Heiss. Bauen, wenn das Klima wärmer wird. EnergiePraxis-Seminare 1/2008 Zürich St. Gallen Winterthur Uster Ziegelbrücke

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1 Heiss Bauen, wenn das Klima wärmer wird EnergiePraxis-Seminare 1/2008 Zürich St. Gallen Winterthur Uster Ziegelbrücke Conrad U. Brunner Urs Steinemann Jürg Nipkow WaSo Mai-Juni

2 WaSo Mai-Juni Forschung: BFE, Kanton Basel-Stadt, KBOB, SSF Stadt Zürich Ratgeber: KBOB, AWEL BD Zürich, Stadt Zürich GUZ

3 Übersicht 1. Überblick Klima, Gebäudeentwicklung und Strombedarf 2. Gebäude 3. Raumklimageräte 4. Lüftungs- und Kälteanlagen 5. Empfehlungen 6. Literatur WaSo Mai-Juni

4 Klimaerwartung Schweiz 2050 Temperaturzunahme von 1990 bis 2050 Quelle: Hohmann OcCC, 2004 Alpennordseite Alpensüdseite C Min Mittel Max Min Mittel Max Sommer Juni Juli Aug Winter Dez Jan Feb Nacht stärker erwärmt als Tag Stadt nachts stärker erwärmt als Umland Regionale Unterschiede Zürich wird wie Sion oder Turin WaSo Mai-Juni

5 Es wird wärmer Zürich Temperatur Monatsmittelwerte ( C) Monatsmitteltemperatur ( C) SIA 380/1 alt (1988) SIA M2028 (2007) DRY warm Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monate WaSo Mai-Juni

6 Sommerstromverbrauch: GWh pro Grad und Monat 8' Stadt Zürich: t>= 20 C 7'800 C Linear ( C) y = 416,68x ,3 R 2 = 0,793 Elektrizität Endverbrauch (MWh/mittlerer Tag pro Monat) 7'600 7'400 7'200 7'000 6'800 6'600 20,0 20,5 21,0 21,5 22,0 22,5 23,0 Tagesmitteltemperatur ( C) WaSo Mai-Juni 2008 Quelle: CUB/ewz/MeteoSchweiz (2007) 6

7 Elektrizitätsverbrauch Schweiz 2007: 57.4 TWh/a ~ 8.5 Mrd. CHF Diverse 10.0% Betriebseinrichtungen 18.7% Wärme Industrie 10.7% Beleuchtung 13.1% Motoren Industrie 20.6% Lüftung/Klima 1203 GWh/a; 2.1% Verkehr 5.2% Wärme 12.7% Diverse Gebäudetechnik 6.9% WaSo Mai-Juni 2008 Reto Lang/SIA 380/4 (2006) 7

8 Elektrizität Kühlung und Luftförderung Allgemeine Zunahme durch Bevölkerungswachstum Geschossflächenausweitung Zunahme der Komfortansprüche Zusätzliche Zunahme durch wärmeres Klima (WaSo) längere Hitzperioden: Aufschaukeln öfters zu warm: keine einmalige Sommerferienstimmung nachts wärmer: keine Auskühlung Verbrauch kann mit effizienter Technik auch bei WaSo stabilisiert werden WaSo Mai-Juni

9 Entwicklung Gebäudeflächen 800' '000 Industrie nur Büro Dienstleistungen Haushalt Gebäudeflächen Schweiz Zunahme % pro Jahr 600'000 EBF (1000 m2) 500' ' ' ' ' WaSo Mai-Juni 2008 Quelle: Wüest & Partner (2004) 9

10 Elektrizitätsbedarf ,5 Elektrizitätsbedarf für Kühlung und Luftförderung 3,0 2,5 Luftförderung Kühlung TWh/a 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Klima 2005 Klima 2005 Klima 2035 Klima 2005 Klima 2035 status quo status quo status quo energie-effizient energie-effizient Flächen 2005 Flächen 2035 Flächen 2035 Flächen 2035 Flächen 2035 WaSo Mai-Juni

11 Bauen, wenn das Klima wärmer wird Was bedeutet das für ArchitektInnen? WaSo Mai-Juni

12 Worum geht s? WaSo Mai-Juni

13 Gebäude: Altbauten Alles schon fixiert Geometrie Fenstergrössen thermische Masse Einiges veränderbar Sonnenschutz und Verglasung: State of the Art thermische Oberflächen: befreien von Abdeckungen innere Wärmelasten: effiziente Elektrogeräte, Standby, Licht Lüftung und Kühlung: Integration alte Bodenheizung, Lüftung WaSo Mai-Juni

14 Gebäude: Neubauten Gebäudegeometrie Dicke Grundrisse: über 30 m Hohe Räume: 3 m Tiefe Räume: über 6 m Thermische Masse freie Oberflächen: 100% Fläche äquivalent der Bodenfläche Phasenwechselmaterial: Versuche laufen Fenster und Sonnenschutz Zuviel Glas ist ungesund (< 40% EBF), Eckräume schwierig! Äusserer motorisierter Sonnenschutz: nach Orientierung Gebäude über 30 m: Glaszwischenraum, Doppelfassade (erhöhter Aufwand) Fensterlüftung wichtig für Benützerkomfort WaSo Mai-Juni

15 Sonnenschutz nach Orientierung Je grösser der Glasanteil, desto besser der Sonnenschutz Glas + SS WaSo Mai-Juni

16 Raumsimulation: g-wert 35 Einfluss g-wert (0.10/0.15/0.20/0.30) 30 Temperatur C Zeit h WaSo Mai-Juni

17 Sonnenschutz Vielfalt WaSo Mai-Juni

18 Aussen fix innen nix! innen g-wert mitte aussen Reflexionsgrad des Sonnenschutzes Quelle: EMPA Dübendorf 2001 Merkblatt SIA 2021 WaSo Mai-Juni

19 Kleinklimageräte Weder komfortabel noch effizient WaSo Mai-Juni

20 Energie-Etikette obligatorisch Labelpflicht bis 12 kw Kühlleistung Klassifizierungs-Schema überholt, A+/++ überfällig Schlechte Kompaktgeräte werden A-klassiert Verwirrende Bezeichnungen (Kompakt, 1-/2-Leitungssystem) Energieeffizienzgrösse (-Index EEI) ist Kälte-Leistungszahl gemäss EN WaSo Mai-Juni

21 Effizientere Kleinklimageräte EEI 5,5 Energieeffizienzklassen Kleinklimageräte (luftgekühlt) Bestgerät auf dem Schweizer Markt ( 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 A B C 2,5 D 2,0 1,5 1,0 Split-/Multisplit E F G Kompakt 1-/2-Leitungsgeräte WaSo Mai-Juni

22 WaSo Mai-Juni

23 Ventilatoren für kühlendes Lüftchen Nur 2 bis 5% der Leistungsaufnahme eines Klimageräts Grosse Auswahl an Typen für jeden Zweck Flexibler als Klimageräte, rasch weggeräumt Wirksamkeit bei schwülem Klima abnehmend Kaufkriterien: leise, Drehzahl in Stufen, 30 W (Tisch) bis 50 W sind genug WaSo Mai-Juni

24 Small is beautiful? Bigger is better? WaSo Mai-Juni

25 Lüftungs- und Klimaanlagen Luftverteilung Zentrale oder dezentrale Lösung Energiebedarf für Luftförderung und Kühlung WaSo Mai-Juni

26 Luftverteilung Lüftung nach Luftraten pro Person Kleine Druckverluste, hohe Wirkungsgrade Bedarfsgerechter Betrieb Zusätzliche thermische Leistung mit (grossflächigem) Wassersystem Früher gebräuchliche komplexe Lüftungssysteme heute nicht mehr üblich WaSo Mai-Juni

27 Zentrale oder dezentrale Lösung Grundsätzlich zentral oder dezentral möglich Dezentral bezüglich Hygiene und Wartung (zu) grosse Nachteile Kälteerzeugung: COP unter etwa 10 kw und über 200 kw kaum abhängig von Kälteleistung. Im Zwischenbereich grössere Leistung eher besser, d.h. zentrale Lösung effizienter Luftförderung: Trompetenförmiger Bereich der spezifischen Leistung. Bei kleinen Luftmengen, d.h. bei dezentralen Lösungen, besonders auf energetisch gute Lösung achten WaSo Mai-Juni

28 Leistungszahlen von Kälteanlagen inkl. Rückkühlung (Pumpen und Ventilatoren) Tabelle 18 in SIA 382/1 Gesamtkälteleistung der Anlage in kw bei 100% Minimale Leistungszahl bei Teillast 50% (inkl. Rückkühlung) Grenzwert Zielwert 3,2 4,0 4,4 5,2 4,8 5,8 5,5 6,6 6,0 7,3 6,2 8,0 6,2 8,2 6,2 8,2 Minimale Leistungszahl bei Volllast 100% (inkl. Rückkühlung) Grenzwert Zielwert 3,2 4,0 3,3 4,1 3,5 4,3 3,8 4,6 4,1 4,9 4,2 5,0 4,2 5,0 4,2 5,0 WaSo Mai-Juni

29 Grenzwerte COP (SIA 382/1) Voll- und Teillast mit und ohne Rückkühlung SIA 382/1 Figur 25 WaSo Mai-Juni

30 Luftförderung Spezifische Leistung der Luftförderung 4.0 Spezifische Leistung in W pro m3/h 3.5 bis von '000 10' '000 Luftvolumenstrom in m3/h WaSo Mai-Juni

31 Empfehlungen 1. Gebäude 2. Luftförderung 3. Kühlung 4. Vorgehensempfehlungen WaSo Mai-Juni

32 1) Empfehlungen Gebäude Gebäudegeometrie Raumgeometrie Thermische Masse Verglasung Sonnenschutz WaSo Mai-Juni

33 2) Massnahmen Luftförderung Der Nutzung angepasste Luftmengen, Basis Luftraten pro Person Zusätzliche Wärmelasten mit Wassersystem abführen Druckverluste minimieren (kurze Kanalnetze, kleine Luftgeschwindigkeiten, strömungsgünstige Formgebung) Wirkungsgrade Ventilator-Motor-Antrieb maximieren, ggf. Teillast beachten Bedarfsgerechter Betrieb der Anlage WaSo Mai-Juni

34 3) Massnahmen Kühlung Kühlbedarf minimieren durch Massnahmen an der Quelle (Gebäude, Sonnenschutz, interne Wärmelasten) Komfortansprüche prüfen Künftige Temperaturen berücksichtigen: DRY warm Kälteerzeugung inkl. Rückkühlung mit hohem COP. Hohe Kaltwassertemperaturen Freie Kühlung nutzen Bedarfsgerechter Betrieb der Anlage WaSo Mai-Juni

35 Empfehlungen Raumklimageräte Zuerst Bedarf minimieren: Elektrische Lasten, Licht, Standby und BoN tief Sonnenschutz, Nachtlüftung Erst dann: Örtliche Begrenzung (Zonen abgrenzen) Zeitliche Begrenzung (Anwesenheit) Temperatur/Feuchte Regelung (Bandbreite gross) Und dann noch: Beste Geräte (A Klasse reicht nicht) WaSo Mai-Juni

36 4) Vorgehensempfehlungen Ablauf Notwendigkeit einer Kühlung prüfen: interne Wärme, Fenster öffnen Risikominderung: Sonnenschutz, interne Wärme, Grundriss/Fassade/Raum-Geometrie, thermische Masse Effiziente Kälteerzeugung und -verteilung Formelle Nachweise Sonnenschutz: SIA 382/1 (2.1.3) Wärmespeicherfähigkeit: SIA 382/1 (2.1.4) Anlagen mit installierter Leistung <7 resp. <12 W/m 2 : SIA 382/1 (5.5) Kälteerzeugung mit hohem COP: SIA 382/1 (5.6) Luftförderung mit kleinem Leistungsbedarf: SIA 382/1 (5.7) Effizienzklasse Raumklimageräte: deutlich besser als A WaSo Mai-Juni

37 Wenn Sie mehr wissen wollen Brunner, Steinemann, Nipkow: Bauen, wenn das Klima wärmer wird Faktor Verlag Ratgeber KBOB/AWEL/UGZ: Bauen, wenn das Klima wärmer wird Faktor Verlag Conrad U. Brunner: Urs Steinemann: Jürg Nipkow: WaSo Mai-Juni