Dena - Expertenworkshop Energieeffizienz in Nichtwohngebäuden EVA Innovative Bürogebäude auf dem Prüfstand

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1 Dena - Expertenworkshop Energieeffizienz in Nichtwohngebäuden EVA Innovative Bürogebäude auf dem Prüfstand Berlin,

2 IG S TU Braunschweig IGS Institut für Gebäude- und Solartechnik Univ. Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch Mühlenpfordtstraße Braunschweig Network MNF EGS-plan Ingenieurgesellschaft Gropiusplatz Stuttgart Braunschweig Steinbeis-Transferzentrum Energie-, Gebäude- und Solartechnik Gropiusplatz Stuttgart Stuttgart energydesign International Mühlenpfordtstraße Braunschweig

3 Our strategy Location Building Envelope Technology Comprehensive Energydesign

4 Bürogebäude heute Moderne Arbeitswelten Flexibilität Offenheit Gestaltungsanspruch (Transparenz) Kommunikation Wirtschaftlichkeit Energieeffizienz Nutzerkomfort

5 Bürogebäude heute Integrale Planung von Gebäudehülle und Anlagentechnik - Energiedesign Hochwertig wärmegedämmte und luftdichte Fassaden Effektiver Sonnenschutz Sonnenschutz-Verglasung (hohe TL- Transmission) Verschattungssysteme (TL- Lenkung)

6 Bürogebäude heute Schlankes Energiedesign Heizung mit Niedertemperatursystemen Strahlungskühlung Lüftung über Fenster oder mechanisch mit hygienisch notwendigem Luftwechsel (1,5 1/h) Nutzung von Erneuerbaren Energiequellen (GW-Brunnen, Erdsonden, Solarthermie ) Deutlich mehr Stromverbraucher (IT, MSR/GLT, Ausstattung )

7 Bürogebäude: Endenergieverbrauch (Strom) zur Lüftung und Kühlung 1 Quelle: Energiereferat Frankfurt

8 IPCC WGIII Assessment Report: Chapter 6. Mitigation options in buildings Importance of the building sector Buildings-related emissions and their anticipated growth play a significant global role Energy use in the buildings sector was responsible for onethird of total global CO2 emissions in 2004 This share could grow to % by Buildings need to be an integral part of a strategy to mitigate climate change

9 Building Sector Energy and emission trends Energy Consumption CO2 emissions EJ EJ Residential Buildings Primary Energy Consumption (including biomass) Middle East and North Africa Sub Saharan Africa Latin America Other Asia Centrally Planned Asia Former Soviet Union Central and Eastern Europe Western Europe North America Pacific OECD Building Sector Energy use and CO2 emissions in buildings Energy Res. and grew: emission trends Commercial Buildings Primary Energy Consumption (including biomass) Middle East and North Africa Sub Saharan Africa Latin America Other Asia Centrally Planned Asia Former Soviet Union Central and Eastern Europe Western Europe North America Pacific OECD Com. at ~ the same rate as other sectors much faster in commercial than in residential buildings MtCO2 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 MtCO2 - Middle East and North Africa Sub Saharan Africa Latin America Other Asia Centrally Planned Asia Former Soviet Union Central and Eastern Europe Western Europe North America Pacific OECD Residential Buildings Energy-Related Carbon Dioxide Emissions ,000 2,500 2,000 1,500 1, Middle East and North Africa Sub Saharan Africa Latin America Other Asia Centrally Planned Asia Former Soviet Union Central and Eastern Europe Western Europe North America Pacific OECD Commercial Buildings Energy-Related Carbon Dioxide Emissions Res. Com Source for figures: Price et al., 2005

10 LCC [ /m²] standard 3000 Low-energy - Passivhouse 2000 Construction costs years

11 ENOB: Low Energy Demonstration Buildings in Germany (BMWi)

12 EnOB - Forschung am IGS TU Braunschweig Laufend: Regionshaus Hannover Energieeffizienz im ÖPP Abgeschlossen: EnergieForum Berlin Informatikzentrum TU -BS Leuchtturm Schulen IGS Mühlenberg DEMO Dezentrale Lüftungstechnik in der Sanierung Sanierung Museumsbauten (Bundesweiter Forschungsverbund) EnBop am Start: Rahmenprogramm EnBop: Energetische Betriebsoptimierung EVAX - Energienavigator Laufend: EVA: Evaluierung Bürogebäude WKSP: Wärme-/Kältespeicherung im Gründungsbereich DeAL: Dezentrale Außenwandintegrierte Lüftungsgeräte

13 Forschungsschwerpunkt Evaluierung und Betrieboptimierungam IGS EVA Evaluierung von Energiekonzepten WKSP Wärme/Kältespeicherung im Gründungsbereich DEAL Dezentrale außenwandintegrierte Lüftungsgeräte TwinSkin Doppelfassaden in der Praxis

14 EVA Evaluierung von Energiekonzepten (BMWi gefördert) Jedes innovative Gebäude ist ein Experiment Funktionieren innovative Energiekonzepte in der Praxis? Lernen wir aus den Gebäuden? Unser Ziel: Entwicklung von methodischen Grundlagen der Evaluierung Pilotanwendung in rd. 20 Fallstudien

15 The EVA-Project: Creating a strong Motor for Innovation and Life-Cycle-Quality! Innovation?! Design Planning Construction Operation Evaluation Optimization of Performance and Life-Cycle- Quality

16 The EVA- Project Information Informationsverlust Informationsverluste im Projektverlauf * Projektverlauf Konzept Planung Errichtung Betrieb * EnOB-Projekt OASE Bedeutungsverlust Bedeutung im Projekt Bedeutungsverlust im Projektverlauf * Nutzerkomfort????? Energieeffizienz Projektverlauf Konzept Planung Errichtung Betrieb

17 EVA Innovative Energiekonzepte Hoher Verglasungsanteil Leichter Innenausbau Keine abgehängten Decken Thermische Bauteilaktivierung Effiziente Beleuchtung Schlanke Lüftungssysteme Atrien

18 EVA Konventionelle Konzepte Lochfassaden Fensterlüftung Kühldecken / Umluftkühlung

19 Raumhöhe: 2.90 m Geschosshöhe: 3.49 m Zonennutzungsarten nach DIN V Einzelbüro 2 Gruppenbüro (2 bis 6 Arbeitsplätze) 3 Großraumbüros (ab 7 Arbeitsplätze) 4 Besprechung, Sitzung, Seminar 5 Schalterhalle 6 Einzelhandel / Kaufhaus (ohne Kühlprodukte) 7 Einzelhandel / Kaufhaus (mit Kühlprodukten) 8 Klassenzimmer (Schulen) 9 Hörsaal, Auditorium 10 Bettenzimmer 11 Hotelzimmer 12 Kantine 13 Restaurant 14 Küchen in Nichtwohngebäuden 15 Küche - Vorbereitung, Lager 16 WC und Sanitärräume 17 Sonstige Aufenthaltsräume 18 Nebenflächen (ohne Aufenthaltsräume) 19 Verkehrsflächen 20 Lager, Technik, Archiv 21 Serverraum, Rechenzentrum 22 Werkstatt, Montage, Fertigung 23 Zuschauerbereich (Theat./Veranst.-bauten) 24 Foyer (Theat./Veranst.-bauten) 25 Bühne (Theat./Veranst.-bauten) 26 Messe / Kongress 27 Ausstellungsräume und Museen mit kons. Anf. 28 Bibliothek - Lesesaal 29 Bibliothek - Freihandbereich 30 Bibliothek - Magazin und Depot 31 Sporthalle 32 Parkhäuser (Büro- und Privatnutzung) 33 Parkhäuser (Öffentliche Nutzung) Gebäude: Lise- Meitner- Str. Kennziffer: P014 Grundriss: 5 OG Datum: IG S Evaluierung der Energieeffizienz Dokumentation der Gebäude und Energiekonzepte Flächenanalysen Analyse der Verbrauchsabrechnungen Analyse der Zählerablesungen des Gebäudemanagements Energiebedarfsberechnung nach DIN V Detailaufnahme der Beleuchtungssysteme Langzeit-Messungen (Gesamtverbrauch, Lüftung, Kälte, Mietbereiche etc.) Kurzzeit-Messungen (Lüftungsanlagen) Auswertungen von GLT-Daten Bau- und Betriebskostenanalysen Analyse des Gebäudemanagements

20 Evaluierung des Nutzerkomforts Langzeit-Monitoring Raumlufttemperatur Rel. Raumluftfeuchte Spot-Monitoring (Kurzzeit-Messungen) Raumlufttemperatur Rel. Raumluftfeuchte Temperaturschichtung Strahlungsasymmetrie Zugluftrisiko CO 2 -Gehalt Luftwechsel-Messungen Thermografieaufnahmen Nutzerbefragungen (Universität Karlsruhe)

21 Überhitzung: Produktivitätsverlust Zulässig nach DIN : 260 h/a > 26 C bzw. ca. 40 h/a prod. Arbeitszeit 40 h/a x 75 /h = /a bzw. ca. 100 /(m² NGF a) * Sonstige Betriebskosten Energiebezug Strom+Wärme Kosten (netto) [ /(m² NGF a)] * Annahme: 30 m² NGF / Arbeitsplatz ** Quelle: OSCAR 2006 Vollkosten (inkl. Zinsen, AVA)** Nebenkosten (ohne Zinsen+AVA)** Produktivitätsverlust (40 h/a á 75 /h)

22 Dokumentation der Energiekonzepte Stahlbetondecke mit Betonkernaktivierung Sonnenschutz, Vertikallamellen Fasaden zwischenraum, konstanter Lüftungsquerschnitt: ca. 0,12 m²/achse Fensterlüftung durch Schiebeflügel Kühlung Abluft 2,90m Zuluft gekühlt Überströmöffnungen (unterschnittene Türen) 3,95m Stand der Technik (WSchVo/EnEV, DIN 4108 etc.) und Wurden besondere Planungsziele oder Zielkennwerte definiert? Wurde ein Prüfkonzept erstellt? Wurden entsprechende Abnahmen durchgeführt? besondere Leistungsziele wurden weder eindeutig noch nachprüfbar hinterlegt!

23 Ziel Energieeffizienz (Beispiel) [kwh/(m²a)] Arbeitshilfen / Ausstattung Bewertungsumfang der DIN V / EnEV 2008 Entspr. EnOB- Standard Primärenergie gesamt Arbeitshilfen/ Ausstattung Lüftung Beleuchtung Kühlung Hilfsenergie Heizung

24 Jahres-Primärenergieverbrauch Mittelwert: 348 kwh/(m² NGFr a) Jahres-Primärenergieverbrauch kwh/(m² NGFr *a) * EVA-Gebäude Wärmeanteil Stromanteil Mittel

25 The EVA- Project

26 Annual primary energy consumption of office buildings [kwh PE /(m² NGF a)] Source: Siegel, Wonneberger 1979* EVA (~2000) ENOB (2006)

27 Beleuchtung Detaillierte Gebäudeaufnahme Berechnung des Strombedarfs nach DIN V Simulation und Berechnung des Jahres-Energieverbrauchs Vergleich mit Kennwerten

28 Endenergie Beleuchtung: Bedarf und Verbrauch 1 spez. Jahres-Strombedarf nach DIN V [kwh/(m²a)] Spez. Jahres-Strombedarf, Simulation [kwh/(m²a)] bezogen auf die Bürofläche (NGF der Zone)

29 Lüftung Detaillierte Anlagenaufnahme Berechnung des Strombedarfs nach DIN V Langzeit-Messungen (im Einzelfall) Kurzzeit-Messungen in Schaltschränken Berechnung des Jahresstromverbrauchs

30 Jahres-Betriebsstunden von Lüftungsanlagen in Bürobereichen [h/a] a 2.a 2.b 8.b 2.c 4.d 12.c 4.a 4.b 4.c 8.a DIN V notwendig

31 Energie Extrem große Spanne von Energiekennwerten (Faktor 6!) Primärenergieverbrauch liegt zum Teil mehr als 50 % über dem normierten Bedarf! Stromverbrauch macht ca % des Gesamtenergieverbrauchs aus Anteil Kälte überwiegend < 10 % des gesamten Primärenergieverbrauchs Effiziente Beleuchtungssysteme werden erfolgreich eingesetzt. Lüftungsanlagen werden effizient geplant, aber ineffizient betrieben.

32 Nutzung / Gebäudemanagement Kommunikation Nutzer Gebäude muss verbessert werden Offene/schlanke Raumkonzepte sind in der Nutzung sensibel Zählerauslesung ist Standard- Leistung, i. d. R. ohne Nutzung zur Betriebsoptimierung Keine geeigneten Monitoring- und Zählerkonzepte GLT wird nicht effektiv zur Betriebsoptimierung genutzt Geringe Transparenz in der (GLT-) Dokumentation

33 User Service Portal

34 The EVA- Project Betriebsoptimierung Optimierung: Neue Gebäudeleittechnik Modifikation der dezentralen Lüftungsgeräte Ergebnis: Erhebliche Komfortverbesserung Erhebliche Energieeinsparung Jährliche Kosteneinsparung: ca / a Annual Consumption of Final Energy [kwh/(m² NGFr a)] Reduction of Energy Consumption - 49 % - 36 % Electrical Energy Heat (Gas)

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36 Optimierungspotenzial im Betrieb: Mehr als 30 Einzelmaßnahmen identifiziert Wichtigste Maßnahmen: Anlagen-Laufzeiten Set-Points Regelungsalgorithmen Sensorik Überwiegend no/low invest mit Wirtschaftlichkeit < 3 Jahre

37 Fazit: - Innovative Konzepte können in der Praxis bestehen! - Betriebsoptimierung ist notwendig und hochwirtschaftlich! - Evaluierung beschleunigt Innovation! - Nutzung innovativer Technik oft einseitig zugunsten neuer architektonischer Optionen!

38 Perspektive EVA X - EnBop : - Kontinuierliche Erfahrungswerte zu Innovativen Technologien - Effektivere und teilautomatisierte Werkzeuge zur Betriebsführung - Schulung der Akteure - Enge Kooperation von Wirtschaft und Wissenschaft

39 Energieoptimiertes Betreiben Wirtschaftlichkeit klein groß Priorität: Energieoptimiertes Bauen Einsparvolumen

40 Energieeffizienz stärken in Planung, Bauen und Betrieb! 8 th International Conference for Enhanced Building Operations ICEBO 2008 in Berlin