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Energiebilanz eines Gebäudes

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Definition: eine summarische Betrachtung von Energieströmen, und zwar meist Wärmeströmen

Englisch: energy balance of a building

Kategorien: Energieeffizienz, Haustechnik

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 07.03.2015; letzte Änderung: 19.05.2016

Die Energiebilanz eines Gebäudes betrifft in aller Regel die Wärmemengen, die das Gebäude auf verschiedenen Wegen verlassen bzw. in das Gebäude eingebracht werden. Obwohl auch Energiebilanzen beispielsweise für elektrische Energie erstellt werden können, befasst sich dieser Artikel nur mit der Wärmebilanz.

Im Mittel muss einem Gebäude genau so viel Wärme zugeführt werden, wie es anderswo verliert.

Wegen des grundlegenden Prinzips der Energieerhaltung muss die Energiebilanz eines Gebäudes im Mittel ausgeglichen sein, d. h. es wird bei Betrachtung einer längeren Zeitperiode (z. B. mehrere Tage) genau so viel Wärme das Gebäude verlassen, wie insgesamt in das Gebäude eingebracht wird. Andernfalls müsste sich nämlich der Wärmeinhalt und damit auch die mittlere Temperatur des Gebäudes ändern. Wenn die Differenz von Wärmeabflüssen und -zuflüssen z. B. innerhalb eines Monats auch nur 1 % der gesamten Wärmezufuhr betrüge, würde dies bereits zu einer sehr starken Temperaturänderung des Gebäudes führen.

Innerhalb einzelner Stunden muss die Wärmebilanz eines Gebäudes allerdings nicht ausgeglichen sein. Oft schwankt nämlich die Temperatur im Gebäude in einem tageszeitlichen Rhythmus, beispielsweise durch starke Sonneneinstrahlung zur Mittagszeit und als Folge der Nachtabsenkung der Heizungsanlage.

Es muss definiert werden, was für die Energiebilanz genau zum Gebäude zählt. Sinnvollerweise zählt man hierzu alles, was innerhalb des Wärmedämmperimeters liegt. Das bedeutet beispielsweise, dass unbeheizte Kellerräume in der Regel nicht dazugehören, außer wenn die Wärmedämmung unter diesen Räumen liegt.

Übersicht über die Wärmezuflüsse und -abflüsse

Wärme kann im Wesentlichen über die folgenden Mechanismen in ein Gebäude gelangen:

Auf der anderen Seite kann Wärme vor allem auf die folgenden Weisen entweichen:

Wärmeleitung ist ein besonders wichtiger Verlustmechanismus.

Bestimmung des Heizwärmebedarfs

In der Regel kann davon ausgegangen werden, dass die Innentemperatur eines Gebäudes während der Heizperiode etwa konstant gehalten wird (z. B. auf 20 °C). Dies bedeutet, dass die Energiebilanz z. B. über 24 Stunden ziemlich genau ausgeglichen sein muss.

Die Wärmeverluste ergeben sich wie oben gezeigt im Wesentlichen durch die Summe von Transmissionswärmeverlusten und Lüftungsverlusten, die beide in der Regel proportional zur Temperaturdifferenz zwischen innen und außen sind. Auf der anderen Seite entstehen praktisch immer gewisse innere Wärmegewinne und solare Gewinne, die in der Summe an kalten Tagen allerdings häufig deutlich kleiner sind als die Summe der Wärmeverluste. Die Wärmebilanz muss also durch Zufuhr von Heizwärme ausgeglichen werden, deren Menge sich als die Summe aller Wärmeabflüsse abzüglich der inneren und solaren Gewinne ergibt.

Die quantitativen Verhältnisse beispielsweise für ein Einfamilienhaus an einem frostigen, aber sonnigen Wintertag hängen nun sehr stark v. a. von der Bauweise des Hauses ab:

Die Transmissionswärmeverluste sind zumindest bei ungedämmten Gebäuden meist stark dominierend.

Eine ausgeglichene Wärmebilanz ist auch ohne Zufuhr von Heizwärme selbst an kalten Tagen möglich, wenn die Transmissionswärmeverluste durch gute Wärmedämmung klein gehalten werden.

Natürlich sind die genannten Zahlenwerte nur als ein einigermaßen typisches Beispiel zu verstehen; konkrete Fälle können hiervon erheblich abweichen.

Bei Mehrfamilienhäusern ist das Passivhausprinzip deutlich einfacher realisierbar.

Bei Mehrfamilienhäusern ist die Situation deutlich günstiger als bei Einfamilienhäusern. Die äußere Oberfläche wächst nämlich bei Weitem nicht so schnell an wie das bewohnte Volumen, sodass die Transmissionswärmeverluste pro Quadratmeter Wohnfläche deutlich geringer ausfallen. Hauptsächlich deswegen ist es bei Mehrfamilienhäusern deutlich einfacher, das Prinzip des Passivhauses zu realisieren. Dies ist oft auch durch eine grundlegende energetische Sanierung eines ursprünglich energetisch sehr ungünstigen Altbaus mit begrenztem Aufwand erreichbar. Dagegen ist es bei vielen alten Einfamilienhäusern kaum mehr möglich, mit einer energetischen Sanierung dieses Ziel zu erreichen.

Sommerlicher Wärmeschutz

An Tagen mit hoher Außentemperatur entfallen die Transmission- und Lüftungsverluste, oder es erfolgt sogar ein Wärmeeintrag von außen nach innen (vor allem durch eine fehlende Wärmedämmung unter den oft sehr heiß werdenden Dachziegeln). Da zusätzlich noch gewisse innere und solare Gewinne auftreten, kann die Raumtemperatur dann auf recht hohe Werte ansteigen. Um bei komfortablen Temperaturen zu bleiben, möchte man dann vor allem die solaren Gewinne minimieren. Ein Stück weit erfolgt dies im Sommer oft automatisch dadurch, dass das Sonnenlicht relativ steil einfällt und nur noch wenig davon durch senkrechte Fensterflächen gelangt. Ergänzend kann vor allem an schrägen Dachfenstern ein Sonnenschutz eingesetzt werden. Mit solchen Maßnahmen erübrigt sich in Mitteleuropa üblicherweise der Einsatz einer Klimaanlage mit Kälteaggregat zum Ausgleich der Energiebilanz.

Die Temperaturschwankungen, die vor allem im Sommer durch den tageszeitlich stark schwankenden Wärmeeintrag entstehen, fallen geringer aus, wenn das Haus über großzügig bemessene wärmespeichernde Massen verfügt. Problematisch sind dagegen häufig ausgebaute Räume unter dem Dach, die nur von geringen Massen (z. B. Rigips-Wänden und Holzböden) umgeben sind, sodass bereits ein moderater Wärmeeintrag am Tag zu einem erheblichen Temperaturanstieg führt.

Siehe auch: Wärme, Wärmedämmung, Transmissionswärmeverlust, Lüftungsverluste, solare Gewinne, Passivhaus, Sonnenschutz
sowie andere Artikel in den Kategorien Energieeffizienz, Haustechnik

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