Pelletkessel mit aktuellen Kennwerten berechnen – DIN-Standardwerte: Warum Berechnungen stark daneben liegen können

Während die Randbedingungen für EnEV- oder KfW-Nachweise nicht verändert werden dürfen, sind die in den Normen aufgeführten Standardkenngrößen eigentlich nur Lückenfüller für den Fall, dass der Aussteller keine Kenngrößen zur Hand hat. In den Normen DIN V 4701-10 und DIN V 18599 werden unterschiedliche Standardgrößen angegeben, die zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. Weil die energetische Bewertung von Wohngebäuden noch immer fast ausschließlich auf Grundlage der Normen DIN V 4108 Teil 6 und DIN V 4701 Teil 10 durchgeführt wird, setzt sich der vorliegende Beitrag mit dieser "alten" Norm auseinander. Die DIN V 4701-10 ist bereits im August 2003 erschienen, entsprechend alt sind die Rechenvorschriften und Kenngrößen der jeweiligen Anlagentechniken. Der Markt hat heute aber viel mehr zu bieten als den "Standardgrößen-Kessel".

Warum mit Standardgrößen rechnen?

Dass Energieberechnungen richtig durchzuführen sind, versteht sich von selbst. Unter "richtig" verstehen aber viele Aussteller das Übernehmen der in den Programmen hinterlegten Vorgaben. Die Randbedingungen für EnEV- und KfW-Nachweise dürfen tatsächlich auf keinen Fall verändert werden. Es stellt sich aber die Frage, warum etliche Nachweise auch mit unveränderten Standardkenngrößen geführt werden? Hierfür gibt es vorrangig drei Gründe:

• Nicht jeder Berater weiß, dass die Standardkennwerte verändert werden dürfen.
• Die Energieberechnungen sollen aus wirtschaftlichen Gründen möglichst wenig Zeit beanspruchen. Eine umfangreiche Recherche nach Herstellerkennwerten wird als zeitaufwendig angesehen. Zudem scheiterte in der Vergangenheit so mancher Versuch, von Herstellern die für die Eingabe in die EnEV-Software notwendigen Daten zu bekommen. Die Kesselhersteller haben meist nicht verstanden, was gewollt war.
• Den meisten Erstellern von EnEV- und KfW-Nachweisen ist nicht bewusst, wie falsch sie mit ihren Berechnungen liegen können und dass sie damit Empfehlungen auf einer verzerrten Basis aussprechen.

Ermittlung des End- und Primärenergiebedarfs

Bei der Berechnung des Energiebedarfs für die Gebäudeheizung werden die Verluste für die Wärmeübergabe, -verteilung und -speicherung (sofern ein Speicher vorhanden ist) zum Heizwärmebedarf addiert, Gutschriften aus der Wärmerrückgewinnung und Warmwasserbereitung werden abgezogen. Damit kann die Erzeugernutzwärmeabgabe bestimmt werden (Bild 1).
Die Erzeugernutzwärmeabgabe mit der Erzeugeraufwandszahl eg multipliziert ergibt den Endenergiebedarf. Dieser wiederum multipliziert mit dem Primärenergiefaktor fp ergibt den Primärenergiebedarf.
Zur Überprüfung, ob die EnEV- oder KfW-Anforderungen erfüllt sind, wird der Primärenergiebedarf betrachtet. Dieser ist bei Pelletheizungen - wie auch hier im Beispiel - typischerweise sehr niedrig, da der Endenergiebedarf mit dem Primärenergiefaktor 0,2 multipliziert wird. Dabei wird leicht der hohe Endenergiebedarf übersehen, da er kein Anforderungswert ist. Aus dem Endenergiebedarf werden jedoch die Energiekosten ermittelt. Eine Erzeugeraufwandszahl eg von 1,57 (Bild 2) bedeutet, dass dem Pelletkessel 57 % mehr Brennstoff (Endenergie) zugeführt werden muss als dieser an Wärme abgibt. So schlechte Kessel gibt es am Markt nicht. Auf dieser Grundlage erstellte Wirtschaftlichkeitsrechnungen führen zu einer massiven Verzerrung der prognostizierten Energiekosten.

Rechnen mit Herstellerkenngrößen

Zur Klärung, ob eigene Kenngrößen verwendet werden dürfen, lohnt sich ein Blick in die DIN V 4701-10, Seite 93. Dort heißt es: "Wenn die Kenngrößen eines konkreten Produktes nicht bekannt sind (vollständig oder teilweise), kann vereinfachend mit den in Tabelle 5.3-13 angegebenen Standard-Kenngrößen die Erzeuger-Aufwandszahl und der Hilfsenergiebedarf eines Biomasse-Wärmeerzeugers berechnet werden." Die EnEV-Software greift auf diese Standardkenngrößen zurück, die von einem schlechten Wirkungsgrad ausgehen und zudem die Hilfsenergie sehr hoch ansetzen. Inzwischen können die Nutzer dieser Programme sie mit geringem Aufwand durch Herstellerangaben ersetzen. Seit Kurzem sind beispielsweise Kenngrößen von über 130 Pelletkesseln auf der Internetseite des Deutschen Energieholz- und Pellet-Verbands e.V. (DEPV, www.depv.de) frei zugänglich. Diese Kenngrößen sollten in jeder EnEV-Software genutzt werden.

Vergleich zwischen Standard- und Herstellerkenngrößen

Am Beispiel einer Doppelhaushälfte und eines Mehrfamilienhauses wird aufgezeigt, welchen Einfluss der Einsatz von Herstellerkennwerten auf die Berechnungsergebnisse hat. Betrachtet werden jeweils fünf Varianten mit unterschiedlichen Heizungsanlagen. Der Variante mit einem Ölbrennwertgerät werden vier Varianten mit einem Pelletkessel gegenübergestellt. Die Berechnungen wurden unter EnEV-Randbedingungen durchgeführt. Im Vergleich zum Öl-Brennwertkessel sind die Erzeugeraufwandszahlen von Pelletkesseln in der Norm deutlich schlechter. Daraus ergibt sich - bei ansonsten gleicher Erzeugernutzwärmeabgabe - für Pelletkessel ein höherer Endenergiebedarf. Zudem weichen die Berechnungsergebnisse sehr stark nach oben ab, wenn der Energieberater vergisst, den Pufferspeicher einzusetzen. Der Grund liegt im Rechenverfahren der DIN V 4710-10: Dort wird in Abhängigkeit des Puffervolumens die Anzahl der Grundzyklen ermittelt. Jedem Grundzyklus ist ein Hilfsenergiebedarf QHE,GZ als Absolutwert zugeordnet. Werden - nur aufgrund des fehlenden Pufferspeichers - häufige Taktungen des Kessels ermittelt, resultiert daraus ein rund doppelt so hoher Hilfsenergiebedarf (siehe Berechnungsergebnisse der Varianten B und E). Die Anlagenverluste nehmen ebenfalls zu, weil der Kessel im Grundzyklus einen schlechteren Wirkungsgrad hat.

Gebäudesteckbrief Berechungsbeispiel Einfamilienhaus

Bestandsgebäude Doppelhaushälfte

KfW-Effizienzhaus 85 bei den Varianten mit Pelletkessel, ansonsten kein KfW-Effizienzhaus
Gebäudenutzfläche A
N = 142,7 m²
Hüllfläche A = 323,1 m²
spezifischer Transmissionswärmeverlust H
T’ = 0,362 W/m²K
Zentralheizung, Heizkörper VL/RL 55/45
°C, Wärmeerzeuger, Speicher und Verteilung im unbeheizten Keller; zentrale Warmwasserbereitung ohne Zirkulation, mit Solaranlage
Varianten:

A: Heizöl-Brennwertkessel, DIN Standard-Kenngrößen, kein KfW-Effizienzhaus
B: Pelletkessel, ohne Pufferspeicher, DIN Standard-Kenngrößen
C: Pelletkessel, Pufferspeicher 360 l, DIN Standard-Kenngrößen
D: Pelletkessel, Pufferspeicher 360 l, Kenngrößen Typ 1
E: Pelletkessel, kein Pufferspeicher, Kenngrößen Typ 1

Berechnungsergebnisse siehe Bild 5.

Gebäudesteckbrief Berechnungsbeispiel Mehrfamilienhaus

Mehrfamilienhaus KfW-Effizienzhaus 40 bei den Varianten mit Pelletheizung, ansonsten KfW-Effizienzhaus 70

Gebäudenutzfläche AN = 697,2 m²
Hüllflache A = 1144,5 m²
spezifischer Transmissionswärmeverlust H
T’ = 0,230 W/m²K
Zentralheizung, Heizkörper VL/RL 55/45
°C, Wärmeerzeuger und Speicher im unbeheizten Keller; zentrale Warmwasserbereitung mit Zirkulation und Solaranlage; Abluftanlage
Varianten:

A: Heizöl-Brennwertkessel, DIN Standard-Kenngrößen, KfW-Effizienzhaus 70
B: Pelletkessel, ohne Pufferspeicher, DIN Standard-Kenngrößen
C: Pelletkessel, Pufferspeicher 960 l, DIN Standard-Kenngrößen
D: Pelletkessel, Pufferspeicher 960 l, Kenngrößen Typ 2 (siehe Bild 4)
E: Pelletkessel, kein Pufferspeicher, Kenngrößen Typ 2 (siehe Bild 4)

Berechnungsergebnisse siehe Bild 6.

Schlussbemerkung

In der DIN V 4701-10 sind Standardkenngrößen für Pelletkessel hinterlegt, die hinsichtlich Energieeffizienz und Hilfsenergiebedarf weit überholt sind. Berechnungen auf Grundlage dieser Standardkenngrößen führen zu einem deutlich höheren Energiebedarf und damit höheren Energiekostenprognosen als mit Kennwerten aktueller Pelletkessel. Wird mit DIN-Standard-Kenngrößen gearbeitet, ergeben sich bei einem Pelletpreis, der rund ein Drittel unter dem Heizölpreis liegt, höhere Energiekosten für die Pelletheizung. Setzt man dagegen die aktuellen Kennwerte der Hersteller an, dreht sich die Reihenfolge sehr deutlich um. Wer in seinen Berechnungen den Pufferspeicher vergisst und mit Standard-Kenngrößen rechnet, weist rund 50 % zu hohe Energiekosten aus. Der Ersteller des Nachweises bemerkt dies oftmals nicht, weil die Aufmerksamkeit vor allem auf den Primärenergiebedarf als Anforderungsgröße nach EnEV gerichtet ist. In die Wirtschaftlichkeitsrechnung fließen viele Parameter ein: Investitionskosten, Wartungskosten, Laufzeiten, Preissteigerungen … - und eben auch der Endenergiebedarf. Insbesondere, wenn Energiekosten mit Preissteigerungen über einen Zeitraum von 10 oder 20 Jahren ausgewiesen werden, hat der Berater manchmal nicht mehr im Blick, wie die berechneten "Energiekosten" zustande kamen. Ein möglicherweise zu hoher Endenergiebedarf fällt dann nicht auf. Um dem Eigentümer die richtigen Empfehlungen geben zu können, ist es jedoch wichtig, belastbare Energiekostenprognosen zu erstellen, um die richtigen Empfehlungen geben zu können. Anstelle der veralteten DIN-Standardkenngrößen ist es daher dringend geboten, den Berechnungen die aktuellen Herstellerkennwerte zugrunde zu legen, die seit Kurzem in gut aufbereiteter Form frei verfügbar sind [3].

Randbedingungen für energetische Berechnungen

• EnEV-Nachweis: Die Randbedingungen, die in der EnEV und den in Bezug genommenen Normen definiert sind, müssen zwingend angesetzt werden. Randbedingungen für Nachweise auf Grundlage der DIN V 4701-10 sind unter anderem die mittlere Gebäudeinnentemperatur (19 °C), der Trinkwasser-Wärmebedarf qtw = 12,5 kWh/(m² a) und der Norm-Anlagenluftwechsel für mechanische Lüftungsanlagen nA,Norm = 0,4 h-1.
• KfW-Nachweis: Für Nachweise von KfW-Effizienzhäusern hat die KfW weitere Randbedingungen festgelegt. In der EnEV-Software ist deshalb für KfW-Effizienzhausnachweise ein eigenes Auswahlmenü zu finden.
• Energieberatung oder sonstige ingenieurtechnische Berechnungen: Hier dürfen auch geänderte Randbedingungen eingesetzt werden. Je nach Nutzung kann z. B. die Gebäudeinnentemperatur oder die Luftwechselrate gesenkt oder erhöht werden, was sich auf den ermittelten Energiebedarf entsprechend auswirkt. Bei einer nutzerbezogenen Energieberatung sind solche Änderungen durchaus sinnvoll, um die prognostizierten Energieeinsparungen - und damit die Aussagen zur Wirtschaftlichkeit - auf eine belastbarere Grundlage zu stellen.