Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
Typologische Kenngrößen von Nichtwohngebäuden im Bestand
Querschnittsanalyse der TEK-Datenbank
Michael Hörner
Institut Wohnen und Umwelt GmbH, Darmstadt
www.iwu.de
September 2015
Ein Fachmann erkennt die energetischen Schwachstellen eines Gebäudes oft schnell, es ist aber auch für ihn
nicht so einfach, zu quantifizieren, wieviel Energie verloren geht und was das kostet. Die
Verbrauchsausweise nach der Energieeinsparverordnung (EnEV) können zwar Ausreißer innerhalb einer
Gebäudekategorie identifizieren, die Ursachen hierfür bleiben jedoch unklar. Und aus den Kennwerten ein
Einsparpotenzial abzuleiten, das wäre kühn. Eine genauere Gebäudeanalyse nach DIN V 18599 erfordert
jedoch umfangreiche Analysen und detaillierte Daten. Dies gilt besonders für Nichtwohngebäude im
Bestand, da hier die notwendigen Informationen nur selten komplett vorliegen. Eine weitere Schwierigkeit:
Weil die Analyse nach DIN V 18599 den nutzungsspezifischen Stromverbrauch nicht berücksichtigt, ist ein
Abgleich zwischen berechnetem Bedarf und gemessenem Verbrauch kaum möglich. Außerdem ist der
hierfür notwendige Zeitaufwand enorm hoch.
Deshalb haben Wissenschaftler des Instituts Wohnen und Umwelt (IWU) in Darmstadt gemeinsam mit
anderen Fachleuten aus Wissenschaft und Praxis im Forschungsprojekt „Teilenergiekennwerte von
Nichtwohngebäuden“ eine Methodik zur energetischen Analyse von Nichtwohngebäuden im Bestand
entwickelt. Diese wurde in der Software „TEK-Tool“ umgesetzt und in einem Feldtest erprobt.
Das TEK-Tool rechnet in Anlehnung an das Monatsbilanzverfahren der DIN V 18599, nutzt als Rechenkern
jedoch die vereinfachte Mehrzonen-Nutzenergiebilanz von EnerCalC, einer im Rahmen eines gesonderten
Forschungsprojekts entwickelten Software. Es berücksichtigt zusätzlich den nutzungsspezifischen
Strombedarf. Zusammen mit weiteren Vereinfachungen, z. B. zur Abbildung der technischen Anlagen, wird
es möglich, den Energiebedarf von Nichtwohngebäuden mit vertretbarem Aufwand zu bilanzieren.
Die Software soll Energieberater dabei unterstützen, den Ist-Verbrauch zu verstehen, Teilverbräuche zu
bewerten, Schwachstellen zu erkennen und Einsparpotenziale zu berechnen. Dazu werden spezifische
Kenngrößen gebildet, z. B. Energiekennwerte, Nutzungsgrade oder geometrische Kenngrößen, um
verschiedene energierelevante Eigenschaften der Gebäude zu quantifizieren und mit Referenzwerten
vergleichen zu können. Der Gesamtenergiebedarf wird aus Teilenergiebedarfen, differenziert nach
technischen Gewerken – wie Heizung, Lüftung oder Beleuchtung – und Zonen, berechnet. Daraus ergeben
sich die sogenannten Teilenergiekennwerte (TEKs). Die objektspezifisch berechneten TEKs des Ist-Zustands
(Ist-TEKs) werden mittels des ebenso differenzierten Systems der vordefinierten ReferenzTeilenergiekennwerte (Ref-TEKs) in eine von fünf Energieaufwandsklassen („sehr gering“ bis „sehr hoch“)
eingestuft. So lassen sich der Energieaufwand, energetische Schwachstellen und das mögliche
Einsparpotenzial unter Berücksichtigung der konkreten Nutzung und der baulichen Gegebenheiten schnell
bewerten.
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
1. Grundlagen
Schätzungsweise ein Siebtel der gesamten CO2-Emissionen Deutschlands sollen auf die Beheizung,
Warmwassererzeugung, Klimatisierung und Beleuchtung von Nichtwohngebäuden entfallen. Genauere
Zahlen über den tatsächlichen energetischen Zustand von Bestandsgebäuden fehlen jedoch. Um diese
Informationsdefizite zu reduzieren, wurden im Rahmen der Energieforschung die energetischen
Eigenschaften von Nichtwohngebäuden im Bestand detaillierter untersucht.
Im Projekt Teilenergiekennwerte von Nichtwohngebäuden (TEK)1 wurde dazu eine Methodik zur
vereinfachten, energetischen Bilanzierung von Nichtwohngebäuden im Bestand erarbeitet und das TEK-Tool
als ein Werkzeug für die Energieberatung entwickelt. Die zugrundeliegende Methodik von TEK übernimmt
den Ansatz der DIN V 18599 mit einer monatsweisen Berechnung und einer Mehrzonen-Nutzenergiebilanz
zur Abbildung unterschiedlicher Nutzungen in einem Gebäude. Die TEK-Methodik arbeitet jedoch wegen der
bei Bestandsgebäuden oft spärlichen Datenlage mit Vereinfachungen und insbesondere in der
Anlagentechnik mit Angaben, die vor Ort erhoben werden können, z.B. auf Typenschildern von
raumlufttechnischen Anlagen. Die Eingabedaten der Gebäudehülle können objektspezifisch detailliert oder,
wie oben bereits erwähnt, vereinfacht erfasst werden, wenn es schnell gehen soll. Die sonst sehr
aufwendige Aufteilung der Gebäudehüllfläche auf die Nutzungszonen erfolgt automatisiert.
Nutzungsparameter können für alle Zonen als Standardwerte oder objektspezifisch eingegeben werden.
Zusammen mit weiteren Vereinfachungen im Berechnungsalgorithmus kann die Menge der Eingabedaten so
deutlich reduziert und die Gebäudeanalyse erheblich beschleunigt werden. Fachleute können die Analyse bei
guter Datenlage in etwa zwei bis drei Arbeitstagen durchführen.
Außerdem erweitert TEK den Bilanzraum auf den nutzerspezifischen Energiebedarf wie Arbeitshilfen, Geräte,
Aufzüge etc., um den berechneten Bedarf besser mit dem gemessenen Verbrauch vergleichen zu können.
Das TEK-Tool wurde in einem Feldtest umfangreich getestet. So entstand die TEK-Datenbank, eine in
Deutschland einzigartige Sammlung von 93 Datensätzen von Nichtwohngebäuden im Bestand
unterschiedlichen Typs. Alle erfassten Gebäude sind mit detaillierten Angaben zur wärmetechnischen
Beschaffenheit der Gebäudehülle, zur Effizienz der Anlagentechnik und zum Nutzerverhalten sowie zum
gemessenen Energieverbrauch dokumentiert.
In einer Querschnittsanalyse2 der TEK-Datenbank wurden typische, geometrische und energetische
Kenngrößen von Nichtwohngebäuden im Bestand ermittelt und, soweit möglich, statistisch ausgewertet.
Ausgewählte Ergebnisse dieser Querschnittsanalyse sind in diesem Beitrag zusammengefasst.
Dabei wurden Kenngrößen zur Hüllflächenexposition und Energiekennwerte abgeleitet, und zwar sowohl für
das gesamte Gebäude (vgl. Kapitel 2) als auch für einzelne Nutzungszonen (vgl. Kapitel 3). Sie sind für
weitere Vereinfachungen des Berechnungsverfahrens nützlich und liefern interessante Vergleichswerte für
die Qualitätssicherung der Berechnungen. Von besonderem Interesse sind die Untersuchungen der
Differenzen von berechnetem Energiebedarf und gemessenem Energieverbrauch (vgl. Kapitel 4). Daraus
abgeleitete Schätzfunktionen ermöglichen eine realistischere Einschätzung von Einsparpotenzialen (vgl.
Kapitel 5). Modernisierungsvarianten und Einsparpotenziale waren ebenfalls Gegenstand der Feldphase des
1
Das Projekt Teilenergiekennwerte von Nichtwohngebäuden (TEK) wird im Forschungsschwerpunkt
Energieoptimiertes Bauen (ENOB) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert
(Förderkennzeichen: 0327431J). Download TEK-Tool.
2
Hörner, Michael; Bagherian, Behrooz; Jedek, Christoph: Teilenergiekennwerte von Nichtwohngebäuden Querschnittsanalyse der Ergebnisse der Feldphase, Darmstadt: IWU, 2014 (ISBN 978-3-941140-37-0)
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
TEK-Projekts, sie wurden in einem Folgeprojekt zu einem ersten Ansatz einer Gebäudetypologie für
Nichtwohngebäude3 weiterentwickelt (vgl. Kapitel 6).
2. Gebäudekenngrößen
In der Energieberatung arbeitet man, ähnlich wie in der Betriebswirtschaft, gerne mit Kenngrößen, welche
bestimmte Eigenschaften, z. B. von Gebäuden, quantifizieren. Dies macht Sinn, um sie besser miteinander
oder mit einem allgemein anerkannten Zielwert vergleichen zu können. Energiekennwerte sind ein weit
verbreitetes Mittel, um die energetische Qualität eines Gebäudes und seiner Nutzung ohne großen Aufwand
zu bewerten. Dabei ist ein einzelner Kennwert meist nicht ausreichend, um die Komplexität aus Nutzung,
Größe, Baualter und Geometrie eines Gebäudes in ihrem Einfluss auf den Energiekennwert zu erfassen.
In diesem Kapitel sind Verteilungen bzw. Mittelwerte und Bandbreiten verschiedener gebäudebezogener
Kenngrößen angegeben, die energetisch wichtige Eigenschaften der Gebäude in der TEK-Datenbank
quantifizieren und zum Verständnis der Häufigkeitsverteilung der Energiekennwerte notwendig sind.
Allgemeine Eigenschaften der ausgewählten Gebäude
In dem Projekt wurden vorwiegend Bestandsgebäude ab einer Größe von etwa 1.000 m² NGF zur Analyse
ausgewählt. Es handelt sich überwiegend um Gebäude, an denen zum Zeitpunkt der Datenaufnahme keine
größeren Modernisierungen vorgenommen worden waren. Die Gebäude sollten aus sechs grundlegenden
Gebäudekategorien stammen und einen höheren Technisierungsgrad aufweisen, also in nennenswertem
Umfang mit raumlufttechnischen Anlagen ausgestattet sein. Tabelle 1 zeigt die Häufigkeitsverteilungen der
untersuchten Gebäude nach Baualter, nach Flächen und nach Gebäudekategorien geordnet.
Baualtersklasse
Häufigkeit
Nettogrundfläche
Häufigkeit
Gebäudekategorie
Häufigkeit
vor 1918
10
bis 1.000 m²
4
Büro/Verwaltung
23
1919 - 1948
5
1.001 bis 5.000 m²
36
Handel
11
1949 - 1977
38
5.001 bis 10.000
29
Hochschule
19
1978 - 1994
26
10.001 bis 30.000
20
Hotel
8
1995 - 2001
7
> 30.000 m²
4
Bildung/Sport
15 / 1
Nach 2002
7
Veranstaltung
16
Tab. 1 Verteilung der Baualtersklassen, der Nettogrundflächen und der Gebäudekategorie der 93 Gebäude in der TEKDatenbank
Energiekennwerte
Mit dem TEK-Tool wurde für jedes Gebäude dessen Endenergiebedarf für Brennstoff/Fernwärme und
elektrische Energie berechnet. Die Häufigkeitsverteilung der auf die Energiebezugsfläche4 (EBF) bezogenen
jährlichen Endenergiebedarfe der Gebäude ist in Abbildung 1 aufgetragen. Sie sind in der
Berechnungseinstellung OBJ-OBJ berechnet, also mit objektspezifischen Nutzungsrandbedingungen und
einer detaillierten, objektspezifischen Ermittlung der Gebäudehüllflächen, Bauteilkennwerte und
3
Stein, Britta; Hörner, Michael; Jedek, Christoph, Maximilian Ihrig: Typologie-gestützte Kennwerte für die
energetische Bewertung bestehender Nichtwohngebäude, Darmstadt: IWU, 2015 (ISBN 978-3-941140-45-5)
4
Die Energiebezugsfläche ist in TEK wie in der EnEV als die beheizte oder gekühlte Nettogrundfläche (NGF) definiert.
Unter der NGF versteht man die Summe der nutzbaren Grundflächen eines Gebäudes.
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
Beleuchtungstechnik. Die Mittelwerte, über alle Gebäude in der TEK-Datenbank gerechnet, liegen sowohl für
Brennstoff/Fernwärme mit 147 kWh/m²EBFa als auch für elektrische Energie mit 66 kWh/m²EBFa recht hoch.
Angesichts der oben beschriebenen Gebäudeauswahl (vgl. Tabelle 1) überrascht dieses Ergebnis nicht. Die
Verteilung spiegelt die energetischen Eigenschaften von überwiegend (noch) nicht modernisierten Gebäuden
mit höherer Technisierung wider und zeigt, welche Bandbreite von Energiekennwerten für diese
Gebäudebestände erwartet werden können.
Brennstoff/Fernwärme
Elektrische Energie
30
24
25
20
Häufigkeit
20
15
15
12
12
10
10
9
8
10
10
9
7
6
5
4
5
1
1
20
40
2
3
4
4
1
5
2
2
0
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
und größer
Klasse des Endenergie‐Bedarfs [kWh/m²EBFa]
Abb. 1 Verteilung der flächenspezifischen Kennwerte des Endenergiebedarfs für Brennstoff/Fernwärme und elektrische
Energie, berechnet mit objektspezifischen Randbedingungen (OBJ-OBJ), für die Gebäude in der TEK-DB
Quelle: IWU-eigene Darstellung
Generell dienen Energiekennwerte der schnellen Einschätzung der Gebäudeenergieeffizienz, weshalb die
TEK-Methodik konsequent Ist-Teilenergiekennwerte (Ist-TEKs) zur Beschreibung des Ist-Zustands generiert
und Vergleichskennwerte nutzt, die für den Energiebedarf auf Zonenebene in fünf Energieaufwandsklassen
definiert sind, sogenannte Referenz-Teilenergiekennwerte (Ref-TEKs). Für ein konkretes Gebäude ist die
Zonenaufteilung bekannt und REF-TEKs können auch auf Gebäudeebene berechnet werden. In TEK wird
damit eine Bewertung der Gewerke und des gesamten Gebäudes wie in Abbildung 2 vorgenommen. Das
Gebäude in dieser Abbildung hat offensichtlich eine sehr relevante Schwachstelle beim Heizenergiebedarf.
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
Abb. 2 Primärenergiekennwerte und Bewertung der Ist-Teilenergiekennwerte der Gewerke mit Energieaufwandsklassen,
die auf der Basis von Referenz-Teilenergiekennwerten definiert sind. Größe der Blasen symbolisiert Höhe des
Primärenergiekennwerts.
Geometrische Kenngröße
Die Hüllflächenexposition von Gebäuden beeinflusst deren Heizwärmebedarf maßgeblich. Für die 93
Gebäude aus der TEK-DB wurden die in Tabelle 2 gezeigten, gebäudebezogenen Hüllflächen-Kenngrößen
erhoben. Sie können Hinweise auf energetische Schwachstellen geben, wie beispielsweise ein zu hoher
Fensterflächenanteil nach Norden oder ein ungünstiges A/V-Verhältnis.
Kenngrößen dieser Art können auch zur Qualitätssicherung genutzt werden, um z. B. die Angaben zur
Geometrie von Gebäuden in Energieausweisen einer automatisierten Plausibilitätskontrolle zu unterziehen.
So geben ungewöhnliche Werte spezifische Dach-, Wand- oder Fensterflächen oder das Verhältnis A/V
schnell Hinweise auf mögliche Fehler in der Erfassung der Hüllflächen.
Auch wenn dies keine repräsentative Stichprobe aus dem Bestand von Nichtwohngebäuden darstellt, so ist
doch zu vermuten, dass sich hier keine systematische Verzerrung ergibt wie bei den
Gebäudeenergiekennwerten. Die Gebäudegeometrie folgt den üblichen Entwurfsgrundsätzen der Architektur
für die unterschiedlichen Gebäudekategorien und ist zunächst vom Energiestandard weitgehend
unabhängig. Allerdings muss auf die geringe Fallzahl pro Gebäudekategorie hingewiesen werden, weshalb
statistische Kennzahlen wie Mittelwerte und Standardabweichungen mit Vorsicht zu benutzen sind.
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Gebäudekategorie
n
Geschosse
Anzahl
Gebäude
Hüllflächenexposition
Mittel
Mittlerer
Verhältnis A/V
spezifische
spezifische
spezifische
spezifische
spezifische
Fensterflächen-
[1/m]
Kellerdeckenfläche
Dachfläche
Wandfläche
Fensterfläche N
Fensterfläche SOW
[m²BTF / m²NGF]
[m²BTF / m²NGF]
[m²BTF / m²NGF]
[m²BTF / m²NGF]
[m²BTF / m²NGF]
anteil (NSOW) an
der Fassade [%]
Mittel Stdabw.
Mittel Stdabw.
Mittel Stdabw.
Mittel Stdabw.
Mittel Stdabw.
Mittel Stdabw.
Mittel
0,34
0,31
0,34
0,43
0,06
0,17
Ämter, Verwaltungsgebäude
5
35%
Banken
1
29%
Bürogebäude (auch mit Publ.-verkehr)
16%
0,05
0,25
0,09
0,23
0,13
0,23
0,13
0,39
0,02
0,04
Stdabw.
0,08
0,11
12
33%
10%
0,30
0,10
0,30
0,16
0,30
0,16
0,44
0,14
0,06
0,03
0,14
0,04
Gerichtsgebäude
3
23%
4%
0,35
0,01
0,34
0,10
0,35
0,09
0,64
0,13
0,07
0,02
0,12
0,02
Polizei; Feuerwehr; THW
2
17%
1%
0,45
0,01
0,35
0,07
0,37
0,04
0,83
0,04
0,03
0,01
0,14
0,01
31%
11%
0,33
0,09
0,31
0,13
0,32
0,13
0,49
0,17
0,06
0,03
0,15
0,05
19%
12%
0,30
0,05
0,90
0,23
0,86
0,25
0,31
0,05
0,02
0,01
0,06
0,04
Büro, Dienstleistungen
23
5,17
Einkaufszentren
6
Großhandel
1
6%
Kauf- und Warenhäuser
4
21%
14%
0,17
0,01
0,24
0,04
0,24
0,04
0,23
0,07
0,01
0,01
0,05
0,03
19%
12%
0,25
0,07
0,66
0,37
0,63
0,35
0,29
0,08
0,01
0,01
0,05
0,04
Handel
11
2,37
0,27
0,90
44%
5
24%
14%
0,40
0,14
0,81
0,43
0,84
0,39
0,72
0,30
0,03
0,04
0,18
0,09
12
28%
9%
0,28
0,07
0,29
0,12
0,32
0,14
0,46
0,11
0,04
0,04
0,13
0,05
11%
0,33
0,11
0,45
0,32
0,47
0,32
0,53
0,20
0,05
0,04
0,15
1
19
Ferien- und Schullandheime
27%
3,44
1
Hotels
7
Hotels, Beherbergungsgebäude
8
Berufsschulen
28%
0,34
23%
0,40
0,35
0,43
0,01
1
Hochschulen
0,60
0,02
Hörsaalgebäude
Versuchshallen mit Werkstatt
0,61
0,45
Fachhochschulen
Institutsgebäude für Lehre und
Forschung
0,48
0,80
0,40
0,77
0,15
0,49
0,66
0,18
0,01
0,50
0,17
0,05
0,06
0,10
26%
9%
0,27
0,06
0,22
0,13
0,23
0,12
0,44
0,12
0,03
0,02
0,12
0,07
25%
8%
0,28
0,06
0,29
0,23
0,28
0,19
0,45
0,11
0,03
0,02
0,12
0,07
5
31%
7%
0,31
0,06
0,32
0,06
0,34
0,04
0,55
0,21
0,05
0,03
0,18
0,06
Grund-, Haupt-, Realschulen,
Gymnasium
8
29%
5%
0,40
0,13
0,58
0,25
0,58
0,24
0,54
0,20
0,04
0,01
0,17
0,06
Kindertagesstätte
2
29%
6%
0,61
0,22
0,82
0,40
0,86
0,34
0,61
0,04
0,08
0,00
0,17
0,05
Sporthallen
1
20%
Schulen, Kindertagestätten
15
6,80
2,62
0,44
0,90
0,76
1,04
0,18
0,08
30%
5%
0,40
0,15
0,52
0,27
0,54
0,26
0,55
0,18
0,05
0,02
0,17
0,05
Büchereien
3
29%
17%
0,24
0,04
0,26
0,07
0,28
0,07
0,28
0,03
0,02
0,02
0,10
0,08
Freizeitzentren, Gemeinde-,
Bürgerhäuser
3
18%
8%
0,39
0,16
0,58
0,10
0,74
0,14
0,49
0,14
0,03
0,03
0,09
0,05
Museen, Ausstellungsgebäude
8
22%
11%
0,30
0,08
0,39
0,10
0,43
0,30
0,71
0,27
0,08
0,07
0,12
0,05
Stadthallen / Saalbauten
2
18%
8%
0,32
0,06
0,55
0,05
0,54
0,14
0,65
0,05
0,04
0,02
0,12
0,07
Veranstaltungsgebäude
16
3,3
22%
11%
0,31
0,10
0,42
0,14
0,48
0,26
0,58
0,26
0,05
0,06
0,11
0,05
Alle Gebäude (gemittelt)
93
3,87
26%
10%
0,32
0,12
0,44
0,29
0,45
0,29
0,50
0,22
0,05
0,04
0,13
0,07
Tab. 2
Spezifische geometrische Kenndaten der Gebäudehülle nach Gebäudekategorien differenziert, Berechnungseinstellung „objektspezifisch“. Quelle: TEK-Datenbank, IWU.
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
3. Zonenkenngrößen
Nichtwohngebäude werden für eine Energiebilanz üblicherweise in Zonen aufgeteilt, weil sich in den
Gebäuden meist Räume mit sehr unterschiedlichen Nutzungen, technischer Ausrüstung und inneren Lasten
befinden. Maßgeblich für die Aufteilung ist die DIN V 18599-1 und für die Nutzungsprofile DIN V 18599-10.
Eine Zone fasst den Grundflächenanteil bzw. Bereich eines Gebäudes zusammen, der durch gleiche
Nutzungsrandbedingungen gekennzeichnet ist und keine relevanten Unterschiede hinsichtlich der Arten der
Konditionierung und anderer Zonenkriterien aufweist. Das TEK-Tool übernimmt dieses Verfahren.
Teilenergiekennwerte
Für jede Zone und jedes Gewerk (z. B. Heizung oder Beleuchtung) werden, wie bereits erwähnt, Ist-TEKs
berechnet, also Teilenergiekennwerte im Ist-Zustand. Vergleichswerte, Ref-TEKs, sind gebäudeunabhängig
für alle Nutzungsprofile der DIN V 18599 vordefiniert. Sie spannen fünf Energieaufwandsklassen auf, nach
denen die Ist-TEKs bewertet werden: sehr gering, gering, mittel, hoch und sehr hoch. So können
energetische Schwachstellen des Gebäudes schnell erkannt und wie in den Tabellen 3 und 4 kenntlich
gemacht werden.
3.1 Heizung
Nr. und Name
1) Einzelbüro Nord
Std.-nutzung
01 Einzelbüro
Fläche
Nutz.-
m²
einheit
TEK-Bew ert.
Ist-Wert Zone (Endenergie)
kWh/(m²a)
W/m²
h/a
kWh/(m²a)
Vergleichsw ert - gering
W/m²
h/a
463
1
Hoch
258,3
110,0
2346,8
48,5
99,7
487
2) Saal-Vorraum
04 Sitzung
39
2
Hoch
272,1
453,6
600,0
82,1
283,1
290
3) Einzelbüro Süd
01 Einzelbüro
561
1
Sehr hoch
295,8
171,8
1721,5
48,5
99,7
487
4) Verkehrsflächen
19 Verkehrsflä
265
1
Gering
50,1
28,2
1778,0
52,2
23,5
2.223
5) Foyer
19 Verkehrsflä
87
1
Hoch
197,2
95,2
2070,6
52,2
23,5
2.223
6) WC, Sanitär
16 WC, Sanitär
76
1
Hoch
422,9
176,5
2395,9
119,2
273,2
436
7) Lager / Technik / Archiv 20 Lager, Tech
558
4
8) Saal
04 Sitzung
169
2
Hoch
253,6
435,2
582,7
82,1
283,1
290
9) Serverraum
21 Rechenzen
5
3
Gering
22,0
74,3
296,1
23,4
53,5
437
10) Nebenflächen
18 Nebenfläch
15
1
Hoch
211,3
83,7
2525,7
54,3
25,9
2.098
Tab. 3 Schwachstellenanalyse mit Teilenergiekennwerten auf Zonenebene am Beispiel des Gewerks Heizung.
Quelle: TEK-Tool, IWU.
3.2 Beleuchtung
Nr. und Name
1) Einzelbüro Nord
Std.-nutzung
01 Einzelbüro
Fläche
Nr. Beleuch-
m²
tungsanlage
TEK-Bew ert.
Ist-Wert Zone (Endenergie)
kWh/(m²a)
W/m²
h/a
kWh/(m²a)
Vergleichsw ert - gering
W/m²
h/a
463
1
Gering
17,7
12,4
1428,4
20,0
17,2
1.160
2) Saal-Vorraum
04 Sitzung
39
7
Sehr gering
0,3
5,8
59,4
1,8
15,6
118
3) Einzelbüro Süd
01 Einzelbüro
561
1
Gering
18,0
12,4
1457,0
20,0
17,2
1.160
537
4) Verkehrsflächen
19 Verkehrsflä
265
2
Hoch
15,9
8,8
1800,0
2,4
4,5
5) Foyer
19 Verkehrsflä
87
5
Mittel
8,5
14,2
598,0
2,6
4,5
575
6) WC, Sanitär
16 WC, Sanitär
76
6
Mittel
18,5
14,9
1246,4
3,5
9,0
390
423
7) Lager / Technik / Archiv 20 Lager, Tech
558
3
Hoch
3,6
6,1
593,6
1,3
3,0
8) Saal
04 Sitzung
169
4
Gering
0,7
9,4
71,0
0,7
15,6
43
9) Serverraum
21 Rechenzen
5
3
Sehr gering
19,9
6,1
3276,0
29,2
14,6
1.996
10) Nebenflächen
18 Nebenfläch
15
3
Hoch
1,9
6,1
308,2
1,1
3,0
365
Tab. 4 Schwachstellenanalyse mit Teilenergiekennwerten auf Zonenebene am Beispiel des Gewerks Beleuchtung.
Quelle: TEK-Tool, IWU.
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
Aus dem Vergleich mit dem Wert für die Energieaufwandsklasse „gering“ in den rechten Spalten dieser
Tabellen kann außerdem ein überschlägiges Einsparpotenzial abgeleitet werden, wenn die Eigenschaften der
entsprechenden Zone und der zugehörigen technischen Anlage auf den Standard des Referenzgebäudes der
EnEV 2009 gebracht würden. Ob dieses Potenzial zu heben ist und an welchen Umständen eine solche
Modernisierung eventuell scheitern könnte, kann so natürlich nicht beurteilt werden. Deshalb heißt es
„strategisches“ Einsparpotenzial.
In der Querschnittsanalyse wurde auch überprüft, ob die Ref-TEKs in den fünf Energieaufwandsklassen und
die dahinter liegenden Annahmen gut gewählt sind, also ob die Ist-TEKs plausibel bewertet werden können.
Für die Nutzung Büro (Nutzungsprofile Einzel- und Gruppenbüro) sind in Abbildung 3 beispielhaft die
Häufigkeitsverteilungen der objektspezifisch ermittelten Ist-TEKs für Heizung, Warmwasser und
Beleuchtung bezüglich der in TEK vordefinierten fünf Energieaufwandsklassen dargestellt.
Für das Gewerk Heizung ergibt sich eine nachvollziehbare Verteilung und damit auch eine plausible
Bewertung, wie man sie für – meist noch nicht modernisierte - Bestandsgebäude erwarten würde: Die
meisten, zonenbezogenen Ist-TEKs für Heizung liegen in den Energieaufwandsklassen „Mittel“ und „Hoch“.
Die Ist-TEKs für Warmwasser liegen dagegen überwiegend in der Energieaufwandsklasse „Sehr gering“.
Dies zeigt sich auch bei den anderen Nutzungsprofilen. Es wird vermutet, dass die
Standardnutzungsparameter der Vornorm DIN V 18599 für den Warmwasserbedarf in Nichtwohngebäuden
unrealistisch hoch angesetzt sind und zu überhöhten Ref-TEKs führen. Die Bewertungen fallen dadurch zu
gut aus.
Bei der Beleuchtung in den Bürozonen liegen die meisten Ist-TEKs in den Aufwandsklassen „Mittel“ bis „Sehr
gering“, also in den effizienteren Klassen. In anderen Nutzungsprofilen zeigen sich jedoch auch ganz andere
Verteilungen. Vermutlich ist die tendenziell gute Bewertung der Beleuchtung im Nutzungsprofil Büro darauf
zurück zu führen, dass in Bestandsgebäuden die Beleuchtungsanlagen insbesondere in den Bürozonen aus
ergonomischen Gründen (Bildschirmarbeitsplätze) bereits erneuert wurden und deshalb mehrheitlich positiv
bewertet werden.
Spezifische Bauteilflächen
In die Ref-TEKs gehen auch zonenbezogene Annahmen zu typischen Hüllflächenexpositionen ein, in
Abbildung 3 durch die roten Fähnchen markiert. Zur Berechnung des Ref-TEKs für Heizung in einer
Einzelbürozone wird beispielsweise ein Anteil von 0,3 m² Außenwandfläche (Bruttobezug) pro m²
Zonenfläche (Nettobezug) angenommen. Auch diese Annahmen wurden an den Gebäudedaten überprüft.
Der einer Zone zugeordnete Anteil der jeweiligen Bauteilhüllfläche wird im TEK-Tool in der Regel vereinfacht
berechnet. Das TEK-Tool nutzt dazu einen automatischen Verteilalgorithmus auf Basis der Zonenfläche. Bei
genauerer Kenntnis der Lage der Zone im Gebäude kann dieser Anteil als Option aber auch manuell
zugewiesen werden. Deshalb sind in Abbildung 4 jeweils beide Kennwerte – manuell ermittelte und
automatisch generierte – angegeben. Die manuell ermittelten Werte bilden dabei die Situation im Gebäude
am genauesten ab. Leider ist deren Anzahl jedoch vergleichsweise gering, da die Ermittlung der Werte sehr
aufwändig ist.
Typische Bandbreiten der spezifischen Bauteilflächen lassen sich auf Zonenebene nur schwer identifizieren.
Zu gering ist die Anzahl der Fälle in der Stichprobe und zu unterschiedlich sind die Lage im Gebäude und der
Zuschnitt der betrachteten Zonen. Die zonenbezogene Annahmen zu typischen Hüllflächenexpositionen in
den Ref-TEKs lassen sich aus den Häufigkeitsverteilungen aber weder bestätigen noch widerlegen. Eine
weitergehende Untersuchung ist dazu notwendig.
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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a) Büro Heizung
b) Büro Warmwasser
c) Büro Beleuchtung
Häufigkeit spez. Endenergiebedarf Warmwasser
(Zone Büro, objektspezifisch)
Häufigkeit spez. Endenergiebedarf Heizung (Zone Büro, objektspezifisch)
100
80
70
Häufigkeit spez. Endenergiebedarf Beleuchtung (Zone Einzel‐ und Gruppenbüro, objektspezifisch, korrigiert)
60
93
90
70
49
50
80
44
60
40
40
60
Anzahl
46
Anzahl
Anzahl
70
50
50
36
30
40
30
20
30
20
17
15
20
10
14
10
3
2
1
1
Mittel ( 14 < x ≤ 19 kWh/m²a)
Hoch (19 < x ≤ 23 kWh/ma)
Sehr hoch (> 23 kWh/m²a)
5
Hoch (36 < x ≤ 60 kWh/ma)
Sehr hoch (> 60 kWh/m²a)
0
0
0
Sehr gering (≤ 30 kWh/m²a)
5
10
Gering (30 < x ≤ 73 kWh/m²a)
Mittel ( 73 < x ≤ 135 kWh/m²a)
Hoch (135 < x ≤ 234 kWh/ma)
Energieaufwandsklasse
Sehr hoch (> 234 kWh/m²a)
Sehr gering (≤ 10 kWh/m²a)
Gering (10 < x ≤ 14 kWh/m²a)
Sehr gering (≤ 12 kWh/m²a)
Energieaufwandsklasse
Gering (12 < x ≤ 20 kWh/m²a)
Mittel ( 20 < x ≤ 36 kWh/m²a)
Energieaufwandsklasse
Abb. 3 Zonenbezogene Teilenergiekennwerte des spezifischen Endenergiebedarfs für Heizung (a), Warmwasser (b)und Beleuchtung (c) der 93 Gebäude im Ist-Zustand (IstTEKs) aufgetragen als Häufigkeitsverteilung über die Energieaufwandsklassen (Ref-TEKs) für die Nutzung Büro
Quelle: IWU-eigene Darstellung
Einzelbüro Dach
Einzelbüro Außenwand
Einzelbüro Kellerdecke
Abb. 4 Spezifische Bauteilflächen für 70 Einzelbürozonen in den 93 Gebäuden der TEK-DB, jeweils automatisch bzw. manuell ermittelt
Quelle: IWU-eigene Darstellung
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
Zonenflächen
Am Beispiel der Gebäudekategorie Büro und Dienstleistungen, die mit 23 untersuchten Gebäuden die größte
Klasse darstellt, wurden die durchschnittlichen Flächenanteile häufig vorkommender Nutzungszonen
bestimmt. Die Fläche eines virtuellen Durchschnittsgebäudes dieser Kategorie besteht demnach mit einem
Flächenanteil von ca. 26% aus der Nutzung "Einzelbüro", zu rund 22% aus "Verkehrsflächen", zu 15% aus
"Gruppenbüro", zu 14% aus "Lager und Technik" etc. (siehe Abbildung 5).
Parkhaus; 2,7%
Großraumbüro; 3,2%
Schalterhalle; 1,3%
Kantine; 1,0%
WC, Sanitär; 3,5%
Nebenflächen; 4,0%
Sitzung; 4,9%
Einzelbüro; 26,4%
Lager, Technik; 13,6%
Verkehrsfläche; 21,7%
Gruppenbüro; 14,8%
Abb. 5 Durchschnittliche Flächenanteile in Prozent für die häufigsten Nutzungszonen
in der Kategorie Bürogebäude
Ergebnisse der Feldphase wie diese können in einem vereinfachten Rechenverfahren genutzt werden. Die
Zonierung mit aufwändigen Flächenermittlungen schlägt wie die manuelle Hüllflächenerfassung mit knapp
einem Viertel der Bearbeitungszeit zu Buche. Es wäre vorstellbar, diese zunächst durch solche statistischen
Mittelwerte zu ersetzen. Zusammen mit der schon in TEK realisierten automatischen Aufteilung der
Gebäudehüllflächen auf die Zonen lässt sich der Aufwand für die Abbildung der Gebäudegeometrie im
Rahmen von Gebäudeanalysen dadurch stark reduzieren.
Zusammen mit den in TEK tabellierten Referenz-Teilenergiekennwerten der Nutzungsprofile lassen sich mit
diesen durchschnittlichen Flächenanteilen auch Benchmarks zur Klassifizierung des mit TEK berechneten
Endenergiebedarfs auf Gebäudeebene definieren (vgl. Tabelle 5). Solche berechneten Bedarfsbenchmarks
haben Vorteile gegenüber den weit verbreiteten Benchmarks auf der Grundlage gemessener Verbräuche:
Sie sind mit einem eindeutigen Satz von Parametern verknüpft, die die Effizienz des Gebäudes beschreiben,
also typische U-Werte der Gebäudehülle, Nutzungsgrade von Anlagen, Komfortparametern der Nutzer etc.
Sie können zur Hochrechnung von Endenergiebedarfen in Szenarien über größere Gebäudebestände mit
Hilfe von Typologien genutzt werden. Um diese auch gebäudeunabhängig als Vergleichswerte auf
Gebäudeebene definieren zu können, müssten mehr belastbare Daten zu durchschnittlichen
Zonenflächenanteilen pro Gebäudekategorie zur Verfügung stehen.
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
Büro und Dienstleistung
Nutzungszone
Einzelbüro
Verkehrsfläche
Gruppenbüro
Lager, Technik
Sitzung
Nebenflächen
WC, Sanitär
Großraumbüro
Parkhaus
Schalterhalle
Kantine
Gebäude
Flächenanteil
26,4%
21,7%
14,8%
13,6%
4,9%
4,0%
3,5%
3,2%
2,7%
1,3%
1,0%
97,1%
Referenz‐Teilenergiekennwerte [kWh/m²EBFa]
Heizung
Sehr hoch Hoch Mittel
Gering
290,2
159,5
101,7
40,9
225,5
144,7
93,8
44,0
293,4
165,0
103,3
41,7
283,2
189,3
118,7
54,8
549,7
242,5
165,4
69,1
243,8
157,6
100,4
45,7
586,6
260,3
194,6
100,4
324,4
171,9
108,3
40,9
222,0
71,7
45,5
23,1
298,7
187,7
115,1
46,5
493,3
225,1
128,2
48,2
289,9
163,1
105,0
45,7
Sehr gering
19,4
24,5
19,8
31,3
19,6
25,5
44,4
17,6
10,3
22,9
15,3
22,5
Tab. 5 Referenz-Teilenergiekennwerte und mittlere Flächenanteile der Nutzungszonen für die Gebäudekategorie Büro
hochgerechnet auf Gebäudeebene als Benchmarks zur Bewertung, beispielhaft am Gewerk Heizung für alle Zonen mit
Flächenanteil  1%.
4. Verbrauch und Bedarf
Ein wichtiges Ziel im TEK-Verfahren ist es, den berechneten Bedarf und den gemessenen Verbrauch
abzugleichen – insbesondere für die glaubwürdige Berechnung von Einsparpotenzialen und der
Wirtschaftlichkeit von Modernisierungsmaßnahmen. Im TEK-Tool wird immer der Verbrauch erfasst und dem
berechneten Bedarf gegenüber gestellt. Damit die Bilanzgrenzen übereinstimmen, werden die
nutzungsspezifischen Stromverbräuche in die Analyse einbezogen. Auch die Nutzungsrandbedingungen wie
Nutzungszeiten, Raumtemperaturen oder interne Wärmequellen müssen dazu objektspezifisch abgebildet
werden. Aber selbst dann gelingt der Bedarfs-Verbrauchs-Abgleich nicht immer. So ist es beispielsweise
sehr schwer, den tatsächlichen Luftwechsel bei Fensterlüftung oder den Einfluss von Wärmebrücken bei
Bestandsgebäuden abzuschätzen. Abweichungen von ±20 Prozent zwischen berechnetem Bedarf und
gemessenem Verbrauch sind deshalb bei solchen statischen Bilanzierungsverfahren als normal anzusehen.
Für 91 Gebäude in der TEK-Datenbank wurden der Endenergiebedarf in den verschiedenen
Berechnungseinstellungen5 und die Verbräuche von Brennstoff/Fernwärme und elektrischer Energie
ermittelt. In der Querschnittsanalyse wurde für die TEK-Methode die bekannte Tatsache näher untersucht,
dass berechnete Energiebedarfe und gemessene Energieverbräuche durchaus beträchtlich voneinander
abweichen können.
Ausgewählte Ergebnisse hinsichtlich des Verhältnisses von Bedarf und Verbrauch, fB/V, für die
Berechnungseinstellung OBJ-OBJ sind in Abbildungen 6 und 7 dargestellt. Für Brennstoff/Fernwärme liegt
der Mittelwert der dargestellten Häufigkeitsverteilung bei fB/V,fu = 1,16 ± 0,42 (Mittelwert µ und
Stichproben-Standardabweichung σ), für elektrische Energie bei fB/V,el = 1,10 ± 0,31. Darin enthalten sind
allerdings auch offensichtlich unplausible Ausreiser, für die trotz Qualitätssicherung der Berechnungen kein
nachvollziehbarer Grund angegeben werden kann. Es bleibt als letzte Vermutung, dass die
5
Im Folgenden werden nur Ergebnisse in den Berechnungseinstellungen „DIN-H-BT-vereinfacht“ (mit
Standardnutzungsparametern nach DIN V 18599-10 und vereinfacht ermittelten Gebäude- und
Anlagenparametern) und „OBJ-OBJ“ (mit objektspezifischen Nutzungsparametern und objektspezifisch ermittelten
Gebäude- und Anlagenparametern) dargestellt.
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
Verbrauchsangaben fehlerhaft sind. Bereinigt man die Datenbank um diese Ausreiser z. B. bei
Brennstoff/Fernwärme, dann liegt der Mittelwert bei fB/V,fu = 1,11 ± 0,28.
Das kann man so interpretieren: In einem Portfolio mit vielen Gebäuden überschätzen die mit dem TEK-Tool
berechneten Brennstoff-Bedarfswerte bei objektspezifisch erhobenen Eingabedaten im Mittel die
gemessenen Verbrauchswerte um 11%. Oder für ein einzelnes Gebäude formuliert: Berechnet der Architekt
mit dem TEK-Tool den Brennstoffbedarf B für ein einzelnes Gebäude, z.B. im Rahmen einer
Sanierungsplanung, dann wird der zukünftige Verbrauch V mit einer Wahrscheinlichkeit von 68% im
Intervall 0,72•B ≤ V ≤ 1,20•B 6 liegen7.
Dass Berechnungen des Bedarfs vom gemessenen Verbrauch abweichen, dafür gibt es viele,
nachvollziehbare Gründe: Abweichungen durch das mathematische Modell eines quasi-stationären MonatsBerechnungsverfahrens selbst, Ungenauigkeiten in der Bestimmung wärmetechnischer Parameter, wie UWerte, Infiltrationsluftwechsel oder Ausnutzungsgrade, Unregelmäßigkeiten oder Fehler beim Betrieb der
gebäudetechnischen Anlagen und natürlich die Parameter der Nutzung, wie Raumtemperaturen,
Lüftungsverhalten oder Nutzungszeiten. Angesichts dessen sind die mittleren Abweichungen zwischen
Bedarf und Verbrauch im TEK-Modell relativ gering.
Verteilung der B/Vfu‐Verhältnisse mit TEK‐Obj‐Obj
Häufigkeit in der Stichprobe
25
20
‐σ
µ
+σ
15
10
5
0
Bereiche des B/V‐Verhältnisses
Abb. 6 Häufigkeitsverteilung des Verhältnisses von Bedarf zu Verbrauch fB/V,fu für Brennstoff/Fernwärme für die
untersuchten TEK-Einstellungs-Varianten (unkorrigierte Datenbasis, objektspezifische Berechnungseinstellungen)
Quelle: IWU-eigene Darstellung
6
Genauer ausgedrückt: 1/(1,11 + 0,28)•B = 0,72•B ≤ V ≤ 1,20•B = 1/(1,11 – 0,28)•B
7
Dabei ist plausiblerweise unterstellt, dass die fB/V,fu normalverteilt sind mit einem Mittelwert µ = 1,11 und einer
Standardabweichung σ = 0,28.
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
Verteilung der B/Vel‐Verhältnisse mit TEK‐Obj‐Obj
Häufigkeit in der Stichprobe
25
20
‐σ
µ
+σ
15
10
5
0
Bereiche des B/V‐Verhältnisses
Abb. 7 Häufigkeitsverteilung des Verhältnisses von Bedarf zu Verbrauch fB/V,el für elektrische Energie für die
untersuchten TEK-Einstellungs-Varianten (unkorrigierte Datenbasis, objektspezifische Berechnungseinstellungen)
Quelle: IWU-eigene Darstellung
Auch wenn die genauen Verhältnisse von Bedarf und Verbrauch abhängig vom Berechnungswerkzeug sind,
so ist das Problem doch grundsätzlicher Natur. Zur Einschätzung des Ist-Zustands mag der gemessene
Verbrauch als die objektivere Größe erscheinen, für die Prognose eines zukünftigen Zustands z.B. nach einer
energetischen Modernisierung kann aber nur der rechnerische Bedarf herangezogen werden. Deshalb ist es
wichtig, zu verstehen, wie sich der mit einer Berechnungsmethode ermittelte Bedarf zum Verbrauch verhält.
Mit statistischen Methoden lassen sich aus den 91 Datensätzen der TEK-DB einige Erkenntnisse ableiten.
5. Schätzung des Verbrauchs auf Basis des Bedarfs
In Abbildung 8 ist der gemessene Verbrauch an Endenergie Wärme der Gebäude in der TEK-DB über dem
berechneten Bedarf aufgetragen. Dieser wurde in der Berechnungseinstellung des TEK-Tools ermittelt, die
mit vereinfachten Algorithmen und Standard-Nutzungsrandbedingungen rechnet (Kurz: DIN-H-BTvereinfacht). Ein ideales Berechnungsverfahren würde für alle Gebäude Bedarfswerte liefern, die gleich dem
Verbrauch sind, alle Datenpunkte in der Abbildung würden auf der Linie liegen, auf der Bedarf und
Verbrauch übereinstimmen, der Winkelhalbierenden. TEK ist aber ein reales und - insbesondere in der hier
betrachteten Berechnungseinstellung - vereinfachtes Verfahren, wie andere auch, z.B. das für den
Energieausweis nach DIN V 18599. Die Trendgeraden, die aus den Ergebnissen realer, vereinfachter
Berechnungsverfahren resultieren, liegen jedoch flacher als die Winkelhalbierende und zeigen einen nicht
verschwindenden Achsenabschnitt auf der y-Achse.
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
Sanierung
qvnach
 50
,tot , f , fuel
kWh
kWh
Sanierung
 qbnach
0
,tot , f , fuel
2
m a
m² a
 qv , fuel
kWh vor Sanierung
kWh
Sanierung
qvvor
,tot, f , fuel  200 2  qb,tot, f , fuel  300 2
ma
ma
 q b , fuel
Abb. 8 Darstellung des Verbrauchs über dem Bedarf der Gebäude aus der TEK-Datenbank für Endenergie Wärme in der
Berechnungseinstellung DIN-H-BT-vereinfacht, also mit Standard-Nutzungsrandbedingungen und vereinfachter Aufnahme
von Gebäudehülle und Anlagentechnik.
qb,tot , f , fuel
berechneter Endenergiebedarf Brennstoff/Fernwärme vor/nach Modernisierung
qv,tot, f , fuel
gemessener Endenergieverbrauch Brennstoff/Fernwärme vor/nach Modernisierung
 q b , fuel
berechnetes Energieeinsparpotenzial
 q v , fuel
gemessene Energieeinsparung
Quelle: IWU-eigene Darstellung
Allerdings kann man die Diskrepanzen zwischen Bedarf und Verbrauch durch detaillierte Erfassung der
tatsächlichen Nutzungsbedingungen und technischen Daten eines Gebäudes deutlich verringern. Es ist nur
sehr zeitaufwändig und es stellt sich die Frage, ob es nicht auch andere Wege gibt, den mutmaßlichen
Verbrauch eines Gebäudes zu ermitteln.
Die für Endenergie Wärme typische Tendenz wurde auch schon bei Auswertungen von Daten aus
Wohngebäuden beobachtet: Bei älteren, noch nicht energetisch modernisierten Gebäuden ist der
gemessene Verbrauch niedriger als der berechnete Bedarf. Bei modernen, auf hohem Effizienzniveau
errichteten oder bereits energetisch modernisierten Gebäuden beobachtet man eher das umgekehrte
Ergebnis, der Verbrauch ist höher als der Bedarf.
Konstruieren wir ein – zur Erläuterung etwas überspitztes – Beispiel entlang der Trendgeraden in Abbildung
8. Ein Gebäude mit einem vereinfacht berechneten Energiebedarf von Null – also vielleicht ein Gebäude, das
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
im Rahmen einer ambitionierten Modernisierung zum Niedrigstenergiegebäude saniert wurde – kann einen
beträchtlichen, von null verschiedenen Verbrauch von ca. 50 kWh/m²a aufweisen (grüne Kennzeichnung).
Viele Gründe können dabei eine Rolle spielen, neben schlichten Mängeln in der Betriebsführung der
technischen Anlagen und systematischen Fehlern durch Vereinfachung im Rechenverfahren spielen
erfahrungsgemäß vom Standard abweichendes Nutzungsverhalten eine wichtige Rolle. Andererseits ergab
sich vielleicht für das gleiche Gebäude vor der Modernisierung ein rechnerischer Bedarf von 300 kWh/m²a,
aber ein gemessener Verbrauch von nur 200 kWh/m²a (rote Kennzeichnung). Daraus können sich zu hohe
rechnerische Energieeinsparpotenziale bei einer Modernisierung ergeben, im Beispiel von 300 kWh/m²a,
während Einsparungen beim Verbrauch von nur 150 kWh/m²a gemessen werden können. Das wird mit
Recht kritisiert. Denn es kann zu Fehlentscheidungen führen, wenn z.B. Entscheidungen über
Modernisierungsmaßnahmen davon abhängig sind.
Eine Möglichkeit, mit dieser Diskrepanz umzugehen, ist die Ableitung von Schätzgleichungen für den
mutmaßlichen Verbrauch durch eine erweiterte, statistische Analyse mit der Methode der multiplen linearen
Regression unter Berücksichtigung mehrerer unabhängiger Variablen (Regressoren), die das Verhältnis von
Bedarf und Verbrauch maßgeblich beeinflussen. Das sind hauptsächlich Nutzungsparameter wie
Raumtemperaturen, Fensterluftwechsel, interne Lasten und Nutzungszeiten.
n
qˆv,tot , f  b0  b1  qb,tot , f   bi  xi
i 2
mit
qˆ v ,tot , f
Schätzwert des spezifischen Endenergieverbrauchs in kWh/(m²a)
bi
geschätzte Regressionskoeffizienten der Regressionsgeraden ( i
qb,tot , f
spezifischer Endenergiebedarf (Regressor) in kWh/(m²a)
xi
weitere Regressoren ( i
 0, 1, ... , n )
 2,..., n ), z.B. Nutzungsparameter
Damit kann eine Schätzfunktion fV/B abgeleitet werden, deren Werte angewendet auf den berechneten
Endenergiebedarf für verschiedene Kombinationen der signifikanten Nutzungsparameter einen Schätzwert
des Verbrauches liefern
qˆ v ,tot , f , fuel  fV / B  qb ,tot , f , fuel ,Std
mit
qb ,tot , f , fuel , Std
= spezifischer Endenergiebedarf Brennstoff/Fernwärme in kWh/(m²a), vereinfacht
berechnet mit Standard-Nutzungsparametern.
Es ergibt sich typischerweise eine Hyperbelfunktion der Art
1
fV / B  qbb1,tot
, f , fuel , Std  f Nutz
mit dem Nutzungsfaktor fNutz, der die vom Standard abweichende Nutzung parametriert.
Abbildung 9 zeigt die Korrekturfunktion fV/B in Abhängigkeit des Bedarfs und einiger Ausprägungen der
Nutzungsparameter. Sehr deutlich wird die Abhängigkeit der Schätzfunktion vom Bedarf. Ineffiziente
Gebäude (hoher Bedarf) werden mit Faktoren kleiner 1 korrigiert, hocheffiziente Gebäude (niedriger Bedarf)
mit Faktoren um 1 oder größer.
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
Abb. 9 Funktion zur Schätzung des Verbrauchs aufgrund einer Berechnung des Bedarfs mit dem TEK-Tool in der
Berechnungseinstellung „DIN-H-BT-vereinfacht“, einem Anteil Fenster-belüfteter Fläche von 90% und unterschiedlichen
Abweichungen der Nutzungsparameter vom Standard (1.Q: keine Abweichung, Mittel: Mittelwert der Abweichungen,
4.Q: 4. Quartil der Abweichungen)
Quelle: IWU-eigene Darstellung
Da es sich um eine statistische Analyse handelt, beschränkt sich die Aussage allerdings auf eine
Wahrscheinlichkeitsangabe: Mit einer Wahrscheinlichkeit von 68% liegt der gemessene Verbrauch in der
Spanne des geschätzten Standardfehlers um den geschätzten Verbrauch. Je nach Parameterkombination
wird ein Standardfehler von ca. ±30% geschätzt. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass Ergebnisse mit
deutlich geringerem Zeitaufwand als bei einer objektspezifisch detaillierten Bedarfsberechnung erreicht
werden können.
Mit dieser Regressionsgleichung können fast 60% der Abweichung des Verbrauchs vom Bedarf erklärt
werden. Im Mittel über viele Gebäude werden die Aussagen zu energetischen Kennwerten und möglichen
Einsparpotenzialen damit deutlich besser. Betrachtet man ein einzelnes Gebäude, können aber immer noch
beträchtliche Abweichungen auftreten, so funktioniert eben Statistik. Die Methode eignet sich deshalb
besonders gut für Analysen in ganzen Gebäudebeständen, in denen mit Kurzberechnungsverfahren
Modernisierungsszenarien berechnet und realistische Einsparpotenziale bestimmt werden sollen.
Die Situation ließe sich dadurch verbessern, dass durch höhere Fallzahlen in der TEK-Datenbank weitere
Variablen in die Regressionsanalyse einbezogen werden könnten. Zum anderen würden genauere
Kenntnisse der einzelnen Fehlerarten und ihres Einflusses auf das Bedarfs-Verbrauchs-Verhältnis helfen, die
Schätzung des Verbrauchs verlässlicher zu machen bzw. die Bandbreite des Standardfehlers kleiner zu
machen. Daran wird gearbeitet.
Für elektrische Endenergie liefert das TEK-Modell anders als bei Brennstoff/Fernwärme eine deutlich bessere
Übereinstimmung von Bedarf und Verbrauch. Der mit Standard-Nutzungsparametern berechnete Bedarf an
elektrischer Energie erklärt bereits 88% der Streuung der Punktwolke im Verbrauchs-Bedarfs-Diagramm,
die Trendgerade liegt nahe bei der Winkelhalbierenden. Offensichtlich führt die Erweiterung des Bilanzraums
in TEK, die auch den nutzerspezifischen Bedarf an elektrischer Energie mit einbezieht, im Mittel über viele
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
Gebäude zu einer guten Übereinstimmung von Bedarf und Verbrauch. Für ein konkretes, einzelnes Gebäude
kann die Abweichung aber, wie beim Brennstoffverbrauch, dennoch groß sein.
6. Modernisierung
Im TEK-Tool wird eine automatische Schwachstellenanalyse des Ist-Zustands eines Gebäudes durchgeführt,
vgl. Tabellen 3 und 4. Auf Zonenebene werden die Ist-Kennwerte, die Ist-TEKs, mit Hilfe der
Energieaufwandsklassen und der Ref-TEKs bewertet und farblich markiert. Daneben sind die Ref-TEKs der
Energieaufwandsklasse „Gering“ als Vergleichswert angegeben. Aus diesem Vergleich lässt sich ein
„strategisches“ Einsparpotenzial abschätzen. Es stellt sich dann die Frage: Ist das strategische
Einsparpotenzial technisch umsetzbar und was kosten die dazu erforderlichen Maßnahmen?
In der TEK-Feldphase wurden deshalb zu jedem Gebäude Modernisierungsvarianten mit Einsparpotenzial,
Kosten und Wirtschaftlichkeit berechnet. Im Folgeprojekt einer Nichtwohngebäude-Typologie3 wurden diese
Ansätze systematisch aufbereitet, zunächst für die Kategorie der Parlaments-, Gerichts- und
Verwaltungsgebäude (Bauwerkszuordnung 1000). Gebäudetypologien werden in der Initialberatung von
Gebäudeeigentümern, bei der energetischen Bewertung von Gebäuden oder in der Portfolioanalyse von
Gebäudebeständen verwendet. In einer Typologie werden Gebäude anhand von Merkmalen wie
Gebäudekategorie, Größe, Baualter etc. in Klassen zusammengefasst und deren Charakteristika durch
Beispielgebäude veranschaulicht. Dazu dienen Übersichtsblätter zu den Beispielgebäuden (vgl. Abbildung
11) mit den wichtigsten Gebäudedaten, Angaben zu Bauteilkonstruktionen und Anlagentechnik sowie mit
dem TEK-Tool bestimmte Effizienzkenngrößen und Teilenergiekennwerten.
Für 10 Beispielgebäude wurde der Energiebedarf im Ist-Zustand und nach Durchführung von energetischen
Modernisierungen in zwei Varianten ermittelt. Im Effizienzniveau „Standard“, werden die Anforderungen an
die Wärmedurchgangskoeffizienten von Außenbauteilen bei Sanierungen gemäß Anlage 3, Tabelle 1 der
EnEV 2009 / EnEV 2014 eingehalten. Im Effizienzniveau „Zukunft“, das sich an den Eigenschaften
passivhaustauglicher Komponenten orientiert, werden die um 50% verminderten Höchstwerte der
Wärmedurchgangskoeffizienten der wärmeübertragenden Umfassungsfläche gemäß Anlage 2, Tabelle 2 der
EnEV 2009 / EnEV 2014 für neu zu errichtende Gebäude unterschritten werden8.
Abbildung 10 zeigt die Kennwerte des Endenergiebedarfs der 10 Beispielgebäude in allen Varianten,
berechnet mit dem TEK-Tool. Neben der Betrachtung von Maßnahmen zur Sanierung der Hüllfläche und der
Erneuerung der Wärmeversorgung sind auch Raumlufttechnik und Beleuchtung in die Betrachtung mit
einbezogen.
Typischerweise ergeben sich in der Variante „Standard“ Einsparungen beim Heizwärmebedarf um Faktoren
von zwei bis vier und in der Variante „Zukunft“ um Faktoren von fünf bis zehn! Bei elektrischer Energie
lassen sich Einsparungen von ca. 30% in „Standard“ und bis zu 50% in „Zukunft“ darstellen. Die
Energiebilanz mit TEK umfasst auch Stromverbraucher außerhalb des Bilanzrahmens der EnEV, wie etwa
Arbeitshilfen, Aufzüge, etc. Dieser Anteil ist beim Vergleich von Strombedarf und -verbrauch nicht
vernachlässigbar und hat beträchtliche Anteile an den Verbrauchskosten und den CO2-Emissionen.
8
Dies gilt für Gebäude ohne Anforderungen aus dem Denkmalschutz und entspricht den Anforderungen der
Richtlinie energieeffizientes Bauen und Sanieren des Landes Hessen nach § 9 Abs. 3 des Hessischen
Energiegesetzes.
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
Jährlicher Endenergiebedarf (Brennwert) nach Energieträgern
350
Arbeitenhilfen,
Zentrale Dienste,
Aufzüge Strom
250
200
Bilanzrahmen
EnEV Strom
150
100
Bilanzrahmen
EnEV Brennstoff
Amt
1962
Amt
1965
Amt
1966
Gericht
1982
Ausgangsz.
Standard
Zukunft
Ausgangsz.
Standard
Zukunft
Polizei
1938
Ausgangsz.
Standard
Zukunft
Ausgangsz.
Standard
Zukunft
Polizei
1935
Ausgangsz.
Standard
Zukunft
Ausgangsz.
Standard
Zukunft
Amt
1908
Ausgangsz.
Standard
Zukunft
Gericht
1881
Ausgangsz.
Standard
Zukunft
0
Ausgangsz.
Standard
Zukunft
50
Ausgangsz.
Standard
Zukunft
Endenergiebedarf [kWh/(m²a)]
300
Amt Gericht
1988 2003
Abb. 10 Rechnerischer Endenergiebedarf der 10 öffentlichen Verwaltungsgebäuden für den Ist-Zustand (Ist) und die
Modernisierungsvarianten „Standard“(EnEV 2009 / 2014) und „Zukunft“ (EnEV-50%)
Quelle: IWU-eigene Darstellung
Gemeinsam mit einem externen Architekturbüro wurden zudem Kosten anhand von
Kurzleistungsverzeichnisse für die dargestellten Maßnahmen ermittelt (siehe gesonderter Anlagenband9)
und als Kostenkennwerte zusammengefasst. In Tabelle 6 sind die auf Bauteil-Kenngrößen bezogen Kosten
für die beiden Modernisierungsvarianten am Beispielgebäude 5 dargestellt. Dabei ist jeweils nach
Instandhaltungsanteil und energiebedingten Mehrkosten unterschieden.
Anwender der Typologie können so neben den Einsparpotenzialen bei Energie, CO2-Emissionen und
Verbrauchskosten auch die notwendigen Investitionen für die energetischen Modernisierungen schnell und
überschlägig ermitteln.
9
Jedek, Christoph; Hörner, Michael; Stein, Britta: Kosten für Modernisierungsmaßnahmen von zehn
Nichtwohngebäude aus dem Bestand des Hessischen Immobilienmanagement, Darmstadt: IWU, 2015 (ISBN 9783-941140-46-2)
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
Investitionskosten (ohne Mwst.)
"Standard"
KG 300
Gebäude
Einheit
Energiebedingte
EventualInstandhaltung
Modernisierung
positionen
334 Außentüren und -fenster
€/m²Fenster
-
300,00
334 Eingangsanlage
€/m²Eingangsanlage
-
935,00
338 Sonnenschutz
€/m²Fenster
-
96,00
392 Gerüste
€/m²Fassade
10,00
85,00
Gesamt
310,00
935,00
181,00
-
16,00
-
16,00
335 Außenwandbekleidungen (außen) €/m²Außenwand
85,00
44,00
-
129,00
363 Dachbeläge
€/m²Dach
52,00
71,00
-
123,00
353 Dämmung Kellerdecke
€/m²Kellerdecke
45,00
-
33,00
79,00
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
€/m³/hLuft
KG 400
Technik
Investitionskosten (ohne Mwst.)
"Zukunft"
KG 300
Gebäude
KG 400
Technik
Einheit
Energiebedingte
EventualInstandhaltung
Modernisierung
positionen
334 Außentüren und -fenster
€/m²Fenster
188,00
328,00
334 Eingangsanlage
€/m²Eingangsanlage
300,00
935,00
10,00
-
Gesamt
526,00
1.235,00
338 Sonnenschutz
€/m²Fenster
45,00
96,00
392 Gerüste
€/m²Fassade
2,00
16,00
-
18,00
103,00
44,00
-
147,00
71,00
-
137,00
335 Außenwandbekleidungen (außen) €/m²Außenwand
54,00
195,00
363 Dachbeläge
€/m²Dach
66,00
353 Dämmung Kellerdecke
€/m²Kellerdecke
48,00
-
33,00
82,00
431 Lüftungsanlagen
59,00
-
13,00
72,00
Lüftungszentrale
20,00
-
-
30,00
-
-
8,00
-
-
-
Leitungen
begleitende Maßnahmen
€/m³/hLuft
13,00
20,00
30,00
21,00
-
Tab. 6 Spezifische Kostenkennwerte der Modernisierungsvarianten „Standard“ und „Zukunft“ (Gebäude 5) bezogen auf
die Bauteilkenngrößen
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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-
Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
Abb. 11 Gebäudedatenblatt zu einem der 10 Beispielgebäude aus der Typologie der Nichtwohngebäude
(Bauwerkszuordnung 1000)
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
7. Zusammenfassung und Fazit
Eine Kenngröße, also ein Produkt aus Zahl und Einheit, dient zur Quantifizierung und in der vergleichenden
Analyse zur Bewertung. Benchmarking nennt man das auch und im TEK-Tool wird es zu Vergleichen des IstZustands eines Gebäudes mit dem Soll-Zustand genutzt. Hauptsächlich geschieht dies mit den
Teilenergiekennwerten, kurz TEKs genannt. Aber auch geometrische Kenngrößen wie das A/V-Verhältnis,
Flächenkenngrößen zur Beschreibung der objektspezifischen Hüllflächenexposition oder statistische
Kenngrößen wie der Standardfehler der Verbrauchsschätzung dienen diesem Zweck.
TEK nutzt Kenngrößen auf Gebäudeebene und auf Zonenebene. Kennwerte des Energiebedarfs werden in
TEK für die schnelle Bewertung des energetischen Standards von Gebäuden verwendet, geometrische
Kenngrößen der Hüllflächenexposition machen energetische Schwachstellen – oder im Rahmen einer
Qualitätssicherung Fehler in der Erfassung - der Gebäudegeometrie schnell deutlich. Auf Zonenebene
werden Kennwerte zur Identifikation von Schwachstellen in den einzelnen Gewerken verwendet. Daraus
kann ein strategisches Einsparpotenzial schnell abgeschätzt werden.
In der Feldphase des Projekts entstand eine bundesweit einmalige Datenbank mit geometrischen,
energetischen und Nutzungsdaten von Nichtwohngebäuden im Bestand. Die statistische Auswertung dieser
Daten liefert wertvolle Hinweise zu Möglichkeiten und Grenzen eines Abgleichs von Verbrauch und Bedarf.
Ein Verfahren wurde aufgezeigt, wie ausgehend von einer vereinfachten Berechnung des Bedarfs und mit
geringem Aufwand zumindest eine Wahrscheinlichkeitsaussage zum tatsächlichen Verbrauch gemacht
werden kann. Bei vielen Gebäuden, beispielsweise in einem Quartier, lassen sich daraus durchaus
brauchbare Prognosen zum Energieverbrauch in Szenarienrechnungen ableiten.
In TEK wurden auch Varianten zur energetischen Modernisierung mit Einsparpotenzial, Kosten und
Wirtschaftlichkeit berechnet. Daraus sind in einem Folgeprojekt erste Ansätze einer Typologie von
Nichtwohngebäuden entstanden. Wichtige zusätzliche Kenngrößen wurden darin ermittelt, unter anderem
Kostenkennwerte für die energetische Modernisierung mit einer durchgängigen Unterscheidung von
energiebedingten Mehrkosten und Instandhaltungskosten.
TEK birgt also eine ganze Menge an Informationen zur Bestandsaufnahme und energetischen
Modernisierung von Nichtwohngebäuden im Bestand. Eine schnelle Analyse, der Abgleich von Bedarf und
Verbrauch und Kostenkennwerte der energetischen Modernisierung machen das TEK-Tool und die
zugehörigen Publikationen zu einem attraktiven Instrument der Energieberatung in Gebäuden und
Quartieren bzw. Gebäudeportfolios.
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Nichtwohngebäude im Bestand – eine Querschnittsanalyse
Vertiefende Infos / Links
# TEK – Teilenergiekennwerte für Nichtwohngebäude im Bestand
Projektpräsentation auf der EnOB-Website
http://www.enob.info/de/software-und-tools/projekt/details/tek-teilenergiekennwerte-fuernichtwohngebaeude-im-bestand/
# Teilenergiekennwerte von Nichtwohngebäuden (TEK):
Querschnittsanalyse der Ergebnisse der Feldphase
IWU, 198 Seiten, PDF, 6/2014, Link zur IWU-Website
Link zur IWU-Website
# Teilenergiekennwerte:
Neue Wege in der Energieanalyse von Nichtwohngebäuden im Bestand
IWU, 38 Seiten, PDF, 4/2014, Link zur IWU-Website
Link zur IWU-Website
# Komplexe Bestandsgebäude energetisch bewerten, BINE-Projektinfo 16/2013
http://www.bine.info/publikationen/publikation/komplexe-bestandsgebaeude-energetisch-bewerten
# Nächste TEK-Schulung: 12. September 2015 in Kassel, Zentrum für umweltbewusstes Bauen
http://www.zub-kassel.de/weiterbildung/seminare-und-lehrgaenge/energetische-bewertung-vonnichtwohngebaeuden-im-bestand-mit-der-teilenergiekennwertmethode-tek4
Quelle: Michael Hörner, IWU, Darmstadt
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Typologische Kenngrößen von Nichtwohngebäuden im Bestand