Strategien zur Betriebsoptimierung in Gebäuden der öffentlichen Hand am Beispiel der Stadt Frankfurt am Main

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1 Strategien zur Betriebsoptimierung in Gebäuden der öffentlichen Hand am Beispiel der Stadt Frankfurt am Main Estelle Wüsten Architektin M.A. I zertifizierte Passivhaus Planerin Energiemanagement I Hochbauamt Frankfurt a.m. Frankfurt am Main setzt national als auch international bereits heute Akzente. So ist Frankfurt Passivhaushauptstadt Deutschlands und hat beim Europäischen Green Capital- Wettbewerb den 2. Platz erreicht. Aber wir wollen mehr: bis 2050 soll die Versorgung der Stadt Frankfurt zu 100% aus erneuerbaren Energien erfolgen. Dies bedeutet nach aktuellen Extrapolationen im Gebäudesektor eine Energieeffizienz-Steigerung von 50%. Unterdessen fordert die EU-Gebäuderichtlinie (Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden EPBD), ab dem alle neuen Gebäude als >Niedrigstenergiegebäude (in den Entwürfen auch als Fast-Nullenergiegebäude bezeichnet) auszuführen. Für öffentliche Gebäude ist dies bereits ab 2019 gefordert Frankfurt reagierte auf diese proaktiv und vorbildlich und beschloss bereits 2007, alle städtischen neu zu errichtenden Gebäude im Passivhausstandard auszuführen und entsprechend wirtschaftlich zu konzeptionieren. Durch die Ausführung im Passivhausstandard werden die Betriebskosten erheblich reduziert, daher erfolgt die ökonomische Bewertung immer unter Berücksichtigung der Investitions- und betrieblichen Folgekosten. Bislang wurden von der Stadt Frankfurt 58 Projekte (ca m² NGF) im Passivhausstandard fertiggestellt, darunter Feuerwachen, Jugendhäuser, Kindertagesstätten, Schulen bzw. Schulerweiterungen, Schulmensen, Sportfunktionsgebäude sowie Turnhallen. Weitere 44 Projekte (ca m² NGF) befinden sich derzeit in der Ausführung und Planung. Unser Potential: Wir sind - Bauherr Ausführende Nutzer und Betreiber zugleich

2 Die Stadt Frankfurt hat sich zum Ziel gesetzt, ihre Gebäude nicht anhand von Bedarfsrechnungen zu zertifizieren, sondern nach real gemessenen Verbrauchswerten. Nach einer etwa 2-jährigen Betriebsführung sollen folgende Parameter untersucht werden: Zufriedenheit der Gebäudenutzer und des Betriebspersonals Ein wesentliches Problem bei kommunalen Gebäuden besteht darin, dass das Betriebspersonal und die Gebäudenutzer kein unmittelbares Interesse an der Einsparung von Energie und Wasser haben. Um diesem Problem zu begegnen, die Motivation, die Zufriedenheit und Identifikation der Nutzer mit Ihrem Gebäude zu erhöhen ist eine stetige Interaktion mit den betreffenden Personen unerlässlich. Raumluftqualität Unter dem Begriff Raumluftqualität werden 3 Aspekte (Temperatur, Co 2 -Gehalt, Feuchte) der Raumluft untersucht, die Auswirkungen auf das Wohlbefinden, die Konzentration und die Gesundheit der Menschen haben. Raumluftqualität ist sehr stark von der persönlichen Empfindung der einzelnen Person abhängig. Ziel ist, dass eine große Anzahl der Raumnutzer zufrieden ist und die Werte höchsten 10% der Nutzungszeit außerhalb der vorgegebenen Toleranzen liegen. Faktische Betriebskosten Die Betriebskosten setzen sich zusammen aus Reinigungs,- Wartungs-, Instandhaltungs,- Energie,- und Wasserkosten. Für alle Maßnahmen über ist eine Gesamtkostenberechnung zu führen, aus der neben den Investitionskosten auch die Betriebsund Folgekosten hervorgehen. Ziel ist, dass diese Werte um nicht mehr als 10% überschritten werden. Bei der Betrachtung der Energieverbrauchswerte eines Gebäudes nach Passivhausstandard gibt es im Vergleich zu einem herkömmlichen Gebäude nach EnEV deutliche Unterschiede. Die für den Passivhausstandard definierten Kriterien an die Luftdichtheit, sowie den Heizwärme,- und Primärenergiebedarf gelten für jedes Gebäude unabhängig seiner Nutzungsart, Nutzungszeiten, Anlagentechnik, Geometrie, Ausrichtung und Wärmeschutz und sind wie folgt: Heizwärmebedarf 15 kwh/m²/a Primärenergiebedarf 120 kwh/m²/a (inkl. Gesamt-Strombedarf) Luftdichtheit 0,6h -1 Die Einhaltung dieser Grenzwerte als gemeinsames Ziel, setzt eine integrale Planung aller am Planungsprozess Beteiligten voraus.

3 Der Bemessungswert Heizwärmebedarf (bezogen auf die Energiebezugsfläche (kwh/m²/a)) bezieht sich auf die Energiemenge, die einem Gebäude innerhalb der Heizperiode zuzuführen ist, um die gewünschte Innentemperatur aufrecht zu erhalten. Er beinhaltet keine Energiemenge zur WW- Aufbereitung, Verteilung und Speicherung. Dies bedeutet, um den tatsächlichen Heizwärmeverbrauch nachzuweisen, muss der Heizwärmeverbrauch aus dem Gesamtenergiebezug differenziert ermittelt werden. Hierzu ist ein sinnvolles Zählerkonzept erforderlich um die Energiemenge zur WW- Aufbereitung, Verteilung und Speicherung gesondert zu erfassen. Aber, insbesondere bei kleineren Liegenschaften (Kindertagesstätte), ist die Installation von Unterzählern für Strom-, Heizenergie- und Wasserverbraucher erst ab Jahreskosten die mehr als erwarten lassen wirtschaftlich. Monetär kann bewertet werden, ob die prognostizierte Energieeinsparung des Gebäudes den tatsächlichen Werten entspricht, um jedoch den Verbrauch entsprechend den Passivhauskriterien differenziert zu bewerten und vor dem Hintergrund, dass die Stadt Frankfurt die Energieverbräuche eines sehr umfangreichen Portfolios an Immobilienprojekten, insbesondere Passiv- und Niedrigstenergiehäuser, flächendeckend erfassen und bewerten möchte, werden zur Zeit für kleinere Liegenschaften und/oder bestimmte Nutzungsbereiche eigene Benchmarks zur flächendeckenden Verbrauchsauswertung erstellt. Diese Benchmarks werden mit definierten Standards, den Leitlinien zum wirtschaftlichen Bauen kombiniert. Vorteile des Passivhausstandards für Monitoring - alle Gebäude haben gleiche Anforderungen an den zulässigen Primärenergiebedarf (< 120 kwh/m²/a), Heizwärmebedarf (< 15kWh/m²/a) und Luftdichtheit ( 0,6h -1 ) Wichtig für die Auswertung der Verbrauchsdaten EnEV und Passivhausstandard haben unterschiedliche Bemessungswerte und Bezugsgrößen

4 Analysieren Grundlage jedes Energiecontrollings ist die Auswertung der Rechnungen der Energieversorgungsunternehmen (EVU). Zur genaueren Analyse sind jedoch mindestens monatliche Verbrauchswerte notwendig. Eine noch genauere Analyse des Energieverbrauchs erlaubt die automatische Verbrauchserfassung. Hier werden Viertelstunden- Lastprofile in Datenloggern vor Ort gespeichert und einmal täglich in eine zentrale Datenbank eingelesen. Auf diese Weise kann die Übereinstimmung zwischen Nutzungsprofil und Verbrauch sehr zeitnah überwacht werden. Analysieren Wird anhand der Auswertung ein Mehrverbrauch gegenüber den prognostizierten Werten festgestellt, gilt es die Ursache zu ermitteln, die oftmals vielschichtige Hintergründe hat. Eine Verbrauchsanalyse mittels EVU-Auswertung (Heizenergie), zeigt exemplarisch das Motiv für einen über der Prognose liegenden Heizwärmeverbrauch. Endenergieverbrauch (Heizenergie) kwh/m² a [EBF] ,40 34,80 Trinkwarmwasser Verluste Verteilung und Speicherung Heizung durch Temperaturerhöhung Heizung Quelle: Energiemanagement Frankfurt a.m.; Heizenergie Auswertung einer Passivhauskindertagesstätte. Werte sind gemittelt über mehrere Jahre. Stand 2012 In dieser Passivhauskindertagesstätte konnte anhand der Raumluftqualitätsmessung, als Bestandteil unserer Qualitätssicherung nach 2 Jahren Betrieb gemessen werden, dass die Innenraumtemperaturen 2 C höher gefahren werden, als sie in den Berechnungen zur Energiebedarfsermittlung angenommen wurden. Die üblicherweise bei konventionellen Gebäuden angesetzten 6% Mehrverbrauch an Heizenergie pro Grad Temperaturerhöhung können im Passivhaus nicht angesetzt werden. Dies wurde anhand mehrerer Berechnungen exemplarisch untersucht. Eine Raumtemperaturerhöhung von 20 C auf 21 C, führt zu einem höheren Heizenergiebedarf von ca. 17,8%. Eine zweite Steigerung der Raumtemperatur von 21 C auf 22 C führt zu zusätzlich ca. 15,7%. Daraus resultiert für die Kindertagesstätte ein Mehrverbrauch an Heizenergie von ca. 33,5% (~ 5 kwh/m²/a). Der scheinbar auffällige prozentuale Mehrverbrauch von 33,5% ist monetär marginal zu bewerten.

5 Reflektieren Aus den Ergebnissen die anhand der Verbrauchsanalysen, Erkenntnissen und Erfahrungen aus der Planung, der Nutzung und dem Betrieb der ersten Passivhausgebäude erfasst wurden ergeben sich verschiedene Handlungsmöglichkeiten, die als Grundlage für weitere Bauprojekte. Reflektieren Analysieren Ergebnis 1) Anpassung der Sollwerte an reale Bedingungen 2.) Empfehlungen und Motivation für die Gebäudenutzer 3.) Hochbauliche und/oder technische Standards 1. Merkblatt zur energetischen Bilanzierung mit dem PHPP (Passivhaus Projektierungs Paket) Das Nutzerverhalten wird akzeptiert/toleriert. Die Werte (z.b. Raumtemperatur, Nutzungszeit etc.) werden entsprechend der realen Nutzung angepasst und als Sollvorgabe der Berechnung zugrunde gelegt. Zielvereinbarung Da das Nutzerverhalten eine große Rolle für den Betrieb und die daraus resultierenden Verbräuche spielt, folgte die Empfehlung, vor Beginn der Vorplanung, die Planungsziele in einer abgestimmten Zielvereinbarung mit möglichst genauen Nutzungsrandbedingungen niederzulegen. Diese Zielvereinbarung bildet die Planungsgrundlage für das gesamte Planungsteam und muss mindestens folgende Punkte enthalten: das Raumprogramm mit Nutzungsarten, Nutzungsanforderungen (z.b. Nutzungsdauer, Nutzungszeiten, Personenzahlen, Raumluftkonditionen, Tageslichtbedarf, Warmwasserbedarf), Qualitäten, Außenraumgestaltung sowie Investitions- und Betriebskostenrahmen. 2. Nutzerhandbuch I Gebäudebetriebsordner Als ebenso wichtig hat sich eine ausführliche technische Einweisung des Betriebspersonals und ausreichende Information zur Nutzung und Betriebsführung herausgestellt. Daher werden bei der Stadt Frankfurt Gebäudebetriebsordner erstellt. Spätestens zur Abnahme ist sicherzustellen, dass die Planer einen für das Gebäude und die technischen Anlagen ausführlichen und allgemeinverständlichen Gebäudebetriebsordner anfertigen. Er muss mindestens folgende Register enthalten: Lageplan, Fluchtwegpläne, Notrufnummern, Liste der Ansprechpartner beim Bauherren,- und Hochbauamt, den Planungsbüros, den ausführenden Firmen, Kurzbeschreibung des Gebäudes mit Foto aller technischer Anlagen, Gewerke übergreifende Nutzungs-, und Betriebsanleitung, Liste der in der MSR und GLT eingestellten Nutzungszeiten, Raumluftqualitäten sowie eine Anleitung wie diese eingestellt werden, Wartungskalender und Wartungsanleitung für alle wartungsbedürftigen technischen Anlagen.

6 Nutzereinbindung und Interaktion Um das Interesse zu wecken, die Motivation zu erhöhen und das Erfahrungspotential vor Ort zu nutzen wurde mit den Gebäudenutzern und dem Bedienungspersonal ein Beteiligungsmodel (50:50) zur Einsparung von Energie und Wasser mit direkter Erfolgszahlung entwickelt. Die ersten 50% fließen der Liegenschaft zu. Davon bekommt der Energiebeauftragte die Hälfte als Prämie ausgezahlt. Die Zweiten 50% erhält das Energiemanagement zur Durchführung von energetischen Maßnahmen um die Weiterentwicklung der Standards stetig voran zu treiben. Fazit der Nutzereinbindung Das Beteiligungsmodell (EBN) zeigt eine positive Bilanz für das Energiecontrolling vor Ort auf und erwirkt freie Finanzmittel für Investitionen. Im Jahr 2012 konnte die Stadt Frankfurt über 1,1 Millionen an Energie- und Wasserkosten einsparen. Unsere Erfahrungen zeigen, dass Projekte dieser Art zum Selbstläufer werden können, wenn die Nutzer durch eine transparente Darstellung der Verbrauchskennwerte einbezogen, unterstützt und zeitnah am Sparerfolg, nicht nur finanzieller Art, beteiligt werden. -Höhere Motivation -Höhere Disziplin (z.b. Zählerablesung; Wartung) -Kreativität beim Energiesparen -Höhere Lernbereitschaft -Eigeninteresse sich tiefer mit der Technik und Nutzung zu beschäftigen -Sensibilisierung der Thematik Umwelt -Übernahme der Teilverantwortung -Entlastung des Energiemanagement -Verminderung von Schäden und Folgeschäden 3. Leitlinien zum wirtschaftlichen Bauen Im umfangreichen Liegenschaftsbestand der Stadt Frankfurt werden Jahr für Jahr zahlreiche Neubauund Sanierungsmaßnahmen umgesetzt. Wichtig ist, dass bei diesen Maßnahmen auch die künftigen Betriebskosten berücksichtigt werden und jeweils das wirtschaftliche Optimum realisiert wird. Deshalb hat das Frankfurter Hochbauamt Leitlinien zum wirtschaftlichen Bauen aufgestellt, die die wichtigsten Standards zusammenfassen. Fazit: Performance Gap energieeffizienter Häuser ist u.a. zurückzuführen auf: Schlechte Vorhersagen Mangelnde Anleitung für Benutzer Mangelndes Feedback für Entwickler Quelle: Menezes, Cripps, Bouchlaghem & Buswell (2012 Das Ziel: SYSTEMATISCH KLÜGER UND BESSER WERDEN Die stetige Weiterentwicklung der Standards ist ein komplexer Prozess, in dem sich rechtliche Anforderungen mit Aspekten technischer Machbarkeit, wissenschaftlicher Erkenntnis und sozioökonomischen Faktoren mischen, was die intensive Beteiligung vieler Interessengruppen erfordert.