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Energieprofil - Indikatoren und Energiebilanzierung

Online-Berechnung zur einfachen energetischen Bewertung von Wohngebäuden

Das MOBASY WebTool ermöglicht die Berechnung des Energiebedarfs für Heizung und Warmwasser. Es besteht aus folgenden Bausteinen:

• „Energieprofil-Indikatoren“ für die Erfassung der wesentlichen energetischen Merkmale von Gebäudehülle und Wärmeversorgung (2 Eingabe-Formulare)
• Schätzverfahren für die Gebäudehüllfläche auf der Basis der Wohnfläche und der geometrischen Energieprofil-Indikatoren
• Schätzverfahren für Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Werte) auf Basis von Informationen zu Baualter und nachträglicher Dämmung der Komponenten der thermischen Hülle
• Konfigurationsalgorithmus für die Komponenten der Wärmeversorgung auf Basis der wesentlichen Merkmale (Vorhandensein und ggf. Art und Lokalisation von Anlagenkomponenten)
• Pauschalwerte für die Effizienz der Komponenten der Wärmeversorgung (Wärmeverteilung, -speicherung und -erzeugung)
• Energiebilanz-Berechnung (TABULA-Verfahren) zur Ermittlung des Heizwärmebedarfs sowie des nach Energieträger differenzierten Endenergiebedarfs für Heizung und Warmwasser

Autoren

Jens Calisti (Frontend und Backend des WebTools, Einbettung des R-Rechenkerns)
Tobias Loga (R-Rechenkern mit Energiebilanzierung)

Erste Publikation

28.11.2023

Tool-Version

02.05.2024

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Hinweise zur Eingabe und zur Berechnung

Allgemeine Hinweise

Der Fokus des WebTools ist die vereinfachte Modellierung des Energieverbrauchs für Heizung und Warmwasser auf Basis von "Energieprofil-Indikatoren", also Größen, die relativ einfach bei Gebäudeeigentümern abgefragt oder im Rahmen einer kurzen Begehung erfasst werden können. Unter den Indikatoren befinden sich dabei auch Größen, die nicht direkt in die Energiebilanzierung einfließen, jedoch für mögliche Maßnahmenvorschläge, für die Klassifizierung des Gebäudes oder für die statistische Auswertung im Rahmen einer Stichprobenerhebung oder einer Portfolio-Analyse wichtig sind. Dies betrifft zum Beispiel die Abfrage, ob eine nachträgliche außenseitige Dämmung der Wände möglich ist oder auch die Angaben von Jahren bei der Anlagentechnik, die für die Ermittllung von Modernsierungsraten wichtig sind. Diese Indikatoren sind in den Energieprofil-Formularen des WebTools (und des kongruenten Excel-Tools) enthalten, um die zukünftige Nutzung für diese Zwecke bereits im Blick zu haben und vorzubereiten.

Priorisierung von Eingabefeldern

Einzelne Eingabefelder können zu widersprüchlichen Informationen führen. Für die Berechnung gilt hier folgende Priorisierung:

• Kasten "Keller": Ein Setzen des Häkchens in der Checkbox "Kellerboden und -wände gedämmt" wird nur berücksichtigt, wenn für das Bauteil "Fußboden" Wärmedämmung eingetragen ist.
• Bei der Wärmedämmung werden Einträge "0 cm" und "0%"  in bestimmten Fällen interpretiert als "keine Angabe vorhanden": Ist gleichzeitig das Optionsfeld "Dämm-Maßnahmen" angeklickt, wird von einer nachträglichen Dämmung mit unbekannten Eigenschaften ausgegangen. Dann werden in der Berechnung Zahlenwerte angesetzt, die dem Mittel im deutschen Wohngebäudebestand umgesetzten Maßnahmen entsprechen. Auf die dann angesetzte Dämmstärke wirkt sich die zusätzliche Angabe des Maßnahmenjahrs aus. Ist bekannt, dass es gegenüber dem baualterstypischen Wärmeschutz keine Änderung gibt, muss bei "Wärmedämmung"  "Hülle nicht geändert" gewählt sein. Bei dieser Option bleiben Zahleneinträge für Dämmstärke und Flächenanteil unberücksichtigt. Die bei unterschiedlichen Eingaben resultierenden U-Werte können im Output-Panel verfolgt werden (Variablen "U_Model1_Roof_01", usw.).
• Wenn „Passivhaus-Fenster (3 Scheiben + gedämmter Rahmen)“ gewählt ist, dann werden die separaten Angaben zur Verglasung und zum Rahmen ignoriert.

Weitere Besonderheiten

Weiterhin sind folgende Besonderheiten zu beachten

• "lichte Raumhöhe": Der Zahlenwert in Metern muss derzeit mit einem Dezimalpunkt eingetragen werden.
• In der Berechnung werden maximal drei Wärmeerzeuger für Heizung und maximal drei Wärmeerzeuger für Warmwasser angesetzt.

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Weiterführende Informationen

Energieprofil-Indikatoren / Schätzverfahren für die Hüllfläche

Loga, Tobias; Diefenbach, Nikolaus; Knissel, Jens; Born, Rolf (2005): Entwicklung eines ver-einfachten, statistisch abgesicherten Verfahrens zur Erhebung von Gebäudedaten für die Er-stellung des Energieprofils von Gebäuden („Kurzverfahren Energieprofil“); Untersuchung gefördert durch das Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung; IWU – Institut Wohnen und Umwelt, Darmstadt 2005  www.iwu.de/forschung/energie/kurzverfahren-energieprofil/

Energieprofil-Indikatoren, Schätzverfahren für U-Werte und TABULA-Bilanzverfahren:

Loga, Tobias; Großklos, Marc; Müller, André; Swiderek, Stefan; Behem, Guillaume: Realbilanzierung für den Verbrauch-Bedarf-Vergleich (MOBASY Teilbericht). Realistische Bilanzierung und Quantifizierung von Unsicherheiten als Grundlage für den Soll-Ist-Vergleich beim Energieverbrauchscontrolling; IWU – Institut Wohnen und Umwelt, Darmstadt 2021; ISBN 978-3-941140-67-7; dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.22472.24328/1  
www.iwu.de/fileadmin/publikationen/energie/mobasy/2021_IWU_LogaEtAl_MOBASY-Realbilanzierung-Verbrauch-Bedarf-Vergleich.pdf;

Anwendung in der MOBASY-Realbilanzierung

Loga, Tobias; Stein, Britta: Zusammenhang Energieverbrauch und Dämmstandard bei Mehrfamilienhäusern; Konferenzband der 14. EffizienzTagung Bauen+Modernisieren 11./12.11.2022; Energie- und Umweltzentrum am Deister e.u.[z.], Hannover 2022
www.iwu.de/fileadmin/publikationen/energie/mobasy/2022_EffizienzTagung_Loga-Stein_Zusammenhang-Energieverbrauch-und-Daemmstandard-bei-MFH.pdf

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Hinweise zur Methodik

Excel- und R-Version des Verfahrens

Die im WebTool verwendeten Algorithmen liegen offen und können in den beiden im Folgenden beschriebenen Werkzeugen nachvollzogen werden. Im WebTool ist dabei bisher nur der grundlegende Teil der MOBASY-Realbilanzierung umgesetzt (Funktion EnergyProfileCalc() im R-Paket). Mehr Informationen zur MOBASY-Realbilanzierung finden sich auf der Projekt-Website: www.iwu.de/forschung/energie/mobasy/

Excel-Paket zur MOBASY-Realbilanzierung „EnergyProfile-XL-Package.zip“

Dieses Paket enthält außer dem oben beschriebenen und im WebTool angewendeten Verfahren zusätzlich auch eine Bewertung der Unsicherheit der Berechnung sowie eine Methodik für den systematischen Vergleich mit gemessenen Verbrauchsdaten Die Eingangsdaten und die Ergebnisse werden in einer Datentabelle (Datei "Building-Data.xlsx") gespeichert.
EnergyProfile.xlsm + zugehörige Excel-Arbeitsmappen zur Berechnung der MOBASY-Realbilanzierung:
www.iwu.de/fileadmin/tools/energyprofile/EnergyProfile-XL-Package.zip
“EnergyProfile-XL_READ-ME.pdf”
www.iwu.de/fileadmin/tools/energyprofile/EnergyProfile-XL_READ-ME.pdf
(READ-ME-Datei mit wichtigen Informationen für die ersten Schritte)

R-Paket zur MOBASY-Realbilanzierung “MobasyModel-R-Package.zip“

www.iwu.de/fileadmin/tools/energyprofile/MobasyModel-R-Package.zip
Umsetzung der oben bei „EnergyProfile-XL-Package-zip“ beschriebenen Methodik-Bausteine in der Programmiersprache R.
Die aktuellen Versionen der R-Pakete sind auch auf GitHub verfügbar:
Berechnungsmodell: github.com/TobiasLoga/MobasyModel
Gebäudedatensätze: github.com/TobiasLoga/MobasyBuildingData

Klimadaten und Nutzerverhalten

Für die Randbedingungen (Nutzerverhalten und Klimadaten) werden für die Berechnung im Online-Tool die standardisierten Werte aus der MOBASY-Realbilanzierung verwendet (Standard-Klima Deutschland, Raumtemperaturen abhängig vom Energiestandard des Gebäudes).

Datensatz des Beispielgebäudes

Der Datensatz des im WebTool geladenen Beispielgebäudes einschließlich der Einstellungen für die Berechnung findet sich in der Datentabelle des oben genannten Excel-Werkzeugs.

Fehlerverfolgung / -behebung

2023-11-24: Fehler in der Berechnung für den Fall, dass ein zweiter Typ Fenster vorkommt; parallele Verwendung von zentralen und dezentralen Wärmeerzeugern funktioniert nicht. Beide Fehler sind im R-Sript behoben (siehe GitHub-Quelle oben), das korrigierte Skript ist noch nicht ins WebTool eingespielt.

2023-11-24: Säulen in den Diagrammen sind nicht korrekt positioniert (Behebung steht aus).

2024-05-02: oben genannte Fehler sind behoben

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Formales

Haftungsausschluss / Regeln zur Nutzung

Wir übernehmen keine Gewähr für die Richtigkeit oder Genauigkeit der Berechnung und der Daten.
Die Verwendung des WebTools, des R-Skripts, des Excel-Tools, Teilen der Tools und der Methode in Forschungsprojekten, Abschlussarbeiten, Softwareanwendungen und anderen Bereichen durch Dritte ist beabsichtigt und erwünscht.
Das IWU und das Forschungsprojekt MOBASY (https://www.iwu.de/forschung/energie/mobasy/) sollten immer als Quelle genannt werden.
Lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)
Gerne stellen wir unser Forschungswerkzeug anderen Experten zur Nutzung zur Verfügung – leider können wir aber keinerlei Support anbieten.

Information zum Projekt und zur Förderung

erarbeitet im Rahmen des Projekts
MOBASY
"Modellierung der Bandbreiten und systematischen Abhängigkeiten des Energieverbrauchs zur Anwendung im Verbrauchscontrolling von Wohngebäudebeständen"
gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
https://www.iwu.de/forschung/energie/mobasy/

 

 

  

Energy Profile – Indicators and energy performance calculation

Online calculation for a simplified energy assessment of residential buildings

The MOBASY WebTool is designed to calculate the energy demand for heating and domestic hot water. It consists of the following modules:

• “Energy Profile Indicators” for collecting the essential energy characteristics of building envelope and heat supply (2 input forms).
• Estimation method for the building envelope surface area based on the living space and the geometric energy profile indicators
• Estimation method for heat transfer coefficients (U-values) based on information on the age of the building and subsequent insulation of the components of the thermal envelope
• Configuration algorithm for the heat supply components based on the essential characteristics (existence and, if applicable, type and location of system components)
• Standard values for the efficiency of the heat supply components (heat distribution, storage and generation)
• Energy balance calculation (TABULA method) to determine the heat need as well as the final energy demand for heating and domestic hot water, differentiated by energy carriers

Authors

Jens Calisti (Frontend und Backend of the WebTool, embedding of the R computing core)
Tobias Loga (R computing core for calculating the energy performance)

First publication

2023-11-28

Tool version

2024-02-05

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Notes on input and calculation

General remarks

The focus of the WebTool is the simplified modeling of energy consumption for heating and domestic hot water based on "energy profile indicators", i.e. variables that can be relatively easily queried from building owners or recorded as part of a short inspection. The indicators also include variables that are not directly entered in the energy performance calculation, but are important for possible refurbishment proposals, for the classification of the building or for the statistical evaluation as part of a sample survey or a portfolio analysis. This concerns, for example, the query as to whether external insulation of the walls is possible or the information about the installation years for heat supply compoments, which is important for determining modernisation rates. These indicators are included in the energy profile forms of the WebTool (and the congruent Excel tool) in order to already prepare for future use for these purposes.

Prioritisation of input fields

Individual input fields can lead to contradictory information. The following prioritisation applies to the calculation:

• Panel “Cellar / basement”: Checking the “Cellar floor and walls insulated” checkbox is only taken into account if thermal insulation is entered for the “floor to cellar or soil” element.
• For thermal insulation, entries "0 cm" and "0%" are interpreted in certain cases as "no information available": If the "Insulation upgrade" radio button is clicked at the same time, modernisation with unknown properties is assumed. Numerical values are then used in the calculation that correspond to the average measures implemented in the German residential building stock. The additional information about the year of the measure has an impact on the insulation thickness then applied. If it is known that there is no change compared to the thermal insulation typical for the age of the building, "Envelope not changed" must be selected under "Thermal insulation". With this option, numerical entries for insulation thickness and surface area are not taken into account. The U-values resulting from different inputs can be tracked in the output panel (variables "U_Model1_Roof_01", etc.).
• If „Passive house window (triple glazing + insulated frame)“ is selected, then the separate information about the glazing and the frame is ignored.

Further important points

Furthermore, the following principles should be considered:

• "Room height": Values in meter must be entered by using a "," as decimal separator.
• A maximum of three heat generators for heating and a maximum of three heat generators for hot water are used in the calculation.

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Further information

Energy Profile Indiators

Loga, Tobias; Stein, Britta; Behem, Guillaume: Use of Energy Profile Indicators to Determine the Expected Range of Heating Energy Consumption; Proceedings of the Conference "Central Europe towards Sustainable Building" 2022 (CESB22), 4 to 6 July 2022; Acta Polytechnica CTU Proceedings 38:470–477, 2022
ojs.cvut.cz/ojs/index.php/APP/article/view/8299/6839
doi.org/10.14311/APP.2022.38.0470

Estimation of building surface area based on “Energy Profile Indicators”

Loga, Tobias; Müller, Kornelia; Reifschläger, Kerstin; Stein, Britta: Evaluation of the TABULA Database – Comparison of Typical Buildings and Heat Supply Systems from 20 European Countries; Institut Wohnen und Umwelt, Darmstadt / Germany 2015 episcope.eu/fileadmin/tabula/public/docs/report/TABULA_WorkReport_EvaluationDatabase.pdf

TABULA calculation method

Loga, Tobias; Diefenbach, Nikolaus: TABULA Calculation Method – Energy Use for Heating and Domestic Hot Water. Reference Calculation and Adaptation to the Typical Level of Measured Consumption; TABULA documentation; IWU, Darmstadt / Germany – January 2013
episcope.eu/fileadmin/tabula/public/docs/report/TABULA_CommonCalculationMethod.pdf

Loga, Tobias; Stein, Britta; Diefenbach, Nikolaus: TABULA Building Typologies in 20 European countries − making energy-related features of residential building stocks comparable; Energy and Buildings, vol. 132, pp. 4–12, 2016
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378778816305837

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Methodical Notes

Excel and R version of the procedure

The algorithms used in the WebTool are open source and can be tracked in the two tools described below. So far, only the basic part of the MOBASY reality-based calculation model has been implemented in the WebTool (function EnergyProfileCalc() im R-Paket). More information about MOBASY method can be found on the project website:
www.iwu.de/forschung/energie/mobasy/

Excel package for MOBASY real energy balance „EnergyProfile-XL-Package.zip“

In addition to the procedure described above and used in the WebTool, this package also contains an assessment of the uncertainty of the calculation and a methodology for the systematic comparison with measured consumption data. The input data and the results are stored in a data table (file "Building-Data.xlsx").
EnergyProfile.xlsm + associated Excel workbooks for calculating the MOBASY real balance: www.iwu.de/fileadmin/tools/energyprofile/EnergyProfile-XL-Package.zip
“EnergyProfile-XL_READ-ME.pdf”: www.iwu.de/fileadmin/tools/energyprofile/EnergyProfile-XL_READ-ME.pdf (READ-ME file containing important information for the first steps)

R package for realistic energy performance calculation “MobasyModel-R-Package.zip“

www.iwu.de/fileadmin/tools/energyprofile/MobasyModel-R-Package.zip
Implementation of the methodology modules described above at “EnergyProfile-XL-Package-zip” in the R programming language.
The current versions of the R-packages are available at GitHub:
Calculation model: github.com/TobiasLoga/MobasyModel
Building datasets: github.com/TobiasLoga/MobasyBuildingData

Climate data and user behavior

For the boundary conditions (user behavior and climate data), the standardised values from the MOBASY real balance method are used for the calculation in the online tool (standard climate Germany, room temperatures depending on the energy standard of the building).

Data set of the example building

The dataset of the example building loaded in the webtool, including the settings for the calculation, can be found in the data table of the Excel tool mentioned above.

Trouble shooting / error log

2023-11-24: Error in the calculation if a second type of window occurs; parallel use of central and decentral heat generators does not work. Both errors have been fixed in the R script (see GitHub source above), the corrected script has not yet been imported into the WebTool.

2023-11-24: Columns in the charts are not positioned correctly (fix pending).

2024-05-02: The above mentioned errors have been corrected.

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Formal points

Disclaimer / rules for usage

No warranty for the correctness or accuracy of the calculation and the data.
The usage of the WebTool, R script and Excel tool, of parts of the tools and of the method in research projects, theses, software applications and other fields by third parties is intended and desired.
The Institute for Housing and Environment (IWU – Institut Wohnen und Umwelt) and the research project MOBASY (https://www.iwu.de/forschung/energie/mobasy/ ) should always be mentioned as the source.
Licensed under CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)
We are happy to share our research tool with other experts - but, unfortunately, we cannot provide any support.

Project information and funding

Elaborated in the framework of the research project
MOBASY
"Modellierung der Bandbreiten und systematischen Abhängigkeiten des Energieverbrauchs zur Anwendung im Verbrauchscontrolling von Wohngebäudebeständen"
"Modeling the ranges and systematic dependencies of energy consumption for use in energy controlling of residential building stocks"
funded by the German Ministry of Economics and Climate Protection
www.iwu.de/forschung/energie/mobasy/