EnBau:Monitor. Workshop MSR. Team: Fraunhofer ISE, Uni Wuppertal, Uni Karlsruhe, Solidar

Transkript

1 Workshop MSR EnBau:Monitor Team: Fraunhofer ISE, Uni Wuppertal, Uni Karlsruhe, Solidar Dipl.-Ing. Sebastian Herkel Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE , Jülich EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 1

2 EnBau:Monitor EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 2

3 Fertigstellung NGF in m²» Büro und Verwaltungsgebäude 01 ECOTEC Bremen 03 Wagner Cölbe 06 DB Netz Hamm 09 Lamparter Weilheim 12 ZUB Kassel 08 GIT Siegen 13 Pollmeier Creuzburg 15 KfW Frankfurt 16 ZZB-ISZ Berlin 17 EnerGon Ulm 18 TZ Erfurt Erfurt 19 BOB Aachen Projektstatus* Monitoring-Team FIN Uni Bremen FIN Uni Marburg FIN TU Karlsruhe FIN FHT Stuttgart FIN GH/Uni Kassel MON GH/Uni Siegen MON ZUB Kassel MON TU Karlsruhe MON TU Braunschweig MON FH Ulm MON FH Erfurt MON FH Köln Passivhaus Tages-/Kunstlicht Atrium Nachtlüftung BKT** Erdwärme/-kälte WRG** KWK** Solarsysteme Biomasse Wärmepumpe 22 UBA Dessau 23 SIC Freiburg n.n» Produktions- und Verwaltungsgebäude 04 Hübner Kassel 11 SurTec Zwingenberg 14 Solvis Braunschweig 21 Lebenshilfe Lindenberg » Bildungs- und Forschungseinrichtungen 05 FhG ISE Freiburg 07 FH-BRS St. Augustin 10 NIZ Braunschweig 20 GMS Biberach 23 Förderprojekte 6/ BAU BTU Cottbus BAU n.n FIN Uni Hannover FIN TU Darmstadt MON FH Wolfenbüttel BAU TU München FIN FH Biberach FIN Uni Dortmund FIN TU Braunschweig BAU FH Biberach * Stand: 06/2004: FIN = abgeschlossen, MON = Monitoring, PLA = Planung, BAU = im Bau ** BKT = Betonkerntemperierung, WRG = Wärmerückgewinnung, KWK = Kraft-Wärme-Kopplung EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 3

4 Programmatik keine flächendeckende Kühlung sinnvolle Integration erneuerbarer Energien Primärenergiebezug Heizen, Lüften, Kühlen, Beleuchten <100 kwh/m NGF ²a Endenergie, qualitativ [%] 100 Endenergie [%] Schlanke Gebäude Heizen, Befeuchten Kühlen, Entfeuchten Heizen passiv im Komfortbereich? 40 klimaunabhängiger Energieverbrauch mittlere Außentemperatur [ C] 20 0 klimaunabhängiger Energieverbrauch mittlere Außentemperatur [ C] EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 4

5 Energieverbrauch von Bürogebäuden: Querschnittsuntersuchungen I 3807 US 93 ges 96 ges 99 ber 99 nn 02 EO 97 Endenergieverbrauch in kwh/m² Wärme Strom 167 Primärenergieverbrauch in kwh/m² Wärme Strom EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 5 Quelle: K. Voss et al.

6 Energetische Zielsetzung BMWA EnBau End- bzw. Primärenergie in kwh/m²a Primärenergie Endenergie Beleuchtung Klimatisierung Lüftung Wärme Endenergie Primärenergie 0 Bestand EnBau Beleuchtung Klimatisierung Lüftung Wärme EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 6

7 Endenergieverbrauch in kwh/m²a EnBau:Monitor Energieverbrauch andere Energieträger Strom Gutschrift KWK Gutschrift Primärenergiebilanz in kwh/m²a EcoTec 99 Wagner 01 ISE-C 03 DB 01 GIT 03 Lamparter 03 Pollmeier 03 KfW 04 ZZB 04 Energon 03 TZE 03 BOB 03 FH BRS 01 keine Stromdaten noch keine Daten 2003 noch keine Daten 2003 andere Energieträger Strom noch keine Stromdaten, Teilbelegung 75% Belegung, ohne Bürobeleuchtung Nur-Strom-Haus EcoTec 99 Wagner 01 ISE-C 03 DB 01 GIT 03 Lamparter 03 Pollmeier 03 KfW 04 ZZB 04 Energon 03 TZE 03 BOB 03 FH BRS 01 keine Stromdaten noch keine Daten 2003 noch keine Stromdaten, Teilbelegung 75% Belegung ohne Bürobeleuchtung Nur-Strom-Haus NIZ 02 ZUB 03 Bürobeleuchtung geschätzt NIZ 02 ZUB 03 Bürobeleuchtung geschätzt LEO 97 Referenz LEO 97 Referenz EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 7

8 Detailanalyse TGA EnBau:Monitor Heizung Hilfsenergie Heizung Luftförderung Kälte Beleuchtung divserse Technik Endenergieverbrauch in kwh/m²a Heizung Hilfsenergie Heizung Luftförderung Kälte Beleuchtung divserse Technik Primärenergieverbrauch in kwh/m²a EcoTec 99 EcoTec 99 ISE-C 03 ISE-C 03 DB 01 DB 01 Lamparter 03 Lamparter 03 Pollmeier 03 Pollmeier 03 BOB 03 BOB 03 NIZ 02 NIZ 02 EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 8

9 Wärmeverbrauch Nutzwärmeverbrauch in kwh/(m²a) EcoTec 99 Wagner 01 Fhg ISE 02 DB 01 Lamparter 02 Pollmeier 02 FH BRS 01 TU B 02 ZUB 02 Heizwärme Warmwasser Quelle: K. Voss et al. EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 9

10 Passive Solarenergienutzung EnBau:Monitor Heizleistung [W/m²] DB, Qh=56,5 [kwh/(m²a)] Strahlungsleistung < 25 W/m² 25 bis 90 W/m² > 90 W/m² Außentemperatur [ C] EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 10 Quelle: K. Voss et al.

11 Passive Solarenergienutzung EnBau:Monitor Heizleistung [W/m²] FhG ISE, Q h=32,7 [kwh/(m²a)] Strahlungsleistung < 25 W/m² 25 bis 90 W/m² > 90 W/m² Außentemperatur [ C] EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 11 Quelle: K. Voss et al.

12 Langzeitmonitoring EnBau:Monitor w Überprüfung der Langzeit -Tauglichkeit der Konzepte w Einfache Überprüfung der Betriebsführung w Rückmeldung an Begleitforscher und Betreiber EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 12

13 Langzeitmonitoring EnBau:Monitor Datenerfassung 25 mittlere Leistung [W/m²] Energiekosten [ /m²/woche] 0.30 Referenz ET-Kurve Aufbereitung Ergebnis Stimmt der Verbrauch? Ja Nein korrigierende Massnahmen ? Strom Wärme ET-Diagramm Beispiel FH-BRS Außentemperatur EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 13

14 Darstellung im WEB EnBau:Monitor EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 14

15 GIT Siegen 40 mittlere Leistung [W/m²] Strom Wärme Außentemperatur EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 15

16 NIZ TUB W/m² Strom Sonstige Strom Kälte Strom Beleuchtung Außentemperatur EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 16

17 Jahresvergleich Beispiel Pollmeier EnBau:Monitor mittlere Leistung [W/m²] Strom 2002 Wärme 2002 Strom 2003 Wärme Außentemperatur EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 17

18 Wetter I Wärmebedarf W/m² Erfurt 2003 Lokal Dach 2003 Beispiel Pollmeier Temperatur C EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 18

19 Wetter II Absoluter Fehler groß Verlauf sehr ähnlich Pollmeier Wärmebedarf über DWD mittlere Leistung [W/m²] Pollmeier Wärmebedarf über Haussensor KfW Wärmebedarf über DWD Temperatur C KfW Wärmebedarf über Hausse EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 19

20 Quervergleich Wärme mittlere Leistung [W/m²] Fraunhofer ISE DB Netz FH B-R-S GIT Lamparter NIZ TUB SurTec ZUB Pollmeier Solvis KfW ZZB-ISZ TZ Erfurt EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 20

21 Quervergleich Strom EnBau:Monitor Strom in W/m² Linear (ZUB Kassel) Linear (Pollmeier Erfurt) Linear (TZ Erfurt) Linear (Vika Aachen) Linear (Surtec Zwingenberg) Linear (solvis Braunschweig) Linear (Lamparter) Linear (KfW Frankfurt) Linear (DB Hamm) Linear (GIT ) Linear (FH-BRS ) Linear (ISE Freiburg) 10 5 EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie Temperatur C

22 Erfahrungen/ Fazit Monitoring EnBau:Monitor w große Varianz bei der Ablese disziplin w Gewinn für Gebäudebetreiber muss kenntlic gemacht werden damit der Übergang von d Begleitforschung zum Betreiber funktioniert w Klimadaten sollten so standortnah wie möglich erhoben werden EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 22

23 Passiv kühlen Fraunhofer ISE, Freiburg Zuluft Bauteilkühlung über Nachtlüftung (freie oder mechanische Lüftung) Abluft SOBIC, Freiburg o o o o o o o o o Bauteilkühlung über Wasserkreislauf vvvvvv Rückkühlwerk, Sohlplatte, Erdsonden, Kältemaschine EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 23

24 sommerlicher Komfort Welche Zielwerte müssen / sollen eingehalten werden? DIN 1946 für RLT-Anlagen: Behaglichkeitsfeld C, bei AT > 26 C gilt: Steigung RT/AT = 1K / 3K VDI 2078: Auslegungstemperatur 22 C. Recknagel-Sprenger: abgebrochene Kühlung. Dimensionierung nach VDI 2078 für AT = 26 C. Arbeitsstättenrichtlinie ASR 6 zur ArbStättV: Soll-RT = 26 C, bei höheren AT ausnahmsweise darüber. Überhitzungsstunden (nach Rouvel/ Deutscher): max. 10 % der Aufenthaltszeit über 25 / 26 / 27 C. Urteil Bielefeld (und vergleichbare Urteile): bis AT = 32 C, RT = 26 C, darüber RT/AT=1K / 1 K. DIN 1946 mit wenigen Stunden über 25 C auch für passiv gekühlte Bürogebäude. EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 24

25 Klimatische Randbedingungen (Tages-) 24 Tiefsttemperatur Tiefsttemperatur [ C] TRY Würzburg Lamparter DB Netz AG Fraunhofer ISE (2002) Fraunhofer ISE (2003) Sommertage [1. Juni August] EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 25

26 Raumtemperatur 32 Lamparter 30 EnBau:Monitor Raumtemperatur [ C] Außentemperatur [ C] EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 26

27 Raumtemperatur 32 Pollmeier EnBau:Monitor Mi, 13. August 2003 Raumtemperatur [ C] Di, 9. Juli Außentemperatur [ C] EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 27

28 Raumtemperatur vs. Aussentemperatur Fraunhofer ISE room temperature [ C] Innnen: + 2,8K Aussen: + 4,5K Komfortbereich DIN ÊnBau:Monitor ambient air temperature [ C] EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 28

29 Sensorik: Temperaturmessung Langzeitmessung wird durch dämpfende Wirkung der Wand beeinflusst (repräsentiert eher empfundene Raumtemperatur als Lufttemperatur) EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 29 Temperatur [ C] Kurzzeitmessung : T-Luft Kurzzeitmessung : T-Globe Kurzzeitmessung : T-Oberfläche Langzeitmessung : RT-C Stunde des Experiments [03. April 2002]

30 Interne Lasten TGA + EDV 300 Wh/(m²d) Wagner DB Netz Lamparter Fraunhofer ISE Pollm EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 30

31 Ursachen: Bedienung Sonnenschutz Mittlerer Öffnungsstatus [1=zu] JAN MAR JUL SEP SEP(offen) OKT Quelle: Neubau Fraunhofer ISE :00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 31

32 Nachtlüftung Fazit EnBau:Monitor Normaler Sommer: Nachtlüftung als einzige Kühlquelle in einem entsprechenden Gebäudekonzept ausreichend. Extrem-Sommer: BackUp-System erforderlich. Lüftungsanlage erforderlich. Hohe Planungs- und Ausführungsqualität notwendig. Schwerpunkt: Komfort ohne Klimaanlage. Freude am Gebäude Bauherrenprojekte EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 32

33 Passiv kühlen Luft-Erdregister 30 EnBau:Monitor Lufttemperaturen in C 25 Außenluft 8 K 20 Varianten Einzelrohr/ Rohrregister Fundamentkanal Beton / Kunststoff Rohrlänge Verlegetiefe Betriebsweise Sommerperiode, 5 Tage Zuluft EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 33

34 Betrieb : Jahr T-aus vs. T-ein heating cooling 25 Betrieb Jahreszeitliche Verschiebung Bypass outlet air temperature [ C] Regeln statt Steuern inlet air temperature [ C] EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 34

35 Erfahrungen/ Fazit EnBau:Monitor w Energiekennwerte in 2/3 der Gebäude erreic w Gravierende Abweichungen von den Planwerten vor allem durch Schwierigkeiten bei der Betriebsführung verursacht w Monitoring diente in vielen Fällen als zur Inbetriebnahme und Optimierung w GA als Messwerterfassungssystem notwendig aber unzureichend w Nutzerverhalten muss quantifiziert werden EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 35

36 INFO EnBau:Monitor Buch: Bürogebäude mit Zukunft Konzepte, Erfahrungen, Analysen im TÜV-Verlag Symposium: Dessau 12/13 Mai 2005 EnSan-Workshop Jülich 2004, Folie 36