TGA Energietechnik

TGA Ausgabe 06-2015
16. Biberacher Forum Gebäudetechnik

Mehr Energieeffizienz allein reicht nicht aus

Gebäudetechnik und dezentralisierte Energietechnik wachsen immer mehr zusammen. Superdämmungen und per Smartphone überwachte Gebäudesysteme suggerieren enorme Einsparpotenziale, die sich in der Realität jedoch nur selten einstellen. Lebenszyklusbetrachtungen und Energiesuffizienz könnten die tradierten Vorstellungen von Energieeinspar- und Klimapolitik nachhaltig ändern. Eindrücke vom 16. Biberacher Forum Gebäudetechnik der Hochschule Biberach.

Kompakt informieren

Eine verbesserte Energieeffizienz an der einen Stelle wird teilweise durch steigende Komfortansprüche, höheren Flächenbedarf und kürzere Produktlebenszyklen zunichte gemacht.

Energiesuffizienz könnte als neue Einsparstrategie aus dem Dilemma helfen. In diesem Kontext sind im TGA-Bereich proaktive Betreiberstrategien auf der Basis modellgestützter Steuerungen bereits erfolgreich erprobte Maßnahmen.

Die lebenszyklusorientierte Planung ist im TGA-Bereich bisher noch nicht richtig angekommen, obwohl sie die kumulierenden Kosten gegenüber einer konventionellen Planung auf bis zu 40 % senken kann.

Mit den aktuellen Rahmenbedingungen werden sich die großen Erwartungen durch die Verbreitung von Smart Metern kaum erfüllen lassen.

Die Energiewende bleibt ein Kraftakt. Trotz erheblicher Verbesserung der Energieeffizienz auf allen Ebenen ist der absolute Energieverbrauch in Deutschland nicht in gleichem Maße wie die spezifischen Energieeinsparungen zurückgegangen. Wissenschaftler führen diese paradoxe Entwicklung auf höhere Komfortansprüche der Nutzer, einen wachsenden Flächenbedarf pro Person, eine Ausweitung von Produktion und Dienstleistungen sowie den Boom bei energieverbrauchenden Kommunikationsgeräten zurück.

Sogenannte Rebound-Effekte sind inzwischen fester Bestandteil aktueller Analysen über das Nutzungsverhalten in energieeffizienten Neubauten wie auch in energiesanierten Bestandsgebäuden. Hinzu kommen Akzeptanzprobleme gegenüber langfristigen Energiemaßnahmen, beispielsweise die Wärmedämmung von Fassaden. Zusätzlich führen die immer kürzeren Innovationszyklen bei Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen-Komponenten oft zu einem frühzeitigen Produkte- oder Systemaustausch und damit zu steigenden Lebenszykluskosten.

Akzeptanz für Dämmung nimmt ab

„Die Energieeffizienz hat in Deutschland ein hohes technologisches und instrumentelles Niveau erreicht. Dennoch gibt es bis zum Zieljahr 2030 ein technisch attraktives Einsparpotenzial von rund 2078 PJ1).“ Dr.-Ing. Martin Pehnt, Fachbereichsleiter Energie am Institut für Energie- und Umweltforschung (ifeu), Heidelberg ( www.ifeu.de ), sieht die größten Energieeinsparpotenziale in der energetischen Gebäudesanierung, in der Erneuerung der Heizsysteme im Wohn- und Gewerbebau sowie bei effizienteren Automobilen.

Bei künftigen Prognosen zur Energieeinsparung müsse jedoch auch die abnehmende Akzeptanz von Dämmmaßnahmen berücksichtigt werden. So gebe es neuere Erkenntnisse über Dämmrestriktionen, aus denen sich ein empirisch ableitbarer Dämmsockel errechnen lässt, der künftig bei 16 bis 25 % des Heizwärmebedarfs liegen dürfte. Dieser Dämmsockel sei definitiv nicht einsparbar Abb. 1.

Bei den opaken Bauteilen zeichne sich aus gesamtenergetischer und ökonomischer Sicht trotz neuer Dämmstoffe ein Schwellenwert von U = 0,1 W/(m2 K) ab, der nur in Ausnahmenfällen unterschritten werden könne. Wichtig sei, den wachsenden Vorbehalten gegenüber ungezügelten Wärmedämmmaßnahmen und unästhetisch aufgesetzten Solarsystemen mittels einer sensibleren Detaillierung sowie ökologisch wie technisch unbedenklicheren Materialien entgegenzuwirken. Eine Möglichkeit sei die vollflächige Integration von Solaranlagen in Dachflächen sowie die Neubelebung bestehender Fassaden durch Zonierungen und gedämmte Vorbauten.

Ein Beispiel für eine erfolgreiche „Wärmewende“ ist aus Sicht von Pehnt das Land Dänemark. Dort habe man durch Lenkungsmechanismen – wie Energie- und CO2-Steuern auf fossile Brennstoffe – sowie die verpflichtende Erstellung lokaler Wärmekonzepte dezentrale Öl- und Gasheizungen zugunsten von solar- und KWK-unterstützten Nahwärmenetzen zurückgedrängt. Inzwischen gibt es in Dänemark mehr als 75 große solarthermische Nahwärmeanlagen, deren Wärmegestehungskosten zwischen 3,5 und 4,0 Ct/kWh liegen Abb. 2. Typisch für die solarthermisch gespeisten Nahwärmesysteme seien Kollektorfelder von bis zu 40 000 m2 Fläche, saisonale Wärmespeicher mit bis zu 100 000 m3 sowie die netzdienliche Zuschaltung von Elektro-Speichern, Wärmepumpen (elektrisch, absorptiv) und KWK-Aggregaten.

„Wärmepumpen nutzen Kohlestrom“

Während die Wärmewende in Dänemark mithilfe solarthermisch gespeister Nahwärmesysteme offenbar erfolgreich umgesetzt wird, scheint Deutschland weiterhin zu Klein-Klein-Lösungen zu tendieren. Pehnt stellte beispielsweise infrage, ob Komplett-Pakete, bestehend aus Photovoltaik-Anlage und Wärmepumpe, wirklich einen Beitrag zur Energiewende leisten. Pehnt: „Gerade dann, wenn die höchste Wärmeleistung von einer Wärmepumpe abgefordert wird, steht nur ein geringes PV-Stromangebot zur Verfügung. Strom für Wärmepumpen kommt im Winter vor allem aus der Kohleverstromung. Selbst bei hohem Dämmstandard entsteht bei mit PV-Strom gekoppelten Wärmepumpen eine Deckungslücke.“

Dagegen setzt Pehnt große Hoffnungen auf den Einsatz von Batteriespeichern in Verbindung mit Komplett-Paketen, denn damit könne der PV-Deckungsanteil signifikant gesteigert werden. Er warnt allerdings davor, die Ziele der Energiewende nur über Dämmmaßnahmen, Energieeinsparung und Energieeffizienz erreichen zu wollen. Viel wichtiger sei es, eine nachhaltige Reduktion des absoluten Energieverbrauchs zu erreichen.

Aktuell sei es so, dass der Raumwärmebedarf pro m2 Wohnfläche und pro Kopf trotz hohem Energieeffizienzstandard weiter zunehme. Auch würden die Komfortansprüche der Bevölkerung weiter steigen, wodurch Energieeinsparungen oftmals wieder aufgezehrt werden. Ein Weg aus diesem Dilemma sei, neue Wohnformen zu entwickeln, die auf eine Senkung der Wohnfläche pro Kopf abziele. Die Botschaft von Pehnt: „Die Energiesuffizienz (siehe Info-Kasten) wird künftig eine wichtigere Rolle spielen!“

Proaktiv steuern statt wie bisher regeln

„Es gibt keinen Grund mehr, Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen in Niedrigenergiegebäuden zu regeln. Die Zukunft liegt in der modellgestützten Steuerung.“ Markus Werner, Geschäftsführer Meteoviva GmbH, Jülich, ( www.meteoviva.com ) hält starre Regelparameter zur Temperierung von Gebäuden für ein Auslaufmodell, da diese immer nur die aktuellen Umgebungsbedingungen berücksichtigen.

Seine Begründung: „Wir haben es heute bei der Gebäudetemperierung mit mehreren Kostentreibern zu tun, die konventionelle Regler nicht oder unzureichend berücksichtigen.“ Dazu zählt Werner auch die Zunahme von Wetterextremen bei gleichzeitiger Belastung der Stromnetze durch fluktuierend eingespeiste erneuerbare Energien. Hinzu kämen kontinuierliche Energiepreissteigerungen von mehr als 10 %/a sowie immer höhere Kaltmieten.

Auch der Mensch trage zur Kostensteigerung bei Gebäuden bei. Zum einen komme eine immer komplexere Gebäudetechnik zum Einsatz, die hohe Ansprüche an den Betreiber stelle. Um Konflikten mit den Nutzern aus dem Weg zu gehen, neigten Betreiber immer noch zu Lösungen nach dem Motto, Hauptsache keine Beschwerden. Viele naheliegende Einsparpotenziale blieben dadurch ungenutzt.

Aufgrund dieser Erkenntnisse habe Meteoviva eine Betreiberstrategie entwickelt, die auf einer Modellbildung des Gebäudes und der in den Anlagen ablaufenden Prozesse beruht. „Neu an unserer proaktiven Steuerung ist die Erfassung von Messwerten aus den Innenräumen“, erklärt Werner. Der Einfluss der Wetterprognose auf die Steuerung sei nur ein Parameter von vielen.

Wichtig bei der Steuerungsstrategie sei die Priorisierung der Einsatzreihenfolge. Um ein Gebäude zu kühlen habe der Sonnenschutz erste Priorität, dann die Kühlung über den Fußboden und als nächstes die Erhöhung der Luftmenge. Im Modell hinterlegte Energie- und Leistungspreise sowie Prognosemodule über die Nutzung des Gebäudes und dessen interne Lasten generieren gemeinsam mit Wetterprognosen und Sonnengang einen Sollwert, der dem aktuellen Bedarf des jeweiligen Gebäudeteils bzw. der Regelzone entspricht. „Wärme, Kälte und Luft wird beim Meteoviva-Konzept nur noch nach Bedarf zur Verfügung gestellt und nicht in Bereitschaft gehalten“, betont Werner.

Wegen der Betriebsoptimierung in Echtzeit verzichtet Meteoviva auf einen Rechner vor Ort. Stattdessen werden die Daten im Meteoviva-Rechenzentrum generiert, kundenspezifisch aufbereitet und den Kundenanlagen über gesicherte VPN-Verbindungen über das Internet beziehungsweise per UMTS zur Verfügung gestellt.

„Vor Ort installieren wir nur etwa 40 cm Elektronik. Diese gibt die Meteoviva-Steuerungssignale an jedes beliebige Gebäudeautomationssystem weiter“, sagt Werner. Und weiter, „Der Kunde kann frei wählen, ob er seine Anlage konventionell fährt oder proaktiv nach simulierten Sollwerten, die von Meteoviva zur Verfügung gestellt werden.“ Durch diese Art der Steuerung könne beispielsweise im Heizfall der Spitzenbezug von Wärme um bis zu 46 % gesenkt werden. Die Erfahrungen hätten gezeigt, dass durch eine Modell-basierende Steuerung Energiekosteneinsparungen von 15 bis 40 % möglich sind, bei typischen Amortisationszeiten zwischen 6 und 38 Monaten Abb. 3.

Zweifel an der Datensicherheit

Alle Gebäude- und Hausautomationssysteme können gehackt werden. Diesen Eindruck erwecken zahlreiche mehr oder weniger reißerisch aufgemachten Berichte in einschlägigen Fachzeitschriften und in der Publikumspresse. Frederic Möllers, wissenschaftlicher Mitarbeiter, Juris-Stiftungsprofessur für Rechtsinformatik, Universität des Saarlands, bestätigt das geringe Sicherheitsniveau von Hausautomationssystemen. Insbesondere funkbasierende Systeme, beispielsweise die Marke HomeMatic, seien gefährdet. Durch drahtloses Abhören können so das Nutzerverhalten sowie Anwesenheitszeiten ausspioniert werden.

Auch Türsteuermodule, wie der Hardware-controller Entrypass Abb. 4, könnten über eine Netzwerksverbindung und ein Web-Interface geentert werden, berichtet Möllers. Heise Security ( www.heise.de ) schreibt dazu: Den Webserver sollte man unter keinen Umständen übers Netz zugänglich machen. Eine simple http-Anfrage veranlasst den Server dazu, alle seine Geheimnisse preiszugeben, inklusive Admin-Passwort, mit dem ein Angreifer sich im Web-Interface einloggen und die Kontrolle übernehmen kann.

Möllers: „Auch nicht-essentielle Geräte wie Unterhaltungselektronik lassen sich abhören und damit die bereits vorliegenden Nutzerprofile aus der Hausautomation nochmals verfeinern.“ Angreifer würden sowohl lokal mit gezielten Angriffen auf einzelne Gebäude agieren als auch flächendeckend auf mehrere Gebäude. Angriffe auf Cloud-Anbieter müssten ebenso einkalkuliert werden. Hier bestehe außerdem die Gefahr, dass die Cloud-Anbieter aus den eingelagerten Daten selbst Informationen generieren und diese verkaufen.

Auch kabelgebundene Systeme sind nicht sicher, da Daten leicht über Magnetmodule ausgelesen werden könnten, berichtet Möllers. Vielfach treffe den Nutzer eine Mitschuld am Diebstahl seiner Daten, da die gehackten Geräte oft in ihrer Grundeinstellung betrieben werden. Beste Maßnahmen gegen Abhören und Profilbildung durch Dritte sei die Verschlüsselung, das Verstecken von Kommunikationsinhalten sowie eine Authentifizierung der Nutzer.

Vor diesem Hintergrund entwickelt die Universität des Saarlands in Kooperation mit der Universität Paderborn und ies, Meinerzhagen (de.ies-gmbh.de), ein Kommunikationsmodul für Automationssysteme, das Hackerangriffen standhalten soll. Neben Authentifizierung und Verschlüsselung setzen die Entwickler auch auf das Vortäuschen von Aktivität und die Verschleierung. Diese Aufgabe sei anspruchsvoll, denn solche Systeme müssten einerseits Daten sammeln, um die Energieeffizienz des jeweiligen Systems zu verbessern, andererseits Daten verschleiern und Aktivitäten vortäuschen, um Hacker und Datensammler in die Irre zu führen. Eine absolute Sicherheit würde es jedoch auch bei sorgfältig geplanten Systemen nicht geben. Möllers dazu: „Ich kann nie nachweisen, dass ein System sicher ist, nur dass es unsicher ist.“

Smart Meter nur für Großverbraucher

Neue Zähler braucht das Land, intelligente Zähler, so will es das im Jahr 2011 novellierte Energiewirtschaftsgesetz EnWG. Die smarten Zähler sollten Verbraucher in die Lage versetzen, Strom preisvariabel in Abhängigkeit von Stromangebot und Stromnachfrage einzukaufen, gleichzeitig aber auch Anreize bieten, Lasten wegzuschalten oder – bei Bedarf – dem Netz Eigenstrom zur Verfügung zu stellen.

Presseberichten zufolge, zum Beispiel bei Spiegel online vom 17. April 2015 (Regierung vermasselt Start neuer Stromzählergeneration), sind die bisher etwa 400 000 bis 500 000 im Rahmen von Pilotprojekten installierten vermeintlich intelligenten Zähler jedoch nicht in der Lage, mit jedem Stromversorger zu kommunizieren. Spiegel online dazu: „Die meisten dieser Geräte erfüllen laut Bundesnetzagentur gar nicht die Anforderungen, die die Bundesregierung an ein intelligentes Stromnetz stellt. Und weiter: „50 Mio. Euro/a gingen in fragwürdige Projekte.“

Vor diesem Hintergrund hat das Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (VDE/FNN) bereits im Jahr 2012 das Projekt „MessSystem 2020“ aufgelegt. Hier erarbeiten Anwender und Hersteller gemeinsam die Spezifikationen für zukünftige Elektrizitätszähler und Gateways (Smart Meter) in enger Abstimmung mit den relevanten Normungsaktivitäten der VDE-Normungsorganisation DKE (Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE). Ziel ist die Entwicklung eines Systems, in dem Geräte verschiedener Hersteller sicher zusammenarbeiten. Im Fokus stehen sowohl die Interoperabilität als auch die problemlose und herstellerunabhängige Austauschbarkeit der Geräte.

Jens Benken, Produktmanager Gebäudetechnik, Theben AG, Haigerloch ( www.theben.de ), sieht die Überführung der bisherigen Zählertechnik in die Spezifikation nach „MessSystem 2020“ als eine enorme Herausforderung, zumal an die neuen Zähler sehr viele funktionale und sicherheitstechnische Anforderungen gestellt werden.

Die umfangreichen Kompatibilitätsanforderungen des FNN sind in einem Lastenheft dokumentiert, das vollständig erfüllt werden müsste, so Benken. Dazu gehöre auch die Vorgabe einer datensparenden Lösung. Betroffen vom novellierten EnWG sind zunächst nur Verbraucher mit einem Stromverbrauch von mehr als 6000 kWh/a, aber auch Neubauten und Gebäude mit PV-Anlagen, die ins Netz einspeisen. Aber: „Oma Erna ist nicht mit dabei“, schmunzelt Benken, „bei einem Stromverbrauch von 2000 bis 3000 kWh/a lohnt sich der Aufwand nicht.“

Geplanter Start für die Markteinführung des Theben-Smart-Meter-Gateways Abb. 5 ist Ende 2016 für Anlagen mit einem Stromverbrauch von mehr als 20 000 kWh/a und für Gebäude mit EEG-/KWK-Anlagen mit mehr als 7 kW Einspeiseleistung. 2019 sollen Gebäude mit Stromverbräuchen zwischen 10 000 und 20 000 kWh/a und 2021 solche mit 6000 bis 10 000 kWh/a mit Smart Metern ausgerüstet werden.

Ob die jetzt bekannten Geschäftsmodelle rund um Smart Meter für den Verbraucher ausreichende Anreize für die Verschiebung von Betriebszeiten elektrischer Haushalts-geräte in tarifgünstige Zeiten bietet, darf aus Sicht des Autors bei den aktuell vorliegenden Tarifmodellen bezweifelt werden. Beispielsweise bietet das Allgäuer Überlandwerk klimaneutral erzeugten Strom in festen Zeitfenstern mit dem Ziel an, dass der Verbraucher energieintensive Tätigkeiten in den tarifgünstigeren Feierabend (25,26 Ct/kWh) und auf die Wochenenden (24,92 Ct/kWh) verlagert. Werktäglicher Tagstrom kostet durchgängig 28,42 Ct/kWh, unabhängig davon ob PV- und Windstrom im Überfluss zur Verfügung steht. Gelingt es bei diesem Angebot einem Haushalt, jeweils 10 % seines Stromverbrauchs von 4500 kWh/a auf den Feierabend- und den Wochenend-Tarif zu verlagern, kann er damit seine Stromkosten nur um rund 30 Euro/a senken.

Bis das intelligente Haus (Smart Home) mit netzdienlichen Funktionen einen Beitrag zur Netzstabilität leisten kann, sei es noch ein weiter Weg, resümiert Benken. Allein schon wegen der vergleichsweise hohen Installations- und Betriebskosten von Smart Metern sei man von einer Wirtschaftlichkeit noch weit entfernt. Derzeit kostet ein intelligenter Stromzähler noch rund 300 Euro, zuzüglich etwa 30 Euro/a für die Basisfunktionen. Ziel sei eine Preisfindung bei etwa 120 Euro, je nach Modell. Für konsequente Sparfüchse, Effizienzhaie und Oma Erna mit ihrem durchschnittlichen Stromverbrauch von 2500 kWh/a dürfte sich so eine Investition kaum lohnen.

Kopfkratzerthema Lebenszykluskosten

Seit rund zehn Jahren köchelt das Thema Life-Cycle-Costs (Lebenszykluskosten – LZK) in der Gebäudetechnik vor sich hin, von TGA-Planern bisher eher weniger als mehr in das Tagesgeschäft integriert. Prof. Henning Balck, Institut für Projektmethodik und Systemdienstleistungen (IPS), Heidelberg ( www.ips-institut.de ), Autor zahlreicher Forschungsberichte und Studien rund um das Thema Lebenszykluskosten in der TGA, zur aktuellen Situation: „Haustechnik-Ingenieure vertrauen bei der Auswahl von Komponenten eher den Vertriebsleitern der Hersteller und weniger dem Lifecycle-Benchmarking, dessen Grundlagen beispielsweise im Rahmen der Forschungsinitiative Zukunft Bau erarbeitet wurden.“

Gemeint ist unter anderem der Forschungsbericht „Lebenszyklusorientierte Ausschreibung und Vergabe im Hochbau – methodische Grundlagen“, der unter www.irbnet.de/daten/rswb/12069009953.pdf kostenlos zur Verfügung steht. Balck: „Wir haben es hier mit einem typischen Kopfkratzerthema zu tun. Viele wissen, was es bedeutet, trauen sich aber nicht, das Thema gemeinsam mit dem Bauherrn konsequent umzusetzen.“ Letzterer müsste bereit sein, Mehrkosten bei Konzept, Planung und Erstellung eines Gebäudes einzuplanen, um die Folgekosten während der Gebäudenutzung und durch den Abbruch des Gebäudes niedrig zu halten. Balck: „80 bis 85 % der kumulierten Kosten eines Gebäudes fallen während der Nutzung des Gebäudes und beim Abbruch an. Durch eine lebenszyklusorientierte Planung kann man die kumulierenden Kosten gegenüber einer konventionellen Planung auf bis zu 40 % senken.“

Wichtig für TGA-Planer sei, Fachwissen zur Lebenszyklus-Relevanz von Bauteilen und Komponenten aufzubauen und Bauteil-Folgekosten bei der Planung stärker zu gewichten. Die Grenzen der planbaren Lebenszykluskosten bei den strategisch wichtigen Bauteilen eines Gebäudes sieht Balck derzeit noch in einer relativ hohen Ungenauigkeit der verfügbaren Daten. Eine Methodik zur Verbesserung der Transparenz von Lebenszykluskosten sei die Bildung von gewerkespezifischen LZK-Faktoren aus Folgekosten dividiert durch Investitionskosten.

Eine Auswertung der Instandhaltungskosten der Gebäude der Fraport AG, Frankfurt/Main, habe beispielsweise ergeben, dass nicht-strategische TGA-Bauteile, wie Kanalnetze und RLT-Geräte, rund 80 % der Investitionssumme des TGA-Gewerks ausmachen Abb. 6. Die strategischen Bauteile entsprechen dagegen nur 20 % der Investitionskosten, verantworten aber über den Lebenszyklus des Gebäudes 80 % der Instandhaltungskosten. Zu ihnen zählen Volumenstromregler, Brandschutzklappen, Luftklappen, Sensoren, Luftfilter, Ventilatoren, Frequenzumrichter und Wärmerückgewinner, aber auch Raum- und Gebäudeautomationssysteme.

Typisch für die meisten strategischen Bauteile sei jedoch auch deren höchste Relevanz für die Energieeffizienz. Dennoch gelten Raumautomationssysteme, Teilklimaanlagen, Gebäudeautomationssysteme und Beleuchtungsanlagen im Sinne der Fraport-Lebenszyklusbetrachtung wegen der hohen Erneuerungskosten aufgrund vergleichsweise kurzer Erneuerungsintervalle (zehn Jahre) als Kostentreiber. Günstig auf den LZK-Faktor wirke sich der Wechsel von Leuchtstoffröhren und Halogenlampen auf LED-Leuchtmittel aus, da sich hier sowohl die Nutzungsdauer verlängere als auch die Energieeffizienz verbessere. Balck appellierte an die Industrie, langlebigere Produkte anzubieten, um Gebäude nachhaltiger betreiben zu können. Gleichzeitig müssten die Betreiber gebäudetechnischer Anlagen belastbare Daten über Lebenszyklus-Faktoren generieren und diese den Planern zur Verfügung stellen.

Innovationszyklen vs. Nachhaltigkeit

Wie leben wir morgen? Welche Veränderungen beeinflussen unsere Städte? Welche Herausforderungen kommen auf die Baubranche zu und damit auch auf die Gebäudetechnik? Dr.-Ing. Michael Krause, Gruppenleiter Anlagentechnik Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP), Kassel, gab einen Abriss über die aktuellen technologischen und infrastrukturellen Trends und mögliche Auswirkungen auf Gebäude.

Die für die Gebäudetechnik wichtigste Änderung ist zweifellos die Abkehr von den zentralen zu den dezentralen Energiesystemen. Diese stehen künftig wiederum in Wechselwirkung zu Gebäuden, die mehr Strom produzieren als sie selbst benötigen. Umso dringender sei es, Stromüberschüsse in stationären oder mobilen Batterien (Elektromobil) zu speichern, erklärt Krause. Durch ihre Omnipräsenz bieten sich Smartphones als Verbindungsglied, Bedieneinheit und Integrationsplattform für die unterschiedlichsten Systeme an.

Eine Herausforderung sieht Krause in den unterschiedlichen Innovationszyklen bei Gebäuden, Infrastruktur, Fahrzeugen, Informations- und Kommunikationstechnik mit ihren jeweils sehr unterschiedlichen Lebenszykluskosten. Dies führe zu einem Zusammenwachsen bisher getrennt operierender Branchen von einem divergenten zu einem konvergenten Technologiemanagement. Besonders wichtig seien Konzepte für den Gebäudebestand, betont Krause, da Altbauten rund viermal so viel Energie benötigen wie Neubauten. Die Gesamtkosten für Emissionsminderungen um 20 % bis zum Jahr 2020 beliefen sich auf rund 1000 Mrd. Euro. Krause plädiert deshalb für eine nationale Plattform, um Synergien zwischen den laufenden Forschungsprojekten zu generieren und zu nutzen.

Übergeordnetes Ziel müsse die Entwicklung einer Forschungs- und Innovationsagenda zur nachhaltigen Stadtentwicklung sein, wie sie beispielsweise im Verbundprojekt „Morgenstadt: City Insights“ bereits erprobt werde. Hier arbeiten zehn Fraunhofer-Institute und Value-Partner eng zusammen, um aus der jeweiligen System- und Prozesskompetenz innovative Lösungen für Stadtsysteme zu entwickeln und in die Praxis umzusetzen.

Ein Beispiel für diese Art der Zusammenarbeit ist das Bürogebäude NuOffice Abb. 7(13 670 m2 Nettogrundfläche) in München ( www.nuoffice.de ), das aufgrund einer neuen Planungsmethode die weltweit höchste Zertifizierung nach LEED-Standard in der Kategorie Core & Shell erreicht hat. Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale des NuOffice-Gebäudes zu konventionellen Bürogebäuden sind:

Primärenergiebedarf von 31 kWh/(m2 a); üblich bei Neubauten in dieser Gebäudekategorie sind 100 … 150 kWh/(m2 a)

Fensterflächenanteil: 40 %

optimierte Lochfassade mit 30 cm Dämmstärke als vorgehängte Fassade (kein Wärmedämmverbundsystem)

Bauteiltemperierung

außen liegender Sonnenschutz

Energiesystem aus Fernwärme, mit Absorptionskältemaschine/-wärmepumpe; Grundwasser als Wärmequelle und zur Freikühlung

unterstützende PV-Anlage

Baustoffe aus der Region; Recyclingquote 84 % beim Baustellenabfall

Gebäude- und Raumautomationssystem mit aufgeschalteter Wetterprognose und kontinuierlichem Monitoring des Betriebsverhaltens

Lichtsysteme mit LED-Technologie und T5

Siehe auch: www.ibp.fraunhofer.de mit Suchwort Nuoffice

Fazit

Allein durch spezifische Energieeinsparmaßnahmen und Energieeffizienzfortschritte lässt sich der Primärenergieverbrauch pro Kopf nicht dauerhaft senken. Die Einsparstrategie Energiesuffizienz wird deshalb künftig mehr Beachtung finden müssen. Dabei könnten proaktive Betreiberstrategien auf der Basis modellgestützter Steuerungen – anstatt Regelungen – bei der Umsetzung neuer Energiesparstrategien eine wichtige Rolle übernehmen.

Mit der zunehmenden Vernetzung von Gebäudesystemen wächst die Gefahr, dass Netze gehackt sowie Daten entwendet oder ohne Wissen der Nutzer zu spezifischen kommerziell nutzbaren Profilen verarbeitet werden. Ob intelligente Stromzähler für Mieter und Wohnungseigentümer jemals eine Rolle spielen werden, darf beim jetzigen Stand der Entwicklung sowie fehlender Geschäftsmodelle bezweifelt werden.

Eher unterschätzt wurde bisher das Thema Lebenszykluskosten von Bauteilen und Systemen. Durch die immer kürzeren Erneuerungsintervalle elektronischer Geräte wie beispielsweise von Automatisierungseinrichtungen wirken diese als Kostentreiber über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes. Daraus leitet sich ab: Nicht allein die Energieeffizienz der Komponenten und Systeme bestimmen deren nachhaltige Wirkung, sondern auch die Instandhaltungskosten, die Migrationsfähigkeit der Systeme und die Ersatzbeschaffung. Die künftige Fokussierung auf Energieeffizienz, geringe Wartungskosten und Langlebigkeit könnte zukünftig für viele kurzlebige Systeme das Aus bedeuten.

1) Der inländische Primärenergieverbrauch Deutschlands betrug 2014 nach noch vorläufigen Zahlen der Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen 13 077 PJ.

Inhaltsübersicht

  1. Teil: Mehr Energieeffizienz allein reicht nicht aus
  2. Teil: Energiesuffizienz …
  3. Teil: Aktuelle Projekte am IGE
  4. Teil: Wolfgang Schmid
  • 2  Die Dänen haben gute Erfahrungen mit solarthermischen Nahwärmesystemen gemacht. Arcon-Sunmark – im Bild das Projekt Vojens Fjernvarme – will sein Projekt-Know-how jetzt auch verstärkt in Deutschland einsetzen.

  • 3  Viele HLK-Anlagen werden immer noch nach der Devise „Hauptsache keine Beschwerden“ betrieben. Meteoviva will durch Modellbildung des Gebäudes, die Erfassung von Messwerten aus den Innenräumen und Wetterdaten bedarfsgenaue Sollwerte online zur Verfügung stellen.

  • 4  Viele Komponenten von Hausautomationssystemen werden in der Praxis mit ihren Werkseinstellungen betrieben. Oft geben solche Komponenten durch eine http-Anfrage alle Daten preis, wie dieses Türsteuerungsmodul.

  • 5  An intelligente Stromzähler werden künftig viel höhere Anforderungen gestellt als bisher. Theben setzt auf ein Smart-Meter-Gateway der Spezifikation „nach MessSystem 2020“, das umfangreiche Kompatibilitätsanforderungen erfüllt.

  • 6  Die Fraport AG, Frankfurt, hat umfangreiches Wissen zur Lebenszyklus-Relevanz von Bauteilen und Komponenten aufgebaut. Dadurch können die Bauteil-Folgekosten hinreichend genau gewichtet werden. Im Bild „The Squaire“, ein Bürogebäude auf dem Dach des ICE-Fernbahnhofes am Frankfurter Flughafen, das mit dem LEED-Zertifikat Gold ausgezeichnet ist.

  • 7  Nachhaltiger und energieeffizienter geht es nicht: Das NuOffice in München, Schwabing-Nord. Das Fraunhofer-Institut für Bauphysik hat der Büroimmobilie mit seinem Planungsansatz zur weltweit höchsten LEED-Zertifizierung verholfen.

Bild: Arcon Sunmark

Bild: Margot Dertinger-Schmid

Bild: Entrypass

Bild: Theben

Bild: Fototeam Stefan Rebscher / Fraport

Bild: Margot Dertinger-Schmid

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