DIE DISPLAY® METHODIK

Aus Display Documentation in German

Version vom 15:16, 9. Nov. 2010

Das Programm zum Erstellen von Postern verwendet ein Kalkulationstool zum Berechnen der Daten, die auf dem Display®-Poster erscheinen sollen. Im Folgenden wird beschrieben, wie dieses Kalkulationstool die charakteristischen Werte ermittelt und wie die Klassifizierung des Gebäudes erfolgt. Im Anhang sind ausführlich alle verwendeten Umrechnungsfaktoren dargestellt.

Struktur des Kalkulationstools

Umrechnung der verbrauchten (End-)Energie in Primärenergie und Berechnung der CO2-Emissionen

Genereller Ansatz

Ausgehend von der Endenergie im Gebäude, berechnet das Display®-Kalkulationstool mit Hilfe von Umrechnungsfaktoren den Primärenergieverbrauch. Für diese Umrechnung nutzt es den kumulierten Energieverbrauch (KEV).Der KEV umfasst die Summe aller Primärenergien, die zur Herstellung und Nutzung eines Produkts oder einer Dienstleistung inklusive aller Vorketten (Gewinnung + Transport + Umwandlung) genutzt werden, jedoch ohne die stofflich genutzten Energieträger wie z.B. Holz für Bauzwecke oder Erdöl für Kunststoffe zu berücksichtigen. Aufwendungen zur Entsorgung werden ebenfalls nicht mit einbezogen. Konträr dazu steht der kumulierte Energieaufwand (KEA), der in der VDI Richtlinie 4600 festgelegt ist. Der KEA rechnet, basierend auf dem Heizwert des Energieträgers, auch die stofflichen Energiemengen mit ein. Ebenso wird der Energieverbrauch für die Entsorgung mit einbezogen.

Das deutsche „Institut für angewandte Ökologie“ (Öko-Institut) hat das Globale Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS) entwickelt, ein Analyseprogramm mit Datenbank zur Berechnung kompletter Lebenszyklen von der Primärenergie- und Rohstoffgewinnung bis zur Nutzung. Dieses Programm ist in der Lage, den kumulierten Energieverbrauch (KEV) unter Einbeziehung zahlreicher verschiedener Energiequellen und Prozesse zu berechnen. Ausgehend von den mit einer Dienstleistung oder einem Produkt verbundenen Prozessen, ermittelt das Programm auch die mit der Herstellung oder dem Verbrauch eines Produkts verbundenen [1]. Diese werden in „Äquivalent kg CO2 pro kWh“ Energie angegeben. Da der entsprechende Umrechnungsfaktor die Summe aller Treibhausgasemissionen der Energieerzeugungskette berücksichtigt, ist auch er kumuliert. Wie bereits in Kapitel 2 erwähnt, sind mit dem verkürzten Begriff „CO2-Emissionen“ die Treibhausgasemissionen gemeint.

Das Display®-Kalkulationstool arbeitet mit Umrechnungsfaktoren, die auf dem GEMIS programGEMIS-Programm basieren, sich aber aus verschiedenen Quellen speisen:
Die Umrechnungsfaktoren der Primärenergien Gas, Heizöl und Kohle wurden vom Institut Wohnen und Umwelt (IWU), Darmstadt, mit GEMIS (Version 4.) errechnet. Sie werden ebenfalls bei den Audits im Rahmen der Vergabe des Gütesiegels „Effizienzhaus“ der Deutschen Energieagentur (dena) verwendet. Die Umrechnungsfaktoren für Holz, für die Warmwasserbereitung durch thermische Sonnenkollektoren und für die Stromerzeugung durch Photovoltaikanlagen sind ProBas, der Datenbank des Umweltbundesamtes, entnommen. Diese Datenquelle liefert auch die meisten Umrechnungsfaktoren für den nationalen Strommix. Zur Berechnung der Fernwärme werden automatisch die Umrechnungsfaktoren verwendet, die vom IWU mit dem Programm GEMIS (Version 4.14) errechnet wurden.

Das Kalkulationstool unterscheidet derzeit nur zwei Werte, je nachdem, ob es sich um ein Fernwärmenetz mit oder ohne Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)handelt. Für die Zukunft ist vorgesehen, das Tool um weitere spezifische Umrechnungsfaktoren für die verschiedenen Arten von (Heiz-)Kraftwerken zu ergänzen. Ungeachtet dessen, ist es aber bereits jetzt möglich, individuelle, der lokalen Situation angepasste Faktoren einzugeben, mit denen die Aufteilung des Energieverbrauchs für die Fernwärmeerzeugung spezifiziert wird. Diese Aufteilung muss bekannt sein, um den jeweiligen Anteil der Energiequellen (fossile, erneuerbare Energien oder Kernenergie) exakt berechnen zu können.

Die verwendeten Umrechnungsfaktoren basieren auf unterschiedlichen Systemgrenzen. Für Gas, Heizöl und Kohle liegt die Systemgrenze am Übergabepunkt an das Gebäude, einschließlich Wärmeerzeuger (Gastherme etc.). Im Umrechnungsfaktor für Holz sind der Transport und der Wärmeerzeuger nicht enthalten. Die Umrechnungsfaktoren für die Gesamtheit der unterschiedlichen Nutzungsarten von Strom berücksichtigen nur dessen Erzeugung. Die Transport- und Transformationsprozesse des Stroms im Gebäude des Verbrauchers werden nicht berücksichtigt. Bei thermischen Sonnenkollektoren bezieht der Umrechnungsfaktor den Energieverbrauch bis zum Wärmeumwandlungspunkt am Ausgang der Anlage mit ein. Weitere Anlagen, die für den Betrieb der Heizungsanlage notwendig werden, sind nicht berücksichtigt. Die Systemgrenzen gelten sowohl für die Energieumrechnungsfaktoren, als auch für die CO2-Emissionsfaktoren. Um den Anteil der verschiedenen Energieträger (fossil, nuklear, erneuerbar) am Gesamtenergiemix für das betrachtete Gebäude zu berechnen, ist es notwendig, die Zusammensetzung des nationalen Energiemix für die Stromerzeugung zu kennen. Hierfür wird der "Monthly Electricity Survey" (monatliche Energieerfassung) benutzt (Version Oktober 2005). Dieses Dokument wird von der Internationalen Energieagentur (IEA)herausgegeben.

Lokale Witterungskorrektur

Da der Energieverbrauch von Gebäuden von den regionalen Klimagegebenheiten bzw. Witterungsbedingungen abhängt und diese von Jahr zu Jahr variieren, müssen die Verbrauchsdaten regional korrigiert werden. Geschieht dies nicht, ist es nicht möglich, Ergebnissen über einen Zeitraum von mehren Jahre miteinander zu vergleichen.

Um dieser Tatsache Rechnung zu tragen, wird der Endenergieverbrauch, der für die Raumheizung aufgewendet wurde, mit dem Witterungskorrekturfaktor multipliziert. Nach diesem Schritt wird nun der korrigierte Wert des entsprechenden Energieträgers mit den spezifischen KEA- oder KEV-Faktoren . multipliziert. Das Ergebnis ist der witterungsbereinigte Primärenergieverbrauch.

In einem milden Winter ist der Witterungskorrekturfaktor größer als 1 (1 entspricht dem langjährigen Mittel). Durch die Multiplikation mit diesem Faktor erhöht sich der Energieverbrauch. Dadurch wird der Energieverbrauch simuliert, der in einem durchschnittlichen Winter unter durchschnittlichen Klimabedingungen stattgefunden hätte. Das Ergebnis kann dann mit den Werten vergangener Jahre verglichen werden.

Der lokale Witterungskorrekturfaktor hat seinen Ursprung in dem Vergleich zwischen der Durchschnittstemperatur im Winter des Referenzjahres und dem langjährigen Mittel. Der Zeitraum für das langjährige Mittel wird von den einzelnen Ländern individuell festgelegt und beträgt beispielsweise in Frankreich 30 Jahre, in Deutschland 20 Jahre. Auf gleiche Weise kann der Faktor mit Hilfe von Gradtagen berechnet werden. Er beschreibt dann das Verhältnis von Gradtagen im langjährigen Durchschnitt (+/- 20 Jahre) zu Gradtagen im Referenzjahr.

Falls Ihnen der Verbrauchswert für die Raumheizung nicht vorliegt und Sie also nur Daten für den Totalverbrauch eingegeben haben, wird von zwei Annahmen ausgegangen:

• Sofern Angaben sowohl zum Gesamtstromverbrauch als auch zum Verbrauch anderer Energieträger oder Energiequellen (z.B. Gas, Heizöl, Kohle, Holz, Fernheizung) gemacht wurden, wird angenommen, dass der gesamte Strom für andere Zwecke als für die Raumheizung genutzt wurde. Weiterhin wird angenommen, dass alle anderen Energiequellen ausschließlich für die Raumheizung genutzt wurden.
  

• Enthält die Tabelle keinen weiteren Eintrag außer für Strom, so wird automatisch angenommen, dass 70% des Stroms für die Raumheizung verwendet wurden. Der verbleibende Rest entfällt dann auf alle übrigen Zwecke und wird demnach auch nicht witterungskorrigiert.
  

Wollte man die Gebäude verschiedener Klimazonen vergleichbar machen, müsste für jede Klimazone ein spezielles Klassifikationsschema entwickelt werden. Der Übersichtlichkeit halber und um das Display®-Kalkulationstool nicht allzu kompliziert zu machen, wird ein einheitliches Klassifikationsschema für alle teilnehmenden Städte verwendet. Dank dieser einheitlichen Bewertungsvariante lassen sich anhand der Ergebnisse auf einen Blick die Gebäude mit hohem Einsparpotential identifizieren. Es ist bekannt, dass bei der Verwendung nationaler Schemata gute Gebäude schlechter bewertet werden könnten als mit dem hier genutzten Standardschema. Deshalb wurde in das Display®-Schema ein Ratingsystem eingeführt, das es eher schwer macht, gute Ergebnisse zu erreichen. Beachten Sie darüber hinaus, dass thermische Solarenergie ausschließlich der Warmwasserbereitung zugeordnet wird.

Anhand welcher Daten wird der regionale weather correction factor berechnet?

Um das Display®-Tool zu vereinheitlichen und die Präzision Ihrer Berechnungen zu optimieren, wird der Witterungskorrekturfaktor anhand standardisierter europäischer statistischer Daten berechnet, die einer regionalen Datenbank des Statistischen Amtes der Europäischen Union (Eurostat) entnommen sind.

Sind diese Daten weniger exakt als diejenigen, die Sie von Ihrer lokalen Wetterstation erhalten?

Ja und nein. Da die Berechnungen auf regionalen Witterungsfaktoren basieren, gehen wir davon aus, dass die von einigen Städten gemachten Angaben präziser sind. Wenn es Ihnen also möglich ist, Ihren eigenen lokalen Witterungskorrekturfaktor zu berechnen, können Sie Ihr Ergebnis anstelle des voreingestellten regionalen Faktors eingeben. Die erstgenannte Variante gilt als die bessere Lösung, denn sie basiert auf einem standardisierten europäischen Wert. Wenn Ihnen keine präziseren Daten vorliegen, wird automatisch der regionale Witterungskorrekturfaktor berücksichtigt. Ihren lokalen Witterungskorrekturfaktor können Sie bei Ihrem Energiedienstleister vor Ort oder einem meteorologischen Institut erfragen. Er beschreibt dann das Verhältnis von Gradtagen (DD) im langjährigen Durchschnitt zu Gradtagen im Referenzjahr. Das heißt: Durchschnitt der Gradtage für Ihre Stadt / Gradtage des Referenzjahrs.

Anmerkung: Diese Berechnung gilt konkret für Ihre Region. Vergleichen Sie nicht die Gradtagen (DD) Ihres Referenzjahres mit dem Durchschnittswert Ihres Landes oder einer anderen Region. Benutzen Sie auf jeden Fall den Durchschnittswert Ihrer Stadt. Der Korrekturfaktor liegt normalerweise zwischen 0.85 und 1.15. Der Wert 0.85 steht hierbei für ein besonders kaltes und der Wert 1.15 für ein besonders warmes Jahr.

Muss der Zeitraum, für den ich meine Verbrauchsdaten eingebe, mit dem des Klimakorrekturfaktors übereinstimmen?

Ja. Die Eurostat-Daten werden vom 1. Januar bis zum 31. Dezember eines jeden Jahres erhoben. Wenn Sie Ihr Poster für das Jahr 2010 erstellen möchten, müssen Sie bis Januar 2011 warten und bei der Eingabe Ihrer Verbrauchsdaten denselben Zeitraum, d.h. 1. Januar bis 31. Dezember eines jeden Jahres eingeben. Wenn Sie Ihren eigenen Witterungskorrekturfaktor verwenden, achten Sie bitte darauf, dass der Zeitraum für den Sie Ihre Verbrauchsdaten erheben, mit dem Zeitraum Ihrer Gradtage übereinstimmt.

Warum ist der Witterungskorrekturfaktor so wichtig?

Temperaturbereinigte Energieverbrauchsdaten sind sehr nützlich, weil sie eine korrekte Interpretation der Tendenzen des Energieverbrauchs ermöglichen und eine strukturierte und korrekte Basis für die Entwicklung der Energiepolitik liefern. Dadurch kann ein trügerischer Rückgang des Energieverbrauchs, der lediglich auf milde Witterung und nicht auf gezielte technische Maßnahmen oder Verhaltensänderungen zurückzuführen ist, vermieden werden.

Auf welchen Daten und Annahmen basiert die Berechnung des regionalen Witterungskorrekturfaktors?
Die Einbeziehung eines Witterungskorrekturfaktors in die Berechnung des Endenergieverbrauchs setzt voraus, dass folgende Faktoren bekannt sind:

• der aktuelle Endenergieverbrauch (ist Ihrer Rechnung oder Ihrem Zählerstand zu entnehmen)
  
• der Anteil der für die Raumheizung genutzten Energie
  
• die Anzahl der Gradtage, die spezielle Kälteperioden berücksichtigen, wobei damit ein Zusammenhang zwischen Außentemperatur und Raumtemperatur hergestellt wird (vom Display®-Tool anhand der Eurostat-Daten berechnet).
  
  

Wie wird der regionale Witterungskorrekturfaktor berechnet?

Um eine gemeinsame, vergleichbare Berechnungsgrundlage zu gewährleisten, werden die Gradtage nach folgender Methode berechnet:

• (18°C - Tm) x d if Tm d wenn Tm < 15°C
• zero if Tm wenn Tm > 15°C

Dabei ist 15°C die Mindestheiztemperatur, d.h. die Temperatur, bei der man beginnt, ein Gebäude zu beheizen, und Tm (Tmin + Tmax / 2) ist die durchschnittliche Außentemperatur über einen Zeitraum von „d“ Tagen.

Die Witterungskorrekturfaktoren (relative Gradtage gemäß Eurostat) ergeben sich aus dem Verhältnis des langjährigen Mittels (30 Jahre) der Gradtage zu den Gradtagen des betreffenden Jahres (Achtung! Diese Methode ist das Gegenteil der Eurostat-Methode.) Es ist ratsam, einen relativ langen Zeitraum zugrunde zu legen, um den Einfluss kurzfristiger Temperaturschwankungen auszugleichen. Außerdem müssen die Gradtage sowie die Witterungskorrekturfaktoren auf regionaler Ebene berechnet werden (anhand von Temperaturdaten vieler verschiedener Wetterstationen). Und schließlich müssen die Gradtage im Verhältnis zur Bevölkerung gewichtet werden. Anhand einer in Großbritannien durchgeführten Fallstudie konnten wir die Genauigkeit zweier unterschiedlicher territorialer Bezugsebenen ermessen. Obwohl keine signifikanten Unterschiede festgestellt wurden, haben wir uns für die exaktere, regional basierte Methode entschieden, da viele öffentliche, private und akademische Nutzer ihr Interesse an solchen Daten bekundet hatten.

Woher stammen die Daten und wie wurden die Regionen definiert?

Die Temperatur-Rohdaten werden von 1500 Wetterstationen gesammelt und von der Gemeinsamen Forschungsstelle der EU (JRC - IPSC / Agrifish Unit / MARS-STAT Action) ausgewertet. Mit einem feinmaschigen Raster von 50 km x 50 km, das nach der Methode der NUTS (Nomenclature of Territorial Units for Statistics) aufgeteilt wurde, arbeitet die JRC mit einem meteorologischen Modell, bei dem die Gradtage des ganzen Jahres und nicht nur die der Heizperiode (Oktober bis Mai) erfasst werden. Ist diese regionale Auswahl erfolgt, werden die Gradtage durch einfache höhenbereinigte Berechnung des Durchschnittswertes ermittelt. Nach der Ermittlung der repräsentativen Tagestemperaturdaten (Maximum, Minimum und Durchschnittstemperatur) für jede Zelle des Rasters, werden sämtliche Tagestemperaturen für alle relevanten Verwaltungseinheiten (Regionen in Frankreich, Länder in Deutschland, Kantone in der Schweiz usw.) zusammengetragen, um verwertbare gewichtete Durchschnittszonen zu erhalten. Anschlieβend erfolgt eine verfeinerte Gewichtung der Daten nach Bevölkerungszahl unter Nutzung der diesbezüglichen Eurostat-Daten (durchschnittliche Einwohnerzahl pro Jahr und pro Region). Daraus ergeben sich die tatsächlichen Monats- und Jahreswerte der Gradtage für das Land auf Basis der Verwaltungseinheiten gewichtet nach Bevölkerungszahl. Die Berechnungen des Display®-Tools basieren auf diesen Werten, wobei der Referenzzeitraum sich von 1980 bis 2009 erstreckt.

Aus derEurostat-Statistik: Energie-Übersicht, Energiestatistiken zur Unterstützung der EU-Politik und EU-Lösungen (2007) Kapitel 3 – Jüngste Entwicklung der Energiestatistik in der EU

Screenshot mit den Pfaden der Eurostat-Datenbank

Nichtelektrischer Energieverbrauch

Das Berechungstool verwendet standardmäßig die KEA- und KEV-Faktoren für die angegebenen Energiequellen Gas, Heizöl, Kohle und Holz.

Wenn im Gebäude Solarkollektoren zur thermischen Warmwasserbereitung verwendet werden, wird auch deren Energieerzeugung in Primärenergie umgewandelt. Zur Vereinfachung des Berechnungsprozesses wird automatisch angenommen, dass es sich bei dem Kollektor um einen Flachkollektor handelt. Wenn das Gebäude eine KWK-Anlage hat, geht das Berechnungstool davon aus, dass entweder Gas, Heizöl oder Biogas verwendet werden.

Nach Abzug des Betrages für das Gas, das die Anlage zur Stromerzeugung benötigt, wird der verbleibende Betrag bei der Witterungskorrektur zugrunde gelegt, obwohl er noch einen gewissen Anteil Gas für die Warmwasserbereitung enthält. Wenn das Gas für die Warmwasserbereitung nur einen sehr geringen Anteil am Gesamtgasverbrauch darstellt, können die Abweichung vernachlässigt werden. Wenn allerdings der Bedarf an Warmwasser sehr hoch ist, z.B. bei Schulgebäuden mit einer Schwimm- oder Sporthalle, ist diese Berechnungsmethode nicht anwendbar, denn sie verfälscht die Klassifizierung des Gebäudes. Dieser Mangel wird jedoch in Zukunft behoben werden.
In Bezug auf die Nutzung von Fernwärme verwendet das Tool voreingestellte Standardfaktoren, die mit den Angaben, die Sie über die Verteilung der Energiequellen gemacht haben, übereinstimmen. Sollten Sie individuelle Faktoren angegeben haben, wird das Display®-Team diese auf Konsistenz prüfen.

Stromverbrauch

Es gibt eine Vielzahl von Energieversorgern mit einem breiten Angebot an Technologien und Energieträgern zur Stromgewinnung, so dass das Kalkulationstool nicht alle Varianten abbilden kann. Es enthält vier mögliche Varianten:

• Die Erste ist der Kauf von konventionellem Strom. Mit konventionellem Strom ist hier Strom gemeint, der auf der Grundlage von Lieferverträgen bezogen wird, die keine Vereinbarung über den Anteil bestimmter Primärenergiearten am Gesamtenergiemix enthalten. Deshalb wird davon ausgegangen, dass die Zusammensetzung dieses Stroms in etwa der der nationalen Stromerzeugung entspricht. In diesem Fall kann der nationale Energiemix den Berechnungen zugrunde gelegt werden. Die entsprechenden Daten stammen aus der Berechnung mit GEMIS (Version 4.5), die vom Öko-Institut veröffentlicht wurde.
  

Die Möglichkeit der Spezifizierung des Energiemix wird im Kalkulationstool genutzt, wo die Aufteilung der verschiedenen Energiequellen (fossil, nuklear, erneuerbar) präzisiert wird.

Der Kauf von "Ökostrom" bedeutet, dass Verträge über einen zertifizierten "grünen" Energiemix abgeschlossen wurden. Das Kalkulationstool nimmt in diesem Fall an, dass jeweils 50% der Energie aus Wasserkraft und aus Windenergie stammen, da dies die beiden am häufigsten für die Stromerzeugung genutzten erneuerbaren Energien sind. Die dazugehörigen Faktoren sind den Berechnungen des IWU mit GEMIS (Version 4.13) entnommen.

Sollte das Gebäude mit Sonnenkollektoren ausgerüstet sein, für deren Energieproduktion Angaben gemacht wurden, so geht das Kalkulationstool davon aus, dass die Zellen aus polykristallinem Silizium bestehen. Es handelt sich hierbei um den am weitesten verbreiteten Zellentyp. Diese Vereinfachung sollte das Ergebnis normalerweise nicht negativ beeinflussen. Die Umrechnungsfaktoren sind der ProBas-Datenbank entnommen.

Im Fall eines Block-Heiz-Kraft-Werkes (BHKW) im Gebäude bezieht das Tool eine mögliche Einspeisung von Energie ins öffentliche Netz mit ein. Diese zusätzliche Energie wird jedoch nicht angerechnet. Diese Berechnungsart wurde gewählt, da die entsprechende Menge an Energie normalerweise schon beim Endverbraucher mit in die Rechnung einfließt. Im folgenden Beispiel finden Sie eine genaue Beschreibung der Berechnung für eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage.

CO2-Emissionen

Die CO2-Emissionen werden analog zur Berechnung des Primärenergieverbrauchs ermittelt. Für jede Energiequelle werden sie auf der Basis des jeweiligen witterungskorrigierten Endverbrauchs berechnet. Die Umrechnungsfaktoren sind von der Energiequelle und im Falle von Strom zusätzlich noch vom Land abhängig.

Berechnung der Kennzahlen und Anwendung des Klassifikationsschemas

Zur Berechnung der Primärenergiekennzahl wird der Gesamtverbrauch an Primärenergie pro Jahr durch die Gebäudenutzfläche dividiert. Analog dazu werden die CO2-Kennzahl und die Wasserkennzahl berechnet, wobei im Fall der Wasserkennzahl der Verbrauch von m3 in Liter umgerechnet wird. Danach folgt die Einordnung des Gebäudes in das Klassifikationsschema basierend auf den errechneten Kennzahlen und der Gebäudekategorie. Detaillierte Informationen zum Klassifikationsschema finden Sie in Anhang 1.

Aufteilung der verschiedenen Energiequellen

Das Kalkulationstool unterteilt die Energiequellen in drei verschiedene Gruppen: fossile, nukleare und erneuerbare Energien. Im Einzelnen wird wie folgt differenziert:

• Fossil:
  
  • Gas, Heizöl, Kohle,
    
  • Fernwärme (fossile Brennstoffe inklusive Müllverbrennung), ,
    
  • Strom (Standardbezug): Anteil fossile Brennstoffe)
    
• Nuklear:
  
  • Strom (Standardbezug): Anteil Atomstrom)
    
• Erneuerbare Energien::
  
  • Holz, Solar (thermisch) ,
    
  • Fernwärme (Biomasse, Solar [thermisch]) ,
    
  • Strom (Standardbezug): Anteil erneuerbare Quellen), Solarstrom (Photovoltaik)
    

Für das Schulgebäude aus Beispiel C sind nahezu all diese Werte bereits verfügbar, außer denjenigen für die Verteilung der verschiedenen Energiequellen im Energiemix bei der konventionellen Stromversorgung. Das Kalkulationstool stützt sich deshalb auf Daten des monatlichen "Electricity Survey" (Stand Oktober 2005), der von der IEA durchgeführt wird. Dieser zeigt die Aufteilung der Primärenergiequellen in den drei Kategorien für die einzelnen Länder an. Das weitere Vorgehen ist in Beispiel C beschrieben.