Herausforderungen der Gebäudetechnik

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1 Herausforderungen der Gebäudetechnik Sonderprobleme der Gebäudeenergetik WS 2014/2015 Dr. Peter Mösle

2 Lebenslauf Dr. Peter Mösle Drees & Sommer Advanced Building Technologies GmbH Obere Waldplätze Stuttgart Tel Peter Mösle Dr.-Ing. Partner Geschäftsführer Beruflicher Werdegang seit 2012 Partner Drees & Sommer ABT GmbH seit 2010 Geschäftsführer Drees & Sommer ABT GmbH 2010 Promotion an der Universität Stuttgart seit 2007 Mitglied der Geschäftsleitung Drees & Sommer ABT GmbH seit 1996 Ingenieur für Energieeffizientes und Nachhaltiges Bauen bei Drees & Sommer ABT GmbH bis 1996 Studium an der Universität Stuttgart, University of Arizona und Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg Veröffentlichungen Mitautor des Buchs Green Building (2007 dt., 2009 engl.) Mitautor des Buchs "Nachhaltige Stadtplanung" (2013) Mitautor des Buchs Green Office Mitautor ZIA-Publikation Leitfaden von Nachhaltigkeitsmessungen im Immobilienportfolio Diverse Veröffentlichungen zu Cradle to Cradle (z. B. Immobilienzeitung, NZZ, StZ etc.) Funktionen Mitglied des Präsidiums der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen e. V. (DGNB) Mitglied des Fachausschusses DGNB Mitglied des World Green Building Council (Rating Tool Committee) Mitglied im ZIA-Ausschuss Nachhaltigkeit, Energie, Umwelt 2

3 Ganzheitliches Planen und Beraten Energiedesign Effizienz durch Intelligenz Energiemanagement Volle Kraft voraus GB Zertifizierung Die Zukunft schwarz auf weiß Techn. Gebäudeausrüstung Technische Wirtschaftlichkeit Fassadentechnik Alles Fassade Generalfachplanung Komplett aus einem Guss Tragwerk Filigrane Nachhaltigkeit Bauphysik Garantiert wirtschaftlich Revitalisierung Anerkannter Spezialist Bauökologie Gesundes Umfeld zufriedene Menschen Facility Management Erfüllt was der Entwurf verspricht Green City Development Nachh. Quartiersentwicklung 3

4 Platin Gold Gold Referenzen (Auszug) Commissioning & Monitoring Deutsche Bank, Frankfurt Kreissparkasse, Göppingen Gold höchste Energieeffizienz Spiegel, Hamburg Bildungscampus, Heilbronn 4

5 kw = kwh heutige Planung zusätzlich erforderliche Planung

6 Energieverbrauch als neue Bauqualität und politische Zielvorgabe WSVO Energieeffizienzpfad EnEV Energie für Betrieb Passivhaus Plus-Energie Gebäude Baustoffe Zeit Aber: Energieverbrauch oftmals Faktor 2 3 im Betrieb höher als der Bedarf Energieausweis ist als Instrument nicht ausreichend für eine energieeffiziente Planung mit gesicherten Planwerten im Betrieb 6

7 Auswertung Büroportfolio 7

8 Energiekosten* * bei m² NGF 2014: /a /a 2020: /a /a 8

9 Technische, energetische Komplexität und Komfortanspruch steigen

10 Steigende Komplexität Firmen Gebäudeautomation Bauaufsichtliche Abnahme Nutzer, Mieter Betreiber Bauleitung Brandschutzkonzept Technik Bausoll Käufer DD Green Label CO 2 Footprint 10

11 Geile Bilder Umweltzeichen Gold Regenerative Quellen: Natürliche Lüftung Nachtkühlung Geothermie Fassade: Ressourcenschonende Holz-Alu-Doppelfassade 3-fach-Verglasung und optimalen Wärmeschutz Raumklima: Steuerbare thermisch aktive Bauteile Schichtlüftung Thermische Steckdose Material- und Ressourceneinsatz: Gesundheitsverträgliche Materialien Primärenergetisch günstige Materialien FSC-zertifiziertes Holz Energiekonzeption: Geothermie mit Wärmepumpe Fernwärme Primärenergiebedarf < 100 kwh/m²a Architekt: Henning Larsen Nachweise: Hafen City Label 4 Sterne Gold Energiemonitoring für 2 Betriebsjahre

12 Zertifikat DGNB Gold Zertifikat LEED Platinum Regenerative Quellen: Natürliche Lüftung Abwärmenutzung Solarthermie Photovoltaik Energierückgewinnung Aufzüge Fassade: 3-fach-Verglasung mit Parallelabstellflügel Fensterflächenanteil 40 % Raumklima: Heiz-/Kühldecke LED-Beleuchtung Material- und Ressourceneinsatz: Gesundheitsverträgliche Materialien Primärenergetisch günstige Materialien FSC-zertifiziertes Holz Energiekonzeption: Fernwärme Absorptionskältemaschinen Primärenergiebedarf < 210 kwh/m²a 12 Architekt: Mario Bellini Nachweise: LEED Platinum DGNB Gold Energiemonitoring für 1 Betriebsjahr

13 Regenerative Quellen: Abwärmenutzung Energierückgewinnung Aufzüge Werkswasser mit Wärmepumpe Fassade: Closed Cavity Fassade mit 3-fach-Verglasung Raumklima: Heiz-/Kühldecke LED-Beleuchtung Material- und Ressourceneinsatz: Gesundheitsverträgliche Materialien FSC-zertifiziertes Holz Energiekonzeption: Fernwärme Absorptionskältemaschinen Primärenergiebedarf < 130 kwh/m²a Nachweise: Minergie Sonstiges: Modulares Bauen mit hoher Vorfertigung Architekt: Herzog & de Meuron

14 Regenerative Quellen: Natürliche Lüftung Nachtkühlung Nachwachsende Rohstoffe Fassade: 3-fach-Verglasung und optimalen Wärmeschutz Raumklima: Steuerbare thermisch aktive Bauteile im Neubau Heiz-/Kühldecke im sanierten Bestand Schichtlüftung Material- und Ressourceneinsatz: Gesundheitsverträgliche Materialien Primärenergetisch günstige Materialien FSC-zertifiziertes Holz Energiekonzeption: Holzpelletkessel Primärenergiebedarf < 80 kwh/m²a Architekt: Auer + Weber Nachweise: DGNB Gold Monitoring in 2 Betriebsjahren Forschungsvorhaben

15 Neubau Verwaltungszentrum Stadt Freiburg Plusenergiehaus ingenhoven architects

16 Energiekonzept Hoher Wärmeschutz der Gebäudehülle (Sommer +Winter) auf Passiv-haus- Niveau solare Warmwasserbereitung Hohe thermische und visuelle Behaglichkeit Wassersparende Armaturen und wasserlose Urinale Regenerative Stromerzeugung auf dem Dach und in der Fassade Tageslicht durch Lichtlenkung im Sonnenschutz außenliegender Sonnenschutz natürliche Fensterbelüftung regenerative Wärme- und Kälteversorgung 16

17 Projektbeispiel ECB 17

18 Fakt Nur Gebäude, die ihre richtige technische Funktion erlangen, können energieoptimiert betrieben werden! 18

19 Projektabwicklung

20 Strategisches Inbetriebnahmemanagement Theorie und Praxis bei Einzelvergabe Projektbeginn Zeitlicher Ablauf eines Bauprojekts Übergabetermin Betrieb Theorie Bauphase Vorplanung Entwurfsplanung Ausführungsplanung Inbetriebnahme Probebetrieb übliche Praxis??? HOAI: Mitwirken Mitwirken ist passiv! Viele Schnittstellen: Wer koordiniert? keiner ist verantwortlich MSR Sanitär Brandschutz Elektro Fördertechnik Heizung Lüftung Klima Termine? Qualitäten? Zielerreichung ist kaum beeinflussbar! 20

21 Sandra Schuck, Berlin Fazit Nur durch die Einführung von neuen Prozessen und Methoden sind die heutigen energetischen Ziele im Betrieb auch erreichbar! Professionelles Commissioning (1) Ganzheitliches Energiedesign mit Ausschreibung der Energieeffizienz (2) Strategisches Inbetriebnahmemanagement nach VDI 6039 mit Emulation (3) Energie- und Technikmonitoring für die IB und ersten Betriebsjahre mit EMS 23

22 Professionelles Commissioning 3 Bausteine als besondere Leistung Planungsphase Bauphase Betrieb Jahre VOB (1) Ganzheitliches Energiedesign mit Ausschreibung der Energieeffizienz (2) Strategisches Inbetriebnahmemanagement nach VDI 6039 mit Emulation (3) Energie- und Technikmonitoring für die IB und ersten Betriebsjahre mit EMS 24

23 Projektbeteiligte Planungsphase Bauphase Betrieb Jahre VOB Projektmanagement Energiedesigner / Inbetriebnahmemanager / Energiemanager Planungsteam Baufirmen Facility Manager 25

24 (1) Ganzheitliches Energiedesign HOAI-2/3: Energieeffiziente & wirtschaftliche Konzeption 26

25 (1) Ganzheitliches Energiedesign HOAI-5/6: Ausschreibung Energieeffizienz Anlageneffizienz Zählerkonzept mit Teil- Energiesollwerten Steuer-/Regelablauf Funktionsprüfungen mit Verbundtest 27

26 (1) Ganzheitliches Energiedesign Beschreibung Steuerung/Regelung übliche Vorgaben 28

27 (1) Ganzheitliches Energiedesign Übliche Vorgaben für Programmierung Fehlende Punkte bzw. Fehler des Ablaufdiagramms Keine eindeutige Zuordnung von Elementen Schleifen Fehlende Statusfelder (Sollwerte etc.) Fehlende/falsche Beschriftung der Abfragezweige (Ja/Nein) Fehlende Trennung Heiz-/Kühlbetrieb Fehlende Rückschaltbedingungen Fehlende Kommentare zur Erläuterung 29

28 (1) Ganzheitliches Energiedesign Vollständige Funktionsbeschreibung mittels Ablauf Berücksichtigung aller Anmerkungen der Überprüfung verständlicher und nachvollziehbarer Ablauf 30

29 (1) Ganzheitliches Energiedesign HOAI-5/6: Vorbereitung Monitoring SOLL IST? = Teilzielwert A Teilzielwert B Teilzielwert C 31

30 (1) Ganzheitliches Energiedesign HOAI-5/6: Vorbereitung Monitoring 32

31 Professionelles Commissioning 3 Bausteine als besondere Leistung Planungsphase Bauphase Betrieb Jahre VOB (1) Ganzheitliches Energiedesign mit Ausschreibung der Energieeffizienz (2) Strategisches Inbetriebnahmemanagement nach VDI 6039 mit Emulation (3) Energie- und Technikmonitoring für die IB und ersten Betriebsjahre mit EMS 33

32 (2) Strategisches Inbetriebnahmemanagement Was wird eigentlich benötigt? Ein Prozess für Inbetriebnahme, Abnahme, Übergabe Projektbeginn Zeitlicher Ablauf eines Bauprojekts Übergabetermin Betrieb Theorie Probebetrieb Bauphase Vorplanung Entwurfsplanung Ausführungsplanung Inbetriebnahme übliche Praxis Ergebnis ungewiss Inbetriebnahme Projekt mit IBM Inbetriebnahmemanagement: Inbetriebnahme Abnahme Übergabe Optimaler Betrieb Inbetriebnahmemanagement: geplanter, durchgehender Inbetriebnahmeprozess zur Optimierung und Sicherung der Qualität 34

33 (2) Strategisches Inbetriebnahmemanagement Inbetriebnahmemanager nach VDI 6039 Berater und Controller ab der Planung Koordiniert umfänglich Hat Weisungsbefugnis Führt Begehungen durch Lenkt die förmlichen Abnahmen Betreut nach Übergabe weiter 35

34 (2) Strategisches Inbetriebnahmemanagement Statusaufnahmen Alle Anlagen sind vor Beginn der Inbetriebnahmen aufzunehmen und zu bewerten Fertigstellungsgrad Schnittstellenklärung Planungsanforderungen Vorleistungen Funktionalität Die Bewertungen sind in einer übersichtlichen Visualisierung darzustellen Diese Visualisierung dient zur Sensibilisierung und Deutlichmachung der Abhängigkeiten jedes einzelnen Gewerks Über Ampelfunktionen können die Abarbeitungen und Fertigstellungsgrade schnell verdeutlicht werden Gute Übersicht für das Reporting an übergeordnete Stellen 37

35 (2) Strategisches Inbetriebnahmemanagement Werkzeuge: Prozesskette pro Anlage abgeschlossen/i.o. in Arbeit/Klärung erforderlich nicht begonnen/kritisch 38

36 (2) Strategisches Inbetriebnahmemanagement Projektbeispiel bauliche Vorleistungen Montage Inbetriebnahme 39

37 (2) Strategisches Inbetriebnahmemanagement Projektbeispiel bauliche Vorleistungen Montage Inbetriebnahme 40

38 (2) Strategisches Inbetriebnahmemanagement Projektbeispiel bauliche Vorleistungen Montage Inbetriebnahme 41

39 (2) Strategisches Inbetriebnahmemanagement HOAI-8: Emulation-Vorabinbetriebnahme MSR ist ein wichtiges Gewerk jedoch ist die Ausführung in keinster Weise transparent und prüffähig! Funktionsprüfung erfolgt nur für bestimmte Werte, MSR bleibt jedoch undurchschaubar als Black Box Black Box MSR 42

40 (2) Strategisches Inbetriebnahmemanagement Vorgehensweise mit Emulation Helligkeit Außentemperatur Virtuelle Testumgebung Simulierte Fühlerwerte (z. B. Strahlung, Außentemperatur, Sonnenstand, Betriebsvorgaben) Ja Reales GA-Gerät (z. B. Regelung Lüftungsanlage, Wärme-/Kältezentrale, Einzelraumregelung) t in h Aufgezeichnete Stell- und Regelsignale (z. B. Klappenstellung Schaltsequenz Erzeuger) Sonnenstand Betriebsvorgaben 0 t in h 43

41 Robert Sprang, Egling (2) Strategisches Inbetriebnahmemanagement Beispiel Neubau Spiegel, Hamburg Auswirkungen ohne Emulation: Später Beginn Konzeption und Programmierung der komplexen Funktion Anlage nicht funktionsfähig aufgrund von Programmier- und Parametrierfehlern Zahlreiche Nutzerbeschwerden, lange Nacharbeit, geringere Energieeffizienz, etc. Vorteile der Emulation: Ausführende Firma setzt sich rechtzeitig mit Funktion auseinander ( Emulationsdruck ) Programmier- und Parametrierfehler vorab behoben Gute Energieeffizienz bereits zu Betriebsbeginn 44

42 Hans-Georg Esch, Hennef (2) Strategisches Inbetriebnahmemanagement Inbetriebnahme mit Teilleistungen Probebetrieb Start Probebetrieb Überprüfung GLT-Schnittstelle Anlagen werden angefahren bzw. zugeschalten, Handbetrieb der Anlagen Test der GLT, Zugriff auf Anlage möglich Funktion Sicherheitsmatrix Einregulierung Leistungsvermessung Test aller Sicherheitskomponenten und Abläufe Hydraulische und elektrische Einregulierung Hydraulische und elektrische Messung Beschilderung Mit Vorabbeschilderung Vorabdokumentation Abstimmung mit AG 45

43 goodluz - Fotolia.com (2) Strategisches Inbetriebnahmemanagement Abnahme und Übergabe Teilleistungen Rechtsgeschäftliche Abnahme Formaler Akt der rechtsgeschäftlichen Abnahme im Sinne des Werkvertragsrechts Gewährleistungsfristen Aufstellung der Gewährleistungsfristen je Vergabeeinheit Übernahme durch den FM-Betrieb Betrieb durch interne oder externe Betreiber Schlussrechnung Prüfung und Freigabe der Schlussrechnung Übergang in Regelbetrieb Start des Gebäuderegelbetriebs und der Nutzungsphase 46

44 Professionelles Commissioning 3 Bausteine als besondere Leistung Planungsphase Bauphase Betrieb Jahre VOB (1) Ganzheitliches Energiedesign mit Ausschreibung der Energieeffizienz (2) Strategisches Inbetriebnahmemanagement nach VDI 6039 mit Emulation (3) Energie- und Technikmonitoring für die IB und ersten Betriebsjahre mit EMS 47

45 (3) Energie- und Technikmonitoring HOAI-8 bis 10: Überprüfung Energieeffizienz Anlagen und Gebäude 48

46 (3) Energie- und Technikmonitoring HOAI-8 bis 10: Überprüfung Energieeffizienz Anlagen und Gebäude Energiezähler Messfühler Intelligente Algorithmen Das Drees & Sommer-EMS gibt sich nicht mit der bloßen Visualisierung von Zählerdaten zufrieden, sondern verbindet Energiezähler, Messfühler und intelligenten Algorithmen. Energieoptimaler Betrieb wird erreicht! 49

47 (3) Energie- und Technikmonitoring HOAI-8 bis 10: Überprüfung Energieeffizienz Anlageneffizienz Gebäudeenergieeffizienz 50

48 (3) Energie- und Technikmonitoring HOAI-10 - Nutzung des Gewährleistungsanspruchs Bau-Vergabe 53

49 (3) Energie- und Technikmonitoring Projektbeispiel Neubau Spiegel, Hamburg Soll aus Planung:

50 (3) Energie- und Technikmonitoring ISO Zertifizierung Energiepolitik Management- Review Energieplanung Einführung und Umsetzung Überwachung, Messung und Analyse Kontrolle Interne Auditierung des EnMS Nichtkonformitäten, Korrekturen, Korrektur- und Vorbeugungsmaßnahmen 55

51 What s Next?

52 Betrachtungs-Umfang Innovationen What s Next? Stoffkreisläufe als neues Zukunftsthema Bau-Qualitäten Prinzip: Cradle to Cradle Bewertungsinstrumente Benchmarks /m² kwh/m² Wärmeschutznachweis Energieausweis Green Building Zertifikat Entwicklungsstufen des Bauens 57

53 Gebäude als Rohstoffdepot? Indium Stahl Tragwerk (40-80a) Bodenbelag (8-12a) Gips etc. Aluminium Fassade (25-35a) Kupfer Haustechnik (10-20a) 58

54 Bild: Recycling Heute Am Beispiel einer Außenwand 1. Anstrich 2. Oberputz 3. Haftgrund 4. Unterputz 5. Glasarmierungsgitter 6. EPS Wärmedämmung 7. Befestigungsdübel 8. Klebemörtel 9. Kalksandstein Mauerwerk 10. Mörtel 11. Armierungsstahl 12. Frischwasserrohre Kupfer 13. Elektroinstallationskabel 14. Abwasserrohre PVC 15. EDV und Telefon Installation 16. Gipsputz 17. Armierungsgitter 18. Tapete 19. Innenfarbe untrennbare Materialschichten 59 WDVS

55 Energieeffizienz Vom Effizienzpfad zur Circular Economy sparen vermeiden reduzieren WSVO Energieeffizienzpfad EnEV Passivhaus Plus-Energie Gebäude Zeit Energie für Betrieb Baustoffe 60

56 Energieeffizienz Vom Effizienzpfad zur Circular Economy Zeit Passivhaus Plus-Energie Gebäude Energie für Betrieb sparen vermeiden reduzieren WSVO EnEV Energieeffizienzpfad Baustoffe 61

57 Energieeffizienz Vom Effizienzpfad zur Circular Economy + erneuerbar rezyklierbar Zeit Passivhaus Plus-Energie Gebäude Energie für Betrieb fossil linear WSVO EnEV Energieeffizienzpfad Baustoffe 62

58 Cradle to Cradle Die Methode der Stoffkreisläufe EPEA

59 Die nahe Zukunft: das e-building Für Neubau und sanierter Bestand 64

60 Ihr innovativer Partner für BERATEN PLANEN BAUEN BETREIBEN