Performance Analysis of Commercial Buildings Results and Experiences from the German Research and Demonstration Program EnOB

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1 QUT, Brisbane Energieeffizienz in Gebäuden Performance Analysis of Commercial Buildings Results and Experiences from the German Research and Demonstration Program EnOB Andreas Wagner, Karlsruhe Institute of Technology, Germany

2 Inhalt Das Forschungsprogramm EnOB Energiekennzahlen von Demonstrationsgebäuden Ökonomische Analyse Eingesetzte Technologien Energy Efficiency made in Germany, 02. Juli 2013, Moskau

3 Struktur des BMWi-Forschungsprogramms zum Thema Energieeffizienz im Gebäudesektor Quelle: BMWi

4 5133 kwh Themenschwerpunkte Forschung und Entwicklung Neue Materialien im Bauwesen (z.b. Vakuumdämmung, Phasenwechselmaterialien, schaltbare Gläser) Innovative Gebäudetechnik (z.b. Niedrig-Exergie-Systeme zum Heizen und Kühlen, effiziente Beleuchtung) Integrale Planungswerkzeuge, Building-Management-Systeme (z.b. Monitoring Gebäudetechnik, modellbasierte Betriebsoptimierung) Energieerzeugung Energieverbrauch Schaltzustände 5133 kwh Beleuchtung Mittelzone: Ein 25 kwh Beleuchtung Treppenhaus: Ventilator 1. OG: Aus Ein kwh kwh kwh Quelle: PtJ

5 Pilotprojekte und Demonstration Einsatz neuer Gebäudetechnologien für Neubau und Sanierung in der Praxis (bislang > 90 Gebäude in EnSan und EnBau) Anspruchsvolle energetische Zielsetzungen (Primärenergiekennzahl) Hohe Qualitätsansprüche bzgl. Architektur und Städtebau, integraler Entwurfsprozess 2-jähriges Monitoring und Publikation der Ergebnisse Leuchtturmprojekte zur Nachahmung wiss. abgesicherte Ergebnisse aus realem Gebäudebetrieb

6 Altenwohnheim, Stuttgart Quelle: Architektur: Heckmann, Kristel, Jung, Stuttgart Energiekonzept: ebök, Tübingen Monitoring: Fraunhofer IBP, Stuttgart Fraunhofer IBP

7 Denkmalgeschütztes Wohngebäude Kleine Freiheit, Hamburg Quelle: Architektur: Dittert & Reumschüssel, Hamburg Energiekonzept: Energiesysteme, Ahnatal Monitoring: Fraunhofer IBP Target GmbH, Hannover, Dittert & Reumschüssel Architektur und Stadtentwicklung, TUHH Institut für Angewandte Bautechnik, Passivhaus Darmstadt

8 Quelle: Plus-Energie-Schule, Hohen Neuendorf Architektur: IBUS Architekten und Ingenieure, Bremen Energiekonzept: BLS Energieplan, Berlin Monitoring: Hochschule für Technik, Berlin IBUS Architekten und Ingenieure, Berlin/Bremen

9 Bürogebäude ENERGON, Ulm Quelle: Architektur: oehler faigle archkom solar architektur, Bretten Energiekonzept: ebök Ingenieurbüro, Tübingen Monitoring: Steinbeis-Transferzentrum FH Ulm Software AG Stiftung, Steinbeis- Transferzentrum Energietechnik

10 Supermarkt, Rastatt Quelle: Architektur: Ingenieur- und Planungsbüro Finzel, Würzburg Energiekonzept: Fraunhofer ISE, Freiburg Monitoring: Fraunhofer ISE, Freiburg Aldi Süd, Fraunhofer ISE

11 Inhalt Das Forschungsprogramm EnOB Energiekennzahlen von Demonstrationsgebäuden Ökonomische Analyse Eingesetzte Technologien Energy Efficiency made in Germany, 02. Juli 2013, Moskau

12 Quelle: Primärenergiekennwerte für Heizen, Lüften, Kühlen und Beleuchten von ausgewählten Gebäuden kwh/m²a

13 Primärenergieverbrauch inkl. nutzerspez. Verbrauch Quelle:

14 Inhalt Das Forschungsprogramm EnOB Energiekennzahlen von Demonstrationsgebäuden Ökonomische Analyse Eingesetzte Technologien Energy Efficiency made in Germany, 02. Juli 2013, Moskau

15 Investitionskosten Gebäude und technische Anlagen Quelle: /m² BGF, brutto

16 Betriebskosten Heizenergie und elektrische Energie für ausgewählte Gebäude Quelle:

17 Inhalt Das Forschungsprogramm EnOB Energiekennzahlen von Demonstrationsgebäuden Ökonomische Analyse Eingesetzte Technologien Energy Efficiency made in Germany, 02. Juli 2013, Moskau

18 Gebäudetechnologie-Matrix Quelle:

19 Quelle: Dämmstandard Einführung des Passivhaus- Standards für Nichtwohngebäude zwischen (u.a. neue Fassadentechnologien, Neubau und Bestand) Vakuumdämmung von Einzelelementen zu vorgefertigten Fassadensystemen

20 Vakuumdämmung Hervorragende Dämmwirkung bei minimaler Materialstärke Verringerung der Wärmeleitung um Faktor 10 2 cm Vakuumdämmung = 20 cm konventionelle Dämmung Herausforderungen: - Beschädigung des Materials (Schutzschichten) - Keine Bearbeitung auf der Baustelle (genaue Vorplanung) - Langzeitstabilität (Vakuum) Metallbeschichtete Folie Siliziumdioxid Quelle: ZAE Bayern

21 Quelle: Vakuumdämmung Beispiele für vorgefertigte Fassaden- und Dachelemente

22 Vakuumverglasung U g = 0,5 W/m²K g / τ vis = 0,5 / 0,7 (Wärmeschutzglas) g / τvis = 0,3 / 0,5 (Sonnenschutzglas) U f = 0,8 W/m²K Quelle: ZAE Bayern

23 Quellen: TU Dresden, Dittert Reumschüssel und Fraunhofer IBP Innendämmung Ersatz für Dampfbremsen/-sperren bei problematischen Konstruktionen und Vermeidung von starker lokaler Tauwasserbildung durch kapillaraktive Dämmschicht aus Kalziumsilikatplatten Wärmeleitfähigkeit zwischen 0,1 (0,065) und 0,031 W/mK

24 KFW Bank Building, Frankfurt Passive Kühlung Moderate Verglasungsanteile, selektive Verglasung (0.66 / 0.33) Effektiver Sonnenschutz mit Tageslichtfunktion Vermeiden hoher interner Wärmelasten Ankopplung der Räume an Speichermasse, z.b. Betondecken Nutzung natürlicher Wärmesenken

25 Quelle: EControl-Glas GmbH Schaltbare Verglasung Wolfram-Beschichtung, durch el. Spannung aktiviert g-wert = 0,36 0,12

26 Quelle: Passive Kühlung Unterschiedliche Wärmesenken: zwischen 1995 und 2005 Wärmeabfuhr über (freie) Nachtlüftung ab dann verstärkte Nutzung von thermisch aktivierten Betondecken, zusammen mit Erdsonden/-pfählen oder Grundwasserbrunnen bis ca Einsatz von Erdreichwärmetauschern zur Vorkühlung von Zuluft

27 Quelle: SolarBau:Monitor Thermisch aktivierte Bauteile Natürliche Wärmesenke Im Winter: Nutzung des Erdreichs als Wärmequelle, Temperaturhub mit Wärmepumpe, Niedrigtemperatur- Strahlungsheizung

28 Quelle: Phasenwechselmaterialien (PCM) Materialien: Salzhydrate (makro-verkapselt) oder Paraffin (mikro-verkapselt) Anwendung: Einlagen für abgehängte Deckensysteme, Zusatzstoff in Putzen oder Gipskartonplatten

29 Thermischer Komfort in passiv gekühlten Gebäuden Thermisch aktivierte Bauteile (BOB) 32 Raumtemperatur [ C] Operative room temperature [ C] operative Nachtlüftung (Fraunhofer ISE) Quelle: Fraunhofer ISE running mean of ambient air temperature [ C] Gleitendes Mittel der Außentemperatur [ C]

30 QUT, Brisbane Thank you for listening. Dank u wel voor uw aandacht. Merci pour votre attention. Danke für Ihre Aufmerksamkeit. More information: ww.enob.info Personal contact: wagner@kit.edu This work was funded by the Federal Ministry of Economics and Technology (BMWi)