TGA Gebäudekonzepte

TGA Ausgabe 01-2011
Netto-Null-Energie-Haus

Bürogebäude der Zukunft

Abb. 1 Neuer Firmensitz und gleichzeitig Forschungsobjekt: Das als Netto-Null-Energie-Haus realisierte Büro- und Betriebsgebäude von Zeller/Athoka in Herten. (Quelle: Daikin)
Abb. 1 Neuer Firmensitz und gleichzeitig Forschungsobjekt: Das als Netto-Null-Energie-Haus realisierte Büro- und Betriebsgebäude von Zeller/Athoka in Herten.

Welche Anforderungen ein Bürogebäude hinsichtlich seiner Energiebilanz künftig ­gewährleisten muss, ist bereits vorgezeichnet: Unterm Strich soll bezogen auf fossile Energieträger eine Null stehen. Damit der Ansatz flächendeckend realisiert werden kann, muss er weitgehend ohne Fördergelder umsetzbar sein. Wirtschaftlichkeit ist deswegen ein wichtiger Aspekt beim Netto-Null-Energie-Haus von Zeller/Athoka, wo die Wärmepumpentechnik das zentrale Element des Energieversorgungskonzepts ist.

Das Ziel ist bereits definiert: Die 2010 novellierte EU-Gebäuderichtlinie1) verpflichtet die Mitgliedstaaten, dass ab dem 31. Dezember 2020 alle neuen Gebäude „Niedrigstenergiegebäude“ sein müssen. Für neue Gebäude, die von Behörden als Eigentümer genutzt werden, ist dies bereits zwei Jahre früher zu gewährleisten. Niedrigstenergiegebäude müssen „eine sehr hohe […] Gesamtenergieeffizienz aufweisen. Der fast bei Null liegende oder sehr geringe Energiebedarf sollte zu einem ganz wesentlichen Teil durch Energie aus erneuerbaren Quellen – einschließlich Energie aus erneuerbaren Quellen, die am Standort oder in der Nähe erzeugt wird – gedeckt werden“.

Zwar wurde auf dem Weg durch die Instanzen der vom EU-Parlament anvisierte Standard „Netto-Null-Energiegebäude“ über „Nahe-Null-Energiegebäude“ und „nahezu energieautarkes Gebäude“ zum durch die Länder noch individuell zu definierenden Niedrigstenergiegebäude entschärft – doch eingebürgert hat sich bereits die wesentlich anschaulichere Definition Netto-Null-Energiegebäude: Über ein Jahr betrachtet wird der gesamte Energiebedarf zum Heizen und Kühlen und bei Nichtwohngebäuden auch für die Beleuchtung gedeckt, ohne dafür in einer Gesamtbewertung fossile Energieträger aufzuwenden. Energieabnahme und Energieerzeugung müssen bei dieser Betrachtungsweise nicht vor Ort in Deckung gebracht werden.

Neuer Firmensitz als Live-Labor

Daikin Europe, Oostende Belgien, und Zeller/Athoka wollen schon heute wissen, wie bewährte Technik und Materialien für Hülle und Haustechnik in einem gewerblich genutzten Netto-Null-Energie-Haus wirtschaftlich und energieeffizient als Gesamtkonzept zusammenwirken. Dazu hat Daikin zusammen mit der Athoka GmbH und der Zeller Kälte- und Klimatechnik GmbH ein internationales Forschungsvorhaben in Herten initiiert. Der neue Firmensitz von Zeller/Athoka Abb. 1, der von Anfang an nach dem Netto-Null-Energie-Ansatz geplant wurde, wird dazu über zwölf Monaten als Live-Labor dienen, denn die Messungen werden während der normalen Betriebs- und Geschäftszeiten durchgeführt.

An dem Forschungsprojekt2) sind international renommierte Institute beteiligt: Das französische Centre Technique des Industries Aérauliques et Thermiques (CETIAT), das Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) und die Fraunhofer UMSICHT, die TU Dortmund sowie The University of Manchester.

Unterschiedliche Aspekte sollen in 27 Arbeitspaketen untersucht werden. Es geht dabei nicht nur um die Hülle und Technik, sondern auch um die Wirkung des Gebäudes auf die Umwelt und die Energienetze. Über eine zentrale Messtechnik erhalten die Institute alle relevanten Betriebsparameter. Insgesamt werden mehr als 100 Messwerte (z.B. Energieströme, Solarstrahlung, CO2-Konzentration, Anwesenheit von Personen, Wetterdaten, Fensteröffnung, Gerätebetriebsparameter) erfasst. Durch die einheitliche Datenbasis können auch interdisziplinäre Rückschlüsse gezogen werden. Nach der Datenerfassung geht das Projekt dann in die Optimierung über.

Wärmepumpe wird Kernelement

Die Vision der Zeller/Athoka Geschäftsführer Thorsten und Achim Zeller Abb. 2 bei der Konzipierung des Objekts war die Errichtung eines modernen Bürohauses mit ambitionierter Energiebilanz, das als Netto-Null-Energie-Haus bereits die künftigen EU-Standards erfüllt. Achim Zeller: „Momentan verantworten Gebäude etwa 40 % des gesamten Endenergieverbrauchs in Deutschland, rund 85 % davon entfallen auf Heizung und Warmwasser. Umso wichtiger ist die Rolle von Heizungs- und Klimaunternehmen, Produkte zur weiteren Erhöhung der Energieeffizienz von Gebäuden auf den Markt zu bringen sowie systemübergreifende Planungsansätze zu entwickeln, die das Konzept der Netto-Null-Energie-Gebäude zu geringstmöglichen Investitionskosten umsetzen. Dabei wird sich die Wärmepumpentechnik zum Kernelement wirtschaftlicher Lösungen entwickeln und ihre Überlegenheit gegenüber anderen Heizsystemen ausspielen. Dies wird hinsichtlich Energieeffizienz, Teillastoptimierung und Energie-Last-Management sowie preiswerter Speicherung der erneuerbaren Energien im Live-Labor in Herten schon heute sichtbar gemacht.“

Mit dem Forschungsvorhaben will Daikin einen wichtigen Beitrag zum Erreichen der EU-Klimaziele 2020 leisten, denn auch bestehende Bürobauten sollen in Zukunft von den Erkenntnissen profitieren. Im Fokus steht dabei neben dem wirtschaftlichen Aspekt auch die praktische Anwendbarkeit: Zum einen ist die gewählte Gebäudeart – eine Kombination aus Büro und Lagerhaus – ein häufig genutztes Konzept, zum anderen wurden bei der anlagentechnischen Ausstattung nur bewährte Großserienprodukte verwendet.

Standardsysteme verzahnt

Der 1335 m2 (535 m2 Bürofläche, 800 m2 gewerbliche Fläche) große Neubau vereint etablierte Energiesysteme zur Nutzung erneuer­barer Energie und Umweltwärme. Da sich durch die abgestimmte Dimensionierung der Ge­bäudehülle und der gesamten haustechnischen Anlagen ein geringer spezifischer Endenergiebedarf ergibt, kann dieser in der Jahresbilanz über die eigene 300 m2 große Photovoltaik-Anlage (27,3 kWp, Paneele mit zylindrischen Modulen) gedeckt werden Abb. 3. Ein 100 m2 großes Testfeld des Dachs wird zudem mit der ZIRC-Beschichtung von Daikin lackiert, die das Sonnenlicht reflektiert und verhindert, dass sich das Gebäude an heißen Tagen über das Dach aufheizt. Zusätzlich verbessert die reflektierte Sonne den Energiegewinn der Photovoltaik-Module.

Im Gebäude kompensiert die Kombina­tion aus einer Daikin Altherma Luft/Wasser-Wärmepumpen für die Fußbodenheizung und die Trinkwassererwärmung sowie eine Daikin VRV-Anlage (Luft/Luft-Wärmepumpe) die Heiz- und Kühllasten Abb. 4. Ergänzt wird das energetische Konzept durch das Daikin VAM-Lüftungssystem mit Wärmerückgewinnung.

Achim Zeller: „Wir wollen am eigenen Objekt zeigen, dass sich nachhaltige Gewerbebauten schon heute wirtschaftlich errichten lassen. Hierzu ist es wichtig, Gebäude und Technik optimal aufeinander abzustimmen. Zudem waren wir darauf bedacht, die Technik-Sicherheit zu maximieren. Dazu wurden ausschließlich verfügbare und bewährte Standardsysteme projektiert, die kreativ eingesetzt das Planungs- und Anwendungsrisiko minimieren.““ JV

http://www.daikin.de http://www.athoka.de http://www.zeller-klima.de

1) Richtlinie 2010/31/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 19. Mai 2010 über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (Neufassung); Gebräuchliche Kurzformen: EPBD und EU-Gebäuderichtlinie. Webcode 296893

2) Neben dem Bürogebäude in Herten plant Daikin Europe 2011 ähnliche Objekte für Mehrfamilienhäuser und Gewerbegebäude (Bestand- und Neubau) in Frankreich und in 2012 in England und Italien. Darüber hinaus soll das Gebäude in Herten in das europaweite GreenBuilding Programm (GBP) aufgenommen werden.

Mehr Infos zum Thema in den TGAdossiers Wärmepumpe und Passivhaus, Null- und Plus-Energie-Haus: Webcode 718 bzw. 715

Inhaltsübersicht

  1. Teil: Bürogebäude der Zukunft
  2. Teil: „Die Null ist das Ziel“
  • Abb. 2 Achim und Thorsten Zeller. „Wir wollen am eigenen Objekt zeigen, dass sich nachhaltige Gewerbebauten schon heute wirtschaftlich errichten lassen.“
  • Abb. 3 Photovoltaik-Anlage: Die verwendeten Paneele mit zylindrischen Dünnschicht-Modulen werden waagerecht montiert. Da sie sich nicht gegenseitig verschatten, kann signifikant mehr Fläche als bei der Schrägmontage herkömmlicher Paneele genutzt werden. Die zylindrischen Module wandeln auf dem vollen Umfang gleichzeitig das direkte, das gestreute und das vom Dach reflektierte ­Sonnenlicht in Elektrizität um. Besonders einfach ist die Montage, da keine Verankerung mit dem Dach und keine Beschwerung erforderlich sind.
  • Abb. 4 In Großserie ­verfügbare Standardtechnik für ein Gebäude, das einen künftigen Standard schon heute erfüllt: Außeneinheiten des VRV-Systems und der Heizungs­wärmepumpe.
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