Energiekonzept für ein bestehendes Verwaltungsgebäude - Was sollte genutzt, was ausgetauscht werden?

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1 Energiekonzept für ein bestehendes Verwaltungsgebäude - Was sollte genutzt, was ausgetauscht werden? Dr.-Ing. Architekt Alfred Kerschberger. RK-Stuttgart Architekten und Ingenieure Pflasteräckerstr. 88, D Stuttgart, Tel.: +49 (0)711/ Maximaler Effekt bei möglichst geringem Aufwand das stand im Vordergrund des Leuchtturmprojekts DEGEWO-Bürogebäude, Berlin. Innovative Techniken zu demonstrieren, gut Funktionierendes zu erhalten, eine hohe Energieeinsparung zu erzielen und das Raumklima zu verbessern, waren die Ziele des Projektes. Abbildung 1: Fallstudie für ein innerstädtisches Bürogebäude aus den 60er Jahren Viele Bürogebäude der Nachkriegsjahrzehnte stehen nach Jahren Nutzungszeit zur Modernisierung an. In der Regel muß dabei sowohl die Gebäudehülle verbessert, als auch die vorhandene Haustechnik modernisiert werden. Bürohäuser dieser Baujahre verbrauchen um 125 kwh/m 2 a an Heizenergie, der Stromverbrauch für Lüftung, 1

2 Klimatisierung und Beleuchtung liegt bei etwa 50 kwh/m 2 a [1]. Dadurch entstehen Primärenergieverbräuche von knapp 300 kwh/ m 2 a. In Einzelfällen wird durchaus auch das Doppelte bis Dreifache verbraucht [2]. Bei energieeffizienten Büroneubauten sind dagegen schon Werte unter 100 kwh/ m 2 a gemessen worden. Dies ist mit ambitionierten Konzepten auch im Bestand die Orientierungsmarke: Neue Technologien und innovative Materialien machen es möglich, sanierungsbedürftige Bürogebäude in zukunftsfähige Liegenschaften mit höchster Arbeitsplatzqualität zu transformieren bei Betriebskosten, die deutlich unter den bisherigen liegen. Genau diese Zielsetzung verfolgt das Bundeswirtschaftsministerium mit dem Förderkonzept Energieoptimiertes Bauen (ENOB). Es werden modellhafte Sanierungen mit innovativen Komponenten bezuschusst, um neue Technologien zu demonstrieren und in den Markt zu bringen. Mit ENOB-Förderung konnte ein interdisziplinäres Planungsteam ein 100 kwh-primärenergie-konzept für ein bestehendes Bürogebäude entwickeln und die Planung bis zur Bauantragsreife voranbringen [3]. Das siebengeschossige Bürohaus liegt im Zentrum Berlins an einer vielbefahrenen Hauptstraße. Es wurde 1967 in Betonskelettbauweise errichtet und bietet rund 6500 m 2 Nutzfläche. Die Grundrisse zeigen den typischen Mittelflur mit südöstlich zur Straße und nordwestlich zum Innenhof orientierten Büroräumen. Sowohl Baukonstruktion als auch Haustechnik befinden sich noch auf dem energetischen Standard der späten 60er Jahre. Obwohl das Gebäude über die Jahrzehnte kontinuierlich instand gehalten wurde, machen sich Verschleißerscheinungen bemerkbar, die eine Grundsanierung anraten. Leider wurde der innovative energetische Ansatz des Sanierungskonzeptes letztlich nicht umgesetzt. Dennoch: Die einzelnen Komponenten des Energiekonzeptes und vor allem die übergeordneten Leitlinien sind auf die große Anzahl von Bürogebäuden der 50er bis 70er Jahre übertragbar und adaptierbar. Als Planungsgrundsätze galten: - Zunächst winterliche Verluste und sommerliche Kühllasten durch Verbesserung der Gebäudehülle verringern - Dann durch energieeffiziente Haustechnik den spezifischen Energieaufwand für die Energiedienstleistungen Heizung, Kühlung, Lüftung und Beleuchtung minimieren - Mit einer intelligenten und komplexen Regelung, in der alle Energiedienstleistungen verknüpft werden, eine bedarfsorientierte Regelung der Systeme realisieren - Keine spektakulären Einzel-Lösungsansätze anstreben, sondern Synergieeffekte, wo sich viele, auch unspektakuläre Komponenten ergänzen, um das Ziel einer kostenoptimierten funktionssicheren Niedrigenergiesanierung zu erreichen. Innovative Besonderheit 1: Einsatz einer Fassade mit Vakuumisolation Zur Straßenseite wurde eine Fassade mit ca. 600 m 2 Vakuumisolation vorgesehen. Die VIP-Paneele selbst sind 40 mm dick und erbringen einen Dämmwert entsprechend 35 cm Polystyrol. Eine derart geringe Aufbaudicke erlaubt den Anschluß an die Nachbargebäude ohne sichtbare Vor- und Rücksprünge. Eine innere Dämmebene aus 30 mm Mineralfaser dient zum Oberflächenausgleich der bestehenden Waschbeton-Wetterschale und zum Schutz der empfindlichen Vakuumisolationspaneele. Die Außenbekleidung der Fassade besteht aus 4 mm dicken Alucobondplatten. 2

3 Innovative Besonderheit 2: Einsatz von Latentspeichermaterial Die thermisch wirksame Masse wird in den südostorientierten Räumen, wo die höchsten thermischen Belastungen stattfinden, durch PCM-Deckensegel erhöht. PCM oder Phase Change Materials nehmen beim Phasenwechsel von fest zu flüssig eine enorme Wärmemenge auf. Nachts wird die Wärme abgeführt durch die Nachtlüftung und die PCM kristallisieren wieder aus. Ein in das Deckensegel integrierter Radialventilator verbessert die kritische nächtliche Wärmeausspeicherung. Innovative Niedrigenergiesanierung DEGEWO Passiv-hybride Nachtlüftung Natürliche Klimatisierung Ggf. Unterstützung durch mech. Lüftung Lüftungsflügel geöffnet Sommer Nacht: Lüftungsflügel geöffnet für freie Konvektion; Raum kühlt aus Kühle Raumluft wird gezielt über Latentspeicher geführt Latentspeicher geben Wärme ab und härten aus Radialventilator Luftwechsel bei T innen-außen =6K: ca. 4 1/h Okt-07 R K - Stuttgart Architekten + Ingenieure 15 Abbildung 2: Anordnung des PCM im Deckensegel [3] Konventionelle Wärmeschutzkomponenten Die Fassadenflächen zur Hofseite, werden mit 20 cm dicken WDVS gedämmt. Der U-Wert der Außenwand beträgt hier 0,15 W/m 2 K. Dreifach verglaste Superfenster mit U w < 0,9 W/m 2 K und hohem Schalldämmwert ersetzen die alten isolierverglasten Holzfenster. 20 cm Dachdämmung und 12 cm Kellerdeckendämmung erbringen den Wärmeschutz nach oben und nach unten. Tages- und Kunstlichtoptimierung Jalousien mit getrennt ansteuerbarem, oberem Behangteil sorgen für optimale Tageslichtnutzung, für Verteilung des Tageslichtes bis tief in den Raum und für geringen Beleuchtungsstromverbrauch. Eine zonale Tageslicht-Ergänzungsbeleuchtung in Abhängigkeit der Außenhelligkeit und der Nutzeranwesenheit bringt hohe Beleuchtungsqualität und reduziert den Stromverbrauch weiter. Die optimale Beleuchtungsanordnung und der Einsatz stromsparender Leuchtmittel vervollständigen das Konzept. 3

4 Optimaler Sonnenschutz des Gebäudes Es werden hochselektive Verglasungen mit hoher Tageslichttransmission und geringem g- Wert eingesetzt. Dadurch verringern sich die sommerlichen solaren Lasten bei gleichzeitig optimiertem Tageslichtangebot (Lichttransmission 60 %, g-wert 30 %). Eine kombinierte Wärme-Sonnenschutzverglasung des voll verglasten Treppenhauses kann dessen sommerliche Überwärmung drastisch vermindern. Automatische Jalousieregelungen nach Temperatur und Sonneneinstrahlung sind für fortschrittliche Bürogebäudekonzepte schon fast selbstverständlich. Hocheffiziente, energiesparende Lüftung und Klimatisierung Eine schlank dimensionierte Zu- und Abluftanlage mit intelligenter Regelung, niedrigen Luftwechselraten, geringer Luftgeschwindigkeit im Kanalnetz, hocheffizienter Wärmerückgewinnung und raumweise präsenzabhängiger Regelung ermöglicht höchste Lüftungseffizienz bei geringstem Energieeinsatz. Durch Austausch aller Röhrenmonitore gegen TFT-Monitore und durch energieeffiziente Beleuchtung werden die den Kühlbedarf bestimmenden inneren Lasten maßgeblich verringert. Für den Sommerfall kommt eine adiabate Kühlung der Zuluft zum Einsatz. Die Auskühlung der Räume in der Sommernacht übernimmt ein BUS-gesteuertes Nachtlüftungssystem. Im Fensterbandbereich liegende Lüftungsflügel öffnen sich nachts automatisch, so dass die Räume durch natürliche Konvektion auskühlen. Während extrem heißer Sommerperioden kommt unterstützend die mechanische Lüftungsanlage als Einkanal-Zuluftsystem zum Einsatz. Optimierung des Heizungssystems Der Anschlusswert der Fernwärmestation kann um 80 % zurückgenommen werden. Die Verteilungsstränge und Heizkörper werden entsprechend neu einreguliert. Durch die Wärmebedarfsreduzierung läßt sich das vorhandene System als Niedertemperaturheizung betreiben. Eine programmierbare Heizungsregelung umfasst die elektronische Optimierung der Vorlauftemperatur, die Fernablesung aller Energieverbräuche sowie automatisierte Störungsmeldungen und Verbrauchsanzeige in jeder Nutzeinheit sowie in der Verwaltung. Hochwertige Gebäudeautomation (BUS-System) Heizung, Lüftung und Beleuchtung werden abhängig von Nutzeranwesenheit, Zeitschaltprogrammen, äußeren Randbedingungen und Nutzerwunsch gesteuert. Koppelrechner ermöglichen die bedarfsgeführte Steuerung der Heizungs-Vorlauftemperatur abhängig von der Stellung der Heizkörperventile sowie die Regelung der Lüftungsventilatoren abhängig von der Lüftungsanforderung in jedem Raum. Der Haustechniker / facility manager besitzt volle Überwachungs- und Eingriffsmöglichkeit für alle haustechnischen Komponenten am Steuerungs-PC. 4

5 Photovoltaik Zur Abrundung des Konzeptes kommt eine in die Dachhaut integrierte PV-Anlage zum Einsatz, die dem Projektanspruch: Hoher Nutzen bei geringem Aufwand genügt. Aufgrund der im EEG festgeschriebenen Einspeisevergütung amortisiert sich die Anlage auch ohne Pilot-Förderung in 10 bis 15 Jahren. Ergebnisse Die Sanierung ist so konzipiert, dass sie in genutztem Zustand erfolgen kann. Im Ergebnis wird der Primärenergiebedarf für Heizen, Kühlen, Beleuchten von 300 auf 100 kwh/m 2 a gesenkt. Die Lüftungsanlage erlaubt es, auch im Sommer die Fenster zur Straße geschlossen zu halten. Eine sanfte Kühlung mit minimalem Energieverbrauch bringt die Zuluft auf bis zu 10 K unter Außentemperatur. Die Lichtqualität entspricht den neuesten Normen für Bildschirmarbeitsplätze. Konventionelle Klimaanlagen mit hohem Stromverbrauch kommen nicht zum Einsatz, dennoch findet eine nachhaltige Komfortverbesserung, sowohl im Sommer, wie auch im Winter statt. Dies betrifft nicht nur den thermisch-hygrischen Komfort, sondern auch die Luftqualität, den Schallschutz und die natürliche und künstliche Beleuchtung. Die energierelevanten Kosten des Vorhabens belaufen sich auf 565 /m 2. Eine Sanierung nach EnEV würde rund 270 /m 2 kosten, jeweils einschl. Mehrwertsteuer, jedoch ohne Baunebenkosten, für die weitere % einzukalkulieren sind. Kosten für nichtenergetische Maßnahmen, wie z.b. die Modernisierung der Sanitärbereiche oder des Foyers, sind hierin nicht enthalten. Die jährlichen Betriebskosteneinsparungen belaufen sich auf rund pro Jahr. Unter Berücksichtigung einer Pilotförderung im Rahmen des BMWT-Förderprogrammes ENOB konnte eine Amortisationszeit von 13 Jahren abgeschätzt werden. Als positiver Nebeneffekt kommt die Wertsteigerung des Gebäudes hinzu, aufgrund der hochwertigen Gebäudehülle in Verbindung mit modernster Haustechnik und aufgrund der niedrigen Betriebs- und Instandhaltungskosten. Dieses Projekt mit dem Förderkennzeichen W wurde im Rahmen des Förderkonzeptes Energieoptimiertes Bauen (ENOB) gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie. Die Abwicklung lag in den Händen des Projektträgers Jülich (PTJ) beim Forschungszentrum Jülich GmbH. Literatur: [1] Voss u.a. (Hrsg): Bürogebäude mit Zukunft, TÜV Verlag Köln, 2005 [2] U. Schnaars, H. Schiller: Energetische Gesamtoptimierung der Staats- und Universitätsbibliothek Bremen GOSUB. download von Nov [3] A. Kerschberger u.a.: INES Innovative Niedrigenergiesanierung des DEGEWO- Bürogebäudes Potsdamer Str in Berlin. Schlußbericht zum BMWT-EnSan- Vorhaben W [4] A. Kerschberger, M. Brillinger, M. Binder: Energieeffizient sanieren Mit innovativen Techniken zum Niedrigenergiestandard. Verlag Solarpraxis, Berlin, Januar

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