Aus TGA 7-8: Wärmepumpen

Vermeidung von Überdimensionierung

Die Anwendung von Normen bei der Auslegung der Gebäudetechnik bietet Sicherheit, schränkt aber die Flexibilität stark ein – das führt oft zu einer Überdimensionierung der Anlagen. Wie ist diese Problematik zu lösen?

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Für die Auslegung der Gebäudetechnik werden im Regelfall die geltenden Normen herangezogen, sind sie doch die öffentlich anerkannte gemeinsame Grundlage für die Planung und Errichtung. Die Verwendung der geltenden Normen ist auch sehr wichtig, da sich so alle Beteiligten auf gemeinsame Standards festlegen. Ein Ziel der Norm ist es, Sicherheit für alle Beteiligten zu bieten. Insbesondere für die Ausführenden und NutzerInnen gilt die Gewährleistung, dass der gewünschte Nutzen und Komfort auch bei ungünstigen Rahmenbedingungen eintreten.

Jedoch bieten viele Normen wenig Flexibilität, die Energietechnologien zur Gebäudekonditionierung dem tatsächlichen Bedarf anzupassen. Oder vorhandene Flexibilitäten sind in den üblichen Berechnungsprogrammen nicht umgesetzt, sind PlanerInnen unbekannt oder erhöhen den Planungsaufwand, ohne abgegolten zu werden. Das führt oft zu einer nicht unwesentlichen Überdimensionierung der Anlagentechnik – nicht selten bis 5fach überdimensioniert. Eine solche Überdimensionierung ist aber eine große Hürde für den Klimaschutz, da insbesondere nachhaltige Energiesysteme nicht mehr konkurrenzfähig sind.

Überdimensionierung ist Mittel zur Rechtssicherheit

Wird die Anlagentechnik kleiner ausgelegt, so besteht die Gefahr, dass sich die Beteiligten aus dem rechtssicheren Raum bewegen. Die geltenden Normen werden im Streitfall vor Gericht herangezogen. In einer Studie hat das Ingenieurbüro e7 energy innovation & engineering im Auftrag der Stadt Wien, MA20 – Energieplanung am Beispiel Heizlast und Wärmepumpe untersucht, welche Möglichkeiten bestehen, um bedarfsgerechtere Gebäudetechnikkonzepte zu beauftragen und zu planen, ohne damit ihre Rechtssicherheit zu verlieren.

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Dimensionierung auf Basis der geltenden Normen

Auch bei Einhaltung der Norm kann mit etwas höherem Planungsaufwand die Dimensionierung schon wesentlich bedarfsgerechter ausgelegt werden:

  • In der Norm sind Standardwerte mit hohen Sicherheitszuschlägen vorgegeben (z.B. interne und solare Gewinne, Wärmebrückenzuschläge, Luftdichtheit). Für die meisten Gebäude sind diese nicht mehr passend und sollten an das Bauvorhaben angepasst werden.
  • Für die Dimensionierung der Verteilleitungen und des Wärmeerzeugungssystems sollten die Gleichzeitigkeitsfaktoren an ein realistisches Maß angepasst werden.
  • Sinnvoll ist der Einsatz eines Lastausgleichsspeichers zur Verringerung der maximal erforderlichen Wärmeleistung lt. ÖNORM H5151-1.
  • Zusätzliche Wärmelieferanten (z.B. Lüftungsanlagen, Abwärmenutzung) sind von der Dimensionierung abzuziehen.
  • Eine Untersuchung des Teillastverhaltens durch die Berechnung der Jahresdauerlinie (sortierte Werte der erforderlichen Gebäude-Heizleistung) und darauf aufbauend die Definition von Betriebsfällen dient als Basis für eine gute Anlagenaufteilung. So kann die Heizlast auf mehrere kleinere Anlagen und/oder Spitzenlastsysteme aufgeteilt werden, damit die Anlagen immer im optimaleren Bereich laufen.

Dimensionierung mittels Simulation

Das wahre Potenzial einer bedarfsgerechten Dimensionierung ist aber nur mit einer dynamischen Anlagensimulation möglich. Zahlreiche Beispiele belegen, dass eine Dimensionierung bis zu 80 % kleiner möglich ist. Bei der Anlagensimulation gibt es einiges zu beachten, um ein tragbares und damit auch ein vor Gericht belastbares Resultat zu bekommen. Wichtig dabei ist, dass in den PlanerInnenverträgen keine Auslegung nach Norm verlangt wird.

  • Die Zielsetzung muss eine bedarfsorientierte Anlagentechnik inkl. aller Wärmequellen sein. Übliche Simulationen dienen meistens der Optimierung des Komforts durch das Bauwerk.
  • Das Abbilden eines möglichst realistischen Szenarios muss von allen Beteiligten (NutzerInnen, AuftraggeberInnen und PlanerInnen) getragen werden, um bei späteren Problemen als Planungsvorgabe zu gelten.
  • Die eigentliche Simulation wird in mehreren Schritten durchgeführt:
    • 1. Thermisch-dynamische Gebäudesimulation: Abbilden des Reaktionsverhaltens des Gebäudes und einer groben Auslegung der Systeme.
    • 2. Proof of Concept Simulation: Simulation mit einer konkreten Heizleistung und inwieweit diese Heizleistung ausreicht.
    • 3. Simulation der Wärmequelle, da auch bei der Auslegung der Tiefenbohrungen etc. üblicherweise ebenso großes Einsparpotenzial liegt.
    • 4. Sensitivitätsanalyse mittels möglichen Klima- und Nutzungsänderungen

Wie bei der Normberechnung sind auch hier die Aspekte des Teillastverhaltens, des Einsatzes eines Lastausgleichsspeichers und von Spitzenlastsystemen etc. sinnvoll. Auch wird in der Studie empfohlen, dass sowohl eine Normberechnung als auch eine Simulation durchgeführt wird. Erstens, da die Auslegung der Abgabeflächen auf Basis der Norm sinnvoll ist, und zweitens, um durch den Vergleich der zwei verschiedenen Berechnungen eine fundiertere Risikoabwägung für die tatsächliche Dimensionierung zu ermöglichen.

Mehraufwand für Planung rechnet sich

Durch diese detaillierte Planung gibt es einen Mehraufwand, welcher zusätzlich abgegolten werden muss, sich aber spätestens mit der Investition rechnet. In der Studie wurden unterschiedliche Szenarien verglichen. Verschiedene Anlagengrößen wurden einmal auf Basis der gängigen Normberechnung durchgeführt und einmal mittels einer sehr konservativen Annahme für eine Einsparung mittels Simulation. Weiters wurden die Kosten von unterschiedlichen Anlagensplittings mit Spitzenlastsystemen abgeschätzt. Tabelle 1 zeigt, dass je größer die Anlagendimensionierung ausfällt, desto größer ist das Einsparpotenzial. Man erkennt, der Mehraufwand für eine Simulation oder detaillierte Berechnungsschritte ist mit der Investition wieder eingespielt.