TGA Gebäudetechnik

TGA Ausgabe 02-2016
TGA-Forum spricht Mängel bei der TGA an

Integrierte Planung ist noch die Ausnahme


1 Die Digitalisierung des Bauens gilt als Schlüssel zum kosteneffizienten Bauen und einer nachhaltigen Bewirtschaftung von Gebäuden.

1  Die Digitalisierung des Bauens gilt als Schlüssel zum kosteneffizienten Bauen und einer nachhaltigen Bewirtschaftung von Gebäuden.

Kaum jemand kann die Nutzungskosten von Gebäuden und deren Anlagen beziffern. Wichtige Daten über gebäudetechnische Anlagen sind oft nicht greifbar und viele Automationssysteme laufen mangels Fachkenntnissen des Betreibers auf Handbetrieb. Selten wurde so offen über Mängel, Versäumnisse und Schludrigkeiten in der Gebäudetechnikbranche diskutiert wie auf dem vom Management Forum Starnberg am 9. / 10. Dezember 2015 in München veranstalteten TGA-Forum.

Kompakt informieren

Bei der Gebäudeplanung fließen die Nutzungskosten bisher nur selten ein. Die Auswirkungen durch die Gebäudeausrichtung, die Grundrissgestaltung und die Art der Fassade werden unterschätzt, ebenso die Interaktion von Fassade und TGA.

Die Digitalisierung des Bauens wird künftig auch die Datenbasis für die Lebenszyklusbetrachtung und spätere Betreibermodelle liefern.

In der Industrie schlummern noch große Energieeinsparpotenziale, die durch die Vernetzung der Teilsysteme und die Kontrolle der Energieflüsse aktvierbar sind.

Die EnEV-2016-Anforderungen sind mit verfügbarer Technik umsetzbar, bei hochtechnisierten Lösungen besteht jedoch die Gefahr, dass die Ziele verfehlt werden.

Früher war Strom in der TGA eher verpönt. Durch den sinkenden Primärenergiefaktor gewinnen Stromanwendungen nun eine neue Bedeutung.

Träge Wärmeübergabesysteme sind in hochwärmegedämmten Gebäuden kaum regelbar, der vermeintliche Effizienzvorteil niedriger Temperaturen geht dadurch in der Realität schnell verloren.

Durch eine konsequente Nutzung von Gebäudeautomations- und Energiemanagementsystemen und die bedarfsgerechte Steuerung und Regelung lassen sich noch vorhandene Einsparpotenziale in der Gebäudetechnik heben.

Baumängel verursachen hohe Kosten, ursächlich ist häufig eine mangelhafte Kommunikation.

Kritische Fachveranstaltungen sind im Bereich Gebäudetechnik eher selten; typisch sind heute mehr werblich eingefärbte Best-Practice-Vorträge von Herstellern. Die letzten periodischen Fachkongresse, wie sie in anderen Branchen üblich und als Fach-Event wichtige Eckpunkte des Austauschs und der Wissensvermittlung sind, fanden zuletzt vor rund einem Jahrzehnt unter der Ägide des damaligen Bundesindustrieverbands Heizung-Klima-Sanitärtechnik (BHKS, heute: Bundesindustrieverband Technische Gebäudeausrüstung – BTGA) statt.

Um dieses offensichtliche Informationsdefizit zu füllen, hat sich das Management Forum Starnberg, bekannt als Premiumanbieter von Konferenzen und Seminaren, dazu entschlossen, das TGA-Forum im jährlichen Rhythmus durchzuführen. Mit Prof. Dipl.-Ing. Uwe Rotermund, Fachhochschule Münster und Inhaber der gleichnamigen Ingenieurgesellschaft in Höxter / Weser, als Konferenzleiter konnte der Veranstalter einen wichtigen Meinungsbildner aus dem Bereich Facility Management (FM), Lebenszyklusbetrachtung und integrierte Planung gewinnen.

Gebäuden fehlt das Management

Wer sich heute für ein Auto interessiert, kann alle Kosten online auf diversen Portalen abrufen, inklusive Berechnung des Wertverlusts, der Kilometer-, Versicherungs-, Steuer-, Wartungs- und Servicekosten. Wer ähnliches von einem Gebäude erwartet, wird enttäuscht. „In der Baubranche befinden wir uns diesbezüglich noch in der Steinzeit“, moniert Prof. Uwe Rotermund. „Wir kennen die Planungs- und Erstellungskosten eines Gebäudes, aber kaum jemand weiß über die Nutzungskosten Bescheid.“

In vielen Fällen schlagen die Investitionskosten eines Gebäudes mit nur etwa 10 % der gesamten Lebenszykluskosten zu Buche, die Nutzungskosten über die veranschlagte Nutzungsdauer eines Gebäudes von rund 50 Jahren jedoch mit rund 90 %. Auch die ausschließliche Optimierung der Energiekosten reiche nicht aus, die Kosten für die Nutzungsphase abzuschätzen, denn diese lägen bei nur etwa 8 bis 15 % der Lebenszykluskosten.

Die Ausrichtung eines Gebäudes, die Grundrissgestaltung sowie die Art der Fassade spielt eine viel größere Rolle bei der Lebenszykluskostenbetrachtung als allgemein angenommen, so Rotermund. Das Zusammenwirken von Fassade und Technischer Gebäudeausrüstung bzw. der Technisierungsgrad eines Raummoduls sei nicht nur entscheidend für den energetischen Aufwand, sondern beeinflusse auch die Kosten für Beleuchtung, Reinigung, Instandhaltung und Sanierung.

Bei den meisten Gebäuden fehlten auch die Grundlagen für ein professionelles Gebäudemanagement. Rotermund hintersinnig: „Das Management fehlt den meisten Gebäuden!“ Wichtige Daten seien nicht greifbar und kaum jemand kenne die Nutzungskosten und die Nutzungsdauer von TGA-Komponenten. Besonders gravierend seien die Wissensdefizite externer Gebäudedienstleister (Zitat: „grottenschlecht“), die oft nicht einmal zwischen Betriebsführung und Instandhaltung unterscheiden könnten. Begriffe wie h,x-Diagramm oder Behaglichkeitsfeld seien beim FM-Personal oft völlig unbekannt. Um an Aufträge zu kommen, werde von dieser Branche oft bewusst mit falschen BKI-Kosten gerechnet (BKI = Baukosten-Informationszentrum Deutscher Architektenkammern).

An die Adresse der TGA-Planer richtete Rotermund den Appell, die integrierte Planung gegenüber Bauherren und Architekten mehr einzufordern. „Integral planen heißt, die Fachplaner sitzen gemeinsam mit den Architekten an einem Tisch. Leider gibt es in Deutschland noch viel zu wenig Büros, die den Ansatz Integrierte Planung verfolgen.“ Insbesondere die Planung nach BIM-Kriterien müssten die TGA-Planer vorantreiben, auch wenn das Thema bei den Architekten offenbar noch nicht angekommen ist.

Rotermund: „Von 1000 Architektur-Studenten besuchen gerade einmal 20 Studenten eine BIM-Vorlesung.“ Die Digitalisierung des Bauens würde nicht nur das Bauen komplexer Objekte erleichtern Abb. 1, sondern auch die Datenbasis für die Lebenszyklusbetrachtung und spätere Betreibermodelle liefern. Insbesondere bei komplexer TGA und anspruchsvollen Gebäudeautomationssystemen (GA) müssten strukturierte Gebäudedaten in digitaler Form vorliegen, sonst sei kein effizienter Betrieb der Anlagen möglich. Rotermund: „Wir stellen häufig fest, dass supertechnische Anlagen von Hand gefahren werden, weil das Personal der Dienstleister mit der Automation nicht zurechtkommt.“

FM-Vorbild Flugzeugwelt

Das Bauen und Betreiben von Gebäuden wird bei den meisten Bauherren beziehungsweise Investoren von unterschiedlichen Abteilungen, die oftmals auch wenig miteinander zu tun haben, ausgeführt. Nicht so in der Flugzeugindustrie. Dort sind Herstellung, Betrieb, Wartung und Instandhaltung – beispielsweise von Triebwerken – eng miteinander verzahnt Abb. 2.

Robert Mayr, Direktor Building Design & Facility Management, MTU Aero Engines AG, München, erklärt die Hintergründe so: „Triebwerke der zivilen Luftfahrt haben vom Start der Entwicklung bis zum Ausphasen einen Lebenszyklus von 40 Jahren. Im Schnitt erreicht ein neues Triebwerk erst nach 15 Jahren die Gewinnschwelle. Umso wichtiger ist die Dokumentation aller Materialien und Teile, bis zur letzten Schraube.“ Die Dokumentation eines Triebwerks – MTU ist fester Partner von GE, Pratt & Whitney und Rolls Royce – sei das Extremste in der Welt der Technik, denn nur so könne man die kalkulierten Kapitalrückflusszeiten zuverlässig absichern. Diese Philosophie habe man bei MTU Aero Engines auch auf den Bau und den Betrieb der Fertigungshallen übertragen.

Im Grundsatz gehe es bei einer neuen Fertigungshalle zuerst um die detailgenaue Maschinenlayout-Planung in Autocad 3D, dann um die Frage von Stromversorgung, Kühlung / Raumklima und Druckluftversorgung. Diese Punkte seien mit ausschlaggebend, welcher Standort auf dem Betriebsgelände infrage kommt. Unter Berücksichtigung der 3D-Maschinenlayout-Planung startet dann die Infrastrukturplanung, ebenfalls in Autocad 3D. Dadurch ist eine detailgenaue Kollisionsprüfung der Gebäudestruktur mit der Trassenplanung der Versorgungsleitungen gegeben.

Mayr: „Früher wurden die Maschinen in die Gebäude integriert und erst dann die FM-Abteilung gefragt, ob auch genügend Strom und Druckluft zur Verfügung steht. Heute spielen die Versorgungskapazitäten die maßgebliche Rolle bei der Entscheidungsfindung.“ Im vorgestellten Fall ging es um eine Fertigungshalle für so genannte Blisks (Blade Integrated Disk), die aus einer geschmiedeten Titanscheibe mithilfe computergesteuerter Zerspanungsmaschinen aus Vollmaterial hergestellt werden.

Wegen des hohen Kühlwasserbedarfs dieser Maschinen und der begrenzten Stromkapazitäten entschied sich die FM-Abteilung für eine Brunnenwasserkühlung, die im Betrieb rund sechsmal und in der Investition um etwa 25 % günstiger als die Kühlung mit Kompressions-Kältemaschinen war. Mayr: „Das Genehmigungsprozedere für die Brunnenwassernutzung ist sehr langwierig und aufwendig, aber der Betrieb ist dann sehr rentabel, fast so etwas wie eine Lizenz zum Gelddrucken.“

Auch bei der Luftführung in der Halle mit der hochsensiblen Fertigung ging das Unternehmen neue Wege. Vorgabe war eine turbulenzarme Luftführung bei 22 °C ± 1 K Raumtemperatur. Orientierung für die TGA-Planer bot die Halle des Deutschen Tischtennis-Zentrums in Düsseldorf (s. nächste Seite). Die Besonderheiten sind hier Luftauslässe mit getrennten Ausströmbereichen für Heizen und Kühlen sowie einzeln einstellbare Düsen. Mayr: „Die Behaglichkeit in Fertigungshallen ist ein schwieriges Thema, aber wir konnten herausragende Ergebnisse erzielen.“

Optimierte Fabrik spart 40 % Energie

Verglichen mit dem mit Energieverordnungen überregulierten Wohnungsbau scheint im Industriebereich das Bewusstsein um den effizienten Einsatz von Energie bei weitem noch nicht ausgeschöpft zu sein. Da helfe auch die Optimierung der Teilsysteme Maschine, Infrastruktur und Gebäude nur zum Teil weiter, so Prof. Harald Garrecht vom Institut für Werkstoffe im Bauwesen der Universität Stuttgart. Laut einer Literaturrecherche könne damit im günstigsten Fall etwa 25 % an Energie eingespart werden.

Dagegen lasse sich durch die Vernetzung der Teilsysteme und die Kontrolle aller Energieflüsse inklusive Energierückgewinnung und Umweltenergienutzung rund 40 % Energie einsparen, berichtet Garrecht. Zu diesem Ergebnis kommen die Wissenschaftler des von Bund, Land Hessen, TU Darmstadt und Industriepartnern mit 15 Mio. Euro finanzierten Projekts ETA-Fabrik ( www.eta-fabrik.tu-darmstadt.de ), das Anfang 2016 als real existierendes Forschungs- und Ausbildungszentrum mit 550 m2 Nutzfläche in der Maschinenhalle und 1450 m2 Forschungsfläche in die Erprobungsphase gehen soll.

Durch den interdisziplinären Ansatz der insgesamt acht Teilprojekte wird hierbei erstmals auch die thermische Interaktion zwischen Fabrikgebäude, Gebäudetechnik und Prozesskette untersucht und planerisch umgesetzt Abb. 3. Neu ist auch die Vorgabe, vollständig recycelbare Baumaterialien zu verwenden. Die wesentlichen Unterschiede gegenüber konventionellen Industriegebäuden sind:

Tragkonstruktion aus hochfestem Beton

Dämmung aus Mineralschaum

Vorhangfassade (vor Hinterlüftung) aus Ultrahochfestbeton

Kapillarrohrmatten sowohl in Vorhangfassade (außen) als auch in Tragwerkselementen (innen) integriert

Bodenplatte mit integriertem Fluidspeicherbehälter aus hochflugaschehaltigem Beton

Die hohen Energieeinsparpotenziale von 40 % (gegenüber einer konventionellen Bauweise und Einzeloptimierungen) resultieren aus:

der energetischen Kopplung thermisch aktivierter Fassadenelemente mit dem Warm- und Kaltwassernetz,

der Naturkühlung durch Verdunstung von gespeichertem Regenwasser über der Dachkonstruktion,

der saisonalen Speicherung von überschüssiger Wärmeenergie aus der Produktion,

dem energieeffizienten Betrieb durch den Einsatz von Wärmepumpe, Wärmerückgewinnung und Thermospeicher sowie

der Nutzung von Hochtemperatur-abwärme für eine thermisch angetriebene Wärmepumpe

Erste Ergebnisse mit unterschiedlich eingefärbten thermisch aktivierten Betondachelementen zeigten, dass die Kühlwirkung durch deren Berieselung mit Regenwasser und der damit verbundenen Entwärmung der Halle so hoch ist, dass im realen Betrieb wahrscheinlich keine zusätzliche Kältemaschine gebraucht wird.

Für den Heizfall ist jedoch – gegenüber der ursprünglichen Planung – eine höhere Mattenbelegung der Außenwände erforderlich, da es sonst zu einer unzureichenden Wärmeabgabe und damit zu Kaltluftabfall im Fassadenbereich kommt. Wichtig sei die genaue Kenntnis der Anlagen- und Gebäudeenergieflüsse (Energiemanagement [EM], Energiemonitoring), um gegebenenfalls gegenläufige Prozesse zu erkennen. Die Eröffnung des Gebäudes ist für März 2016 geplant. Für die Optimierung der Prozesse Werkzeugmaschinen, Gebäude und gebäudetechnische Anlagen sind drei Jahre einkalkuliert.

„EnEV 2016 teilweise an der Grenze“

Reicht die vorhandene Technik aus, um die Vorgaben der seit Januar 2016 um 25 % verschärften Energieeinsparverordnung (EnEV) zu erfüllen, fragt Johannes Weitzel, Leiter Energie + Umwelt, Carpus+Partner AG, Aachen. „Ja, die Technik ist da, sie muss nur richtig umgesetzt werden. In einigen Bereichen bewegen wir uns mit der neuen EnEV jedoch hart an der Grenze.“

Die größte Herausforderung sieht Weitzel in der Umsetzung hochtechnisierter Lösungen durch die ausführenden Firmen (mehr Kommunikation notwendig!) und die künftigen Betreiber der Anlage. Je komplexer die Anlage, desto wichtiger sei ein schlüssiges Zählerkonzept, denn ohne Energiemonitoring könnten Energieströme in komplexen Anlagen nicht identifiziert werden. Allein durch ein qualifiziertes Energiemanagement ließen sich jährlich rund 20 % an Energie einsparen.

Weitzel warnt davor, die EnEV-Vorgaben allein mit hohen Dämmwerten und Drei-Scheiben-Isolierglas erreichen zu wollen. „Das führt bei klimatisierten, hochausgerüsteten Gebäuden nicht automatisch zu niedrigeren Energiekosten.“ Bei jedem Gebäude müsse das Energiekonzept und der Aufbau der Gebäudehülle aufeinander abgestimmt werden. Das gelte insbesondere für Funktionsgebäude wie Labore oder Produktionsstätten.

Weitzel stellte mehrere Referenzgebäude mit ihren besonderen Herausforderungen vor, zum Beispiel das hochmoderne Deutsche Tischtennis-Zentrum in Düsseldorf. Um den Spielern optimale Rahmenbedingungen zu gewährleisten, liegt dort die Geschwindigkeit der turbulenzarm eingebrachten Luft bei nur 0,05 m/s Abb. 4.

Eine Besonderheit ist die Option, die Raumtemperatur auf dem mit 2000 Lux ausgeleuchteten Spielfeld während eines Wettkampfs in Abhängigkeit der Transpiration der Tischtennisspieler so anzuheben, dass für die Akteure keine Irritationen entstehen. Ausgelegt ist die Halle für eine Belegung mit 1100 Zuschauern und einem Luftwechsel von 50 m3/(m2 · h). Die nicht ganz reibungslose Inbetriebnahme trotz stimmiger Parameter führt Weitzel auf den Startpunkt während der „falschen Jahreszeit“ und auf fehlende Wärmezähler zurück.

Aus den Erfahrungen mit ausgeführten, meist sehr anspruchsvollen TGA-Projekten gibt Wetzel folgende Empfehlung an TGA-Planer: „Ausführende TGA-Unternehmen und Anlagenbetreiber besser informieren und sich gegenüber Bauherren für ein umfassendes Energiemonitoring und ein schlüssiges Zählerkonzept einsetzen!“

Mehr Stromanwendungen in der TGA

Im Gegensatz zu manch einem seiner Kollegen und den Erkenntnissen von Weitzel plädiert Prof. Dieter Wolff, Fakultät Versorgungstechnik, Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften, Wolfenbüttel, für höhere Anforderungen an den Wärmeschutz. Wichtig sei allerdings, die Bauunterhaltskosten systematisch zu erfassen und grundsätzlich mehr Zähler in die gebäudetechnischen Anlagen einzubauen, um mehr Informationen über die Effizienz anlagentechnischer Lösungen, Nutzergewohnheiten und damit über die Energieeffizienz bestimmter Verfahren für unterschiedliche Gebäudestandards zu erhalten.

Wolff ist – ähnlich wie die Initiative Agora Energiewende – der Auffassung, dass sich die TGA-Branche mehr um Stromanwendungen kümmern müsse, zumal der Anteil von Strom aus Photovoltaik- und Windkraft-Anlagen an der Gesamtenergieerzeugung kontinuierlich steige. Ab 2016 liegt der Primärenergiefaktor von Strom in Deutschland bei 1,8 (vormals 2,4) und begünstigt damit Elektroanwendungen wie Wärmepumpen und die dezentrale elektrische Trinkwassererwärmung.

Wolff plädiert dafür, künftig die Wertigkeit des Stroms stärker zu beachten und Braunkohle- beziehungsweise Kohlekraftwerke zügig durch hocheffiziente Erdgaskraftwerke und – wo es Sinn macht – durch BHKW zu ersetzen. Ein forcierter Ausbau von Fern- und Nahwärmesystemen sowie von Mini-KWK-Anlagen müsse aus wirtschaftlichen und klimapolitischen Gründen kritisch hinterfragt werden, da es durch den weiteren Ausbau von Photovoltaik- und Windkraft-Anlagen zu Verschiebungen bei der Beurteilung der Wirtschaftlichkeit von Energiesystemen kommen werde. Wolff sieht folgende Trends:

Solare Nahwärme ist wegen hoher Speicher- und Verteilverluste (durch Praxisbeispiele bestätigt) kaum mehr wirtschaftlich darstellbar.

Die nachgewiesene Endenergieeinsparung von Solarthermie im Geschosswohnbau ist so gering, dass deren weitere Verbreitung kritisch hinterfragt werden muss. Wirkungsvoller sei es, Dachflächen solcher Gebäude für PV-Anlagen zu nutzen. Begründung: hohe Speicher- und Leitungsverluste insbesondere über Zirkulationsleitungen; oft ist komplexe Hybridtechnik mit anspruchsvoller Hydraulik im Einsatz (bzw. suboptimal im Einsatz).

Im Geschosswohnbau könnte die dezentrale, elektrische Trinkwassererwärmung langfristig günstiger werden.

Geringinvestive Optimierungsmaßnahmen an der Hydraulik (Voreinstellung der Thermostatventile, Einstellung der optimalen Pumpenförderhöhe) und an der Regelung können den Energieverbrauch im Geschosswohnbau signifikant senken (Beispiel Mehrfamilienhaus mit 18 Wohneinheiten (WE): minus 21 % bzw. 140 Euro/(WE · a)).

Träge Wärmeübergabesysteme, wie Fußbodenheizungen und Betonkerntemperiersysteme, sind in hochwärmegedämmten Gebäuden kaum regelbar (Mehrverbrauch an Energie). Empfehlung:

unter 30 W/m2 (KfW-Effizienzhaus 70 / 85): keine konventionelle Fußbodenheizung, sondern schnell reagierende Heizkörper

10 bis 30 W/m2 (KfW-Effizienzhaus 55): einfache Plattenheizkörper reichen aus

unter 10 W/m2 (Passivhaus): Luftheizung reicht aus, ggf. in Kombination mit Not-Heizkörpern; kritisch sind Eingangsbereiche

neue Wärmepumpen-Anlagen in hochwärmegedämmten Wohnhäusern: mit Niedertemperatur-Heizkörpern ausstatten, maximale Vorlauftemperatur 45 °C Abb. 5

Wolff setzt sich dafür ein, dass durch den verbindlichen Einbau von Zählern die energetische Qualität von Wärmeerzeugern und Heizungsanlagen transparenter gemacht wird. Die Messung sollte „unterjährig“ den Brennstoff- beziehungsweise Endenergieverbrauch mit den dazu gehörenden Nutzwärmemengen vergleichen. Dadurch könnten weitere Effizienzpotenziale offengelegt werden.

Architektur vs. Nutzerempfinden

Auch hochgelobte städtebauliche Areale von Stararchitekten haben Schwächen, besonders dann, wenn zu viele Innovationen ohne Rücksicht auf den späteren Betrieb auf einmal realisiert werden. Marc Capeder, Leiter Facility Management der Allianz Suisse Versicherungsgesellschaft AG, Zürich, konzentrierte sich in seinem Vortrag auf das preisgekrönte Bürogebäude des Allianz Headquarters Abb. 6 in Wallisellen auf dem Richti Areal sowie auf die Herausforderungen, mit denen die Nutzer innovativer Gebäude konfrontiert werden.

Das von Architekt Wiel Arets entwickelte Ensemble fällt insbesondere wegen der neuen Elementfassade, den innenliegenden Vorhängen und den bedruckten Rändern der Kastenfenster auf (ausführliche Beschreibung des Gebäudes aus Architektensicht: www.bit.ly/tga1061 ). Capeder benennt sieben Punkte, bei denen die realisierten Wünsche des Architekten und die der Nutzer divergieren:

Weil die Designer die Besonderheiten des Stehpinkelns nicht beachtet hatten (hohe Reinigungskosten) mussten die Alessi-Pissoirs allesamt ausgetauscht werden.

Durch den Verzicht auf einen Doppelboden (Gewinn an Raumhöhe) mussten die Bodendosen für die Open Space Bürolandschaft schon im Rohbau fixiert werden. Das erschwert die Belegung mit Arbeitsplätzen, insbesondere die Nachverdichtung.

Die eigens entwickelten transluzenten Vorhänge schließen sich automatisch, sobald die Sonne auf die Fassade trifft. Obwohl Vorhänge mit Blendschutzwirkung ausgeschrieben waren, stellte sich diese im praktischen Betrieb nicht ein. Capeder: „Die Mitarbeiter behalfen sich mit Sonnenbrillen, stellten Sonnen- und Regenschirme auf und beklebten die Fensterscheiben mit Papierbahnen, um einigermaßen blendfrei arbeiten zu können. In der Konsequenz mussten zusätzliche Vorhänge mit Blendschutzfunktion nachgerüstet werden.

Bei hohem Winddruck verbogen sich die riesig hohen Türen; ein ständiges Ärgernis für die Mitarbeiter wegen klemmender Türen.

Die Raumluftfeuchte sank im Winter regelmäßig auf unter 30 %. Eine aktive Befeuchtung (Nachrüstung) war nicht möglich, da sonst dem Ensemble das Minergie-Zertifikat aberkannt worden wäre (Minergie = Niedrigenergiestandard = 38 kWh/(m2 · a).

Die „Weltneuheit“ Strahlungskühldecke mit integrierter Quelllüftung weist extrem gute akustische Werte auf, führt jedoch aufgrund ihrer Struktur und der kollektiv vorgegebenen Stehleuchten zu einer sehr ungleichmäßigen Ausleuchtung der Arbeitsplätze. Hinzu kommt, dass die gesamte Technik im Deckenzwischenraum installiert ist. Die Kosten für die Umgestaltung eines Büros, das heißt Öffnung der Decke und Umbau der Lüftung, liegen in der Größenordnung von 30 000 Euro.

Der Lieferant des Gebäudeautomationssystems mit rund 42 000 Datenpunkten (KNX-Protokoll) ging in Konkurs. Wegen der fehlenden Dokumentation sind Änderungen bei den Verknüpfungen aufwendig bis unmöglich.

Das Resümee aus Sicht des Facility Managers: Die frühzeitige Einbindung des späteren Betreibers ist bei Gebäuden dieser Komplexität unbedingt erforderlich, sonst ist nur noch Schadensbegrenzung möglich.

Bis zu 60 % Energieeinsparung

Nicht durch noch mehr Dämmung, sondern durch eine konsequente Nutzung von Gebäudeautomations- und Energiemanagementsystemen lassen sich die noch vorhandenen Einsparpotenziale in der Gebäudetechnik heben. Prof. Dr. Martin Becker, Hochschule Biberach, bemängelt, dass diese Option weder von Fachplanern noch vom künftigen Betreiber eines Gebäudes wahrgenommen wird.

Auch seien Gebäudeautomation und Energiemanagement nicht bzw. nicht ausreichend in den verschiedenen Zertifizierungen nach Green-Building-Kriterien verankert: „Das sind zwar allesamt low hanging fruits, aber es muss deutlicher herausgestellt werden, welche Einsparpotenziale sich durch eine Verknüpfung von effizient angewendeter Gebäudeautomation und einem kontinuierlichen Energiemanagement heben lassen.“

Allein durch ein verändertes Nutzerverhalten, Energiemonitoring und Energiemanagement könne zwischen 5 und 20 % an Energie eingespart werden. Häufig seien dazu nicht einmal zusätzliche Investitionen notwendig. Bei Maßnahmen an den HLK-Anlagen, bei Kälteanlagen, Beleuchtung, Motoren und Pumpen sowie durch Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung seien Energieeinsparungen zwischen 10 und 66 % bei vergleichsweise geringen Amortisationszeiten von zwei bis zehn Jahren möglich. Dagegen müsse bei Investitionen in die Gebäudehülle (Dämmung, Fenster, Wärmebrücken, Bauphysik) mit Amortisationszeiten zwischen zehn und 60 Jahren gerechnet werden, wenn man mehr als 50 % Energieeinsparung erreichen wolle.

Mit ein Grund für die geringe Effizienz der aktuell in Betrieb befindlichen Gebäudeautomationssysteme sieht Becker in der Zerstückelung des Gewerkes Gebäudeautomation in die Teilgewerke HLK, Elektro, Fassade, Sonnenschutz und MSR-Technik. Besonders gravierend wirke sich der Gewerke-Egoismus bei der Raumautomation aus, da hier nicht auszuschließen sei, dass die Gewerke zeitweise gegeneinander arbeiten.

Wichtig sei die zügige Umsetzung der DIN EN 15 232 „Energieeffizienz von Gebäuden, Einfluss von Gebäudeautomation und Gebäudemanagement (GA-Effizienzklassen A, B, C, D)“, die Anwendung von DIN 18 599-11 „Energetische Bewertung von Gebäuden – Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung Lüftung, Trinkwasser und Beleuchtung – Teil 11: Gebäudeautomation“ und der erneuerten VDI-Richtlinie 3814 „Gebäudeautomation“.

Experimentelle und theoretische Untersuchungen an Gebäuden der Hochschule Biberach Abb. 7 hätten ergeben, dass die in den GA-Effizienzklassen ausgewiesenen Einsparungen in der Praxis tatsächlich erreicht werden. Diese seien langfristig jedoch nur durch ein kontinuierliches Energiemonitoring und ein aktives dynamisches Energiemanagement zu halten. Davon sei die Branche jedoch noch weit entfernt. Becker sieht Energiemonitoring deshalb als „das Fernglas in die energetische Schatztruhe des Gebäudes.“ Fazit von Becker: „Gebäudeautomation und Energiemanagement werden umso wichtiger, je mehr Gebäude- und Energietechnik durch intelligente Verknüpfungen, wie Smart Buildings und Smart Grids, zusammenwachsen.“

Wärmespeicher richtig bewirtschaften

In hochwärmegedämmten Gebäuden wird immer weniger Wärme, dafür immer häufiger Kälte gebraucht. Bisher wird die Abwärme bei der Kälteerzeugung in der Regel „vernichtet“, obwohl sie oftmals am nächsten Morgen als Anschubheizung gebraucht werden könnte. Für Bernhard Bergjan, Geschäftsführer des Generalplanungsbüros agn Niederberghaus & Partner GmbH, Ibbenbühren, ist die Zeit reif, sich vermehrt um Energiespeicher und Energieverschiebung zu kümmern, denn nur so könne der Primärenergiebezug und damit auch der Energiebedarf für mechanisch erzeugte Kälte minimiert werden.

Verschiedene Projekte mit Erdluftregistern verdeutlichen, dass man die typischen Probleme, wie unerwünschtes Kondensat, bei richtiger Auslegung (gleichmäßige Luftgeschwindigkeiten und Luftvolumina in den Rohren) in den Griff bekommt. Die Erfahrung habe jedoch gezeigt, dass Betonrohre wegen des pH-Werts von Beton (alkalisch) weitaus hygienesicherer als Kunststoff-Erdregister sind. Zudem würden Betonrohr-Register über eine zusätzliche Speicherwirkung verfügen, die nicht zu unterschätzen sei.

Zwei wissenschaftliche Untersuchungen an einem Erdregister aus Kunststoff und einem Erdregister aus Kunststoffrohren mit Betonsammelrohren unter dem Hörsaalgebäude der Fachhochschule Osnabrück hätten ergeben, dass die guten Ergebnisse überwiegend auf Speichereffekte des Betons in den Luftsammlern und weniger auf geothermische Effekte der im Erdreich verlegten Kunststoffrohre zurückzuführen sind. Wichtig sei auch, die Betriebsintervalle von Erdregistern im Vorfeld der Planung zu simulieren und die Anlage nach der Inbetriebnahme mit Unterstützung eines Gebäudeautomationssystems zu betreiben. Für einen optimalen Anlagenbetrieb spiele das Energiemonitoring eine entscheidende Rolle.

Ein markantes Beispiel für eine von langer Hand geplante Luft-Erdregisteranlage befindet sich unter dem 2. Untergeschoss des Land- und Amtsgerichts Düsseldorf. Entscheidend für die Umsetzung war, dass agn den Wettbewerb für das neue Justizzentrum aufgrund des überzeugenden Gebäudekonzeptes für sich entscheiden konnte und auch für den gesamtplanerischen Auftrag des Gebäudes den Zuschlag erhielt.

Die Besonderheit dieser Anlage ist die Kombination der 1,8 m hohen Beton-Erdregisteranlage (Zuluftvolumen rund 100 000 m3/h) mit einem Speicher (13 t) Abb. 8, der aus Latentspeicherplatten mit Phase Change Material (PCM) besteht, die mit einer Salzlösung gefüllt sind. Die Herausforderung lag einerseits darin, die 13 t PCM so in handliche Register aufzuteilen und zu verpacken, dass diese mit wenig zusätzlicher Hilfsenergie durchströmt, also be- und entladen werden können.

Die zweite Herausforderung lag darin, Erdregister und PCM-Speicher so zu bewirtschaften, dass möglichst viel Heiz- und Kühlenergie eingespart werden kann. Interessant ist, dass durch die gewählte PCM-Rezeptur auch Spitzenentnahmen möglich sind. Aktuell liegen die Energiekosten-Einsparungen durch den PCM-Speicher bei rund 80 000 Euro/a, so Bergjan.

Kostenfresser Mängelbeseitigung

Bauschäden haben in den letzten Jahren kontinuierlich zugenommen. Manche Autoren sprechen bereits von einer dramatischen Entwicklung. Dabei steigen sowohl die Anzahl der Schäden pro Jahr als auch die durchschnittlichen Kosten pro Schaden. BauInfoConsult beziffert die Schadenskosten – bezogen auf den statistisch erfassten baugewerblichen Gesamtumsatz – im Jahr 2013 auf 11 % vom Branchenumsatz, das entspricht 10,5 Mrd. Euro (Quelle: IFB Forschungsbericht 20150219 „Analyse der Entwicklung der Bauschäden und der Bauschadenskosten“; www.bit.ly/tga1062 ).

Bemerkenswert ist die Erkenntnis, dass seit der Einführung der EnEV die Anzahl der Bauschäden und die durchschnittliche Höhe eines Schadens signifikant zugenommen haben. Besonders gravierend sind die Schadensfälle im Zusammenhang mit Wärmedämmung und mit „moderner elektronischer Haustechnik“, meldet der Bauherren Schutz Bund.

Vor diesem Hintergrund lag der Veranstalter mit der Wahl des Referenten Wolfgang Sach, Sach & Dieter GbR, München, und seinem Vortrag „Die mängelfreie Abnahme“ genau richtig. Mit Akribie hat Sach Mängel typisiert und ihnen spezifische Kosten zugeordnet. Nach seinen Erfahrungen aus 18 Jahren als Sachverständiger und der Analyse von 25 000 Mängeln bei Projektgrößen zwischen 500 000 und 25 Mio. Euro hat Sach folgende Häufigkeiten festgestellt:

90 % der sichtbaren Mängel verursachen durchschnittlich 100 % Mehrkosten

8 % Funktionsmängel verursachen durchschnittlich 250 % Mehrkosten

2 % Sicherheitsmängel verursachen rund 300 % Mehrkosten

Typisch für die Kategorie „sichtbare Mängel“ seien Abweichungen vom Raumbuch, Objekte in falscher Lage, falscher Höhe oder schief montiert, Beschädigungen durch Kratzer, Risse oder Verformungen sowie Verschmutzungen während der Bauphase durch mangelhaften Schutz oder zu frühen Einbau Abb. 9.

Unter Funktionsmängeln versteht Sach unvollständige Anlagen durch fehlende Komponenten, was einen ordnungsgemäßen Betrieb nicht gewährleistet. Auch hydrau-lische Schwachstellen, Schallbrücken, zu hohe Schallpegel und eine mangelhafte Einregulierung und Inbetriebnahme zählen zu dieser Kategorie.

Richtig teuer wird es bei Sicherheitsmängeln, die meist dem Brandschutz zugeordnet werden können. Oft fehlen auch Glykolaufnahmesysteme sowie Störumschaltsysteme und Redundanzen bei Systemen zur Prozesskühlung. Extrem hohe Kosten fallen bei fehlenden Druckproben und Spülungen von Leitungsabschnitten in Schächten an, bei denen mit Mehrkosten um den Faktor 14 bis 17 gerechnet werden muss.

Sach ist überzeugt, dass Baumängel durch mehr Klarheit beim Bausoll, ein qualifiziertes Änderungsmanagement und eine kompetente Projektsteuerung weitgehend vermieden werden könnten. Allerdings müssten dazu Bauherr, Architekt, Fachplaner, ausführendes Unternehmen und künftige Gebäudebetreiber enger und offener zusammenarbeiten. Auch die Kalkulation bis hin zur Ausführungsplanung müsste auf den Prüfstand, da oft mit zu kleinem Budget gearbeitet werde.

Raumbuchungskonzept spart Energie

Große Mengen an Energie einzusparen kann sehr einfach sein, wie das folgende Beispiel aus dem Europäischen Patentamt in München zeigt. Dort wurde in 15 Verhandlungs- und 40 Dolmetscherräumen das Exempel statuiert, wie durch eine belegungsorientierte Betriebsweise der RLT-Anlagen mit vergleichsweise wenig Aufwand und ohne Komfortverlust große Mengen an Energie eingespart werden können.

Die Ausgangslage: Die Klimaanlage für die Verhandlungsräume (40 000 m3/h, geregelter Axialventilator, 10-facher Luftwechsel, Volumenstromregelung) wurde vor der Optimierung per Zeitschaltuhr von 7.00 bis 20.00 Uhr betrieben, egal ob die Räume belegt waren oder nicht. Mit den 40 Dolmetscherräumen (20 000 m3/h, ungeregelter Radialventilator, 2-Kanal-Regelung, 30-facher Luftwechsel) wurde ebenso verfahren. Die Kosten für Strom und Wärme für die Versammlungs- und Dolmetscherräume lagen bei rund 55 000 Euro/a.

Eine Analyse der über ein CAFM-Programm erfolgten Raumbuchungen machte deutlich, dass bei nur etwa 30 % aller Meetings Dolmetscher benötigt werden. Andreas Schäffer, Strategisches Facility Management beim Europäischen Patentamt, und sein Team arbeiteten daraufhin ein Konzept aus, das auf einer bedarfsgeführten Klimatisierung der Versammlungs- und Dolmetscherräume beruht. Planungspunkte waren:

Vernetzung des CAFM-Systems „Raumbuchung“ mit der Gebäudeautomation

Einbau einer CO2-Regelung

Einbau von Radial-Ventilatoren mit Drehzahlregelung

Einbau manueller Eingriffsmöglichkeiten zur Übersteuerung der Raumbelegungsfunktion

Erste Schätzungen gingen von etwa 41 000 Euro Investitionskosten und etwa 21 000 Euro Energiekosteneinsparungen aus. Tatsächlich wurden rund 30 000 Euro/a Energiekosten eingespart, was einer Amortisationszeit von nur 1,3 Jahren entspricht.

Die größte Herausforderung war, so Schäffer, die Verbindung des CAFM-Systems (Rooms, Archibus) mit den Gebäudeautomationssystemen (JCI, Neuberger). Die Lösung war, die Textdateien für die Raumbuchungen aus dem CAFM-System täglich zu festen Zeiten auf das Zeitschaltprogramm der Gebäudeautomationssysteme zu übertragen. Schäffer: „Alle vorgegebenen Komfortbedingungen wurden eingehalten. Insbesondere die CO2-Regelung erwies sich als sehr zuverlässig.“ Und weiter: „Die Ergebnisse zeigen, dass Energiemanagement-Funktionen und bedarfsorientierte Betreiberstrategien noch ein hohes Einsparpotenzial aufweisen. Wichtigste Voraussetzung bei Nachrüstungsmaßnahmen sind jedoch mängelfreie TGA-Anlagen.“

Fazit

Das Energieeffizienzpotenzial von Gebäuden ist trotz umfassender Regelwerke noch nicht ausgeschöpft. Die Umsetzung von BIM in die Praxis, die Einführung von Energiemanagement- und Energiemonitoring-Systemen und die damit verbundene Dokumentation von Gebäude- und Verbrauchsdaten gelten als wichtige Eckpunkte zu mehr Gebäudeenergieeffizienz. Gleichzeitig können damit aussagefähige Daten zur Lebenszyklusbetrachtung und zum Benchmarking von Gebäudetypen generiert werden.

Die Referate verdeutlichen, dass es in der TGA keine Dogmen geben darf. Insbesondere die Dämmstandards von Gebäuden, die Ausrüstung von Wohngebäuden mit Solarthermie und BHKW sowie die Wahl von Fassaden- und Wärmeschutzverglasungen sollten künftig stärker im Einklang mit der Gebäudenutzung und dem Ausbau der erneuerbaren Energien erfolgen.

Eine eher unterschätzte Kostenstelle am Bau, die aber richtig ins Geld gehen kann, scheinen Baumängel zu sein, deren Ursachen oft nur auf Kommunikationsdefizite zurückzuführen sind. 

Inhaltsübersicht

  1. Teil: Integrierte Planung ist noch die Ausnahme
  2. Teil: Wichtig für TGA-Planer, Anlagenbauer und Bauherren
  3. Teil: Wolfgang Schmid
  • 2  Die Flugzeugindustrie ist Vorbild für die Verzahnung von Prozessen und für eine integrierte Dokumentation von Produktion, Gebäude und gebäudetechnischen Anlagen. Im Bild: Ein Triebwerk GP 7000 der MTU Aero Engines AG am Prüfstand.

  • 3  Thermische Interaktion von Produktionsanlagen, Gebäude und gebäudetechnischen Anlagen (im Sommer) in der ETA-Fabrik in Darmstadt, deren Eröffnung für März 2016 geplant ist.

  • 4  Deutsches Tischtennis-Zentrum Düsseldorf. Die Raumtemperatur kann in Abhängigkeit der Transpiration der Spieler „irritationsfrei“ angehoben werden.

  • 5  Einfache Plattenheizkörper reichen in hochwärmegedämmten Gebäuden völlig aus, auch in Kombination mit Wärmepumpen.

  • 6  Mehrfach ausgezeichnetes Bürogebäude von Architekt Weil Arets. Das Nutzerempfinden verhält sich eher konträr zum architektonischen Highlight.

  • 7  Die in VDI 3814 definierten Effizienzklassen von Gebäudeautomationssystemen sind nur durch Energiemonitoring und ein aktives, dynamisches Energiemanagement dauerhaft zu halten, so die Erfahrungen an der Hochschule Biberach.

  • 8  Rund 80 000 Euro/a an Energiekosten lassen sich durch die aktive Bewirtschaftung dieses PCM-Energiespeichers im Land- und Amtsgericht Düsseldorf einsparen.

  • 9  Etwa 90 % aller Mängel am Bau sind der Kategorie „sichtbare Mängel“ zuzuordnen. Typisch bei Luftleitungen sind falsche Lagerung (Verschmutzung), zu früher Einbau oder Kollision mit anderen Gewerken.

  • 10  TGA Live! beim TGA-Forum 2015: Eher exotisch mutet die Lösung an, mittels Grundwasserreinigungs-anlage nach dem Funnel-and-Gate-Prinzip (Funnel: Trichter, Gate: Tor) Kühlenergie in der Größenordnung von 90 l/s mit einer Temperatur von 12 °C zu nutzen (rund 2 MW und 4000 MWh/a). Die Anlage auf dem Gelände der Stadtwerke München am Standort des ehemaligen Gaswerks Moosach ist auch wirtschaftlich interessant, da der Reinigungsbetrieb passiv ohne elektrische Energie funktioniert (weitere Informationen: www.bit.ly/tga1063 ) Das Foto zeigt eines der bis zu 35 m langen und 7 m breiten Gates mit den Aktivkohle-Filterbehältern.

MTU Aero Engines AG

PTW TU Darmstadt

Carpus+Partner

Buderus

Allreal.ch

Wolfgang Schmid

agn

Margot Dertinger-Schmid

Wolfgang Schmid

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