Die Erfahrung der täglichen Praxis zeigt, dass Direktverdampfungssysteme (DX-Systeme) als Heizsystem in Gebäuden für die Aussteller von Energieausweisen oft nicht berechenbar sind. Hintergrund ist die lückenhafte Darstellung der DX-Systeme in DIN V 18599-5, die sich folglich bei der erhältlichen Berechnungssoftware fortsetzt.
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 der 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 (w–7, w2, w7, w10, w20) ist dabei so gewählt, dass sie die Betriebspunkte der Prüfbedingungen nach DIN EN 14511 für Luft/Luft-Wärmepumpen widerspiegeln.
Das grundsätzliche Vorgehen zur Ermittlung der Energieaufwendungen der für DX-Anlagen relevanten Abschnitte Wärmeübergabe, Wärmeverteilung und Wärmeerzeugung wird in [5] beschrieben. Mit dem Entwurf zur Neufassung der DIN V 18599-5 werden jedoch jetzt klare Zuordnungen und Reglungen getroffen.
Ergänzungen für DX-Systeme
Unter der Federführung des Fachinstitutes Gebäude-Klima (FGK) und Teilnahme von Vertretern der Hersteller und Softwareanbieter wurde die inhaltliche Anpassung der Norm für DX-Systeme erarbeitet:
- 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 im Entwurf für DIN V 18599-5 [4], Kapitel 6.2, Absatz „Raumheizung mit DX-Geräten“ sorgen: „DX-Systeme werden als Einheit behandelt, sodass 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 der 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 der Art der Leistungsregelung und dem Baujahr. Letzteres soll verschiedene Entwicklungsstufen der Anlagentechnik wiedergeben und die Bewertung von Anlagen im Bestand ermöglichen. Die Werte für den COP und die relative Heizleistung werden so als Standardwerte der Temperaturklassen im Anhang A, Tabellen A.5a bis A.5.d angegeben (Tabelle 1).
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 eine wesentlich höhere Energieeffizienz über das Jahr auf als zweipunktgeregelte Verdichter. Die Werte hierzu wurden im Anhang A Tabelle A.7 ergänzt (Tabelle 2).
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 Nettogrundfläche von ca. 3500 m2 wurde gemeinsam mit dem TGA-Planer die Berechnung nach DIN V 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 der DIN V 18599-5 berechnet (Tabelle 3). Mit Ausnahme der COP- und Leistungswerte wurden die Standardwerte aus [4] verwendet. Die Wichtung in den Temperaturklassen erfolgt für eine Heizgrenztemperatur von 12 °C. Die COP- und Leistungswerte entsprechen dem Seriendurchschnitt der aktuellen Daikin VRV PSerie. 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 2).
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 in DIN V 18599-5 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 (Ausgabe Februar 2007) im Oktober 2009 erschienen ist.
Die Energieeinsparverordnung besitzt allerdings einen datierten Bezug auf DIN V 18599 in der Fassung vom Februar 2007. 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 in DIN V 18599-5 vereinfacht deren energetische Bewertung erheblich. Es steht damit ein Regelwerk zur Verfügung, das die spezifischen Belange derartiger Systeme erfasst und die Einsparpotenziale der Technologie darstellbar macht (Bild 3).
Literatur
[1] EnEV 2007: Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden (Energieeinsparverordnung – EnEV), BGBL 2007 Teil I Nr. 34, 26. Juli 2007
[2] EnEV 2009: Verordnung zur Änderung der Energieeinsparverordnung, BGBL 2009 Teil I S. 954, Berlin, 29. April 2009
[3] DIN V 18599: Energetische Bewertung von Gebäuden – Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwasser und Beleuchtung, Teile 1 bis 10. Berlin: Beuth Verlag, Februar 2007
[4] Entwurf DIN V 18599-5: Endenergiebedarf von Heizsystemen. Berlin: DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Normenausschuss Bauwesen (NABau), 3. November 2008
[5] Gemeinhardt, Steffen: EnEV 2007: Verbrauchs- und Bedarfsnachweis für VRV-Systeme. Stuttgart: Gentner Verlag, KK 8-2008
[6] Gemeinhardt, Steffen: EnEV 2007/2009 – Nachweisführung für DX-Systeme zur Beheizung von Gebäuden. Leipzig: Vortrag auf dem 5. Deutschen Daikin Planertag, April 2009
[7] Auslegungsfragen zur Energieeinsparverordnung, DIBt – Deutsches Institut für Bautechnik, http:// https://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
Steffen Gemeinhardt
Dipl.-Ing. (TU), ist Technischer Planungsberater bei der Daikin Airconditioning Germany, Regionalbüro Frankfurt, 63814 Mainaschaff, Telefon (0 60 21) 7 71 10, gemeinhardt.s@daikin.de, http://www.daikin.de
