Energieeffizientes Bauen in Theorie und Praxis Erfahrungsbericht aus 10 Jahren Forschung und Planung

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1 Energieeffizientes Bauen in Theorie und Praxis Erfahrungsbericht aus 10 Jahren Forschung und Planung Dipl.-Ing. Jörg Baumgärtner Gropiusplatz Stuttgart

2 Wer sind wir? Büro 1990 gegründet 37 Mitarbeiter 28 Dipl.-Ingenieure Maschinenbau, Versorgungstechnik, Bauphysik, Architektur Techniker, Zeichner, Sekretariat, Praktikanten, Diplomanden Folie 2

3 Die Verbundpartner EGS plan Ingenieurgesellschaft Stuttgart Planung HLSK Technik, Bauphysik und Energiekonzeption STZ Steinbeis-Transferzentrum Energie-, Gebäude und Solartechnik, Stuttgart Pilotprojekte Energiekonzeption für Siedlungen und Gebäude Innovationsverbund: Universität + Praxis Braunschweig IGS Institut für Gebäude- und Solartechnik TU Braunschweig Forschung und Entwicklung, Lehre in der Architektur Energie- und Komfort-Monitoring Stuttgart Folie 3

4 Schwerpunkte STZ und EGS-plan Energiekonzeption Energieversorgungssysteme HLSK-Planung Bauphysik Betriebsoptimierung Integrale Betrachtung Gebäudehülle und Technik Folie 4

5 Warum ein Energiekonzept? Ziel: kostengünstige und ressourcen-schonende Energieversorgung (Emissionen, Kosten, Abhängigkeit reduzieren)...viele mögliche Wege Bedarf reduzieren Wärmeschutz passiv-solare Gewinne effiziente Systeme Lüftung mit WRG BHKW Wärmepumpe erneuerbare Energien Solarenergie Holz Abwärme Rahmenbedingungen klären optimalen Weg auswählen Folie 5

6 Weshalb Nichtwohngebäude? CO 2 Emission CO> 2 Emissionen Aufzählung Gebäude > Fließtext > Zunahme ähnlich den anderen Sektoren MtCO2 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 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 Wohngebäude Residential Buildings Energy-Related Carbon Dioxide Emissions Nichtwohngebäude sehr viel stärker (North-America, Asia, MENA,..) MtCO ,000 2,500 2,000 1,500 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 Nichtwohngebäude MENA ASIA EU 1,000 USA / CA Gebäude Sector (IPCC report, 2007) CO 2 Emission trends Source for figures: Price et al., 2005 Südostasien Folie 6

7 Anforderungen Energiestandard - Entwicklung 450 Jährl. Heizwärmebedarf [kwh/(m 2 a)] DIN 4108 WschVo EnEV Energie- und Klimapaket Meseberger Beschlüsse August Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz (KWKG) - Erneuerbare-Energien-Wärme-Gesetz (EEWärmeG) - Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) - Heizkostenverordnung (HkVO) - Energieeinsparungsgesetz (EnEG) - Energieeinsparverordnung (EnEV) Folie 7

8 Anforderungen Energiestandard - Entwicklung 450 Jährl. Heizwärmebedarf [kwh/(m 2 a)] DIN 4108 WschVo EnEV Nichtwohn- Gebäude? Strombedarf! Gesamt- Energieeffizienz EnEV 2008 / DIN V Folie 8

9 Primärenergie Folie 9

10 Primärenergiebilanz (PE) für Nichtwohngebäude EnEV 2008 /DIN Strom öfftl. Netz Energiebedarf (kwh/(m 2 a)) V e r l u s t e Gewinne Heizwärmebedarf Gas Fernwärme Kühlung Lüftung Beleuchtung Heizwärmebedarf PE-Bedarf Wärme Strombedarf PE-Bedarf Strom Folie 10

11 Bedarf und Verbrauch Jahres-Primärenergiebedarf nach DIN V [kwh/(m²*a)] EnOB- Standard + Betriebsoptimierung Jahres-Primärenergieverbrauch [kwh/(m²*a)]? Folie 11

12 Weitergehende Konzeptansätze Netto- Nullenergie Ziel Netto- Plusenergie CO 2 -neutral Netto-Null-Emission Folie 12

13 Forschungsschwerpunkt EnOB Energieoptimiertes Bauen Forschungsfelder Demo-Gebäude Neubau Demo-Gebäude Sanierung Energetische Betriebsoptimierung Technologieschwerpunkt Low Exergy Technologieschwerpunkt Vakuumisolierung Folie 13

14 Frage: Wenn innovative Demonstrationsprojekte nur mit zusätzlichem Aufwand in der Planung und anschließendem Monitoring funktionieren, wie funktionieren dann neue Gebäude mit innovativen Technologien ohne Förderung? Folie 14

15 EnBau Ausgangspunkt: EnergieForum Berlin Architekten: BRT Lichtbildner Albrecht Immanuel Schnabel Berufsschule Biberach Architekten: Elwert-Stottele-Rädle Ziele: > 20 Demonstrationsgebäude Ergebnis: < 100 kwh PE /(m² NGF a) und guter Nutzerkomfort -Fensterlüftung -Keine mechanische Kühlung Ziele überwiegend erreicht! Keine signifikanten Zusatzkosten! Aber: Integrale Konzept > neue Anforderungen an Planung, Errichtung und Betrieb Folie 15

16 Kosten / Nutzen Welche Potenziale (Energieverbrauch, Nutzerkomfort,..) können mit wirtschaftlichen Mitteln erschlossen werden? Kosten / Nutzen - Verhältnis für Primärenergieeinsparung von 30 % bei Nichtwohngebäuden Energiekosteneinsparung je Investitionsmehrkosten Bau 1,80 2,25 Betrieb 7,50 9,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 [ [ Einsp /(m²a)] / [ Inv /(m²a)] ] Folie 16

17 Energetische Betriebsoptimierung Neumühlen 4 Architekten: BRT Ziel: Evaluierung der Energiekonzepte von rund 20 innovativen Bürogebäuden Energieeffizienz? Nutzerkomfort? Optimierungspotenziale? Braun GmbH Architekten: Schneider+Schuhmacher Umsetzung: Phase 1: Bestandsaufnahme, Kennwertbildung Phase 2: Monitoring Energie + Komfort, Betriebsanalyse, Nutzerbefragungen Folie 17

18 EVA Evaluierung von Energiekonzepten im Betrieb IGS in Zusammenarbeit mit fbta Universität Karlsruhe u.a. Jahres-Primärenergieverbrauch kw h/(m² N G F r*a) Mittelwert: 349 kwh/(m² NGFra) * EVA-Gebäude Wärmeanteil Überhitzungsstunden in der Nutzungszeit (Mo.-Fr., 8-18 Uhr) Stromanteil Ergebnisse: Energieverbrauchskennwerte liegen z. T. deutlich über den der EnBau-Demonstrationgebäude (Faktor 2-3) Komfort überwiegend gut, Ausnahme: sommerliche Überhitzung Signifikante Optimierungspotenziale im Betrieb J ä h r lic h e Ü b e r h it z u n g s s t u n d e n [ h /a ] Grenzwert Überhitzungsstunden (10 % der Nutzungszeit > 26 C) * * DIN 4108 gibt je nach Klimazone unterschiedliche Grenzwerte für Überhitzung zwischen 25 und 27 C vor. < 50 % % > 70 % Messräume Erfahrungen: Ziele werden nicht präzise bzw. prüfbar dokumentiert ( Grünes Hochhaus, ECO- Buildung, ) Keine effektive Qualitätssicherung, Überprüfung der Energieverbrauchswerte sind die Ausnahmen,.. Folie 18

19 Raumkosten spielen eine untergeordnete Rolle Arbeitsplatz Vollkosten!!!! Personalkosten 80% Ausstattung (IT, TK) 12% Raumkosten Bau 4,8 % Wärme/Kälte/Licht 1,5 % Bauunterhalt 0,9 % Reinigung 0,8 % 8% [%] Abschätzung: -Bei 10 % Überhitzungsstunden (ca. 260 h/a > 26 C) --> 15 % geringere Arbeitseffizienz Zusätzliche Personalkosten ca. 45 /(m²a) Folie 19

20 Planen, Bauen und Betreiben Konzept Entwurfsplanung Innovationskreislauf Ausführung Umsetzung Qualitätssicherung Performance Audit Monitoring Evaluierung Betriebsoptimierung Folie 20

21 Energielabels weltweit EnEV / DIN V18599 / Energieausweis DGNB (2009) Gropiusplatz Stuttgart

22 Nachhaltigkeitszertifikat für Bauwerke Ecological quality 22,5% Economical quality 22,5% Sociocultural and functional Performance mark certificate quality 22,5% Technical quality 22,5% Process quality 10,0% Quality of the location Folie 22

23 Erste DGNB-Zertifizierung Folie 23

24 Übertragung auf Kliniken Krankenhaus spezielle Randbedingungen, viele technische und betriebliche Anforderungen Bisher 3 Kliniken im Bestand bearbeitet, ein großer Neubau Datenanalyse, Energieflüsse, Optimierungspotentiale (Planung und Bau), Varianten der Energieversorgung, Betriebsoptimierung und Monitoring Normalerweise Lüftung, Kälte und Dampf für Primärenergie und Kosten entscheidend In EnBau Clusterbildung für Gebäudekategorien angestrebt. Auch Kliniken! Erste Gespräche haben stattgefunden. Teilnehmer / Interessenten werden gesucht. Folie 24

25 Energie/ Kosten Unfallklinik Strom Wärme MWh Euro MWh Euro Euro MWh Euro MWh Wasser / Abwasser Bezugskosten gesamt Wasser/Abw Wärme Strom m Euro Euro Euro m Folie 25

26 Kennwerte Heizenergieverbrauchskennwert nach VDI 3807 Blatt 2 (1998) Stromverbrauchskennwert nach VDI 3807 Blatt 2 (1998) kwh/a pro Planbett kwh/a pro Planbett Bettenzahl Bettenzahl Richtwert Mittelwert BGU Richtwert Mittelwert BGU Folie 26

27 Energieverteilung oft nur ein Hauptzähler vorhanden Energieverteilung Wärme Energieverteilung Strom RLT - Lufterhitzer 31% Technik 6% Aufzug 1% Beleuchtung u. Kleinverbraucher 28% Stati sche Hei zung 44% Warmwasser 10% RLT 43% Befeuchtung Küche 3% 4% Beckenwasser 2% Desinfektion 6% Med. Technik 8% Kälte 5% KG-Schule 5% Küche 2% Heizung 2% Folie 27

28 Fazit Innovative Gebäude erreichen im Betrieb oft nicht ihre Performance - Ziele Erhöhte technische Standards erhöhte Sensibilität Präzisere Planungswerkzeuge geringere Reserven Zunehmende Integration bessere Abstimmung Zunehmende Komplexität Qualitätssicherung im Lebenszyklus Vernetzte Energieversorgung kontinuierliches Management Folie 28

29 Zusammenfassung Entscheidend ist ein abgestimmtes Energiekonzept für Gebäudehülle und Anlagentechnik in einer frühen Planungsphase In Nichtwohngebäuden ist Strom (Primärenergie) entscheidend Energieeffizienz und Nutzerkomfort ergänzen sich in gelungenen Projekten, Innovative Konzepte können in der Praxis bestehen Betriebsoptimierung ist notwendig und hochwirtschaftlich Evaluierung beschleunigt Innovation Ohne Monitoring kein nachhaltiger Betrieb Den Königsweg gibt es leider nicht Folie 29

30 Nutzung innovativer Technik oft einseitig zugunsten neuer architektonischer Optionen! Folie 30

31 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Steinbeis-Transferzentrum EGS EGS-plan GmbH Gropiusplatz Stuttgart (Vaihingen) Tel. 0711/ Fax 0711/ Gropiusplatz Stuttgart