell wirksam werden können, ist geplant, den Teil 100 im Rahmen der Staffelreihe „Auslegung der Energieeinsparverordnung“ durch das DIBt zitieren zu lassen [7]. Diese, von der Fachkommission "Bautechnik" der Bauministerkonferenz eingerichtete Arbeitsgruppe, soll im Vollzug eine möglichst einheitliche Anwendung der Energieeinsparverordnung ermöglichen.
Fazit
Die Einarbeitung der DX-Systeme als Heizsystem inDINV 18599 Teil 5 vereinfacht deren energetische Bewertung erheblich. Es steht damit ein Regelwerk zur Verfügung, dass die Spezifik derartiger Systeme erfasst und die Einsparpotentiale der Technologie darstellbar macht (Bild 8).
Bild 8: Ergebnisvergleich Heizwärme für Beispielgebäude
Bilder:
Bild 1: Monatliche Stundensumme der Außenlufttemperatur in den einzelnen Temperaturklassen [3], Teil 5, Tabelle 25
Bild 2: Anlagenabschnitte und Bilanzumfang für DX-Systeme (Beispiel VRF)
Bild 3: Standardwerte fürCOPund relative Heizleistung bei VRF-Systemen in den Temperaturklassen [4], Teil 5, Tabelle A.5d
Bild 4: Korrekturfaktoren für Teillastbetrieb bei DX-Systemen [4], Teil 5, Tabelle A.7
Bild 5: Berechnungsschritte für Beispiel mit VRV-Heizsystem (exemplarisch)
Bild 6: Verlauf Primärenergiebedarf für Beispielgebäude
Bild 7: Gegenüberstellung Primärenergiebedarf - Heizwärme und Gesamtgebäude
Bild 8: Ergebnisvergleich Heizwärme für Beispielgebäude
Literatur:
[1] EnEV 2007: Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energie-sparende Anlagentechnik bei Gebäuden (Energieeinsparverordung - EnEV), BGBL 2007 Teil I Nr. 34, Bonn, 26.Juli 2007
[2] EnEV 2009: Verordnung zur Änderung der Energieeinsparverordung, BGBL 2009 Teil I S. 954, Berlin, 29. April 2009
[3] DINV 18599: Energetische Bewertung von Gebäuden – Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwasser und Beleuchtung, Teile 1 bis 10, Beuth Verlag, Berlin, Februar 2007
[4] EntwurfDINV 18599 Teil 5: Endenergiebedarf von Heizsystemen,DINDeutsches Institut für Normung e.V., Normenausschuss Bauwesen (NABau), 03.11.2008
[5] Gemeinhardt, Steffen: EnEV 2007: Verbrauchs- und Bedarfsnachweis für VRV-Systeme, DIE KÄLTE+Klimatechnik, 2008, Heft 8, S. 34-38
[6] Gemeinhardt, Steffen: Vortrag EnEV 2007/2009 – Nachweisführung für DX-Systeme zur Beheizung von Gebäuden, Daikin A/C Germany, April 2009
[7] Auslegungsfragen zur Energieeinsparverordnung, DIBt - Deutsches Institut für Bautechnik, http://www.dibt.de/de/aktuelles_energieeinsparverordnung.html, Berlin, lfd. Aktualisierung
[8] Globales Emissions-Modell integrierter Systeme (GEMIS) 4.4.2 Öko-Institut e.V., Darmstadt, Mai 2007
[9] Entwicklung der spezifischen Kohlendioxid-Emissionen des deutschen Strommix 1990-2007, Umweltbundesamt, FG I 2.5., April 2009
