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Themen: Monitoring & Bilanzierung, Neubau von Einzelgebäuden, Sanierung von Einzelgebäuden
Innovation: Die entwickelte Software ermöglicht im Vergleich zur DIN V 18599 eine deutlich vereinfachte Primärenergiebilanz von Gebäuden und eine schnelle Bewertung von Gebäudekonzepten unter dem Gesichtspunkt Netto-Nullenergie-Gebäude.
Schlagworte:

Quintessenz

  • Wissenschaftlich validierter Ansatz zur schnellen Energiebilanzierung von Gebäuden
  • Differenzierte Bilanzierung in Anlehnung an die DIN V 18599, jedoch bei deutlich verringertem Eingabeaufwand.
  • Das Werkzeug basiert auf Microsoft-Excel und nutzt Makros, es ist lauffähig mit den PC-Versionen Excel ab 2010.
  • Das Werkzeug besitzt umschaltbar eine deutsch-, englisch- und französischsprachige Bedienoberfläche
  • Version 7 wurde sehr umfangreich überarbeitet. Niedrigst- und Nullenergiegebäude können nun detaillierter bewertet werden, da der im Gebäude selbst genutzte Strom für alle hinterlegten Technologien bestimmt werden kann.
  • Energiebilanzen können nun auch weltweit durchgeführt werden und im Werkzeug ist eine Klimadatenbank mit mehr als 1.300 Standorten integriert.
  • Mit dem neuen Variantenmanager können direkt im Werkzeug verschiedene Entwürfe miteinander verglichen werden.
  • Die Energiebilanz entfernt sich daher auch von den Bilanzregeln der DIN V 18599. Grundlage für einige Berechnungen ist nun eine stündlich aufgelöste Hilfsbilanz für einen Typtag pro Monat.
  • EnerCalC hat bisher über 7.200 registrierte Nutzer (Stand 12/2020).

Die energetische Bilanzierung von Gebäuden nach DIN V 18599 wird vielfach wegen ihrer Komplexität und der daraus folgenden zeitaufwändigen Handhabung kritisiert. Bereits 2011 wurde das Excel-basierte Lernwerkzeug EnerCalC entwickelt, das sich insbesondere zur energetischen Charakterisierung eines Gebäudes in der frühen Planungsphase eignet.

Projektkontext

Schon bald nach Veröffentlichung der Vornormenreihe kam die Forderung auf, das Verfahren zu vereinfachen. Denn die energetische Bilanzierung von Nichtwohngebäuden erfordert in der Regel eine umfangreiche Zonierung der Gebäude und damit verbunden eine zeitaufwändige Ermittlung der zonenbezogenen Hüllflächen.

Der Rechenkern von EnerCalC wurde im Rahmen der Dissertation von Markus Lichtmeß am Lehrstuhl für Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung der Bergischen Universität Wuppertal erstellt. Er diente der Validierung von Ansätzen zur Vereinfachung der Bilanzierungsregeln nach DIN V 18599. Der Rechenkern wurde daraufhin von ihm weiterentwickelt und mit einer Eingabeoberfläche versehen, und damit die Möglichkeit der energetischen Bewertung von Gebäuden für die Lehre und Ausbildung geschaffen. Entstanden ist EnerCalC bereits 2011.

Fokus, Idee, Ansatz

EnerCalC bietet die Möglichkeit mit relativ geringem Eingabeaufwand den Energiebedarf für ein Gebäude in Anlehnung an die DIN V 18599 differenziert zu bilanzieren. Denn es erlaubt neben der Eingabe der gebäudebezogenen Daten die Definition von bis zu elf unterschiedlichen Zonen (Nutzungen). Zudem ermöglicht das Programm eine vereinfachte End- und Primärenergiebilanz und eine Aussage zur Einschätzung des betrachteten Gebäudes als „Netto-Nullenergie-Gebäude“ oder „Netto-Plusenergie-Gebäude“. Auch die Klimagasemissionen werden ausgewiesen.

Bei EnerCalC erfolgt die Erfassung der Gebäudehülle in Anlehnung an ein 1-Zonen-Modell, während die eigentliche Bilanzierung im Mehr-Zonen-Modell stattfindet. Der Vereinfachungsansatz basiert auf der Zuweisung der Hüllfläche zu den einzelnen Gebäudezonen auf der Basis der anteiligen Zonenfläche. In einem weiteren Schritt ist eine präzisere Zuteilung möglich. Besonders für teilklimatisierte Gebäude kann die Ergebnisgenauigkeit gesteigert werden, indem den zonenbezogenen Gebäudehüllflächen (insbesondere die Fensterflächen) zusätzlich die tatsächliche Himmelsrichtung zugewiesen wird (erweitertes Verfahren).

In der Umsetzung als Tabellenkalkulation werden die energetischen Zielwerte eines Gebäudes unmittelbar nach Eingabe oder Änderung der Daten grafisch veranschaulicht. Das parallel dazu berechnete Referenzgebäude kann gemäß Deutscher oder Luxemburgischer Verordnung festgelegt werden.

Projektpartner

Der Rechenkern von EnerCalC wurde im Rahmen der Dissertation von Markus Lichtmeß entwickelt. Die Dissertation zum Thema „Vereinfachungen für die energetische Bewertung von Gebäuden“ gibt es als PDF-Dokument.

Meilensteine und Erfolge

EnerCalC führt zu einer wesentlichen Verkürzung und Flexibilisierung der Eingabe. Damit motiviert es zu einer frühen Nutzung in der Entwurfs- oder Konzeptfindungsphase, um die grundlegenden energetischen Eigenschaften eines Gebäudes abzuklären. Es eignet sich ebenso zu einer ersten groben energetischen Charakterisierung von Gebäuden, wenn viele Detailangaben fehlen.
Das Werkzeug wurde bisher fortlaufend aktualisiert und weiterentwickelt. Seit Dezember 2020 liegt EnerCalC in der Version 7 mit deutsch-, englisch- und französischsprachiger Bedienoberfläche vor.

Der Rechenkern wurde weitgehend an den aktuellen Stand der DIN 18599 angepasst, wobei allerdings viele neue und zusätzliche Algorithmen entwickelt und integriert wurden, damit die Energiebilanzen auch weltweit durchgeführt werden können. Mit diesem erweiterten Bilanzmodell und der Berechnung der Eigenstromnutzung aus Wind, Photovoltaik und Kraft-Wärme-Kopplung – auch in Kombination mit Batteriespeichern – können „Netto-Nullenergie-Gebäude“ bewertet werden. 

Limitierungen

EnerCalC liefert eine an die Berechnungsregeln der DIN V 18599 angelehnte Berechnung mit folgenden Merkmalen:

  • Ergebnisse mit akzeptabler Genauigkeit innerhalb einer angemessenen Bearbeitungszeit
  • Reduzierung der Dateneingabe auf wesentliche Merkmale
  • Möglichkeit einer zunehmenden Differenzierung des Gebäudemodells parallel zum Planungsprozess
  • Besondere Eignung für die Aus- und Weiterbildung als Lernwerkzeug (Anwendungszweck)

Die Berechnung ist nicht 100 % kompatibel mit den Ergebnissen der DIN V 18599. Das betrifft insbesondere die Bewertung der Anlagentechnik, den Verzicht auf die Iterationsrechnung und die neu entwickelten Algorithmen für die Berechnung mit internationalen Klimadatensätzen. Mit Version 7 hat sich EnerCalC vor dem Hintergrund des didaktischen Fokus weiter entfernt von den Berechnungsgrundlagen nach DIN V 18599.

Anwendungsreifes Produkt und Vertrieb

Die Software EnerCalC kann von der Homepage des Entwicklers bezogen werden (www.enec.de). Auf der Homepage befindet sich ein Kontaktformular. Stellen Sie Ihre Anfrage bitte darüber, da der direkte Download des Werkzeugs nicht angeboten wird. Der Link zum Programmdownload erfolgt dann an die im Formular angegebene E-Mail-Adresse.

Beachten Sie bitte, dass eine kommerzielle Nutzung der Programme derzeit noch nicht zulässig ist und für die Benutzung grundsätzlich eine individuelle Registrierung pro Rechner mit entsprechender Lizenzdatei erforderlich ist. Beim ersten Programmstart werden Sie instruiert, wie die Lizenz angefragt wird. Auf der Homepage des Entwicklers gibt es einen FAQ-Bereich mit weiteren Hinweisen diesbezüglich.

Weitere Infos und Tutorials

In drei Tutorials wird die Nutzung auf Basis von  EnerCalC Version 5 verständlich erklärt und nützliche Tipps vermittelt. Mit der Installation von EnerCalc 7 wird auch das dazugehörige Handbuch zur Verfügung gestellt. 

EnerCalC Version 7 - Was ist neu?

  • Im Programm sind nun weltweite Wetterdaten von über 1.300 Standorten integriert und die Algorithmen sind für die weltweite Energiebilanz angepasst. 
  • Für die weltweite Bilanzierung mussten viele Algorithmen neu entwickelt werden, mit entsprechender Transformation zur DIN V 18599-Kompatibilität. Grundlage für einige Berechnungen ist nun eine stündlich aufgelöste Hilfsbilanz für einen Tpischtag in einem Monat.
  • Alle in der DIN V 18599 standortbezogenen Tabellen- und Kennwerte werden nun über alternative Verfahren bewertet (betrifft alle Normteile und Energiegewerke).
  • Kälteerzeuger und Luft-Wärmepumpen werden z.B. nicht mehr über tabellierte bzw. rein nutzungsbezogene Standardwerte bewertet, sondern über ein 1K-BIN-Verfahren, gekoppelt an den ausgewählten Klimadatensatz, den monatlichen Energiebedarf und die Anlagendaten. Hier kann es je nach Gebäude-Energieeffizienz zu deutlichen Abweichungen von der DIN V 18599-Bewertung kommen.
  • Der Allgemeinstrombedarf kann nun auch anhand typischer Werte für verschiedene Nutzungsprofile automatisiert abgeschätzt und in der Berechnung einbezogen werden. Dadurch lassen sich zum Beispiel PV-Anlagen und Stromspeicher praxisgerechter bilanzieren.
  • Um unterschiedliche Entwurfsvarianten schnell und effizient miteinander vergleichen zu können ist nun ein Variantenmanager im Programm integriert. Damit können im Programm 11 Varianten direkt miteinander verglichen werden. So sind Änderungen im Gebäudeentwurf direkt und transparent miteinander vergleichbar.
  • Mit der weltweiten Energiebilanz stehen nun auch drei verschiedene Sprachen zur Verfügung. Neben Deutsch und Englisch ist auch Französisch hinzugekommen. In Kürze werden auch die Texte in den Tooltipps jeweils mit übersetzt. 
  • Die Navigation in EnerCalC erfolgt nun auch über eine leicht zugängliche Menüleiste, über die alle Funktionen von EnerCalC aufgerufen werden können. Eine vergleichsweise kleine, aber hilfreiche Erweiterung.
  • Überarbeitets Handbuch zu EnerCalC und vieles mehr.

EnerCalC Version 6 - Was ist neu?

EnerCalC wurde im Februar 2018 grundlegend überarbeitet. Dies betrifft im Wesentlichen Funktionen, Bilanzierung und Berechnungsmodalitäten. Dabei geht es um die energetische Bewertung von sehr effizienten Gebäuden (nZEB = nearly zero-energy buildings, Niedrigstenergiegebäude) und um die Einbeziehung der Eigenstromnutzung aus Windenergieanlagen, Kraft-Wärme-Kopplung und Photovoltaik-Anlagen.

Außerdem beinhaltet die neue Version 6 folgende Funktionalitäten:

  • Berechnung monatlicher Deckungsanteile am Wärmebedarf (Heizwärme, Trinkwarmwasserbereitung und Absorptionskälteerzeugung) und der monatlichen Laufzeiten von KWK-Anlagen
  • Einarbeitung eines neuen Bilanzmodells, zur energetischen Bewertung der KWK-Anlage im System des Energiepasses unter Berücksichtigung des selbst genutzten Stroms
  • Berechnung der Stromerzeugung von Windenergieanlagen (WEA) nach DIN V 18599-9:2016-10
  • Einarbeitung neuer Rechenregeln, mit denen der selbst genutzte Strom von Stromerzeugungsanlagen (PV-, Windenergie- und KWK-Anlagen) bestimmt werden kann
  • Einbeziehung von Batteriespeichern zur Erhöhung der Eigenstromnutzung
  • Anpassung und Überarbeitung der grafischen Ergebnisdarstellungen sowie vieler Hilfestellungen in den Tool-Tipps
  • Überarbeitung der Referenzgebäudeanforderungen für Luxemburg
  • Aufnahme der mittleren monatlichen Windgeschwindigkeiten in den Wetterdaten
  • Integration eines Konverters zum Laden von Projekten ab Version 5

EnerCalC Version 5 - Was ist neu?

In der neuen Version ist eine mehrsprachige Nutzung des Tools möglich. Derzeit gibt es EnerCalC in Deutsch und Englisch. Außerdem wurden Randbedingungen und Verfahren der aktuellen EnEV 2016, der Luxemburger Energieeinsparverordnung (LuxEnEV 2016), der DIN V 18599:2011-12 und in Teilen der Normausgabe 2016 mit aufgenommen. Weiter wurde ein detailliertes Verfahren zur realitätsnahen Bestimmung der Eigenstromverbrauchsdeckung mit Photovoltaik-Anlagen bei Wohngebäuden integriert – unter Berücksichtigung des Haushaltsstroms und des Einflusses von Batteriespeichern auf die Eigenstromnutzung in Anlehnung an DIN V 18599-9 vom Oktober 2016. Analog zum Verfahren bei PV-Anlagen wurde ebenfalls ein vereinfachtes Verfahren zur monatlichen Bilanzierung von Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen vor dem Hintergrund der Eigenstromdeckung implementiert.

Das neue Arbeitsblatt «Bilanzbildung Null-/ Plusenergie» bietet eine vergleichende Darstellung der verschiedenen Ansätze zur Bilanzierung von Primärenergie vor dem Hintergrund der Anrechnung eigenerzeugten Stroms. Auf dem neuen Arbeitsblatt «Anforderungen» werden die Energieeffizienzklassen und die energetischen Anforderungen in Abhängigkeit der gewählten Verordnung (derzeit für Deutschland und Luxemburg) dargestellt. Das neue Arbeitsblatt «Teilenergiekennwerte» ermöglicht die Bewertung der Energieeffizienz auf Basis von energetischen Zielwerten auf Zonenebene. Hier sind weitere Entwicklungen vorgesehen.

Tutorial 1 – Einführung

Tutorial 2 – Dateneingabe

Tutorial 3 – Ergebnisse und Interpretation

 

 

 

 

 

 

Letzte Aktualisierung: 14. Januar 2021

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