Verborgene Wärmeverluste im Gebäudebestand

INHALTE DES BEITRAGS

Energetische Bilanzierung nach DIN V 18599-6
Variantenvergleich
Empfehlungen für energieeffiziente Wohnungslüftungssysteme
Fazit

Auf der Suche nach Energie-Einsparmöglichkeiten im Gebäudebereich geraten die Lüftungswärmeverluste verstärkt in den Fokus. Durch verschärfte Anforderungen sind bisher im Wesentlichen die Transmissionswärmeverluste reduziert worden, damit ist trotz erhöhter Anforderungen an die Gebäudedichtheit der Anteil der Lüftungswärmeverluste am Gesamtwärmeverlust beständig größer geworden (Abbildung 1). Eine weitere Senkung der Lüftungswärmeverluste bei freier Lüftung verstärkt die Gefahr einer Zunahme hygienischer und
bauphysikalischer Probleme, v. a. in modernisierten, aber auch in neu errichteten Gebäuden. Die ventilatorgestützte Lüftung bietet demgegenüber die Möglichkeit, die Lüftungswärmeverluste unter Einhaltung der Anforderungen an Raumlufthygiene und Bautenschutz weiter zu senken. Dazu bestehen prinzipiell drei Möglichkeiten:

Rückgewinnung der in der Abluft enthaltenen (und sonst an die Umwelt abgegebenen) Energie mittels Wärmeübertrager und/oder Wärmepumpe
Vorwärmung der zugeführten Außenluft mittels erneuerbarer Energien (z. B. Erdreich-Luft-Wärmeübertrager oder Solar-Luftkollektor)
Verringerung des Außenluftwechsels (Bedarfs- oder Zonenlüftung)
Darüber hinaus besitzen aber auch Gebäudedichtheit und Lüftungsverhalten der Bewohner einen wesentlichen Einfluss auf die Lüftungswärmeverluste von Gebäuden. Erst die Optimierung des Gesamtsystems „Lüftungsanlage + Heizungstechnik + Gebäude“ i. V. m. einem angepasstem Lüftungsverhalten der Nutzer ermöglicht die Erschließung von wesentlichen Einsparpotenzialen durch den Einsatz von ventilatorgestützten Lüftungssystemen.

Energetische Bilanzierung nach DIN V 18599-6

Die nachfolgend näher vorgestellte DIN V 18599-6 „Energetische Bewertung von Gebäuden – Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung – Teil 6: Endenergiebedarf von Lüftungsanlagen, Luftheizungsanlagen und Kühlsystemen für den Wohnungsbau“ in der Fassung von 2018 wird im Gebäudeenergiegesetz (Januar 2024) in Bezug genommen. Das neue Gebäudemodernisierungsgesetz wird sich zukünftig voraussichtlich auf die überarbeitete und validierte DIN/TS 18599:2025-Reihe beziehen.

Zulufttemperatur und Luftwechsel
Für die Wärmerückgewinnung mit Abluft-Zuluft-Wärmeübertragern werden in Teil 6 der DIN V 18599 die Zulufttemperatur nach dem Wärmeübertrager und der mittlere, zuluftseitige Anlagenluftwechsel (als monatliche Mittelwerte) berechnet. Diese Werte gehen in den Nutzwärmebedarf nach DIN V 18599-2 ein.Kombinationen aus Wärmeübertrager und anderen Systemen (z. B. Luftheizungsanlage oder Abluft-Wärmepumpe) werden in der Berechnung getrennt: Der Wärmeübertrager der Kombination wird wie ein einzelner Wärmeübertrager behandelt.
Die Effizienz des Wärmeübertragers wird durch einen Gesamtnutzungsgrad beschrieben. Neben dem geprüften Wärmebereitstellungsgrad (alternativ europäische Kennwerte, z. B. Temperaturänderungsgrad nach DIN EN 308 bzw. DIN EN 13141-7/-8) können die spezifischen Einbaubedingungen berücksichtigt werden – durch Zuschläge (z. B. für Erdreich-Zuluft-Wärmeübertrager – EWÜT) und Abschläge (z. B. für Abtaubetrieb, Aufstellung im unbeheizten Bereich oder Geräteleckagen).
Abbildung 2 zeigt die nach DIN V 18599-6 ermittelten Zulufttemperaturen für wichtige Varianten. Hier wird das energetische Einsparpotenzial und die Verbesserung der thermischen Behaglichkeit einer effizienten Wärmerückgewinnung mit Wärmeübertragern insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen im Vergleich mit Fensterlüftung erkennbar.
Abhängig von Lüftungskonzept und Gebäudedichtheit werden Lüftungsanteile für Infiltration, Fensteröffnen und Lüftungsanlage berechnet und zum Gesamtluftwechsel addiert.
Die Standardwerte ergeben sich nach DIN V 18599-10 (Nutzungsrandbedingungen, Klimadaten) für Wohngebäude mit einem nutzungsbedingten Mindestaußenluftwechsel
nnutz = 0,5 h-1 und einem mittleren Anlagenluftwechsel nmech = 0,4 h-1. Für den mittleren Anlagenluftwechsel ist alternativ eine detaillierte Berechnung möglich, die zusätzliche Effekte berücksichtigt, z. B.
einen intermittierenden Betrieb (z. B. Nacht- und Wochenendbetrieb),
einen mehrstufig wählbaren Anlagenvolumenstrom (z. B. Reduzierte-, Nenn- und Intensivlüftung nach DIN 1946-6) oder
Effekte einer nutzerunabhängigen Bedarfsregelung nach einer geeigneten Führungsgröße.
Zudem muss eine zuluftseitige Bilanzierung erfolgen. Für Abluftanlagen fließt die nachströmende Außenluft in die Bilanz ein (berücksichtigt im Term Fensterluftwechsel), der Anlagenluftwechsel wird auf Null gesetzt (es erfolgt nur ventilatorgestützte Absaugung der Luft aus dem Gebäude). Demgegenüber wird bei Zu- und Abluftanlagen der ventilatorgestützte Zuluftwechsel bilanziert (im Term Luftwechsel über Lüftungsanlage).
Abluft-Wärmepumpen
Nach DIN V 18599-6 sind Abluft-Wärmepumpen Einrichtungen, die den Wärmeeinhalt der Abluft von Wohnungslüftungs- und Luftheizungsanlagen nutzen. Sie werden mit der Erzeugerwärmeabgabe und der Wärmeaufnahme durch Wärmerückgewinnung aus der Abluft bilanziert. Bei Kombination einer Abluft-Wärmepumpe mit einem Abluft-Zuluft-Wärmeübertrager wird der Wärmeübertrager, wie oben beschrieben, bilanziert (siehe Abbildung 2). Dabei ist bei der Bewertung der Abluft-Wärmepumpe die verringerte Wärmequellentemperatur zu beachten. Als zusätzliche Wärmequelle kann eine Außenluftbeimischung (siehe Abbildung 3) bilanziert werden.
In DIN V 18599-6 werden folgende Lösungen behandelt:
Abluft-Zuluft-Wärmepumpen (Quelle: Abluft, Senke: Zuluft)
Abluft-Wasser-Wärmepumpen (Quelle: Abluft, Senke: Wasser)
Abluft-Zuluft/Wasser-Wärmepumpen (Quelle: Abluft, Senke: Zuluft, Wasser)
Bei der Wärmesenke Wasser ist die Nutzung für Heizung und/oder Trinkwassererwärmung möglich. Bei kombinierter Nutzung kann die Nutzung der Abwärme für Zulufterwärmung, Heizungsunterstützung oder Trinkwassererwärmung frei gewählt werden (keine vorgegebene Vorrangschaltung).
Der Algorithmus der DIN V 18599-6 sieht bei Abluft-Wasser-Wärmepumpen Schnittstellen zu den Normenteilen 5 (Nutzung für Heizung) bzw. 8 (Nutzung für Trinkwassererwarmung) vor. Die zunehmend marktüblichen Wärmepumpen mit drehzahlgeregelten Verdichtern werden detailliert und mit variablen Leistungszahlen abhängig von der Leistungsregelung in der Bilanzierung berücksichtigt.
Teillüftung
Mit der 2018er-Fassung der DIN V
18599-6 wird die Teillüftung detailliert und gültig für unterschiedliche Kombinationen berechnet, z. B. für
ventilatorgestützte Lüftung und freie Lüftung,
ventilatorgestützte Lüftung mit und ohne Wärmerückgewinnung,
ventilatorgestützte Lüftung mit und ohne Bedarfsführung,
ventilatorgestützte Lüftung mit Heizperioden- und Ganzjahresbetrieb.
Für die weitere Klarstellung wurde eine Definition der Teillüftung aufgenommen:
„Zone wird nur flächenanteilig ventilatorgestützt gelüftet oder in der Zone existieren unterschiedliche ventilatorgestützte Lüftungssysteme

Anmerkung 1 zum Begriff: Typische Beispiele für Teillüftung sind:

zentrales Zu-/Abluftsystem im eigentlichen Wohnbereich und Fensterlüftung in wenig genutzten Nebenräumen
dezentrale Zu-/Abluftgeräte in einzelnen Räumen/Raumgruppen und Abluftsystem in den übrigen Räumen
Anmerkung 2 zum Begriff: Auch bei Teillüftung ist für ventilatorgestützte Systeme der Wohnungslüftung deren Auslegung und bestimmungsgemäßer Betrieb nach den anerkannten Regeln der Technik vorausgesetzt. Diesbezügliche gesonderte Hinweise (z. B. hinsichtlich der Planung und Bemessung der Wohnungslüftungsanlagen) können der DIN 1946-6 entnommen werden.“
Ein typisches und häufig praktiziertes Beispiel für Teillüftung ist die Kombination aus alternierenden dezentralen Zu-/Abluftgeräten (in den Aufenthaltsräumen) und einer Entlüftung nach DIN 18017-3 (in fensterlosem Bad/Küche).

Wenn eine solche Kombination in einer Wohnung mit 80 m2 (60 m2 Aufenthaltsräume einschließlich Flur und 20 m2 Bad/Küche) eingesetzt wird, ergibt sich eine Teillüftung von 75 Prozent (60 m2/80 m2) für die alternierenden Lüftungsgeräte mit Wärmerückgewinnung und eine Teillüftung von 25 Prozent (20 m2/80 m2) für die Entlüftung, die nach den Erläuterungen des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) zum Gebäudeenergiegesetz als freie Lüftung zu bilanzieren ist.

Variantenvergleich

Der BDEW-Heizkostenvergleich Neubau (2021) liefert Anhaltspunkte, welchen konkreten Einfluss Lüftungssysteme auf den Energiebedarf von Wohngebäuden haben. Tabelle 4 zeigt ausgewählte Ergebnisse für ein Einfamilienhaus, Tabelle 5 für ein Sechsfamilienhaus. Aus den in den Tabellen zusammengestellten Zahlenwerten lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen:
Durch Kombination von Wohnungslüftungssystemen mit den heute üblichen Heizsystemen können die Anforderungen des Energieeinsparrechts erfüllt werden.
In Abhängigkeit vom Energieträger des Heizsystems können zur Erfüllung der Anforderungen Lüftungssysteme mit Wärmerückgewinnung erforderlich sein oder aber einfache Abluftsysteme ausreichen.
Beim Endenergiebedarf sind systemabhängig größere Unterschiede zu erkennen. Der Endenergiebedarf wiederum ist neben den energieträgerspezifischen Kosten die maßgebliche Größe für die Heizkosten.

Empfehlungen für energieeffiziente Wohnungslüftungssysteme

IN V 18599-6 können für den geplanten Einsatz von Wohnungslüftungssystemen mit Wärmerückgewinnung in energieeffizienten Neubauten oder bei energetischen Gebäudesanierungen folgende Empfehlungen gegeben werden.
Lüftungsgerät:
Temperaturänderungsgrad: > 80 Prozent
spezifische Leistungsaufnahme Ventilatoren: < 0,30 W(m3/h)
Regelung: Bedarfsführung
Gebäude:
Gebäudedichtheit: n50 < 1 h-1
Wärmeschutz: Luftheizung für Effizienzhaus 40/55 oder besser
Heizungstechnik:
Endenergie (Heizkosten, Wirtschaftlichkeit): Kombinationen mit allen Heizsystemen ohne Einschränkungen sinnvoll
Primärenergie (GEG): keine Kombination mit Pelletheizung

Fazit

Mithilfe der DIN V 18599-6 : 2018 und DIN/TS 18599-6 : 2025 und im Rahmen des GEG und GModG lassen sich die marktüblichen Wohnungslüftungssysteme energetisch bilanzieren. Für die tatsächliche Energieeinsparung unter realen Einsatzbedingungen sind neben den Anlagenparametern die Gebäudedichtheit und das Lüftungsverhalten der Nutzer wesentlich.