Bei einem Gebäudemonitoring gibt es diverse Einflussfaktoren, die auf die Ergebnisse einwirken. Beim Fokus auf den Heizwärmeverbrauch sind insbesondere der Einfluss der Wetterbedingungen während der Messzeit sowie die winterliche Raumlufttemperatur zu nennen. Diese werden hier behandelt.

Einen großen Einfluss auf die Energieverbräuche haben die Wetterbedingungen während des betrachteten Zeitraumes. Dadurch ergeben sich ggf. erhebliche Abweichungen gegenüber den theoretisch errechneten Energiebedarfswerten.

In einem Forschungsprojekt [Peper/Schnieders/Ochs/Feist 2010] stellte sich nach etwa 3,5 Jahren Messzeit u.a. die Frage, welches der „kälteste“ der drei gemessenen Winter war. Dabei ging es um die Einstufung bzw. Bewertung der gemessenen Heizwärmeverbräuche des Gebäudes und deren Ursache. Diese Frage kann auf unterschiedlichen Wegen versucht werden zu beantworten. Diese Versuche sollen hier exemplarisch dargestellt werden.

Es zeigt sich, dass die Untersuchung der gemessenen Außentemperaturen den ersten Winter als relativ mild ausweist (siehe Abbildung 13). Werden die „kalten“ Tage (hier mit t_a < +12 °C definiert) gezählt, besitzt dagegen der erste Winter am meisten. Bei Tagen mit Messwerten t_a < 0 °C ist es wiederum der dritte Winter, der über die meisten Tage verfügt (vgl. Abbildung 14, oben). Es wird deutlich, dass damit die Frage nach dem „kältesten“ Winter nicht eindeutig beantwortet werden kann.

Abbildung 13: Tageswerte der Außentemperatur- sowie der Globalstrahlungsmessung über etwa 3,5 Jahre von einem Monitoringprojekt in der Nähe von Bamberg [Peper/ Schnieders/Ochs/Feist 2010].

Eine weitere denkbare Möglichkeit zur Beurteilung der Wetterdaten ist die Berechnung von Gradtagszahlen (Heizgradtagessummen), was häufig angewendet wird. Diese werden nach folgender Formel berechnet:

Die „willkürlichen“ Grenzen (T_a < 12°C; T_i = 19°C) sind für Passivhäuser im Grunde nicht sinnvoll. Aus Vergleichsgründen wurden sie aber beibehalten. Diese Analyse zeigt, dass die Gradtagssummen der drei Winter fast gleich sind (siehe Abbildung 14, unten).

Abbildung 14: Oben: Ergebnisse der Heiztage und der „kalten“ Tage gemäß den Temperaturdaten aus Abbildung 13. Unten: Berechnete Gradtagssummen (12 °C/19 °C) der drei Winter mit den gleichen Temperaturdaten. Beide Grafiken sind [Peper/ Schnieders/Ochs/Feist 2010] entnommen.

Diese unterschiedlichen Untersuchungen der Außentemperaturen kommen also zu unterschiedlichen Ergebnissen. Was nun „richtig“ oder „falsch“ ist, kann so augenscheinlich nicht geklärt werden. Da bei einem Passivhaus die Solarstrahlung aufgrund des niedrigen Heizwärmebedarfs einen nennenswerten Anteil an der Wärmeversorgung hat, muss diese hier berücksichtigt werden. Bei der Untersuchung der Solarstrahlungssummen zeigt sich, dass der letzte Winter die höchste Einstrahlung aufweist, die Unterschiede aber nur sehr gering sind (430, 420 bzw. 434 kWh/(m²Winter)).

Damit kann insgesamt festgestellt werden, dass die Unterschiede zwischen den drei Wintern bei dieser Art der Analyse relativ gering sind. Für ein energieeffizientes Gebäude ist entscheidend, wie groß das nutzbare Strahlungsangebot an kalten Tagen ist und wie lange sonnenarme Zeiträume um Null Grad anhalten; nur die Gradtagssummen und Strahlungsdaten geben darüber keine Auskunft. Die Zusammenhänge sind in [Feist 2005] im Detail untersucht und an Messergebnissen von über 150 Wohneinheiten nachgewiesen.

Um den Einfluss der gemessenen Wetterbedingungen auf den Heizwärmebedarf abbilden zu können, kann gut das PHPP-Monatsverfahren genutzt werden. Dabei wird die Raumtemperatur als konstant angenommen. Aus den Strahlungs- und Temperaturmessdaten müssen Monatssummen bzw. -mittelwerte gebildet und diese im PHPP eingesetzt werden (Blatt „Klimadaten“, im Bereich „Eigene Daten“). Es zeigt sich zuerst, dass der Heizwärmebedarf in allen drei Jahren niedriger liegt als im Referenzfall (Standardklima Deutschland nach DIN 4108 Teil 6). Der Heizwärmebedarf im ersten Jahr fällt deutlich niedriger aus als in den beiden nachfolgenden. Dabei führt der Winter 2008/2009 zum relativ höchsten Heizwärmebedarf. Der im PHPP enthaltene Klimadatensatz, der für die Planung des Beispielgebäudes verwendet wurde, erscheint für diesen Standort eher pessimistisch [Peper/ Schnieders/ Ochs/Feist 2010], aber wie gewohnt auf der „sicheren Seite“.

Abbildung 15: Vergleich der Heizwärmebedarfswerte des Gebäudes nach PHPP-Berechnung (Monatsverfahren) für den Referenzfall (Standardklima Deutschland) und unter Verwendung der gemessenen Wetterdaten (Berechnung für 20 °C Innentemperatur). Aus: [Peper/Schnieders/Ochs/Feist 2010].

Als Resultat zeigt sich nochmals, dass sowohl die Analyse der reinen Wetterdaten (Temperatur und Globalstrahlung) als auch die Verwendung der Gradtagszahlen keine aussagekräftigen Ergebnisse zur Beurteilung des Wettereinflusses auf den Heizwärmeverbrauch ermöglicht. Erst die Verwendung eines geeigneten Bilanzierungstools wie des PHPP für das betreffende Gebäude zeigt die benötigten Informationen. Damit lässt sich der Einfluss der abweichenden Wetterbedingungen klären.

Auf die Wettermessung selbst gibt es allerdings diverse (unerwünschte) Einflüsse:

Abbildung 16: Störung der Wettermessung (hier sitzt ein Vogel auf dem Pyranometer zur Globalstrahlungsmessung und verschattet das Gerät).

Einen großen Einfluss auf den Heizwärmeverbrauch hat die Innentemperatur in einem Gebäude. In einem besonders energieeffizienten Gebäude wirkt sich eine abweichende Innentemperatur prozentual stärker aus als in einem Gebäude mit geringerem Wärmeschutz. Der genaue Wert ist immer vom Gebäude abhängig. Beim Beispiel des Wohnblocks Tevesstraße Frankfurt a.M. mit 20 Wohnungen führt die Veränderung der Durchschnittstemperatur von z. B. 20 auf 21 °C Raumtemperatur laut PHPP auf einen zusätzlichen Heizwärmebedarf von 2,3 kWh/(m²a). Das entspricht 14 %, was eine übliche Größenordnung für energieeffiziente Gebäude darstellt.

Der Einfluss der Innentemperatur stellt bei der Auswertung von Messdaten normalerweise einen der größten Einflussfaktoren dar. Beim Vergleich von Messdaten mit den Berechnungsdaten aus z. B. dem PHPP muss dies nach Möglichkeit berücksichtigt werden (siehe nächster Abschnitt).

Abbildung 17: Heizwärmebedarf bei unterschiedlichen, durchschnittlichen Innentemperaturen beim Beispielgebäude Tevesstraße Frankfurt a.M. Berechnung nach dem PHPP.

Im PHPP wird bei Wohngebäuden üblicherweise für die Bedarfsberechnung die Innentemperatur von 20°C verwendet. Der Berechnungsansatz nach der Energieeinsparverordnung geht von nur 19°C aus und berücksichtigt eine Nachtabsenkung. Bei den Messungen der winterlichen Innentemperaturen bei diversen Monitoringprojekten wurden regelmäßig höhere durchschnittliche Temperaturen gemessen.

Tabelle 2: Gemessene durchschnittliche winterliche Raum- temperaturen im Wohnungsbau (Neubau und Sanierung) bei unterschiedlichen Monitoringprojekten (nach [Peper 2008] mit Ergänzungen).

Messkonzept, Störgrößen und adäquate Lösungen - Einleitung, Messaufgabe, Zusammenfassung und Literatur

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