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Auf dem Weg zu klimaneutralen Gebäuden
Die Pläne sind ehrgeizig: Heute schon steht fest, dass in Europa ab 2020 alle Neubauten klimaneutral sein müssen. Auch wenn an der genauen Ausgestaltung der Anforderung „Klimaneutralität“ in Berlin und Brüssel noch gearbeitet wird, geht der Trend für Neubauten jetzt sehr deutlich in Richtung Null- und Plusenergiegebäude. Auf dem Symposium der Forschungsinitiative EnOB wurden neue Konzepte, Materialien, Systeme und Planungsmethoden für diese »Gebäude der Zukunft« vorgestellt.
Am ersten Veranstaltungstag des Forschungssymposiums (18. 1.) wurden den mehr als 300 Teilnehmern Einblicke geboten in neue Konzepte, Entwicklungen und Planungsmethoden für »Gebäude der Zukunft«. So wurden Strategien für mehr Nutzerkomfort und optimierte Betriebsführung, eine neue Methodik zur ganzheitlichen Wirtschaftlichkeitsanalyse, aktuelle Trends in der Gebäude- und Anlagensimulation sowie neue Bauteile und Systeme für Gebäude vorgestellt.
Die Europäische Kommission und die Bundesregierung haben sehr ehrgeizige Pläne formuliert: Bis zum Jahr 2050 sollen der Gebäudebestand energetisch komplett modernisiert werden, so dass die Gebäude im Schnitt mit nur noch 20% des heutigen Energiebedarfs auskommen. Für 2020 soll das klimaneutrale Gebäude der Standard für Neubauten werden. Wie das geht, wurde auf dem Symposium mit verschiedenen Beispielprojekten gezeigt – vom experimentellen Wohnbau im Kleinformat bis zum Bankhochhaus.
Von besonderer Bedeutung ist dabei die erstmals vorgestellte Definition für „Nullenergiegebäude“, welche im Kontext von EnEV und DIN V 18599 für eine transparente und einheitliche Interpretation der politischen Zielvorgaben sorgen soll. Zugleich wird damit deutlich, dass Gebäude erst in der gesamtheitlichen Betrachtung mit der Energieinfrastruktur am Standort zu Nullenergiegebäuden werden. In erweitertem Maßstab gilt das auch für klimaneutrale Stadtquartiere oder ganze Städte. Mehr als bisher wird zukünftig die Interaktion von Gebäuden und Netzen zum Thema werden. Dabei geht es sowohl um den Verbrauch als auch um die Einspeisung von Strom und Wärme in diese Netze.
Die Bilanzierung von Nullenergiegebäuden darf jedoch nicht dazu führen, den ohnehin schon sehr hohen Zeitaufwand für die energetische Gebäudebewertung noch weiter zu erhöhen – darin waren sich die Tagungsteilnehmer einig. Diesen Erwartungen wird das auf dem Symposium vorgestellte EnerCalC gerecht, ein Werkzeug zur vereinfachten Energiebilanzierung nach DIN V 18599. Es erlaubt eine schnelle und einfache Bilanzierung von Nullenergiegebäuden nach der neuen Definition. EnerCalC wurde in einem Forschungsprojekt entwickelt und eignet sich insbesondere zur energetischen Charakterisierung von Gebäuden in der frühen Planungsphase. Das Werkzeug steht ab sofort für Forschung & Lehre sowie für alle nicht-kommerziellen Zwecke zur Verfügung. Gut denkbar, dass die darin implementierten wesentlichen Vereinfachungsansätze Einzug in die EnEV 2012 erhalten werden.
Und die Themen der Fachsessions ...
Session Ia: Lernen aus Modellprojekten – Neubau, Sanierung, Optimierung
Moderation: Prof. Karsten Voss
In dieser Session ging es um vergleichende Analysen verschiedener EnOB-Modellprojekte. Ein Fokus wurde auf die Energiekennwerte gesetzt: Für Verwaltungsgebäude liegt der Mittelwert des Primärenergieverbrauchs für Heizung, Lüftung, Kühlung und Beleuchtung bei knapp 100 kWh/m²a. Auffällig ist, dass sich in der Gesamtbetrachtung einschließlich der nutzungsspezifischen Verbräuche der Energieverbrauch fast verdoppelt (188 kWh/m²a). An diesem Beispiel wird deutlich, dass auf dem Weg zum klimaneutralen Gebäude die ganzheitliche Betrachtung in den zukünftigen Demonstrationsprojekten noch mehr in den Vordergrund treten muss.
Gewöhnliche Bürogebäude zeigen noch weit höhere Energieverbräuche. Mit im Mittel 350 kWh/m² liegt der Gesamtprimärenergieverbrauch fast um den Faktor 2 über dem Wert der EnOB-Modellprojekte. Der große Unterschied ist u. a. das Resultat von fehlerhafter Betriebsführung. Durch eine nachträgliche Optimierung wurde aufgezeigt, dass sich die Betriebsergebnisse wesentlich verbessern lassen. Im Rahmen von EnOB wurden dazu praxistaugliche Werkzeuge entwickelt, die sich sowohl für Einzelgebäude, als auch für das Gebäudeportfolio von Immobilienunternehmen eignen. Dabei geht es einerseits um die gezielte Informationshaltung aus dem Planungsprozess bis hinein in den Gebäudebetrieb und andererseits um die modellbasierte Fehlererkennung und Fehlerbehebung im Anlagenbetrieb. Die verfügbaren Werkzeuge sind in Verbindung mit dem notwendigen Einsatz an messtechnischer Hardware und an Personal vor allem dann wirtschaftlich einsetzbar, wenn es sich um große Gebäude mit hohen Verbräuchen handelt. Ziel weiterer Forschung ist es, die Kosten zu senken und damit den breiteren Einsatz zu ermöglichen.
Beim EnOB-Forschungsakzent „Energieeffiziente Schule“ geht es neben der wärmetechnischen Optimierung der Gebäudehüllen heute vor allem um die Luftqualität in Verbindung mit hoher Energieeffizienz. Hierbei wurden verschiedene Lüftungskonzepte vorgestellt, so z. B. mechanische Lüftungssysteme oder die hybride Lüftung mit automatisierter Fensteröffnung in Verbindung mit innovativen Regelungsbausteinen. Die neuen Demonstrationsprojekte in Hohen Neuendorf und Stuttgart ordnen sich bereits in die Zielsetzung der klimaneutralen Schulgebäude ein.
Session Ib: Fortschritte bei Simulations- und Planungswerkzeugen
Moderation: Prof. John Grunewald
In dieser Session wurden Trends in der Gebäude- und Anlagensimulation vorgestellt. Obwohl international eine fast unüberschaubare Anzahl von Simulationsprogrammen verfügbar und der Einsatz der Gebäudesimulation zu Bewertung und Optimierung von Raumklima- und Energiekonzepten als Standard in der Planungspraxis anzusehen ist, besteht nach wie vor großer Forschungsbedarf. Schwerpunkte dabei sind die durchgängige Anwendung von Simulation über den gesamten Lebenszyklus auf Basis konsistenter Gebäudedatenmodelle sowie die Entwicklung anwendungsfreundlicher und vereinfachter Werkzeuge für frühe Planungsphasen und die Lehre.
Ein ambitioniertes Forschungsprojekt – wenn auch nicht innerhalb der Forschungsinitiative EnOB – ist das "Integrated Virtual Energy Lab". Hiermit soll ein Webservice für die energetische Bewertung von Gebäuden geschaffen werden. Grundlage dafür ist das Konzept des Building Information Modelling (BIM) und damit eine einheitliche Datenstruktur zur Gebäudebeschreibung sowie genau definierte Schnittstellen zur Vernetzung verschiedener Simulationswerkzeuge. Ziel des Projektes ist die Integration der Arbeitswelten von Architekten, Fachplanern und Betreibern von Gebäuden. Man darf auf Ergebnisse gespannt sein.
Für integrierte Gebäudeenergiekonzepte ist die Kopplung von Gebäude- und Anlagensimulation interessant. Hierzu werden innerhalb von EnOB in der Programmierumgebung Modelica Gebäude- und Anlagenbibliotheken entwickelt, die als Open-Source-Quelltexte auch für andere Wissenschaftler zur Verfügung stehen. Damit wurde ein wesentlicher Grundstein für zukünftige Kooperationen von Wissenschaftlern im Bereich der Simulation gelegt, u. a. auch für die Entwicklung neuer Modelle für Quartiere und Städte auf Basis der Skalierung von (Teil-)Modellen aus den Bibliotheken.
Simulieren und Lernen im Internet soll zukünftig das EnOB-Lernnetz für Architektur und Energie erlauben. Innerhalb der e-learning-Plattform ILIAS steht ein Gebäude-Editor zur Verfügung, über den die webbasierte grafische Eingabe eines Gebäudes oder eines Gebäude-Ensembles zusammen mit der Spezifizierung der wesentlichen physikalischen Eigenschaften der einzelnen Bauteile erfolgt. Damit sollen dann verschiedene Simulationen und Berechnungen unter verschiedenen Aspekten möglich sein: Energie, Raumklima, Licht etc. Die Plattform ist für die Architekturausbildung geplant. Speziell für die Einführung in die Simulation wurden zusätzliche Lernmodule erstellt. Erste Prototypen können bereits getestet werden.
Für frühe Planungsphasen, in denen nur eine beschränkte Zahl von Parametern bekannt bzw. festgelegt sind, erscheint der Einsatz komplexer Simulationswerkzeuge nicht sinnvoll. Mit "WUFI Plus Therm" wurde ein Werkzeug vorgestellt, das die Beurteilung von raumklimatischen Fragestellungen auf der Basis vereinfachter Annahmen und Modelle erlaubt. Eine leicht verständliche Menüführung gekoppelt mit erweiterten Algorithmen zum thermischen und hygrischen Bauteilverhalten führen zur schnellen Bewertung von Raumklima, Energiebilanz sowie Heiz- und Kühllasten. Validierungen anhand verschiedener Verfahren belegen die Einsetzbarkeit des Programms, das laufend weiterentwickelt wird.
Session IIa: Innovative Komponenten und Systeme – auf dem Weg in den Markt
Moderation: Sebastian Herkel
In dieser Session wurde über die Fortschritte in den vier Schwerpunkten der Technologieentwicklung berichtet: Vakuumverglasungen, Textile Oberflächen, Phasenwechselmaterialien und dezentrale Lüftungsgeräte.
Seit einigen Jahren werden in einem Forschungsprojekt Vakuumverglasungen samt der zugehörigen Produktionstechnik entwickelt. Der anvisierte U-Wert für die Verglasung von 0,5 W/m²K konnte bereits erreicht werden. Und es konnte gezeigt werden, dass Vakuumglas auch im ESG-Aufbau möglich ist. Ebenso scheinen großformatige Vakuumgläser für z. B. Ganzglasfassaden machbar. Mit der Markteinführung ist nach Angaben der beteiligen Unternehmen für 2012 zu rechnen.
Textile Oberflächen sind eine interessante Alternative zu herkömmlichen Fassaden. Konstruktionen aus Folien oder textilem Gewebe bilden Membranen, die mit verschiedenen Funktionen und Eigenschaften ausgestattet werden können. Denkbar sind Membranen mit den Funktionen Sonnenschutz, Wärmeschutz, Blendschutz oder zur Erzeugung von Wärme, Kälte oder Elektrizität oder mit Lüftungsfunktion. Bisher konnten funktionelle Oberflächenbeschichtungen entwickelt werden, welche die Wärmeabstrahlung an die Umgebung reduzieren. Solche low-e Gewebe können die Wärmedämmung von Membrankonstruktionen deutlich verbessern und tragen damit zur Erhöhung der Energieeffizienz im Gebäude bei.
Bausysteme mit integrierten Phasenwechselmaterialien (PCM) können viel Wärme im Bereich der Raumtemperatur speichern. Wird diese Wärme über Wasser führende Systeme zugeführt oder abgerufen, dann können Räume mit solchen Systemen energieeffizient temperiert werden. In mehreren Forschungsprojekten wurden Materialien, Komponenten und Systeme auf Basis von Paraffinen weiterentwickelt, Systemtests durchgeführt und ein Planungstool entwickelt. Phasenwechselmaterialien stehen inzwischen in unterschiedlichen Bauprodukten zur Verfügung. Die Anwendung für Speicher in Wärmeversorgungssystemen und als Wärmeträgerfluid ist derzeit Schwerpunkt der Entwicklungen.
Eine Analyse von dezentralen Lüftungssystemen in zeigt auf, das die Systeme ökonomische Potenziale insbesondere dann bieten, wenn ihr Einsatz integral geplant wird und der gegenüber zentralen Lüftungssystemen geringere Platzbedarf genutzt werden kann. Ein wesentlicher Erfolgsfaktor sind geringe Schallemissionen im Betrieb.
Session IIb: Nutzungsqualität und Wirtschaftlichkeit in ganzheitlicher Betrachtung
Moderation: Prof. Thomas Lützkendorf
Energetisch optimierte Gebäude müssen sich in der Nutzungsphase bewähren – dies gilt für Betreiber, Nutzer und Eigentümer gleichermaßen. Aktuelle Umfragen unter Führungskräften der Immobilienwirtschaft in Deutschland und Europa zeigen, dass diese ihre Investitions-, Kauf- und Mietentscheidungen zunehmend von den Faktoren Heizkosten (Nutzungskosten), Nutzerzufriedenheit, Wertentwicklung, Image-Beitrag und geringe Umweltbelastungen abhängig machen. Die Themen Energieeffizienz, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit müssen also zusammenhängend betrachtet werden. Bei den EnOB-Modellprojekten ist dies schon überwiegend der Fall. Bei Nachhaltigkeitsbewertungen nach BNB oder DGNB werden gute Ergebnisse erzielt.
Mit der Betriebsoptimierung von Gebäuden im laufenden Betrieb können Energieeffizienz, Nutzungsqualität und Wirtschaftlichkeit deutlich verbessert werden. Aufgezeigt wurden Möglichkeiten der Analyse des Energieverbrauchs, der Effizienz der Anlagentechnik sowie der Quantifizierung von Optimierungspotenzialen.
Die Analyse der Nutzerzufriedenheit im laufenden Betrieb von Gebäuden kann wichtige Erkenntnisse liefern. Vorgestellt wurde eine Untersuchung, in die verschiedene EnOB-Modellprojekte einbezogen waren. Die Analyse und Bewertung der Nutzerzufriedenheit ist inzwischen Bestandteil von Bewertungssystemen für Gebäude, die auch die Nutzungsphase berücksichtigen.
Ein weiteres Thema war die Lebenszykluskostenrechnung und deren wesentliche Einflussgrößen. Eingefordert wurde dabei, dass die Hersteller die Produktinformationen um Parameter ergänzen, welche die Ermittlung von Lebenszykluskosten erleichtern.
Eine Auswertung der Investitionskosten von EnOB-Modellprojekten ergab Mehrkosten für die energetisch optimierten Gebäude von etwa 0-5 Prozent, bei deutlich geringeren Heiz- und Stromkosten sowie durchschnittlichen Wartungs- und Instandhaltungskosten. Berechnungen von Bau- und Nutzungskosten sollten bei allen Gebäuden objektspezifisch durchgeführt werden, Durchschnittwerte aus der Literatur sind meist nicht sonderlich hilfreich.
» Viermal "Gebäude der Zukunft"
» Auf dem Weg zu klimaneutralen Gebäuden
» Abends von Brüssel nach Rosenheim
» Übersicht "Gebäude der Zukunft"