Energieeffiziente Gebäudeautomation Normative Grundlagen (und reale Ergebnisse)

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1 Energieeffiziente Gebäudeautomation Normative Grundlagen (und reale Ergebnisse) Forschung & Entwicklung Institut für Gebäudetechnik und Energie - IGE Prof. Urs-Peter Menti Leiter Institut T direkt urs-peter.menti@hslu.ch Horw ENERGIE APERO LUZERN

2 Übersicht Ausgangslage Frühere Studien Normative Grundlagen SIA Fragestellungen P+D-Projekt Untersuchungsobjekt Projektablauf Resultate Fazit 2,

3 In eigener Sache bisher ab heute Abteilung Gebäudetechnik Zentrum für Integrale Gebäudetechnik Institut für Gebäudetechnik und Energie + = Lehre Forschung und Dienstleistung Lehre, Weiterbildung, Forschung, Dienstleistung Adrian Altenburger Urs-Peter Menti Co-Leitung Altenburger / Menti 3,

4 Ausgangslage (Erst) ein hoher Automatisierungsgrad der Gebäudetechnik führt zu energieeffizienten und nutzerfreundlichen Gebäuden Viel Gebäudeautomation (GA) führt zu einem hohen Energieverbrauch (Eigenverbrauch der GA) und zu unzufriedenen Nutzenden 4,

5 Ausgangslage Führt ein hoher Automatisierungsgrad zu energieeffizienteren Gebäuden und zu einer höheren Nutzendenzufriedenheit? 5,

6 Frühere Studie Hochschule Biberach «Energieeffizienz durch Gebäudeautomation» [Hochschule Biberach, Prof. Dr. Martin Becker et al; 2011] Ziel: Beurteilung der Einsparpotenziale durch Raum- und Gebäudeautomation Methodik: - Literaturrecherche - Experimentelle Untersuchungen in verschiedenen Seminarräumen der Hochschule - Simulationen Erkenntnisse: - Erhebliche Einsparpotenziale durch Gebäudeautomation vorhanden - Analyse anhand verschiedener Räume führt möglicherweise zu grossen Abweichungen 6,

7 Frühere Studie Hochschule Luzern «Eigenenergieverbrauch der Gebäudeautomation» [Hochschule Luzern, Philipp Kräuchi et al; 2016] Ziel: Beurteilung des Eigenenergieverbrauchs der Gebäudeautomation Methodik: - Messungen (Labor) - Simulationen Erkenntnisse: - Eigenenergieverbrauch nicht vernachlässigbar (Stromverbrauch GA 2-5 kwh/m 2.a) - Massgebend sind Produktwahl und Systemgestaltung und weniger die Funktionalität (mehr siehe 7,

8 Normative Grundlagen Energy Performance Building Directive (EPBD) «Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden» SIA (SN EN 15232) «Energieeffizienz von Gebäuden Einfluss von Gebäudeautomation und Gebäudemanagement» (Gültig seit: ) 8,

9 SIA : GA-Effizienzklassen Vier GA-Effizienzklassen (A, B, C, D) Klasse A: hoch energieeffizientes GA-System und technisches Gebäudemanagement (TGM) Klasse B: erweitertes GA-System und einige spezielle TGM-Funktionen Klasse C: Standard GA-System Klasse D: nicht-effizientes GA-System Je nach GA-Effizienzklasse wird die Art der Regelung für alle Gewerke und Komponenten (Funktionsliste) vorgeschrieben. (Unterschiedlich für Wohn- und Nicht-Wohngebäude) 9,

10 SIA : GA-Effizienzklassen Anwendungsbeispiel: Es wird in einem Bürogebäude die GA-Energieeffizienzklasse B gewählt Tabelle 2 Funktionsliste und Zuordnung zu den Klassen der GA-Energieeffizienz (SIA ) 10,

11 SIA : GA-Faktor-Verfahren Bestimmung des Energieverbrauches nach dem GA-Faktor Verfahren Faktor für therm. Energie (Raumheizung) Faktor für therm. Energie (Raumkühlung) Faktor für therm. Energie (Trinkwassererwärmung) Faktor für elektr. Energie (Lüftung, Beleuchtung und Hilfsgeräte) Endenergiebedarf eines Gebäudes in Klasse C = Endenergiebedarf des Gebäudes in Klasse A * GA-Faktor 11,

12 SIA : GA-Faktorverfahren 12,

13 SIA : GA-Faktorverfahren (Beispiel Büronutzung) Energieeffizienzklassen EN GA-Faktor thermische Energie Büro GA-Faktor elektrische Energie Büro A Hoch energieeffiziente Raumautomation und vernetzte Gewerke B Höherwertige, Gewerk-optimierte Einzellösung, partiell vernetzt C Standard Raumautomation Referenzgrundlage D Keine Raumautomation nicht energieeffizient ,

14 Das sagt die Norm. Aber wie sieht die Realität aus? und was meinen die Nutzer/innen dazu? 14,

15 Fragestellungen Projekt Forschungsfragen: Können die in der Norm beschriebenen Einsparpotenziale auch in der Realität realisiert werden? Wie sieht die Zufriedenheit der Nutzenden bei den verschiedenen GA- Effizienzklassen aus? Forschungsthesen: Die Gebäudeautomations-Effizienzklasse A verbraucht weniger thermische und elektrische Energie als die Klasse D. Die Gebäudeautomations-Effizienzklasse A führt zu einer besseren Nutzendenzufriedenheit als die Klasse D. 15,

16 Projektziele Quantifizieren des Energieverbrauchs des Gebäudes in Abhängigkeit verschiedener Effizienzklassen der Gebäudeautomation, differenzierte Energieverbrauchsauswertung (elektr.) nach Verbraucherkategorien (gemäss SIA 380/4 ) Ermitteln der realisierbaren Einsparpotentiale unterschiedlicher Effizienzklassen der Gebäudeautomation Auswirkungen von Werktagen und Wochenenden sowie der Jahreszeiten auf die Energieeinsparungen bei den verschiedenen Gebäudeautomations- Effizienzklassen Auswirkungen verschiedener Gebäudeautomations- Effizienzklassen auf die Nutzendenzufriedenheit 16,

17 Neubau Bürogebäude HKG Engineering in Aarau Untersuchungsdesign Bürogebäude mit umschaltbaren GA- Effizienzklassen 17,

18 Projektpartner P+D-Projekt; finanziert durch das Bundesamt für Energie Herzlichen Dank für die Unterstützung und die gute Zusammenarbeit! 18,

19 Gebäudeplan (Bürogeschoss) Erstellt: 2014 Energie: Fernwärme/-kälte Einzelbüro: 175 m2 Gruppenbüro: 350 m2 Korridore: 110 m2 ICT Raum: 13 m2 Cafeteria: Lobby / Bespr. Nebenräume: Nutzfläche: 34 m2 70 m2 100 m2 850 m2 19,

20 Lüftungs- und Heizungszonen Lüftung Heizung / Kühlung 20,

21 Systemschnitt Büro 21,

22 Realisierung der Automatisierungsgrade nach SIA Beleuchtung Storen Heizung / Kälte Lüftung 22,

23 Realisierung der Automatisierungsgrade nach SIA Die Vorgaben der SIA 386:110 wurden so gut wie möglich umgesetzt, teilweise war es aber aus technischer Sicht bei einzelnen Komponenten nicht möglich, eine vollständige Umschaltung A B C D zu realisieren Effektiv realisiert 23,

24 Messkonzept Wärme-Kältezähler - Fussbodenheizung - Lüftung / Umluft (nur Kühlung) Elektrozähler - Lüftung - Licht - Steckdosen - Storen - GA (Eigenverbrauch) - Pumpen - Server - Betriebseinrichtungen Raumlufttemperaturen Datenerfassung: - Aggregierung der Momentanwerte zu Tagessummen 24,

25 Ablauf der Messungen - Umschaltung der Klassen alle zwei Wochen gemäss Plan - Umschaltung jeweils am Montagmorgen - Gleichmässige Verteilung auf Jahreszeiten - Gleichmässige Verteilung der Klassen A, B, C, D - Messperiode: ,

26 Messungen / Auswertungen - Erfahrungen: - Abgrenzungsprobleme bei Gruppierung der einzelnen Verbraucher Korrekturen bei der Auswertung nötig - Ausführliche Inbetriebnahmephase / Testmessungen / Plausibilisierungen nötig (Durchführung im Rahmen einer Diplomarbeit) - Korrekturen / Hochrechnungen auf Jahresverbräuche pro GA-Klasse - Fehlerrechnung zur Qualitätssicherung der Umrechnungen 26,

27 Befragung der Nutzenden - Durchführung alle zwei Wochen (online, Umfang: 23 Fragen) - Fragen zu Einflussnahme, Akzeptanz, Behaglichkeit, Betriebszeiten von Beleuchtung, Öffnungsgrad und Öffnungsdauer der Fenster, etc. - Rücklauf variabel, Akzeptanz schwierig - Stichprobengrösse zu gering keine statistisch relevanten Aussagen möglich; Trends / Tendenzen lassen sich aber erkennen Messperioden Projekt: P+D HKG Engineering Aarau Monat Juni Juli Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb März April Mai Juni Juli Aug Sep Okt Woche D B A C 27,

28 Erfahrungen aus den Messungen (Auswahl) Störgrössen / externe Einflüsse sind zu beachten (z.b.: Einfluss glänzende Motorhaube auf Tageslichtsensor ) Dank Monitoring Fehlfunktionen erkennbar (z.b.: Nachtauskühlung) Auswahl und Platzierung der Sensoren massgebend für Qualität der Regelung Der Nutzer wehrt sich, wenn er mit der Automation nicht zufrieden ist Gegenmassnahme in der Energieeffizienzklasse A für mehr Licht 28,

29 Das 4-Klassen-Gebäude Neubau Hauptsitz HKG Aarau - Pilot- und Demonstrationsprojekt ENERGIE APÉRO LUZERN HKG Consulting AG Roger Neuhaus Delegierter VR, Mitinhaber Herzog Kull Group Holding AG T direkt roger.neuhaus@hkg.ch Luzern, 03. April 2017

30 Hochschule Luzern Resultate 2, 30, ENERGIE ZIG-Planerseminar APÉRO LUZERN 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Roger Technik Neuhaus, & Architektur hkg.ch

31 Hochschule Luzern Gesamtenergie - etwa 55%: GA-Klassen unabhängig (ICT, Betriebseinrichtungen) - Klasse A: 96% - Klasse B: 99 % - Klasse C: 100% - Klasse D: 105% 3, 31, ENERGIE ZIG-Planerseminar APÉRO LUZERN 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Roger Technik Neuhaus, & Architektur hkg.ch

32 Hochschule Luzern GA-abhängige Energie 1. Hauptverbraucher: Beleuchtung 2. Hauptverbraucher: Lüftung Weitere Verbraucher: Pumpen, Storen, Eigenverbrauch GA 4, 32, ENERGIE ZIG-Planerseminar APÉRO LUZERN 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Roger Technik Neuhaus, & Architektur hkg.ch

33 Hochschule Luzern 1. Hauptverbraucher: Beleuchtung (30%) - Klasse A im Durchschnitt 10% (von 30%) besser als B,C,D 5, 33, ENERGIE ZIG-Planerseminar APÉRO LUZERN 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Roger Technik Neuhaus, & Architektur hkg.ch

34 Hochschule Luzern 2. Hauptverbraucher: Lüftung (8%) - Klasse D im Durchschnitt 40% (von 8%) schlechter als A,B,C 6, 34, ENERGIE ZIG-Planerseminar APÉRO LUZERN 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Roger Technik Neuhaus, & Architektur hkg.ch

35 Hochschule Luzern Weitere Verbraucher: Pumpen, Storen, Eigenverbrauch GA (7%) Pumpen (Klasse A am besten), Storen (indifferent) 7, 35, ENERGIE ZIG-Planerseminar APÉRO LUZERN 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Roger Technik Neuhaus, & Architektur hkg.ch

36 Hochschule Luzern Thermischer Energieverbrauch Hochgerechneter thermischer Jahresenergieverbrauch 8, 36, ENERGIE ZIG-Planerseminar APÉRO LUZERN 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Roger Technik Neuhaus, & Architektur hkg.ch

37 Hochschule Luzern GA-Effizienzfaktor fbacs nach SIA Elektrische Effizienz der GA-Klassen Thermische Effizienz der GA-Klassen Heizen Kühlen 9, 37, ENERGIE ZIG-Planerseminar APÉRO LUZERN 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Roger Technik Neuhaus, & Architektur hkg.ch

38 Hochschule Luzern GA-Effizienzfaktor fbacs nach SIA Elektrische Effizienz der GA-Klassen Thermische Effizienz der GA-Klassen Heizen Kühlen 10, 38, ENERGIE ZIG-Planerseminar APÉRO LUZERN 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Roger Technik Neuhaus, & Architektur hkg.ch

39 Hochschule Luzern Komfort Raumlufttemperaturen (oben: Maximum, Mitte: Durchschnitt, unten: Minimum) 11, 39, ENERGIE ZIG-Planerseminar APÉRO LUZERN 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Roger Technik Neuhaus, & Architektur hkg.ch

40 Hochschule Luzern Akzeptanz, Nutzerumfrage Rücklauf der (elektronischen) Nutzerbefragung 12, 40, ENERGIE ZIG-Planerseminar APÉRO LUZERN 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Roger Technik Neuhaus, & Architektur hkg.ch

41 Hochschule Luzern Gesamteffizienz 13, 41, ENERGIE ZIG-Planerseminar APÉRO LUZERN 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Roger Technik Neuhaus, & Architektur hkg.ch

42 42, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur

43 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 43, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur