SAN IGS - Technische Universität Braunschweig

IG S
Abschlußbericht zum Projekt 12716/01/02 :
SAN IGS
Komfort- und energiegerechte Sanierung
eines Verwaltungsgebäudes
Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch
Dipl. - Ing. Matthias Rozynski
cand. arch. Jörg Ellermann
Technische Universität Braunschweig
Institut für Gebäude- und Solartechnik (IGS)
Mühlenpfordtstr. 23, 38106 Braunschweig
Tel.: 0531/391 - 3555, Fax.: 0531/391 – 8125
August 2000
Projekt 01: Komfort- und Energiegerechte Sanierung
Abschlußbericht
August 2000
Seite i
Inhalt
1
2
Zusammenfassung ............................................................................................... 1
Einleitung .............................................................................................................. 4
2.1
2.2
3
4
5
Problembeschreibung........................................................................................... 5
Ziele ...................................................................................................................... 5
Bestandsaufnahme............................................................................................... 6
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
6
Sanierungskonzept 1 .............................................................................................. 12
Sanierungskonzept 2 .............................................................................................. 13
Maßnahmen........................................................................................................ 14
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
8
Gebäudebeschreibung.............................................................................................. 6
Baubeschreibung...................................................................................................... 6
Nutzerbefragung ....................................................................................................... 6
Heizungs- und Lüftungstechnik................................................................................. 7
Fassadenuntersuchung ............................................................................................ 8
Thermischer Komfort .............................................................................................. 10
Tages- und Kunstlicht ............................................................................................. 11
Stromverbrauch ...................................................................................................... 12
Anforderungsprofil .................................................................................................. 12
Lösungskonzept.................................................................................................. 12
6.1
6.2
7
Vorhabensbeschreibung ........................................................................................... 4
Gebäudedaten .......................................................................................................... 4
Fassadensanierung ................................................................................................ 14
Doppelfassade........................................................................................................ 17
Grundrißorganisation .............................................................................................. 21
Kunstlicht ................................................................................................................ 22
Tageslicht ............................................................................................................... 26
Überhitzung ............................................................................................................ 33
Gebäudeautomation ............................................................................................... 34
Ergebnisse.......................................................................................................... 37
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
8.9
Wärmeverbrauch .................................................................................................... 37
Thermischer Komfort im Sommer ........................................................................... 38
Thermischer Komfort im Winter .............................................................................. 43
Stromverbrauch ...................................................................................................... 44
Primärenergiebedarf und CO2-Ausstoß .................................................................. 46
Fassadensystemvergleich ...................................................................................... 46
Realisierung der Gebäudeautomation..................................................................... 46
Ökobilanz................................................................................................................ 49
Wirtschaftlichkeit..................................................................................................... 50
9 Fazit .................................................................................................................... 51
10 Quellen- und Literaturverzeichnis .................................................................... 52
11 Abbildungsverzeichnis ..................................................................................... 53
12 Veröffentlichungen........................................................................................... 55
13 Anhänge................................................................................... ...............I – XVII
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Projekt 01: Komfort- und Energiegerechte Sanierung
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Kooperationspartner:
Planung :
• A3M, Braunschweig
• Staatshochbauamt I, Braunschweig
Ausführung :
• AEG Lichttechnik, Springe
• Ergo concept, Berlin
• Fabromont AG, Schmitten / FR ( Schweiz )
• Forbo Werke GmbH, Paderborn
• hüppe form, Oldenburg
• Interpane, Lauenförde / Hildesheim
• Odenwald Faserplatten, Amorbach
• REKO electronic, Marktheidenfeld
• Rigips GmbH Vertrieb Nord, Bodenwerder
• Tridonic Lichtkomponenten, Weißenhorn
• Waldmann Lichttechnik, Villingen-Schwenningen
• Warema Renkhoff, Marktheidenfeld
• Weidmüller GmbH&Co, Paderborn
• Window Master, Hamburg
1 Zusammenfassung
Ziel des Vorhabens war die hinsichtlich energetischer sowie wirtschaftlicher Kriterien optimierte modellhafte Sanierung der 10. Etage eines Verwaltungsbaus aus den 70er Jahren. Die Halbierung der
Energiekennwerte unter Durchsetzung eines Konzeptes zur freien Lüftung und Nachtkühlung bei
gleichzeitig deutlich verbessertem thermischem sowie visuellem Komfort und einer höheren Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Grundfläche waren prioritäre Ziele.
Im Rahmen der anstehenden Sanierung des gesamten Gebäudes sollen die Erfahrungen aus diesem
Projekt einfließen und als Basis zu einem ganzheitlichen Sanierungskonzept genutzt werden. Die Finanzierbarkeit dieses Vorhabens wird zur Zeit in Gesprächen mit Vertretern des Landes Niedersachsen und der Universität überprüft.
Auf der Grundlage der Erfassung des Ist-Zustands wurde ein integrales Sanierungskonzept erstellt, im
Sommer 1998 realisiert und bis Ende 1999 meßtechnisch begleitet und hinsichtlich der geforderten
Kriterien optimiert.
Das Sanierungskonzept:
• das Gebäude im Bestand :
Das Verwaltungsgebäude ist 1976 als dreizehngeschossiges Punkthochhaus in Stahlbetonskelettbauweise und Flachdecken in einer Gebäudetiefe von 25 m an der vierspurigen Mühlenpfordtstraße als
Institutsgebäude der TU- Braunschweig errichtet worden. Es wurde nur einer der drei ursprünglich geplanten Türme realisiert, so daß Teile der Erschließungsflächen nicht mehr benötigt werden (s. Abb. 51). Die Fassade ist als vorgehängte Aluminium-Pfosten-Riegel-Konstruktion mit Paneelelementen im
Brüstungsbereich mit thermisch getrennten Profilen ausgeführt. Die wesentlichen Mängel sind hohe
Transmissions- und Lüftungswärmeverluste, hohe Strahlungsasymmetrien mit Behaglichkeitseinschränkungen im Winter, Überhitzungen im Sommer, fehlender Schlagregenschutz, hohe Geräuschentwicklung unter Winddruck sowie eine RLT-Anlage, welche die Mängel der Primärfassade durch
Überdruck und überhöhte Zulufttemperaturen ausgleicht.
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• die neue Nutzung :
Die Leichtbauweise des Ausbaus ermöglicht eine einfache Reorganisation des Grundrisses, so daß
die zur Verfügung stehende Fläche in der Gesamttiefe von 25m als Kombibüro neu genutzt werden
kann. Die Anforderungen hinsichtlich Brandschutz, Tageslichtnutzung sowie freier Lüftung decken
sich; Sichtverbindungen in die Kernzone sowie Möglichkeit der Querlüftung sind das Ergebnis der konsequenten Umsetzung eines multifunktionalen Konzeptes. So entstehen auf um 50 m² erweiterter
Nutzfläche pro Geschoß acht zusätzlich Arbeitsplätze. Die Flächennutzung kann somit von 20 auf
14m² NF/AP erhöht werden.
Die Gebäudedaten nach der Sanierung :
Gesamtgebäude
Bruttogeschoßfläche (BGF)
8455 m²
Nettogrundfläche (NGF)
7595 m²
NGF mit Energiedienstleistungen versorgt (NGFEB)
5610 m²
Nutzfläche (NF)
5196 m²
Bruttorauminhalt (BRI)
33500 m³
Tab. 1-1 : Gebäudedaten nach Sanierung
10. OG
465m²
435 m²
435 m²
400,5 m²
1790 m³
Abb. 1-1 : Grundrisse 10.OG vor und nach der Sanierung
• die Fassade:
Im Rahmen einer einfachen Fassadensanierung wurden folgende Maßnahmen durchgeführt und auf
ihre Eignung hin überprüft : Verbesserung der bauphysikalischen Werte durch Umglasen, Reduzieren
der Transmissionswärmeverluste, Erhöhen der Tageslichttransmission und Verringern des Gesamtenergiedurchlaßgrades, zusätzliche Abdichtungen der Bauteilanschlußfugen und der Glasfälze sowie
das Anbringen einer Innendämmung der im Bestand ungedämmten Stahlbetonstützen. Diese Maßnahmen haben sich als einfache, effektive und kostengünstige Teilmaßnahmen bewährt.
Ungelöst blieb das Problem der undichten Flügelelemente als Hauptursache des eindringenden Wassers und der Geräuschentwicklung. Diese müssen auf der Nord- und Ostseite gegen neue Flügel ausgetauscht werden. Im Süden, Südwesten und Westen hingegen kann auch diese Maßnahme den
Schlagregenschutz voraussichtlich nicht garantieren, da das über die Fassade ablaufende Wasser
auch im Bereich der Festverglasung, der Paneele und der außenliegenden Aluminiumpfosten in das
Profilsystem eindringen kann.
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Der vollständige Ersatz der Primärfassade scheidet als Sanierungsmöglichkeit aus, da die Sanierung
im laufenden Betrieb erfolgen soll. Allein eine Doppelfassade kann die Sicherstellung des Schlagregenschutzes auf der Luvseite gewährleisten und ermöglicht zudem eine weitere Reduzierung des
Wärmeverbrauchs sowie zusätzliche Komfortsteigerungen und eine städtebauliche Aufwertung.
Die Maßnahmenkombination mit allseitigem Austausch der Flügel, Sanierung der bestehenden RLTAnlage (1-facher LW mit WRG im Sanierungskonzept 1) wird als einfaches und mit den genannten
Einschränkungen sinnvolles Konzept bezüglich der energetischen und ökologischen Kennwerte sowie
der Wirtschaftlichkeit mit einem Doppelfassadenkonzept unter Verzicht auf die RLT-Anlage (Sanierungskonzept 2) verglichen.
• der Energieverbrauch
Die Verringerung der Transmissions- und Lüftungswärmeverluste führen im Sanierungskonzept 1 zu
2
2
einer Reduzierung des Wärmebedarfs von 184 kWh/(m a) auf Werte von 74 kWh/(m a). Dies entspricht einer Reduzierung um ca. 60%. Damit erreicht das Gebäude den Sollstandard für Büroneu2
bauten nach SIA 380/1 [1]. Eine weitergehende Reduzierung um ca. 20 % auf 60 kWh/(m a) kann mit
Konzept 2 realisiert werden.
Der Gesamtstromverbrauch des BS4 betrug im Fünfjahresmittel 175 MWh/a entsprechend 31
2
kWh/(m a). Im Vergleich mit den in der Literatur genannten Kennwerten (siehe [1,2,18]) ist dieser Verbrauch auffallend gering : die Personenbelegungsdichte war wie beschrieben niedrig, die technische
Ausstattung in weiten Teilen nicht existent und die Nutzung des Gebäudes unterliegt weiterhin dem
Semesterbetrieb. Die Hochrechnung der Meßergebnisse nach Sanierung auf das Gesamtgebäude ergab einen Gesamtverbrauch von 235 MWh/a, was einer Steigerung gegenüber dem Ausgangszustand
2
um etwa 35% entspricht, den in der SIA genannten Zielwert von 70 kWh/(m a) jedoch um 40% unterschreitet.
Die realisierten Einsparpotentiale bei der Lüftung entsprechen einer Reduktion von 7,0 auf 2,9
2
2
kWh/(m a) und bei der Beleuchtung einer Reduktion von 10,7 auf 3,0 kWh/(m a). Die Erhöhung der
Anzahl der Arbeitsplätze führte jedoch zu einem 10-fachen Anstieg des Verbrauchs für Arbeitsmittel
2
und zentrale Dienste von 2,4 auf 24,4 kWh/(m a) bei weiterhin konstantem Verbrauch des Aufzugs von
2
11,2 kWh/(m a).
Ein weiteres Einsparpotential verbirgt sich in den sehr hohen „stand-by“ Verbräuchen in Höhe von 14,9
2
kWh/(m a).
• die sommerliche Überhitzung:
Ein Vergleich der Überhitzungsmessungen aus jeweils zwei Sommermonaten 1998 (Bestand) und
1999 (Sanierung) ergab eine Reduktion des Anteils der Überhitzungsstunden an der Nutzungsdauer in
diesem Zeitraum von 45% auf 12%. Die Jahresüberhitzung der Südwest-Büroräume lag nach der Sa2
nierung bei nur 5,8% der Nutzungsdauer, obwohl sich die internen Lasten von 6,8 auf 36,4 kWh/(m a)
verfünffacht haben. In der Kernzone treten keine Überhitzungen mehr auf. Als effektiver Überhitzungsschutz hat sich die Kombination aus Nachtkühlung infolge Querlüftung und innenliegendem Sonnenschutz damit bewährt.
• die Wirtschaftlichkeit:
Mit Bruttobaukosten in Höhe von 900 bzw. 1000 DM/m²NGF, die der tatsächlich sanierten Fläche entspricht, weist das Vorhaben auch ohne Ansatz aus Energieeinsparungen und Flächengewinn nach,
daß eine komfort- und energiegerechte Sanierung mit geringem Investitionskosteneinsatz realisiert
werden kann. Sie ist in dieser Form übertragbar auf vergleichbare Bauten. (siehe 8.9) und stellt damit
die Grundlage für vergleichbare Projekte dar.
Bruttobaukosten KG 3/4
Bruttobaukosten KG 3/4
Konzept 1
Konzept 2
BGF [m²]
8455
603 DM
698 DM
NGFeb [m²]
5610
909 DM
1.052 DM
Tab. 1-2 : Bruttobaukosten der Sanierung
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NF [m²]
5196
982 DM
1.135 DM
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2 Einleitung
2.1 Vorhabensbeschreibung
Allein bis 1980 sind in der Bundesrepublik ca.
30 Mio. m² an klimatisierter Bürofläche entstanden [3]. Betrachtet man den großen Bestand, so werden zukünftig insbesondere für
diese Gebäude Sanierungskonzepte zu erarbeiten sein, welche den Energiebedarf des
Gebäudes senken und dabei gleichzeitig sowohl den Nutzungskomfort, also die thermische Behaglichkeit und die möglichst natürliche Arbeitsplatzbeleuchtung mit Tageslicht
(visueller Komfort), als auch die Funktionalität
des Gebäudes optimieren.
Das Projekt „SAN-IGS“ hat zum Ziel, eine
energie- und komfortgerechte sowie ökologische und kostengünstige Lösung für die Sanierung eines Bürohochhauses umzusetzen.
Es handelt sich dabei (siehe Abb. 2-1) um das
Institutsgebäude „BS4“ der Technischen Universität Braunschweig.
Das Modellvorhaben "Energie- und komfortgerechte Sanierung" umfaßt lediglich die Sanierung des 10. Obergeschosses (Räume des
Instituts für Gebäude- und Solartechnik). Das
Vorhaben wird gefördert von der “Deutschen
Bundesstiftung Umwelt” (DBU) in Osnabrück.
Im Anschluß an den von Mai bis September
1998 durchgeführten Umbau erfolgte von
Oktober 1998 bis 1999 eine einjährige Monitoring-Phase, in der Meßdaten zur Beurteilung
der Energieverbräuche und des thermischen
und visuellen Komforts ermittelt wurden. Dieses Sanierungskonzept soll unter Berücksichtigung der Erfahrungen aus dem Umbau des
10. OG auf das gesamte 13-geschossige Gebäude übertragen werden.
Abb. 2-1: Institutsgebäude BS 4
der TU-Braunschweig
2.2 Gebäudedaten
Bruttogeschoßfläche (BGF)
Konstruktionsfläche (KF)
Nettogrundfläche (NGF)
NGF mit Energiedienstleistungen versorgt (NGFEB)
Nutzfläche (NF)
Verkehrsfläche (VF)
Funktionsfläche (FF)
Hüllfläche
Bruttorauminhalt (BRI)
Nettorauminhalt (NRI)
A/V Verhältnis
Baujahr 1975, Architekten PSP, Braunschweig
Gesamtgebäude
8455 m²
860 m²
7595 m²
5610 m²
5196 m²
1402 m²
864 m²
11477 m²
33500 m³
27000 m³
-1
0,34 m
Tab. 2-2 : Gebäudekenndaten
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10.OG
465m²
30m²
435 m²
435 m²
400,5 m²
31 m²
3,5 m²
302 m²
1790 m³
1522 m³
-
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3 Problembeschreibung
Bei den in den 60er und 70er Jahren geplanten und erstellten Büro- und Verwaltungsgebäuden handelt
sich in vielen Fällen um ähnliche Regeltypologien : es sind zumeist Scheiben- oder Punkthäuser in
Stahlbetonskelettbauweise entstanden. Aussteifende Betonkerne (Treppenhäuser und Aufzugtürme)
und auf ein Stützenraster aufgelegte Flachdecken mit Randunterzügen bilden die konstruktive Grundlage für einen variablen Innenausbau als Zellen- oder Großraumbüro. Das Ausbauraster als Teilung
des Hauptrasters bestimmt die Fassaden-, Wand- und Deckengestaltung. Im Innenausbau finden sich
vorwiegend Leichtwände, abgehängte Decken und ein Bodenbelag auf Verbundestrich. Die Fassaden
wurden häufig als vorgehängte Pfosten-Riegel-Konstruktionen oder als horizontale Fensterbänder mit
hinterlüfteten Brüstungsverkleidungen ausgeführt. Die Medienversorgung erfolgt meist über Brüstungskanäle.
Ebenfalls fast all diesen Gebäuden gemein ist ihr hoher Energieverbrauch, mangelnder Komfort am
Arbeitsplatz und eine nicht ausreichend wind- und regendichte Fassade. Die Aufrechterhaltung behaglicher Raumbedingungen ist insbesondere in Bürogebäuden von entscheidender Bedeutung, da sie einen wesentlichen Einfluß auf die Leistungsfähigkeit der Beschäftigten hat. Zur Erreichung dieses Zieles war vor 20 bis 30 Jahren noch ein sehr hoher Energieeinsatz zur Klimatisierung der Büros notwendig. Endenergie-Kennzahlen deutlich über 300 kWh/m²a für Wärme und elektrische Energie sind bei
Verwaltungsbauten aus den sechziger und siebziger Jahren noch heute anzutreffen. Verschiedene
Maßnahmen wie Wärmerückgewinnung, verbesserter baulicher Wärmeschutz, Sonnenschutz, Luftdichtigkeit, Quellüftung, bedarfsgerechte Regelung, Steigerung der Jahresnutzungsgrade, effiziente
Beleuchtung usw. führten zu einer drastischen Reduzierung der Endenergieverbräuche. Neue Konzepte ermöglichen die Einhaltung behaglicher Raumbedingungen auch im Sommer unter Verzicht auf
ein konventionelles Kühlsystem.
4 Ziele
Heute erstellte Bürobauten, die zu großen Teilen mechanisch belüftet sind (ohne Kühlung), sollten
nach der SIA Empfehlung 380/1 Zielwerte von 78 kWh/m²a bzw. 55 kWh/m²a (Heizenergie / Elektrische Energie) nicht überschreiten [1]. Für Sanierungen werden Werte von 115 kWh/m²a bzw. 70
kWh/m²a empfohlen.
Energiekennzahl [kWh/m2a]
200
178
181
150
115
90
100
79
70
78
55
50
50
30
0
Bestand BS 4
Typ. Bestand [3]
Heizenergie
Ziel BS 4
Soll Sanierung [1]
Soll Neubau [1]
Elektrische Energie
Abb. 4-1 : Energiekennzahlen im Vergleich
Im Projekt wird der synergetische Effekt von Energieeinsparstrategien mit den genannten EndenergieKennwerten angestrebt unter
• sinnvollem Ausschöpfen konventioneller Energiesparmaßnahmen
• rationeller Energieverwendung durch fortschrittliche, angepaßte Anlagen der technischen Gebäudeausrüstung
• passiver Solarenergienutzung, Nachtkühlung, Tageslichtnutzung
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Der Kostenrahmen des Projekts beträgt ca. 900,-- DM / m² (Bruttobaukosten), so daß diese Sanierungsmaßnahme unter Beweis stellen muß, inwieweit eine energetische Sanierung auch mit relativ geringem wirtschaftlichen Aufwand bestmögliche Ergebnisse erzielt. Diese wirtschaftlichen Gesichtspunkte gewährleisten auch die Anwendbarkeit des Konzeptes auf vergleichbare Bauvorhaben.
5 Bestandsaufnahme
5.1 Gebäudebeschreibung
Der Entwurf des Gebäudes vom Büro Jessen & Stahrenberg - als Wettbewerbsbeitrag mit dem ersten
Preis für das Göttinger Rathaus ausgezeichnet - sah ursprünglich drei Türme in unterschiedlichen Höhen vor (s. Abb. 5-1). Realisiert wurde schließlich nur ein Teil des Entwurfs, das Bauteil A als Mehrzweckgebäude für die Universität Braunschweig mit dem pragmatischen Namenskürzel „BS4“, dem 4.
Gebäude der neuen Heimat in Braunschweig. Konstruktiv und funktional handelt es sich um einen typischen Vertreter seiner Zeit.
5.2 Baubeschreibung
Das dreizehngeschossige Punkthochhaus, Baujahr 1975/76, beherbergt Institute der Universität mit
Büros und Seminarräumen, jedoch keine Labors oder Werkstätten, welche den Energieverbrauch untypisch beeinflussen könnten.
Das Hochhaus, in Stahlbetonskelettbauweise errichtet, bestehend aus außenliegenden, die Fassade
Turm B
nicht realisiert
Verkehrsflächen
Turm A
Turm C
nicht realisiert
Abb. 5-1 : Schema des Gesamtentwurfs
durchstoßenden, ungedämmten Beton-Stützenpaaren und Massivdecken mit Randunterzügen. Die
Fassade besteht aus einer Aluminium-Pfosten-Riegelkonstruktion mit außenliegenden Tragprofilen der
Firma Junior aus Goslar. Es handelt sich um thermisch getrennte Profile, die Flügel sind mit einer einfachen Falzmitteldichtung ausgestattet. Die Verglasung besteht aus Sonnenschutz-Isolierglas Schott
Calorex (UF-Wert ca. 3,0 W/(m²K)), die Fensterbrüstungen aus wärmegedämmten GlaspaneelElementen.
5.3 Nutzerbefragung
Eine im Winter 1998 durchgeführte Nutzerbefragung zum thermischen Komfort führte zu folgenden
Ergebnissen:
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• Sommerliche Überhitzung :
aufgrund des fehlenden Sonnenschutzes Überhitzungen auf der Süd-, Südwest- und Westseite, die
nur in der Übergangszeit abgelüftet werden können. Keine Überhitzung auf der Nord- und Ostseite,
die durch die Aufzugtürme früh verschattet sind.
• winterlicher Wärmeschutz
Kältestrahlung im Winter an den Außenfassaden; es werden mehrfach elektrische Heizlüfter eingesetzt, vereinzelt werden zur Abschirmung Spanplatten gegen Kältestrahlung und Undichtigkeiten
aufgestellt.
• Luftdichtigkeit
Starke Luftzugserscheinungen an der Außenfassade der West- und Südwestseite; vereinzelt fliegt
Papier vom Schreibtisch; außerdem starke Geräuschbelästigung durch Pfeifgeräusche.
• Schlagregendichtigkeit
Regenwasser dringt durch die undichte Fassade ein. Gefäße und Tücher werden zum Auffangen
des eindringenden Wassers eingesetzt. Die beschichteten Fensterbänke sind aufgequollen, die abgehängte Decke zeigt Wasserflecken im Sturzbereich. Das Flachdach über dem 12. OG ist stellenweise schadhaft.
• Sonstiges
Die Lüftungsanlage wird in der Regel nicht wahrgenommen; die Lüftung über die Kippflügel wird als
unzureichend empfunden.
5.4 Heizungs- und Lüftungstechnik
Die Wärmeversorgung des Gebäudes erfolgt über Fernwärme aus dem Steinkohle-Heizkraftwerk der
Stadt Braunschweig, Wasser wird dezentral elektrisch erwärmt. Das Gebäude wird mit statischen
Heizflächen (im Fassadenbereich angeordnet, getrennte Heizkreise für Nord- und Südseite, Nachtabsenkung) und durch Vorwärmung der Zuluft über zwei Heizregister in einer zentralen Lüftungsanlage
mit Wärmerückgewinnung über einen Rotationswärmetauscher beheizt.
Diese einfache Lüftungsanlage mit Zulufttemperaturregelung ist in zwei Lüftungskreise für die Innenund Außenzonen der Geschosse unterteilt. (siehe Abb. 5-2). Im Auslegungszustand erwärmt der
Vorerhitzer die Zuluft auf konstant 22°C, was gleichzeitig die Zulufttemperatur der Innenzone darstellt.
Die Zulufttemperatur der Außenzone wird über einen Nacherhitzer unmittelbar vor dem Zuluftschacht
manuell eingestellt. Vor dem Zuluftschacht der Innenzone ist ein Reserveplatz für ein mögliches Kühlregister vorgesehen, das nicht installiert, jedoch in der Auslegung der Anlage vorausgesetzt wurde. Die
Anlage wurde ausgelegt auf 90.000 m³ Zuluft und 75.000 m³ Abluftvolumenstrom, entsprechend einem
Luftwechsel von ca. 4,7 [1/h] für die Zuluft und ca. 4.0 [1/h] für die Abluft. Durch eine Umluftklappe
können außentemperaturabhängig bis zu 54.000 m³ Abluft beigemischt werden; die verbleibenden
36.000 m³ Frischluft werden im Bereich des optimalen Wirkungsgrades des Regenerativwärmetauschers vorgewärmt. Der Überdruck wirkt dem Kaltlufteinfall aus Fassadenundichtigkeiten entgegen.
Die Betriebszeit ist wochentags von 7.00 – 18.00 Uhr, der Abluftventilator bleibt ganzjährig in Betrieb,
die Zuluftventilatoren werden im Sommer (ca. 4 Monate/a) manuell abgeschaltet. Die Gebläsestufe 2
(der Auslegungszustand) wird jedoch nicht benutzt, da sie zur Aufrechterhaltung des notwendigen hygienischen Luftwechsels nicht erforderlich ist, Zugerscheinungen hervorruft und die entstehenden Geräusche inakzeptabel hoch sind (Zuluft- und Abluftgeschwindigkeiten von bis zu 4,5 m/s). Messungen
für den Betrieb in der Gebläsestufe 1 ergaben einem Luftwechsel von 2,0 [1/h] für die Zuluft und 1,7
[1/h] für die Abluft bei Geschwindigkeiten in den Kanälen von 1–2 m/s. Die Bestandsaufnahme ergab
weiterhin eine Zulufttemperatur nach dem Vorerhitzer von 32°. Die Zulufttemperaturen der Außenzone
von 27°C werden über maximal 85% rezirkulierte Umluft auf 26°C rückgekühlt, der Nacherhitzer ist
außer Betrieb. Diese Einstellungen entsprechen weder den energetischen noch den komfortbezogenen Anforderungen.
Die nutzungssneutrale Installation der Lüftungsanlage hat zudem zur Folge, daß in Abhängigkeit der
Grundrißaufteilung Bereiche über- oder unterversorgt werden (mit Luftwechselraten < 0,5[1/h]). Der
Jahresstromverbrauch der 3 Ventilatoren hat mit mehr als 40 MWh/a einen Anteil von 25 % am Gesamtstromverbrauch des BS4.
Bei der Neugestaltung der Etage ist die Sanierung der Lüftungsanlage, deren aktuelle Einstellungen
weder sinnvoll noch wirtschaftlich sind, ein wesentlicher und integraler Bestandteil des Gesamtkonzepts.
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Abb. 5-2 : Anlagenschema RLT-Anlage
5.5 Fassadenuntersuchung
Die Kartierung von Wasserschäden ergab am 28.10.98 bei einer Windstärke von 5-7 folgendes Bild :
Abbildung 5-3 : Fassadenundichtigkeiten am BS 4 (Westwind, vW = 8,5 - 13 m/s ≅ Windstärke 5-7)
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Signifikant ist eine Zunahme der Schäden in den unteren Geschossen, was auf das an der Fassade
ablaufende Wasser zurückzuführen ist. Auf der Westseite, der Hauptwindrichtung, bestimmt bei einer
Schadensquote von 70% ein gleichmäßiges Schadensbild den Eindruck. Auf der Südwestfassade hingegen sind bei einer Schadensquote von 50% in den Geschossen 6-12 deutlich die Flügelelemente
ursächlich für den Wassereintritt verantwortlich. Wenig betroffen sind die Nord- und Südfassade, die
Schäden im Osten sind wahrscheinlich auf nicht geschlossene Kippflügel zurückzuführen. Das um 2 m
hinter die Fassadenvorderkante zurücktretende Sockelgeschoß ist nicht betroffen. Bei Versuchen, den
Weg des eingedrungenen Wassers nachzuvollziehen, wurde Wasser in den Glasfalz der Flügelelemente eingefüllt. Es ergaben sich nicht nachvollziehbare Wasseraustritte über zwei Geschosse nach
innen und nach außen an den Profilstößen. Der Zustand der Dichtungen der Trockenverglasungen
und der Flügel ist allgemein sehr gut, die Entwässerungsöffnungen im Flügelrahmen intakt.
Diese Schadensaufnahme unterstreicht eindringlich die Ergebnisse der Nutzerbefragung und die Notwendigkeit einer Fassadensanierung.
Weitere Untersuchungen zur Fassadendichtigkeit wurden mittels Blower-Door-Tests an repräsentativen Fassadenelementen durchgeführt (siehe Abb. 5-4, 7-1 und Anhang Fugendurchlaß). Messungen
einzelner Räume schlugen fehl, da zu viele Nebenwege in andere Geschosse und die RLT-Anlage bestehen.
Die Kippflügel mit einem Fugendurchlaßkoeffizienten von 0,53, die Festverglasung mit 0,36 und die
Bauteilanschlußfugen mit ca. 2,0 liegen im Rahmen typischer Undichtigkeiten. Aus diesen Fugendurchlässen resultieren ein Luftwechsel n50 von 3,4 [1/h] und ein Luftwechsel aus Infiltration von 1,25
[1/h]
Die Fassade setzt sich aus folgenden Bauteilen zusammen:
Die Fensterelemente mit einem Hüllflächenanteil von 53% und einem Uw von 3,1 W/m²/K, die Paneelelemente mit einem Hüllflächenanteil von 36% und einem U von 0,8 W/m²K in den Brüstungs- und
Sturzbereichen, sowie den Fertigteilbetonpfeilern mit einem Hüllflächenanteil von 10% und einem U
von 2,6 W/m²K. Der damals verwendete „Leichtbeton“ der Stützen verfügt nur über eine Wärmeleitfähigkeit von 0,92 W/mK.
Zu den Wärmeverlusten des Gebäudes im Bestand und nach der Sanierung siehe Kap. 8.1.
Abb. 5-4 : Blower-Door – Messung
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5.6 Thermischer Komfort
Im April 1997 durchgeführte Messungen [4] ergaben für die Außenzone Rauminnentemperaturen während der Betriebszeit von 19-27°C bei Außentemperaturen von 0-10°C in einer sonnigen Woche. Die
Zone wird werktags von 7.00-18.00 Uhr mit einem 1,8-fachen Luftwechsel bei einer mittleren Zulufttemperatur von 27,5°C versorgt. Die internen Lasten aus Arbeitsmitteln und Beleuchtung betrugen
während dieser Betriebszeit i. M. nur ca. 3,5 W/m²NF, im Tagesmittel 2,1 W/m²NF mit einer stand-by
Leistung von 0,25 W/m²; interne Lastspitzen im Bestand aus Licht, Arbeitsmitteln und Personen ca. 15
W/m²NF. Signifikant ist aufgrund des fehlenden Sonnenschutzes die Abhängigkeit der Rauminnentemperatur von der solaren Einstrahlung. Die Einstrahlung ist mit Spitzen von 167 W/m²NF der Grund
für die ganzjährig auftretenden Überhitzungen.
Deutlich geringeren Temperaturschwankungen ist der Seminarraum unterworfen : die Innenzone wird
während der Betriebszeit mit einem 0,8-fachen Luftwechsel bei einer mittleren Zulufttemperatur von
32°C versorgt. Die internen Lasten sind gleichermaßen gering, wenngleich aufgrund des Seminarbetriebs unregelmäßig. Wie erwartet zeigt die Innenzone einen zeitversetzten, trägeren Verlauf aufgrund
des interzonalen Luftwechsels. Überhitzungen treten nur im Sommer oder bei sehr dichter Personenbelegung auf. Die hohen Innentemperaturen im Winter führen jedoch nicht zu Klagen der Nutzer, da
sie niedrige Oberflächentemperaturen und die Infiltration aus Undichtigkeiten ausgleichen müssen,
was an festernahen Arbeitsplätzen dennoch nicht gelingt. Die Darstellung des Stützenanschlusses für
eine Außentemperatur von ϑa = –10°C und eine Innentemperatur von ϑi = 20°C zeigt Oberflächentemperaturen in Scheibenmitte von 4°C, auf den fassadennahen Betonoberflächen von 4-7°C und im
Glasfalz von –3°C( s. Abb 5-5). Dies bedeutet eine auf die Glasflächen bezogene Strahlungsasymetrie
von mehr als 16K (∆τzul = 10 K) und bestätigt das Ergebnis der Nutzerbefragung. Der vertikale Temperaturgradient liegt mit max. 1,5K um 50% unter dem Grenzwert von 3K.
+ 4 °C
+ 6 °C
- 3 °C
- 5 °C
+ 4 °C
- 7 °C
- 5 °C
Abb. 5-5 : Oberflächentemperaturen am Anschluß Stütze/Fassadenprofil im Winter (vgl. Abb. 7-2)
Im Sommer steigen die Rauminnentemperaturen aufgrund der solaren Einstrahlung auf bis zu 34°C.
Die Messung zur Ermittlung des prozentualen Anteils der Überhitzungsstunden an der Betriebszeit ergab 45 % Überhitzungsstunden im Bestand (Zeitraum Juli/August '98). Zur Vorauswahl angebrachter
innenliegender Sonnenschutz ergab bereits eine deutliche Verbesserung um 3-4K, was neben der
wichtigen Blendschutzfunktion über weite Teile der Betriebszeit ein akzeptables Raumklima sicherstellen kann.
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5.7 Tages- und Kunstlicht
Die Beleuchtungsanlage im BS4 wurde 1976 installiert und ist seitdem im wesentlichen unverändert in
Betrieb. Das dem Gebäude zugrundeliegende Ausbauraster von 0,80 m bestimmt auch die Anordnung
der Leuchten.
Die Leuchte eines jeden Rasterfeldes (1,60 x 1,60) ist zu der ihr benachbarten um 90° gedreht (s. Anhang Kunstlicht). Installiert wurden zweiflammige Lichtleisten mit weißen Stahlblechreflektoren als Aufbauleuchten, bestückt mit je zwei Leuchtstofflampen L36 mit konventionellen Vorschaltgeräten. Die
Lichtfarbe ist neutralweiß und die Farbwiedergabe entspricht den Anforderungen der Stufe 1B. Der
Lichtstrom ist mit 3350 lm angegeben, die Lichtausbeute beträgt 73 lm/W.
Der Blendschutz wird gewährleistet durch eine OWA-coustik Wabendecke im 3-Eck System, bestehend aus weißen, 150mm hohen Holzwolle-Leichtbauplatten, die im Raster unter den Leuchten abgehängt wurden. Dieses heute immer noch vertriebene System findet sich in vielen Großraumbüros der
70er Jahre. Die lichte Raumhöhe verringert sich dadurch um 40 cm von 2,95m auf 2,55m. Das Blendschutzraster, vor der lichten Fensteröffnung abgehängt, schränkt, einem Sturz vergleichbar, die Tageslichtnutzung ein.
100
89
90
80
80
73
70
60
50
46
42
36
40
30
20
10
0
KVG
VVG
Leistung Pges [W]
EVG
Lichtausbeute [lm/W]
Abb. 5-6 : Leistung und Lichtausbeute einer Leuchtstofflampe
(∅ 36 mm, 36W) bei verschiedenen Vorschaltgeräten
Auch die Oberflächengestaltung blieb 25 Jahre lang unverändert: Braun-, Grün und Beige-Töne bestimmen Erscheinungsbild und Reflexionsgrade (siehe Anhang Kunstlicht). Eine Besonderheit sind die
Fensterbänke aus rot beschichteter Spanplatte, die ebenso wie das Blendschutzraster die Tageslichtnutzung deutlich reduzieren.
Die Beleuchtungsanlage, entstanden in dem mulitfunktionalen Großraumgedanken, läßt sich nur grob
bedarfsgerecht steuern. In den meisten Räumen sind nur zwei Schaltkreise für den fensternahen oder
halben Raum vorgesehen.
Im Regelfall stellt die Beleuchtungsanlage die geforderten Beleuchtungsstärken und Gleichmäßigkeiten nach DIN [5] zur Verfügung (300-500 lx in den natürlich belichteten Büroräumen und 750 lx im
Seminarraum ohne Tageslichtanteil). Sie kann jedoch systembedingt nicht auf die Teilung des
Hauptrasters von 1,60 m reagieren, so daß insbesondere kleine Räume sehr ungleichmäßig belichtet
werden. Das Multifunktionsraster stößt ausgerechnet im mulitfuktionalen Seminarraum auf seine
Grenzen: Veranstaltungen und Seminare bedingen differenzierte Nutzungsanforderungen, auf die nicht
in geeigneter Weise reagiert werden kann. Auch den Anforderungen an Bildschirmarbeitsplätze kann
diese Anlage nicht mehr gerecht werden. Die Ideen des Großraums und der Variabilität im Verwaltungsbau, Entwurfsgrundlage der frühen 70er Jahre, und mit Ihnen auch die entsprechende gebäudetechnische Ausrüstung haben sich aus unterschiedlichen Gründen nicht bewährt.
Das Blendschutzraster verdreifacht die für einen Lampenaustausch notwendige Zeit.
Die installierte Leistung liegt mit im Durchschnitt 28 W/m² um mindestens 50% über heute erreichbaren Werten, ist jedoch ein für die Zeit typischer Wert. Der Verbrauch ist mit ca. 60.000 kWh/a (entsprechend 9,1 kWh/m²a) jedoch relativ gering (Grenz- und Zielwert 20 bzw. 10kWh/m²a), was wie
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schon an anderer Stelle beschrieben, auf die geringe Personenbelegungsdichte und die dem Semesterbetrieb unterliegende Nutzung zurückzuführen ist.
Die Versorgung der fensternahen Arbeitsplätze mit Tageslicht ist aufgrund des Fensterflächenanteils in
Höhe von 35% trotz eines τvis von nur 0,45 gut, für die Gebäudetiefe jedoch nicht vorgesehen. Als
Blendschutz wurden weiße Stoffvorhänge eingesetzt.
5.8 Stromverbrauch
Der Stromverbrauch des BS4 betrug im 5-Jahresmittel 175 MWh/a. Daraus errechnet sich ein Jahresverbrauch in Höhe von 31 kWh/m²a. Ein Einsparpotential ergibt sich wie beschrieben für die künstliche
Beleuchtung (aktive und passive Maßnahmen) : Tageslichtausnutzung, Oberflächen, Kunstlicht - (ges.
60 MWh/a) und die Lüfter der RLT-Anlage (ges. 39 MWh/a).
5.9 Anforderungsprofil
Auf der Grundlage der Nutzerbefragung zur thermischen Behaglichkeit, der Verbrauchsdatenerfassung
und -auswertung, der Bestandsanalyse der Heizungs- und RLT-Anlage sowie der Tages- und Kunstlichtsituation wurde ein Anforderungsprofil für die Sanierung erstellt.
§ Erhöhung der Anzahl der Arbeitsplätze durch Grundriß-Neuorganisation unter besonderer Berücksichtigung der Wechselwirkungen aus funktionaler Grundrißgestaltung und technischen Anforderungen,
§ Möglichkeiten der Fassadensanierung zur Herstellung von Wind- und Schlagregendichtigkeit (wodurch auch die Geräuschentwicklung abgestellt wird), Verringerung des Wärmebedarfs auf 50%
des Bestandsverbrauchs,
§ Heizenergieeinsparung durch Sanierung der RLT-Anlage in Abhängigkeit vom Gesamtkonzept,
§ Reduktion der sommerlichen Kühllasten; Einhaltung behaglicher raumklimatischer Bedingungen
ohne mechanische Kühlung durch freie Fensterlüftung und Aktivierung der thermischen Speichermassen,
§ Sonnen- und Blendschutz im Zusammenhang mit Tageslichtlenksystemen zur weitgehenden natürlichen Belichtung der gesamten Gebäudetiefe von 25 m,
§ Reduktion des elektrischen Energieverbrauchs, insbesondere bezüglich der Beleuchtung und der
Ventilatoren,
§ Regelungstechnik und Gebäudemanagementsysteme zur Gewährleistung des behaglichen
Raumklimas, Optimierung und Kontrolle der Funktionsweisen und des Energieverbrauchs,
§ Ökologische Beurteilung: Primärenergieeinsatz und Bauteilbewertung,
§ Wirtschaftlichkeit: Berücksichtigung der Betriebskosten als Planungsinstrument und Entscheidungskriterium,
§ Bauablauf: die Sanierung soll auch im laufenden Betrieb möglich sein, damit die Ergebnisse auf
die Sanierung des gesamten Gebäudes übertragbar sind,
§ Einhalten des festen Kostenbudgets von 900,-- DM Bruttobaukosten; (800,--DM unter Berücksichtigung der im Rahmen des Vorhabens erfolgten Unterstützung durch die vorgenannten Firmen).
6 Lösungskonzept
6.1 Sanierungskonzept 1
Zur Erreichung der Zielvorgaben von 90 bzw. 50 kWh/m²a für Heiz- bzw. elektrische Energie wird in
einem einfachen Konzept auf der Basis des Kombibürokonzepts vorgeschlagen, die Bestandsfassade
zu sanieren und die RLT-Anlage auf das neue Gesamtkonzept abzustimmen, die Tageslichtausnutzung zu verbessern und die Kunstlichtanlage zu erneuern sowie eine Nachtlüftung in Kombination mit
der Aktivierung von Speichermassen zu realisieren.
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A: Fassadensanierung
6
-550 m³/h
5
-1570 m³/h
Zone 2
2120 m³/h
LW 2,8 1/h
4
Zone 1
3
Verschiedene Blend- und
Sonnenschutzsysteme
420 m³/h
LW 2,0 1/h
2
g-Wert Verglasung 0,41Þ 0,34
g-Wert Verglasung 0,41Þ 0,57
1
1700 m³/h
Westwind 3 m/s
Abb. 6-1 : Konzept 1 - Nachtlüftung mittels Querlüftung über Wind
6.2 Sanierungskonzept 2
Ein alternatives Konzept sieht bei gleicher Grundrißorganisation auf der Süd-, Südwest- und Westfassade eine Doppelfassade vor, die in Verbindung mit einem natürlichen Lüftungskonzept eine Reduzierung der RLT- Anlage auf eine Bedarfslüftung während Seminarveranstaltungen ermöglicht. Neben der
Reduzierung winterlicher Transmissionswärmeverluste lassen sich weitere Energieeinträge über PVElemente in den Brüstungsbereichen erzielen. Weitere Vorteile dieser Maßnahme sind die Möglichkeit
der Sanierung während des laufenden Betriebs, Sicherstellung des Schlagregenschutzes und eine
städtebaulich sowie gestalterische Aufwertung des Gebäudes.
B: Doppelfassade
ϑa= 17,0 C°
ϑa= 17,0 C°
Zone 2
ϑi= 19,5 C°
392 m³/h
LW 0,5 1/h
Zone 1
ϑi= 20,6 C°
552 m³/h
LW 2,7 1/h
Zone 3
ϑi= 17,6 C°
3018 m³/h
LW 62 1/h
ϑa= 17,0 C°
Blend- und Sonnenschutz
im Fassadenzwischenraum
Doppelfassade
g-Wert Verglasung 0,41Þ 0,34
g-Wert Verglasung 0,41Þ 0,57
Schlagregenschutz
Abb. 6-2 : Konzept 2 - Nachtlüftung mittels thermischer Querlüftung über die Doppelfassade
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7 Maßnahmen
7.1 Fassadensanierung
Die Verbesserung der Dichtigkeit der Fassade ist aus vier Gründen die wichtigste Einzelmaßnahme
des Sanierungspakets: Reduzierung der Lüftungswärmeverluste im Winter, Sicherstellung des Schlagregenschutzes, Herstellung behaglicher Arbeitsverhältnisse und schließlich Reduzierung des Einsatzes
der RLT-Anlage.
Die Ergebnisse der Blower-Door Messungen zeigen für den Bestand typische Undichtigkeiten. Die Anschlüsse mancher Bauteile entsprachen dagegen wohl auch nicht dem damaligen Stand der Technik
(siehe Abb. 7-1).
n
Fugendurchlaßkoeffizient in [m³/(hmPa )]
0,7
0,6
0,5
0,44 - 0,22
0,4
0,3
0,60
0,53
0,2
0,36
0,1
0,20
0,19
Fenster mit Metall-,
Kunststoff oder
Holzrahmen mit
besonderer Dichtung
(SIA 331, 1988)
Festverglasung BS 4,
abgedichtet (Messung)
0
älteres Fenster mit
Holzrahmen ohne
Dichtung
Kippflügelfenster BS 4,
Bestand (Messung)
Fenster mit Holz oder
kombiniertem
Metall/Holz-Rahmen, mit
Dichtung (SIA 180/1,
1980)
Festverglasung BS 4,
Bestand (Messung)
Fenstertyp
Abb. 7-1 : Fugendurchlaßkoeffizienten
Regelwerte nach DIN 4701 T2 : Fenster = 0,3 m³/(hmPa2/3),
Festverglasungen = 0,1 m³/(hmPa2/3) Vergleichsdaten nach [6]
Untersuchte Verbesserungsmaßnahmen für die Festverglasung waren Abdichtungsmaßnahmen zwischen Glasfalz und Rahmen mit Silikon, Dichtband oder Textilband. Die beiden erstgenannten Maßn
nahmen verringerten den Fugendurchlaß von 0,36 auf 0,2 [m³/hmPa ].
Die Sanierung der Flügel erweist sich als schwierig, da der Andruck nicht einstellbar ist und die zweite
Dichtungsebene fehlt. Es wird daher vorgeschlagen, neue Flügel-Rahmenelemente einzusetzen, die
n
den Fugendurchlaß von 0,53 auf unter 0,2 [m³/hmPa ] verringern können und für die Beanspruchungsgruppe C zugelassen sind (siehe Anhang Fugendurchlaß). Werden dann noch die Bauteilanschlußfugen dauerhaft abgedichtet, kann der Luftwechsel n50 von 3,4 auf 1,3 reduziert werden, beim
Einsatz einer Doppelfassade auf den Wetterseiten auf 1,1 [1/h] (siehe Anhang Fugendurchlaß).
Damit liegt der Bestand bei einem Differenzdruck von 50 Pa um mehr als das 3-fache über dem
Grenzwert von 1,0 [1/h] für Gebäude mit RLT-Anlagen. Schon bei mittleren Windgeschwindigkeiten
werden so bis 4-fache Luftwechsel erreicht, was einer Dauerlüftung in Kippstellung entspricht und
schon bei Außentemperaturen unter 10°C zu Unbehaglichkeit führen kann, da mit Luftgeschwindigkeiten über 0,15 m/s und hohen Turbulenzgraden im Aufenthaltsbereich gerechnet werden muß.
Dies erklärt hinreichend die Unzufriedenheit der Nutzer und die Einstellung der RLT-Anlage : um diesem unkontrollierten Luftwechsel entgegenzuwirken, ist der Zuluftvolumenstrom um ½ LW größer als
der Abluftvolumenstrom. Selbst der hygienisch notwendige Luftwechsel, der gem. DIN 1946/2 bei maximaler Belegung 1,2 [1/h], im Durchschnitt jedoch weniger als 1,0 [1/h] beträgt, wird von der Infiltration
über die Bestandsfassade bei einem Differenzdruck von 10 Pa übertroffen, was der durchschnittlichen
jährlichen Windgeschwindigkeit von 4 m/s entspricht. Dieser Luftwechsel nL sinkt von
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1,25 auf 0,44 in der Sanierung, bzw. unter 0,40 [1/h] beim Einsatz einer Doppelfassade und liegt damit
im Bereich neuer Primärfassaden (ca. 0,30 [1/h]).
Das Gebäude kann nach einfacher Fassadensanierung somit nun mittels Fensterlüftung kontrolliert
und natürlich belüftet werden. Auch hier sind jedoch Komforteinschränkungen bei Außentemperaturen
unterhalb von 5°C durch die oben beschriebenen Zugerscheinungen, diesmal hervorgerufen durch die
Fensterlüftung, zu erwarten. Da es sich jedoch um einen kontrollierte „Störung“ handelt ist die Nutzerakzeptanz weitaus höher.
Weitere Komforteinschränkungen können sich aus hohen Windgeschwindigkeiten und / oder Regen
ergeben. Die Auswertung des Wetterdatensatzes Hannover ergab für Windgeschwindigkeiten <12 m/s
und für Regenereignisse < 2h den folgenden Anteil der Arbeitszeit (7.00-19.00 Uhr) in den Monaten
Oktober bis April :
April
März
Februar
Regen>2h
Januar
Dezember
v(wind)>12m/s
Oktober
November
35%
30%
25%
20%
15%
10%
5%
0%
Beeinträchtigung gesamt (Wind und/oder Regen)
Abb. 7-2 : Beeinträchtigung der Komfortfunktionen durch Wetterereignisse
Eine Beeinträchtigung der natürlichen Lüftung durch Wind ist im statistischen Mittel nur im Januar von
geringer Bedeutung. Weitaus häufiger, bis zu 30% der Arbeitszeit im Januar, treten länger dauernde
Regenereignisse (> 2 Stunden) auf, was auf den bewitterten Fassadenflächen zu Einschränkungen
der natürlichen Lüftung führen kann. Wertet man den Wetterdatensatz für vWind > 2m/s nach Windrichtungen in den Monaten November bis Januar für Braunschweig aus, so ergibt sich eine Häufigkeitsverteilung von 20% Ost und 75% Südwestwinden (s. Abb. 7-20). Die vorgesehene Doppelfassade
auf eben diesen Süd- Westseiten kann also eine freie Lüftung auch im Winter im wesentlichen sicherstellen.
Soll der thermischen Komfort am Arbeitsplatz bei äquivalenten Anforderungen weitestgehend eingehalten werden, so ergeben sich zwei Sanierungsvorschläge: einfache Fassadensanierung und Sanierung der RLT- Anlage. Ein 1-facher Luftwechsel wird über eine einfache Lüftungsanlage mit Zulufttemperaturregelung und WRG sichergestellt. Die Raumheizung erfolgt über die vorhandenen Radiatoren.
Die Vorwärmung der Luft kann auch über eine Doppelfassade erfolgen, so daß Unbehaglichkeit aus
Witterungseinflüssen (auch Wind und Regen) auch bei einem Verzicht auf die RLT-Anlage ausgeschlossen werden kann.
Wärmebrücken, Innendämmung der Stahlbetonpfeiler:
In Abschnitt 4.3.2.2 der E DIN 4108-3 [7] ist bei nicht saugfähigen Baustoffen und einer Innendämmung mit R ≤ 1,0 m²K/W ein rechnerischer Tauwassernachweis nicht erforderlich wenn der innere sdWert ≥ 1,0 m beträgt. Beide Voraussetzungen erfüllt eine Gipsverbundplatte mit einer 50mm starken
PS 15-Dämmung WLG 040 (R = 1,25 m²K/W, sd = 1,0 m). Damit handelt es sich um eine grundsätzlich normgerechte Konstruktion auch ohne Dampfbremse. Die anrechenbare Bauteilstärke beträgt an
der schwächsten Stelle jedoch nur ca. 10 cm, so daß durch Schlagregenbeanspruchung schnell erhebliche lokale Feuchtebelastungen im Bauteil auftreten könnten. Dies verhindert die wasserabweisende Oberfläche des unbehandelten Leichtbeton-Fertigteilstützenpaares mit einer Rohdichte von ca.
0,5
1800 kg/m³. Messungen ergaben einen Wasseraufnahmekoeffizienten von 0,3 kg/m²h . Es handelt
sich also um gefügedichten Leichtbeton nach DIN 4219-1/2 [8], einen Baustoff, der der Schlagregenbeanspruchungsgruppe III entspricht.
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Abbildung 7-3 zeigt im Anschluß der neuen Wärmedämmung an das Fassadenprofil eine Temperatur
von ϑOi,Pfosten/WD = +3°C, die um 1K unter der vergleichbaren Temperatur des Bestandes liegt. Bei einer
relativen Luftfeuchte in der Heizperiode von 30% liegt die Taupunkttemperatur bei 2°C. An Tagen mit
extremen Witterungsverhälnissen kann es daher zu Tauwasserausfall kommen. Wichtiger jedoch: Zur
Verhinderung von Dampfkonvektion muß eine sorgfältig dicht ausgeführte Anschlußfuge ausgebildet
werden. Ein Verfugen mit Silikon ist nicht ausreichend. Hier zeigte sich schon im Verlauf der ersten
Heizperiode ein Abriß an der Gipskartonkante. Zuverlässig kann dieser Anschluß durch das Einlegen
eines Kompribands oder mit einem Kunststoff-Fugenprofil gelöst werden.
Die neu eingesetzten Glasscheiben bringen eine deutliche Verbesserung der Oberflächentemperatur
auf den Scheiben von ϑOi,Scheibe,alt = -3 bis +6°C zu ϑOi,Scheibe,neu = -3 bis +16°C. Lediglich in dem Bereich der Glashalteleisten bleibt die Temperatur konstant niedrig, da die alte Pfosten-Riegel–Konstruktion die Wärme weiterhin unvermindert nach außen abgibt. Hier war und ist den Berechnungen zufolge
mit häufigerem Tauwasseranfall zu rechnen. Da jedoch im Bestand kein Tauwasseranfall auftrat, wurde die Umglasung durchgeführt und meßtechnisch begleitet. (s. Anhang Fassadensanierung)
+ 3°C
- 3°C
- 5°C
+ 16°C
- 9°C
Abb. 7-3 : Oberflächentemperaturen Stütze/Fassadenprofil (vgl. Abb. 5-5)
Bei einem Hüllflächenanteil von 10% kann der Transmissionswärmeverlust der Stahlbetonpfeiler durch
die Innendämmung um 80% bezogen auf das Bauteil bzw. 8% in Bezug auf die Hüllfläche verringert
werden.
Bezogen auf das lokale thermische Unbehagen (bei leichter, vorwiegend sitzender Tätigkeit im Winter
[9]) ergibt sich für die Stützenoberfäche im Bestand eine gleichmäßig über die Stütze verteilte Temperaturspreizung von 4 bis 18°C. Die Spreizung der sanierten Stütze erhöht sich zwar auf 3 bis 20°C, die
raumseitige Oberflächentemperatur liegt jedoch – vom linienförmigen Bauteilanschluß abgesehen –
gleichmäßig zwischen 18 und 20°C. Ähnliches trifft auf den Vergleich der Verglasungen zu: Spreizung
im Bestand –3 bis 4°C, im sanierten Zustand bei verbesserter Gleichmäßigkeit –3 bis 16°C. Die Behaglichkeit bezüglich der horizontalen Strahlungstemperaturasymetrie kann mit der Sanierung überhaupt erst hergestellt werden.
Durch die Sanierungsmaßnahmen verändern sich die Oberflächentemperaturen der Aluminiumprofile:
sie verringern sich im Anschlußbereich an die Innendämmung um 3K, erhöhen sich durch das Umglasen im allgemeinen jedoch um 1K. Im Anhang finden sich die Temperaturverteilungen in den Profilschnitten für den Bestand, die sanierte (umgeglaste) Fassade und zum Vergleich einer neuen Aluminiumfassade.
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Untersuchung einer wärmedämmenden Flüssigkeitskeramik-Beschichtung
An einem Stützenpaar kam eine diffusionsoffene Flüssigkeitskeramik-Beschichtung zum Einsatz. Basis bildet eine Dispersion spezieller Acrylharze, in denen vakuumisierte Keramikmikrokörper eine hohe
Wärmedämmung bewirken, da durch Vakuum kein Wärmeleitung stattfindet und Keramik ein
schlechter Wärmeleiter ist. Laut Hersteller ist die dämmende Wirkung des Anstrichs mit einer 6 cm
starken Hartschaumbeschichtung zu vergleichen.
Um die Auswirkung des Anstrichs auf den Wärmedurchgang in den Stützen zu bestimmen, wurden die
Temperaturverläufe durch die beiden Stützen rechnerisch sowie auf der Basis von Meßwerten miteinander verglichen. Die Wärmedämmung der Außenwand wurde durch den Schutzanstrich jedoch nicht
erheblich verbessert. Der Wärmestrom durch die behandelte Stütze ist dem der unbehandelten vergleichbar und erreicht nicht annähernd die Herstellerangaben. Die geringfügige Verbesserung der
Wärmedämmung ist vergleichbar mit der eines gewöhnlichen Farbanstrichs.
7.2 Doppelfassade
Aufgrund der in der Bestandsaufnahme beschriebenen Mängel stellt sich die Sanierung des Gebäudes
mittels einer Doppelfassade auf den Süd-, Südwest- und Westseiten als eine sinnvolle Alternative dar :
Verringerung der Transmissionswärmeverluste im Winter :
Auch die durch Umglasen sanierte Primärfassade kann ein Ufassade von 1,6 W/m²K nicht unterschreiten. Überschlägige Berechnungen in Anlehnung an [10] ergeben in der Sanierung ein Optimierungspotential von mehr als 20% bezüglich der Transmissionswärmeverluste durch eine Doppelfassade. Da
der Flächenanteil der Doppelfassade im Projekt 52% der Gesamtfassade beträgt, kann der mittlere UWert der Fassade (Fenster/Paneel/Stützen) Ufassade auf 1,4 W/m²K reduziert werden. Dies entspricht
einem Einsparpotential von 11% gegenüber der einfachen Sanierung.
Natürliche Belüftung durch Zuluftvorwärmung im Winter :
Wie unter 7.1 beschrieben, können die außenliegenden Büros über weite Teile der Betriebszeit ohne
Komforteinschränkungen natürlich belüftet werden. Die sich einstellende Übertemperatur im Fassadenzwischenraum ist wesentlich abhängig von Lage und Größe der Öffnungen, ihrer Orientierung und
der Gesamtwetterlage, insbesondere der solaren Einstrahlung und Wind. Unter der Annahme einer
Öffnungsgröße von ca. 3% der Ansichtsfläche handelt es sich um einen weitgehend geschlossenen
Fassadenzwischenraum. An bedeckten und windigen Tagen beträgt die Übertemperatur 1K, an sonnigen Wintertagen 5-10K. Wird die Zulufttemperatur nur um durchschnittlich 1,5K angehoben, bedeutet
dies eine Reduzierung der Lüftungswärmeverluste bei natürlicher Lüftung um mindestens 10% (nach
[11] ϑa = 3,3°C in der Heizperiode Oktober-März).
Die Beeinträchtigung der Komfortfunktionen duch Wetterereignisse wie in 7.1 beschrieben kommt bei
einer Doppelfassade nicht zum Tragen.
Erhöhung des Schallschutzes entlang der vierspurigen Mühlenpfordtstraße :
Die Einordnung der bestehenden Fassade bezüglich des Schallschutzes ergibt bei einer Gesamtglasdicke und einem Scheibenzwischenraum von je 12mm, 2 wirksamen Anschlägen und einer Falzdichtung ein bewertetes Schalldämmaß Rw von 32dB [12]. Aufgrund des ungleichmäßigen Schließdrucks
im Falzbereich (Undichtigkeiten), und den nicht ausreichend abgedichteten Bauteilanschlußfugen ist
das bewertete Schalldämmaß jedoch auf ca. 28dB abzumindern. 35% der Fassade bestehen im Brüstungs- und Sturzbereich aus <12cm Stahlbeton entsprechend R’w,r=50dB. Das resultierende Schalldämmaß der Fassade beträgt somit R’w, res 30dB und erfüllt die Anforderungen bis zu einem maßgeblichen Außenlärmpegel von 65dB(A). Da das Gebäude an seinen Südwest- und Westseiten an einer 4spurigen Hauptverkehrsstraße mit Straßenbahnverkehr liegt, ist der maßgeblichen Außenlärmpegel in
dem Lärmpegelbereich IV (66-70dB) anzunehmen. Hier beginnt der bevorzugte Einsatzbereich doppelschaliger Fassaden bezüglich des Schallschutzes. Dieser angenommene Außenlärmpegel erfordert
eine Verbesserung des Schalldämmmaßes R’w, res auf 35dB, bezogen auf die Verglasung um 5dB von
28 auf 33dB.
Die Verbesserung des Schallschutzes gegen Außenlärm ist wesentlich abhängig von der Größe und
Anordnung der Öffnungen, sowie dem Abstand der Doppelfassade von der Primärfassade (diffuses
Schallfeld). Unter Berücksichtigung der auch in diesem Bereich nur mäßigen Primärfassade sind Verbesserungen von 5-8dB (Annahme 10% Öffnungsfläche) erreichbar, die Anforderungen nach DIN
4109 somit erfüllbar. Darüberhinaus erlaubt die Doppelfassade in dem vorgenannten Außenlärmpegelbereich eine Fensterlüftung, die bei diesen Pegel gem. Arbeitstättenrichtlinie sonst nicht möglich
wäre.
Die Schallübertragung von Raum zu Raum über einen offenen Fassadenkorridor oder eine Mehrge-
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schoßfassade wird in der Regel nur dann zum Problem, wenn zu wenig Außenlärm (60-65dB(A)) einwirkt oder die Abschirmwirkung der äußeren Hülle überdimensioniert ist, da der aus anderen Räumen
übertragene Schall zu wesentlichen Teilen überdeckt wird.
Die vorgesehene Doppelfassade kann den erforderlichen Schallschutz sicherstellen und eine natürliche Fensterlüftung ermöglichen; weitere Untersuchen z.B. anhand einer Musterfassade sind empfehlenswert.
Sicherstellung des Schlagregenschutzes, Verringerung der Geräuschentwicklung :
Wie schon beschrieben, ist eine Sicherstellung des Schlagregenschutzes im Rahmen der Sanierung
der Primärfassade nur mit konstruktiven Ersatzmaßnahmen möglich : die Kippflügel müssen gegen
neue Fensterflügelelemente ausgetauscht werden, die Fugen der Aluminium-Tragprofile gegen die
Leichtbetonstützen nachträglich äußere Deckleisten erhalten. Kritisch bleiben die stumpfen Stöße der
horizontalen Riegel an die außenliegenden tragenden Pfosten. Diese Anschlüsse wurden dauerelastisch versiegelt und müßten erneuert werden. Die Ableitung eingedrungenen Regenwassers in den
Riegeln ist nicht vorgesehen. Eine solche Maßnahmenkombination stellt einen wesentlich verbesserten Schlagregenschutz dar. Die weiterhin notwendigen äußeren Versiegelungen bestimmen dabei das
Sanierungsintervall.
Da die Doppelfassade in Zusammenhang mit einem Querlüftungskonzept realisiert werden soll, d. h.
zum Ausgleich der Druckdifferenzen genutzt wird, werden die luvseitigen Öffnungen nach innen durchströmt und an der Fassade ablaufendes Wasser kann mitgerissen werden. Eine Optimierung der Öffnungsgeometrie ist auch für diesen Fall erforderlich, um das Eindringen größerer Wassermengen mit
der Folge starker Verschmutzungen wirksam zu verhindern. Da das Wasser jedoch im wesentlichen
an der Außenfassade abläuft, kann der Schlagregenschutz sichergestellt werden.
Ein weiteres Bestandsproblem ist die hohe Geräuschentwicklung bei Wind. Da Doppelfassaden den
dynamische Druck durch Böigkeit abbauen und auf den statischen Druckanteil durch großräumige
Windströmung reduzieren, ist mit einer deutlichen Reduzierung des Geräuschpegels zu rechnen. Einen detaillierte Bestandsaufnahme, die Staudruck und Geräuschentwicklung an den betroffenen Fassadenelementen dokumentiert, wäre die Voraussetzung für einen Sanierungsvorschlag.
Öffnungsgrößen und Verglasung:
Erste Simulationen auf der Grundlage des thermischen Auftriebs – Kastenfassade mit 60 cm Tiefe und
3,85m Geschoßhöhe – ergaben geometrische Öffnungsflächen von 10 – 20% der Fassadenfläche zur
Optimierung der sommerlichen Überhitzung. Größere Öffnungsanteile tragen nicht nennenswert zur
weiteren Reduzierung der Überhitzung in den angrenzenden Büroräumen bei.
120
Stunden vom 15. Juni bis 10. September
109
100
94
Temperatur in
den SWBüros >28°C
85
79
80
76
73
70
69
69
67
67
65
Temperatur in
den SWBüros >26°C
60
40
19
20
17
15
15
14
14
14
13
12
12
12
12
0
0
5
10
15
20
25
30
35
Prozentualer Anteil der Öffnungsfläche in der Vorhangfassade
Abb. 7-4 : Überhitzungsdauer in Abhängigkeit vom Anteil der
Öffnungsfläche in der Vorhangfassade
Zur Minimierung der Kühllasten mit dem Ziel des Verzichts auf eine mechanische Kühlung wurden drei
unterschiedliche Fassadenaufbauten in ihrer Wirkung auf die Überhitzungsstunden in einem Südwestbüro miteinander verglichen. Alle Varianten verfügen über einen seilgeführten Lamellenraffstore aus
Aluminium im äußeren Drittel des Fassadenzwischenraums, die Gläser sind in die bestehende Aluminium-Konstruktion eingesetzt, die geometrische Öffnungsfläche beträgt 15% der Fas-
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sadenfläche, die Belüftung des Büroraums erfolgt über einen Kippflügel mit 0,6m² lichtem Öffnungsquerschnitt.
• Kombination 1: 10 mm ESG - 8/12/4 mm WSV,
• Kombination 2: 10 mm ESG - 8/12/4 mm SSV,
• Kombination 3: 10 mm ESG hardcoating-beschichtet - 8/12/4 mm WSV.
g [-]
Uv [W/m²k]
ESG 10mm
5,7
0,79
ESG 10mm beschichtet
5,7
0,57
VSG 12mm
5,6
0,70
WSV
1,4
0,62
1
SSV
1,4
0,34
Tabelle 7-1 : Energetische Kennwerte der Verglasungen
τ[-]
0,88
0,53
0,86
0,75
0,66
31
Glaskombination 1
29
Luftemperatur in den SW-Büros
Glaskombination 2
27
Glaskombination 3
25
23
21
19
17
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
gesamte Stunden (1 Jahr = 8736 h)
Abb. 7-5 : Überhitzung bei nächtlicher Querlüftung [13]
Die Glaskombination 1 weist für das Südwestbüro 9,6% Überhitzung > 26°C, entsprechend 839 Jahresüberhitzungsstunden aus. Die Überhitzung kann mit Glaskombination 2 mehr als halbiert werden –
4,0% bzw. 363 Jahresüberhitzungsstunden – mit Höchsttemperaturen um 2K unter den vergleichbaren
Rauminnenteperaturen der Kombination 1. Eine weitere Reduzierung auf 2,8% (entsprechend 247
Jahresüberhitzungsstunden) erreicht Kombination 3, die jedoch mit 0,4 eine schlechte Tageslichttransmission aufweist.
Unter Einbeziehung der nächtlichen Querlüftung – aus thermischem Auftrieb - erreicht die Kombination
1 2,2%, d.h. 220 Überhitzungsstunden über 26°C und damit ein besseres Ergebnis als selbst Kombination 3. Eine weitere Verbesserung bei nur sehr geringfügiger Verringerung der guten Tageslichttransmission ist duch den Einsatz von VSG möglich.
Als Ergebis dieser Voruntersuchungen kann ein Doppelfassadensystem aus ESG bzw. VSG und einer
einfachen Wärmeschutzverglasung in Kombination mit einer Nachtlüftung sommerliche Überhitzungen
auf unter 3% reduzieren.
Überhitzung :
Die Jahresüberhitzung (Glaskombination 2, 15% geometrische Öffnungsfläche, Luftströmung aus
Thermik ohne Windeinflüsse) der Südwest-Büroräume beträgt in Abhängigkeit der Größe der Überströmöffnungen zwischen der Innenzone und den Büros 1,5-3,0%, entsprechend 0-15% Öffnungsgröße im Verhältnis zur Innenwandfläche (0-2m²).
1
Entspricht dem bei der Sanierung verwendeten Glas
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Die nächtliche Querlüftung kann bei einer Doppelfassade ohne die Sicherheitsfunktionen bei Wind und
Regen aktiv bleiben. Die Auswertung des TRY (Test Reference Year - Klimadatensatz) ergab für Hannover 20 Stunden mit Regenereignissen zwischen 20.00 und 6.00 Uhr an Tagen mit einer maximalen
Außentemperatur > 26°. Dies bedeutet eine Einschränkung der Nachtlüftung von maximal 1,5%, unter
der Annahme, daß an diesen Tagen tatsächlich Überhitzungen auftreten. Noch geringer sind Einschränkungen durch Windereignisse. Auch an stärker überhitzungsrelevanten Tagen ( max. Außentemp. > 28°C) bleiben diese Klimaeinflüsse ohne nennenswerte Bedeutung.
Max. Außentemp > 26°C
Max. Außentemp > 28°C
Regenereignis > 0,1 mm/h
20 h (1,5 %)
11 h (0,75 %)
Windereignis > 12 m/s (Mittel) 1 h (< 0,1 %)
1 h (< 0,1 %)
Tab. 7-2 : Einschränkung der Nachtlüftung durch Sicherheitsfunktionen
Anteile bezogen auf 1470 Gesamtstunden (Zeitraum Mai-September, 20.00 – 6.00 Uhr)
Gestalterische Aufwertung im städtebaulichen Kontext:
eine Sanierung des bestehenden Gebäudes ist auch unter dem Gesichtspunkt der städtebaulichen
Aufwertung, gerade in Zusammenhang mit dem entstehenden Anbau des Informatikzentrums an das
BS4 wünschenswert.
Integration von PV-Elementen im Brüstungsbereich :
mit einem solaren Ertrag von 75 bzw. 55 kWh/m² auf der Südwest- bzw. Westseite ist auch die Integration von PV-Elementen in Größe der Paneelelemente ein integraler Bestandteil der Fassade und
vor dem Hintergrund des “Erneuerbare-Energien-Gesetzes”, eine sinnvolle wirtschaftliche Ergänzung.
Sanierung im laufenden Betrieb :
Eine Alternative zur Doppelfassade gibt es vor allem deshalb nicht, weil der Ersatz der Primärfassade
den vollständigen Ausbau und damit die nicht zur Disposition stehende Räumung des Gebäudes bedeuten würde.
Ökobilanz :
Einen Vergleich zwischen Sanierung (Variante 1), teilweiser Sanierung und neuer Primärfassade (Variante A), sowie teilweiser Sanierung und Doppelfassade (Variante 2) stellt die folgende Ökobilanzierung her. Grundlage der Bilanzierung ist der Forschungsbericht “Ganzheitliche Bilanzierung von Fenstern und Fassade" [14]. Als Bestand unberücksichtigt blieb die vorhandene Aluminium-Pfosten-Riegel
Konstruktion.
Es handelt sich um die ganzheitliche Bilanzierung des gesamten Produktlebenszykluses –cradle to
grave – von der Rohstoffgewinnung und -aufbereitung, der Herstellung und Nutzung bis hin zum Recycling und zur Entsorgung inclusive aller Transporte. Die Nutzungsdauer der Fenster und Fassaden
wurde mit 40 Jahren angesetzt.
Im Ergebnis zeigt sich, daß eine neue Primärfassade Emissionen in ähnlicher Größenordnung wie die
Doppelfassade aufweist. Aufgrund des höheren Sanierungaufwands (die bestehende Fassade muß
auch im Bereich der Doppelfassade umgeglast werden) ergeben sich in der Summe jedoch um ca.
25% höhere Emissionen für die Sanierung mit einer Doppelfassade.
180
[kWh/m² Nutzfläche]
160
140
63
120
36
100
80
60
40
98
101
A) neue Fassade
2) Doppelfassade
78
20
0
1) saniert
Anteil Sanierung
Anteil neue Fassade
Abb. 7-6 : Primärenergie Fassade
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Die primärenergetische Bewertung der möglichen Heizenergieeinsparung von 15 kWh/m²a und der
Reduzierung des Betriebs der Lüftungsanlage auf eine Bedarfslüftung während Seminarveranstaltungen ergibt als Differenz der Doppelfassade zur konventionellen Sanierung einen um 23 kWh/m²a höheren Primärenergiebedarf und eine um 6,1 kgCO2eq/a höhere äquivalente CO2-Emission. Die bedeutet
für den Mehraufwand der Doppelfassade im gesamten Lebenszyklus eine primärenergetisch einfache
Amortisation von 3,5 Jahren.
40
kg/m² Nutzfläche
35
15
30
8
25
20
15
10
18
23
23
A) neue Fassade
2) Doppelfassade
5
0
1) saniert
Anteil Sanierung
Anteil neue Fassade
Abb. 7-7 : CO²-eq. Fassade
Investitionskosten
Die Investitionskosten (Bruttobaukosten KG 3+4) der beschriebenen Fassadensanierung mit einer
Doppelfassade liegen mit ca. 430 DM/m² NGFEB um 150 DM über den Kosten der vergleichbaren einfachen Sanierung. In absoluten Zahlen (Bruttobaukosten): ca. 1,6 Mio DM gegenüber 2,4 Mio DM.
Diese Kosten enthalten die allen Varianten gemeine einfache Sanierung der Nord- und Ostfassade in
Höhe von 105 DM/m² NGFEB .
Zum Vergleich: Wird die Doppelfassade in der Maßnahme durch eine neue Primärfassade ersetzt, erhöhen sich die Investitionskosten auf ca. 540 DM/m² NGFEB. In den Kosten anthalten sind alle Maßnahmen zu Erstellung der Fassade, Sonnen- und Blendschutzmaßnahmen, sowie die für die Nachtlüftung erforderliche Ausstattung (Automation).
Werden jährliche Kosten für Wartung, Inspektion und Bauunterhaltung mit 1% der Investitionskosten
angenommen (wenige manuell oder motorisch betriebene bewegliche Konstruktionen), entstehen für
die Doppelfassade jährlich 1,40 DM/m² NGFEB Mehrkosten, für die Fassadenreinigung weitere ca. 0,30
DM/m² NGFEB.und die Mehraufwendungen der Beleuchtungsanlage durch höhere Einschaltzeiten (Annahme 200 h) von ca. 0,20 DM/m² NGFEB. Ausgeglichen werden können diese Mehrkosten durch die
geringeren Energiekosten in Höhe von ca. 1,50 DM/m² NGFEB und die geringere jährliche Betriebszeit
der RLT-Anlage (Annahme 1400h, 200.000,--DM Investitionskosten) und der damit einhergehenden
geringeren Kosten für Wartung, Inspektion und Bauunterhaltung in Höhe von ca. 0,50 DM/m² NGFEB.
In der Summe sind die Betriebs- und Bauunterhaltungskosten voraussichtlich kostenneutral und können keinen Beitrag zu den Investitionsmehrkosten leisten.
Musterfassade
Diese Voruntersuchen legen den Schluß nahe, daß in weiteren Optimierungsschritten die Doppelfassade im Sommer sowohl als auch im Winter ein behagliches Raumklima sicherstellen kann. Weitere
Planungen, Simulationen und die Errichtung einer Musterfassade sollen Gegenstand eines Anschlußprojekts sein.
7.3 Grundrißorganisation
Die funktionale und gestalterische Sanierung gewinnt durch die Umnutzung von Verkehrsflächen 50
m² Hauptnutzfläche, so daß nun 28 statt bisher 20 Arbeitsplätze zur Verfügung stehen. Dadurch ver2
2
ringert sich die Nutzfläche/Person von 22 m /Person auf 14 m /Person. Die Neugestaltung gewährleistet darüberhinaus durch verglaste Trennwände und Trennwandelemente neue, zusammenhängende
Arbeitsbereiche und eine deutlich verbesserte Belichtung der Innenzone; gleichzeitig erfüllen diese
Elemente die Brandschutzanforderungen nach direkten Sichtbeziehungen in alle Räume.
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In der Innenzone werden mobile Computerarbeitsplätze mit geringerem Tageslichtbedarf angeordnet.
Die offene Grundrißgestaltung (vgl. Abb. 7-8), einem Kombibüro ähnlich, ermöglicht neben der natürlichen Belichtung großer Raumtiefen auch ein einfaches Querlüftungskonzept : über die zentrale Zone
stehen Öffnungsflügel auf der West-, Süd- und Nordseite in einem Raum zur Verfügung. Über Überströmöffnungen in Türen sind die thermisch hoch belasteten Büroräume auf der Südwestseite angebunden. In Verbindung mit einem Nachtlüftungskonzept über automatische Fensteröffner können so
die freigelegten Speichermassen aktiviert werden; Zielsetzung war, die sommerliche Überhitzung ohne
den Einsatz einer mechanischen Kühlung auf unter 5% der jährlichen Überhitzungsstunden über 26°C
einzuschränken (Grenzwert nach [11] : 10%, siehe Kap. 7.6)
Vorher
Nachher
Abb. 7-8 : Grundrißorganisation vor und nach der Sanierung
7.4 Kunstlicht
Künstliche Beleuchtung
Die DIN 5035 in der Fassung (11/35) [15] forderte: „Die künstliche Beleuchtung von Innenräumen muß
den Forderungen der Gesundheit und Schönheit entsprechen, dabei zweckmäßig und wirtschaftlich
sein“.
Ein wesentliches Ziel der Sanierung, die Ausnützung der Etage in ihrer gesamten Tiefe von 25 m, läßt
sich nur über die Bereitstellung von Tageslicht in der Innenzone realisieren. Diesem Zweck dienen die
folgenden Einzelmaßnahmen: Erhöhung des Tageslicht-Transmissionsgrades der Verglasung von
45% auf 66 bzw. 75%, Verglasung der Bürotrennwände in Teilbereichen – auch eine Forderung des
Brandschutzes – und Erhöhung der Reflexionsgrade der Oberflächen. Darüberhinaus kamen unterschiedliche Tageslichtlenksysteme zum Einsatz. Die Beleuchtungsanlage wurde vollständig erneuert
und auf die neuen Nutzungen abgestimmt. Eingang und Verkehrsflächen, mobile und feste Arbeitsplätze, Vortrags- und Seminarsituationen erhielten eine auf den jeweiligen Raum und Arbeitsplatz abgestimmte Beleuchtung, die mit „Dialux“ berechnet wurde. Die Beleuchtungsanlage wurde in die LONbasierende Gebäudeautomation eingebunden, die es ermöglicht, jederzeit neue Leuchtengruppen zu
definieren und zu Szenarien zusammenzufassen. So wird gewährleistet, daß auf mögliche Nutzungsänderungen in der zentralen Innenzone einfach und schnell reagiert werden kann. Dimmbare
Leuchtengruppen und tageslichtabhängige Bürobeleuchtung ergänzen die nutzerspezifische Steuerbarkeit und tragen zur Verringerung der Vollaststunden bei.
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18
15,5
16
15
15
14
12
11
11
[W/m²]
10
10
8
8,3
10
7,5
7,5
7,9
7,4
6,1
6
6
4,5
4
2
0
Büro 300 lx
Innenzone 500 lx
Besprechung 300 lx
installierte Leistung
Zielwert LEE
Bibliothek 500 lx
Verkehr intern 150 lx
Grenzwert LEE
Abb. 7-9 : Installierte Leistung nach Betriebseinheiten
Die installierte Leistung konnte mit im Mittel 9,6 W/m² auf 1/3 des ursprünglichen Werts reduziert werden. Für die Betriebseinheiten bedeutet dies im Einzelnen :
In der Innenzone und den internen Verkehrsbereichen werden die Grenzwerte knapp verfehlt, da zum
einen teilweise auf Deckeneinbauleuchten zurückgegriffen wurde, die über einen Leuchtenwirkungsgrad von nur 55 % verfügen, zum anderen die Beleuchtung der Verkehrsflächen als indirekte Beleuchtung Wand- und Deckenflächen ausleuchtet, um die Innenzone räumlich zu definieren. Der Gesamtverbrauch (neu) beträgt ca. 17.000 kWh/a, entsprechend 2,6 kWh/m²a, was trotz deutlich erhöhter Personenbelegungsdichte nur 30% des Ausgangswerts sind und unter dem Zielwert von 3,5
kWh/m²a für Büronutzung mit überwiegender Tageslichtnutzung liegt. Die in Teilbereichen hohe installierte Leistung wirkt sich auf den Verbrauch kaum aus, da die Beleuchtung der Innenzone und der Verkehrsflächen mehrstufig schaltbar dem tatsächlichen Bedarf anzupassen sind.
Ein weiterer Schwerpunkt der Untersuchungen lag im Vergleich der mit unterschiedlichen Beleuchtungsanlagen ausgestatteten Versuchsräume.
A
Einkomponenten
indirekt / direkt Deckenbeleuchtung
B
Zweikomponenten
indirekt / direkt Deckenbeleuchtung
zusätzlich Arbeitsplatzleuchten
C1
Zweikomponenten
indirekt Stehleuchte
zusätzlich Arbeitsplatzleuchten
C2
C3
Beleuchtungssysteme
alle Anlagen werden mit EVGs betrieben
Büro 12
Trilux 5232 RPH 36 indirekt / direkt
bestehend aus zwei Pendelleuchten je 2x36W
indirektanteil ca. 65%
Büro 11
Trilux 5231 RPH 36 indirekt / direkt
bestehend aus zwei Pendelleuchten je 1x36W
indirektanteil ca. 65%
+ 2 Ikea Arbeitsplatzleuchten je 1x11W
Büro 10
Waldmann Chorus LCT 455 2-stufige indirekt Tischleuchte
2x 55W TC-L bei halber Leistung
Indirektanteil 90%
Waldmann Chorus LCT 455 2-stufige indirekt Tischleuchte
4x 55W TC-L bei voller Leistung
Waldmann Legato LLS 455 P tageslicht abhängig geregelt
+ 2 Waldmann Cirrus OTE 118 Arbeitsplatzleuchten je 2x18W
Tab. 7-3 : Kunstlichtsysteme
Anlage A wurde installiert, da es sich um ein sehr einfaches und zugleich kostengünstiges System
handelt, welches zudem tageslichtabhängig geregelt und über einen Präsenzmelder ausgeschaltet
wird; System B ist eine einfache Version einer 2K-Beleuchtung, mit geringstmöglicher installierter Leistung; Sytem C eine optimierte 2K- Beleuchtung, die aufgrund der freistehenden Leuchte unterschiedlichen Nutzungsanforderungen gerecht werden kann (wie A tageslichtabhängig geregelt).
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Die Auswertung erfolge gem. der im folgenden beschriebenen Nutzwertanalyse, die sich orientiert an
der von Dieter Lorenz 1993 an der FH Gießen aufgestellten Analyse [16]. Das Zielkriterium der Flexibilität wurde nicht in die Gesamtbeurteilung aufgenommen, da es für die untersuchten Räume unbedeutend und schwierig zu bewerten ist. Jedoch ist darauf hinzuweisen, daß sich die Beleuchtungsanlage C unter diesem Aspekt als wirklich flexibel erweisen würde. Die Messungen wurden 6 Monate
nach Inbetriebnahme der Etage durchgeführt und mit einem Verschmuzungsfaktor von 0,85 beaufschlagt.
Die Kriterien der Nutzwertanalyse sind ausfühlich im Anhang Kunstlicht aufgeführt. Die wesentlichen
Kriterien: Funktionserfüllung 35%, subjektive Kriterien 40%, wirtschaftliche Kriterien 25%, Flexibilität
0%.
Vergleichend bewertet werden nur die Systeme A,B, und C1, da es sich um vergleichbare Auslegungen
handelt.
10,0
10,0
8,0
6
6,0
4,0
2,0
4,2
3,3
1,1
3,0
1,5
1,1
1,7 2,1
2,5
3,0
2,8
1,5
1,5
0,0
Beleuchtung A
Beleuchtung B
Beleuchtung C1
Grenzwerte
allg. Beleuchtung Gleichmäßigkeit im Arbeitsbereich Emin/Emittel <1:1.5
allg. Beleuchtung Leuchtdichte Arbeitsbereich/nahes Umfeld Lmin/Lmax <1:3
allg. Beleuchtung Leuchtdichte Arbeitsbersich /fernes Umfeld Lmin/Lmax <1:10
Einzelplatzbeleuchtung Gleichmäßigkeit im Arbeitsbereich Emin/Emittel <1:6
Abb. 7-10: Gleichmäßigkeit / Leuchtdichteverteilung
1000
812
676
[lux]
750
500
556
485
501
291
500
750
500
250
750
1000
229
250
0
Beleuchtung A
Beleuchtung B
Emittel Allgemein
Beleuchtung C1
Emittel Einzelplatz
Abb. 7-11 : Beleuchtungsstärke
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Grenzwerte
Emittel Gesamt
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Funktionserfüllung:
Fast alle Kriterien der Funktionserfüllung werden von den untersuchten Systemen eingehalten, wobei
als Untergrenze der mittleren Beleuchtungsstärke nur für das System A die 300 lx der DIN 5035 für tageslichtorientierte Arbeitsplätze angesetzt werden, für die 2-Komponenten-Systeme werden die Empfehlungen nach Gall [17] herangezogen. Die Anlage C1 verfehlt den unteren Grenzwert von 250 lx mit
229 lx nur knapp. Ebenso werden die Anforderungen an die Gleichmäßigkeiten, Leuchtdichteverteilungen und der Blendung von beinahe allen Systemen erreicht. Die Deckenleuchtdichten der Anlage C
sind mit 400 cd/m² erwartungsgemäß hoch und an der Grenze des Richtwerts. Auffällig sind auch die
besonders geringen Gleichmäßigkeits- und Leuchtdichteunterschiede der Anlage B. Ob diese Werte
auch zu einen höheren Akzeptanz führen, wird die Auswertung der subjektiven Kriterien ergeben.
Die Auswertung für die Einzelplatzbeleuchtung ergibt sowohl für die Beleuchtungsstärke als auch für
die Gleichmäßigkeit zufriedenstellende Ergebnisse. Bei der Beurteilung der Gesamtbeleuchtung fällt
auf, daß das System C1 trotz hoher installierter Leistung den Richtwert der Gesamtbeleuchtungsstärke
(676 / 750 lx) verfehlt.
Wirtschaftliche Kriterien:
Die Zielwerte der installierten Leistung werden von den Systemen A und B noch unterschritten, Anlage
C dagegen liegt nur kanpp unter dem Grenzwert. Diese deutlichen Unterschiede spiegeln sich im Verbrauch, der für alle Anlagen unterhalb des Grenzwerts liegt, jedoch nur bedingt wieder. Der Grund für
den geringen Verbrauch liegt zum einen in dem sehr hohen Tageslichtanteil der Büros (Fensterflächenanteil = 50% der Grundfläche), zum anderen an dem hohen Tageslichttransmisssionsgrad der
Verglasung von 66 %, sowie im Fall A der tageslichtabhängigen Regelung. Die Investitionskosten der
Anlagen A und B liegen mit 42-45 DM/m² an der unteren Grenze einer Austattung mit BAP-Leuchten.
Die Anlage C kann nicht über ein Investitionskostenargument begründet werden.
Subjektive Kriterien:
Insgesamt fallen die Ergebnisse der Mitarbeiterbefragung für die drei Beleuchtungsanlagen günstig
aus. Vor allem die gute Lesbarkeit der Bildschirm und Papierinformationen aller Anlagen spiegelt die in
der meßtechnischen Untersuchung ermittelten Ergebnisse wieder. Auffällig ist, daß die beiden Zweikomponentenbeleuchtungen B und C eine bessere Position in der Gesamtbewertung einnehmen als
das Einkomponentensystem A. Dies wird vor allem deutlich im Diagramm über Annehmlichkeit und
Störempfinden (s. Anhang Kunstlicht), das die Gesamtwirkung der Beleuchtung auf die Benutzer wiederspiegelt. Das Indirekt/Direkt-System C liegt in der Bewertung aller Kriterien an der ersten Stelle.
Auch die zu befürchtende Blendung, die aus der hohen Deckenleuchtdichte resultieren könnte, tritt in
der Beurteilung über „Störung durch angestrahlte helle Flächen im Blickfeld“ kaum auf. Keine Auswirkungen hat dagegen die sehr hohe Gleichmäßigkeit der Anlage B, die im Resultat ähnlich gut bewertet
wird wie Anlage C. Sind also bei den Fragen zur Wirkung der künstlichen Beleuchtung signifikante
Unterschiede zu verzeichnen, so liegen die Systeme bei den lichttechnischen Eigenschaften und der
Bewertung von Form und Funktion gleichauf.
Das System C2 – zweistufige Tischleuchte bei voller Leistung - wird nur bei besonderen Anforderungen an die Sehaufgabe zugeschaltet, so daß die Kriterien der Funktionserfüllung, die sich auf eine Allgemeinbeleuchtung beziehen, auf diesen Fall nicht anwendbar sind. Das System C3 schließlich bindet
zusätzlich eine tageslichtabhängige Regelung und einen Präsenzmelder ein. Mit diesem System ist ein
höchstmaß an Flexibiltät, individueller Regelbarkeit und Energieeinsparung bei einfachster Bedienung
realisiert.
Beurteilung :
Auffällig ist, daß die meßbaren technische Werte der Funktionserfüllung keinerlei Hinweis auf die Akzeptanz durch den Nutzer erlauben. Vielmehr ist es so, daß die technischen Kriterien – um einen Zielwert herum - viel weiter gefaßt sein sollten (s. auch Empfehlungen in [18]), da die Nutzerakzeptanz
weit höhere Grenzwerte zuläßt. Vom Nutzer bevorzugt werden Systeme, die eine individuelle Eingriffsmöglichkeit zulassen. Bei der Planung einer Beleuchtung ist die Entscheidung über das Beleuchtungssystem - in Verbindung mit wirtschaftlichen und funktionalen Kriterien (z.B. Flexibilität) – die
Grundlage für die Akzeptanz des installierten Systems.
Die Untersuchung hat gezeigt, daß alle Anlagen die Kriterien der Funktionserfüllung sicherstellen können. 2-K Systeme sollten bevorzugt zum Einsatz kommen, wobei die Anlage C (90% Indirektanteil) am
besten bewertet wurde. Die Anlage B weist nach, daß auch mit einfachen Mitteln sehr gute Beleuchtungen herstellbar sind, jedoch aufgrund der knappen Auslegung empfindlich auf räumliche Veränderungen reagiert.
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7.5 Tageslicht
Tageslichtnutzung
Ein wesentliches Ziel der Sanierung bestand in einer verbesserten Tageslichtnutzung sowohl für die
Büroräume als auch die Innenzone und der damit verbundenen Energieeinsparung und Komfortsteigerung.
Abb. 7-12 : Blendschutz am Bildschirmarbeitsplatz (vgl. Abb 7-18)
Die Hauptmaßnahmen bestanden dabei wie beschrieben aus dem Austausch der Verglasung, dem
Einsatz verschiedener Blend- und Sonnenschutzbehänge, dem Einbau von gläsernen Trennwänden
zwischen Südwest-Büros und Innenzone sowie einem Farb- und Oberflächenkonzept zur Verbesserung der Tageslichtsituation. Im Verlauf des Monitorings wurden diese Maßnahmen und ihr Zusammenwirken untersucht und anhand von energetischen bzw. komfortbezogenen Kriterien beurteilt.
Austausch der Verglasung
Die bestehende Verglasung, ein 1975 marktübliches und noch heute erhältliches Sonnenschutzglas
(Schott Calorex IR 0), erfüllte nicht mehr die hohen Anforderungen, die in heutigen Verwaltungsbauten
zum Standard geworden sind. Hinzu kam eine deutliche, bei den einzelnen Scheiben unterschiedlich
stark ausgeprägte altersbedingte Verringerung der Lichttransmission bis hin zur Erblindung der Scheibe.
Das neue Glas sollte eine möglichst hohe Lichttransmission im sichtbaren Bereich (τvis ) bei gleichzeitig geringem Gesamtenergiedurchlaßgrad (g) besitzen. Dabei war ein verspiegeltes Glas aus gestalterischen Gründen nicht erwünscht. Das gewählte Glas (Ipasol natura 66/34) ist farbneutral, besitzt einen
Reflektionsgrad von 11% nach außen (im Vergleich zu > 30% bei silbernen Beschichtungen) und sehr
gute energetische Kennwerte.
Produktname
Scheibenaufbau
8/12/4
8/12/4
8/12/4
uv-Wert
(DIN 52619)
2,8
1,3
1,3
gv-Wert τ vis
Schott Calorex IR 0
0,41
Ipasol natura 66/34
0,34
Übliches
0,58
Wärmeschutzglas
Tab. 7-4 : Maßgebliche Eigenschaften der Verglasungen
0,45
0,66
0,75
Reflektion
nach außen
> 30%
11%
Lebenserwartung
15 Jahre
30 Jahre
30 Jahre
2
Vergleich innenliegender Sonnen- und Blendschutzsysteme
Im Rahmen der Sanierung wurden in drei Südwest-Büros (Referenzräume) verschiedene Blend- und
Sonnenschutzbehänge installiert, die hohe Komfortbedingungen an Bildschirmarbeitsplätzen ermöglichen. Installiert und verglichen wurden :
2
Mit Randverbund-Aluwinkel
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• System A (Raum 10):
ein Tageslichtsystem der Firma Hüppe
Form, bestehend aus Sonnenschutzprismen sowie einseitig verspiegelten, teilperforierten Lichtlenk- und Blendschutzlamellen; Breite 80 mm, Abstand 35 mm.
Die Bedienung erfolgt manuell über Taster
an jedem Arbeitsplatz. Behangstellung und
Lamellenwinkel sind individuell steuerbar;
der minimale Winkel (d.h. max. geöffnete
Stellung) beträgt 20°.
Die Neigung des außenliegenden Prismenbehanges wird automatisch rechtwinklig zum einfallenden Sonnenlicht gestellt.
Voraussetzung dafür ist die werksseitige
Programmierung der Automatik in Abhängigkeit von der Fassadenausrichtung.
Abb. 7-13
• System B (Raum 12):
Raffstoren der Firma Warema Renkhoff,
deren Lamellen (Oberseite verspiegelt/
Unterseite steingrau, Breite 80 mm, Abstand 45 mm) in zwei getrennte Bereiche
unterteilt sind : der Neigungswinkel des
oberen Drittels ist für Tageslichtlenkung
optimiert, der des unteren Teils hingegen
für Blendschutz.
Diese Behänge sind mit einer automatischen, einstrahlungsabhängigen Steuerung versehen (siehe Kapitel 8.6), welche
manuell übersteuert werden kann; der
Schwellwert der Regelung liegt bei einer
Einstrahlung von 20.000 lx auf der Südwestfassade.
Die Bedienmöglichkeiten umfassen Taster
an jedem Arbeitsplatz sowie die zentrale
Steuerung der Behänge über das Bedienpanel der Einzelraumregelung.
Abb. 7-14
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• System C (Raum 11):
Sonnenschutzrollos der Firma Ergo Concept. Diese mit einer Rasterprägung versehenen Kunststoffolien werden manuell
betrieben und in seitlichen Schienen auf
dem Rahmen geführt. Sie sind von außen
silbern reflektierend, auf der Innenseite
hingegen anthrazitfarben.
Um den Blendschutz an fensternahen Arbeitsplätzen zu ermöglichen ohne den ge- Abb. 7-15
samten Raum zu verdunkeln, werden die
Rollos dabei von unten nach oben geführt.
Messungen und Simulationen
Die Referenzräume 10 und 12 sind nahezu identisch hinsichtlich ihrer Ausrichtung, Größe, Fensterflächen, wärmeübertragenden Innen- und Außenflächen sowie der Einrichtung. Raum 11 wurde als Pufferraum ausschließlich zur Tages- und Kunstlichtauswertung benützt. Für den Vergleichszeitraum
können identische Belegung und interne Wärmelasten (jeweils zwei Personen und PCs) angenommen
werden. In den Räumen war die automatische Nachtlüftung aktiv.
Um die Qualität der Arbeitsplätze in Bezug auf natürliche Beleuchtung beurteilen und darüberhinaus
auch die eingesetzten Sonnen- und Blendschutzsysteme vergleichen zu können, wurden Messungen
der Beleuchtungsstärke und der Leuchtdichten in den Südwestbüros durchgeführt. Diese Messungen
fanden statt am 05.04.00 um 15.00 bei klarem, sonnigen Himmel. Der Einfallswinkel der Sonne zur
Fassade betrug dabei 10° (Azimuthwinkel) bzw. 37° (Höhenwinkel); somit lag eine der typische Lichtsituationen vor, bei der Sonnen- und Blendschutzqualitäten der Behänge bedeutend für den Komfort
am Arbeitsplatz sind.
Die Tageslichtquotienten und die Tageslichtautonomie wurden bestimmt mit Hilfe von SIVIEW, eines
Programmes zur Tages- und Kunstlichtsimulation. Das Programm ermöglicht die Berechnung und
Darstellung aller wesentlichen Kenngrößen wie Beleuchtungsstärke und Leuchtdichte auf der Basis eines detaillierten CAD-Modelles.
Die Bewertung der Ergebnisse erfolgt analog zu den Kriterien zur Beurteilung von Tageslichtqualität
am Arbeitsplatz von F.Sick [19], welche in Anlehnung an die Kriterien des DIANE Projektes [20] und
der DIN 5034 [21] entstanden.
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10
9,00
9
8,00
8
7,00
7
6,00
6
5,00
5
4,00
4
3,00
3
Büro
2
Innenzone
2,00
Meßpunkt-Linie
1
0
-1,00
0,00
1,00
2,00
Raumhöhe [m]
Tageslichtquotient Dp [%]
Tageslichtquotient und Gleichmäßigkeit der Beleuchtung
Die Berechnung des Tageslichtquotienten (bedeckter Himmel, bezogen auf horizontale Nutzebene in
0,85 m Höhe) zeigt eine sehr gute Tageslichtausbeute im Arbeitsplatzbereich (bei ca. 1,50 m Raumtiefe). Die geringen Anforderungen der DIN 5034 (0,9 % in halber Raumtiefe) werden dabei mehr als
erfüllt, die Anforderungen nach Sick und DIANE fordern jedoch einen Tageslichtquotienten von min.
3% in 4 m Raumtiefe, um eine sehr gute Tageslichtqualität für den Raum zu erreichen. Ohne die
transparente Trennwand zur Innenzone, welche das einfallende Licht nicht reflektiert (der leichte Anstieg der Kurve im Bereich der Innenzone resultiert aus dem Licht, welches durch andere transparenten Trennwände einfällt), besäße das Büro somit ein nahezu optimales Tageslichtprofil für seitlich belichtete Räume.
1,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
0,00
11,00
Raumtiefe [m]
Abb. 7-16 : Verlauf des Tageslichtquotienten in einem SW-Büro (Simulation)
3
Ähnliches gilt für die Gleichmäßigkeit (G) der Beleuchtung in den untersuchten Räumen . G beträgt im
Falle der Simulation (bedeckter Himmel) 4,1. Die DIANE – Kriterien von G < 1,5 bzw. G < 2,5 (für
„sehr gut“ bzw. „gut“) sind in einseitig fensterbelichteten Räumen nicht erreichbar. Typische Werte
(nach Sick) liegen hier zwischen 4<G<6.
Die Tageslichtsituation ist hauptsächlich bedingt durch die große Sturzhöhe von 3,10 m und einen
Fensterflächenanteil von 50% in allen SW-Büros.
Tageslichtautonomie
Die Tageslichtautonomie (Tageslichtsignatur) beschreibt den Anteil der Nutzungszeit, an dem in einem
Raum kein Kunstllicht zugeschaltet werden muß.
Durch die neue Verglasung und die resultierende Verbesserung des τ-Wertes von 0,45 auf 0,66
konnte eine deutliche Verbesserung der Tageslichtautonomie des untersuchten Raumes (SW-Büro)
erzielt werden : die rechnerisch notwendigen Vollaststunden der Beleuchtung am Arbeitsplatz wurden
4
dadurch reduziert von 993 h/a (entsprechend einer Tageslichtautonomie von 64%) auf 654 h/a (76%) .
Nach den DIANE-Kriterien gelten dabei Werte von 75% und mehr als sehr gut.
Die Zielvorgaben nach LEE [18] empfehlen nicht mehr als 1000 (maximal) bzw. 500 (anzustrebend)
Vollaststunden/Jahr (bei einer Mindestbeleuchtungsstärke von 300 lx und überwiegender Tageslichtnutzung).
3
Diese ergibt sich nach Sick aus dem durchschnittlichen Tageslichtquotienten Dav im Raum im Verhältnis zum minimalen Tageslichtquotienten Dmin im Raum
Dabei trifft dieser Wert, der die Reflektionsgrade der Oberflächen nicht berücksichtigt, noch nicht unbedingt eine Aussage über die tatsächliche Helligkeitsverteilung im Raum.
4
jeweils bezogen auf eine Sollbeleuchtungsstärke von 300 lux und eine Jahresnutzungsdauer von
2750 h.
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Ausgangssituation vor Sanierung
• Verglasung Bestand (τ = 0,45)
• Raumoberflächen Bestand
Die geringen Reflektionsgrade der wesentlichen
Raumoberflächen (Boden, Decke, Wände, aber
auch der Fensterbank) sowie die mangelhafte
Lichttransmission der Verglasung bewirken einen
relativ dunklen Raumeindruck mit ausgeprägten
Schattenzonen.
Variante Sanierung ohne Umglasung
• Verglasung Bestand (τ = 0,45)
• Neue Raumoberflächen
Die hellen Oberflächen der Sanierungsvarianten
bewirken bereits eine gute Ausleuchtung des
Raumes und gleichzeitig eine hohe Gleichmäßigkeit der Beleuchtung auch bei bedecktem Himmel.
Variante Sanierung mit Umglasung
• Verglasung Ipasol 66/34 (τ = 0,66)
• Neue Raumoberflächen
Aus
den
verbesserten
Transmissionseigenschaften der neuen Verglasung (in Kombination mit einem beschriebenen Blend- und Sonnenschutzsystem) resultieren eine entsprechend
verbesserte Raum- und Arbeitsplatzausleuchtung
und ein deutliches Einsparpotential bei der künstlichen Beleuchtung.
Abb. 7-16: Simulation der Tageslichtsituation am 21.09 (Himmelsmodell : CIE Overcast Sky)
(In der Simulation wurden die verglasten Seitenwände der Büroräume als geschlossene Wände dargestellt, um
eine optimale Vergleichbarkeit zu gewährleisten.)
Zusätzlich kann durch die tageslichtabhängige Regelung eine Reduzierung um weitere 30% angenommen werden. Insgesamt ist durch diese „passiven“ Maßnahmen eine Verbrauchsreduzierung um
etwa 50% zu erwarten.
Weiterhin trägt die zur Innenzone hin transparente Raumhülle durch seitlich einfallendes Licht zur
blendfreien und gleichmäßigen Ausleuchtung des Raumes bei.
Aktivierter Blendschutz Meßwerte
Am Bezugspunkt bei 1,50 m Raumtiefe (Arbeitplatz) wird auch bei voll geschlossenem Blendschutz ein
Mindestwert von 300 lx von allen Systemen deutlich übertroffen, so daß kein Kunstlicht zugeschaltet
werden muß. System B hebt sich durch die Lichtlenkungsfunktion von den anderen Systemen ab; Abb.
7-19 zeigt, daß sich dadurch die Helligkeit im Raum verdoppeln läßt, ohne die Blendschutzfunktion zu
beeinträchtigen.
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Zur Bewertung der lichtlenkenden Eigenschaften dient im Vergleich das Verhältnis zwischen der Beleuchtungsstärke ERef im Referenzfall (gewählt : komplett geschlossene Jalousien ohne lichtlenkende
Maßnahmen) und der Beleuchtungsstärke E (ohne Sonnenschutz). Hier ergeben sich bei System B
(unterer Behangteil geschlossen, oberes Drittel geöffnet) über den gesamten Meßbereich sehr gute
Werte von E/ERef ≥ 2, während System A (geschlossen, mit Prismen) maximal die 1,3-fache Beleuchtungsstärke erbringt. System C (Ergo) als von unten nach oben bedienbare Folie ist nur mit einem
Lichtschwert tageslichtlenkend einzusetzen.
Beleuchtungsstärke [klux]
6
5
4
3
2
1
0
50
100
150
200
250
Raumtiefe
Lamellenwinkel 20°
Geschlossen (0°)
Geschlossen mit Prismen
Beleuchtungsstärke [klux]
Abb. 7-18 : System A (Raum 10) : Stellungen im Vergleich
6
5
4
3
2
1
0
50
100
150
200
250
Raumtiefe
Max. geöffnet (0°)
Max. geschlossen (90°)
Lamellenwinkel 20°
Geschlossen & Lichtlenkung
Abb. 7-19 : Raum 12; Stellungen im Vergleich
Blendschutz
Eignung der verschiedenen Blend- und Sonnenschutzsysteme für Bildschirmarbeitsplätze :
Äußere Lichtquellen erzeugen häufig störende Reflexe auf der Bildschirmoberfläche. Je geringer die
Entspiegelung des Bildschirms und je größer der Kontrast zwischen Spiegelung und Bildschirmoberfläche (z.B. helle Reflexion – dunkles Bild), desto größer der Reiz für das Auge, sich auf die Reflexion
zu akkomodieren.
Oberflächen, die sich im Bildschirm spiegeln, sollten lt. DIN 5035 mittlere Leuchtdichten von weniger
2
2
als 200 cd/m und maximal 400 cd/m aufweisen. Alle Produkte sind insgesamt hinsichtlich ihrer
Blendschutzeigenschaften für Bildschirmarbeitsplätze zu empfehlen. Bei System A (Hüppe) traten allerdings auch im vollständig geschlossenem Zustand noch deutliche Lichtreflexe mit Leuchtdichten
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Leuchtdichte [cd/m2]
von bis zu 700 cd/m auf, welche durch die Perforation der Lamellen verursacht werden. Ob diese als
störend empfunden werden, ist jedoch stark benutzerabhängig.
400
350
300
250
200
150
100
50
0
A
B1
B2
C
System (B1 : vollständig geschlossen, B2 : oberes Drittel geöffnet = Lichtlenkung)
Abb. 7-20 : Mittlere Leuchtdichten bei voll aktivem Blendschutz
Außenbezug
Ebenfalls bedeutend für das Wohlbefinden am Arbeitsplatz ist die Herstellung eines visuellen Außenbezugs bei aktivem Sonnenschutz. Nach DIN 5034 T1 sollte der Verglasungsanteil mindestens 30%
der Raumaußenfläche betragen um diesen Außenbezug zu gewährleisten. Weitere Kriterien (nach
DIANE) sind die Ermöglichung der Sicht nach außen ohne bzw. ohne wahrnehmbare Farbverschiebung und die horizontale Sichtverbindung nach außen bei sichtbarem Himmel (nach Sick). Eine
Farbverschiebung ist bei System C (Raum 11) deutlich zu erkennen. Dabei sehen die Nutzer die
Farbverschiebung als nicht störend an, bewerten hingegen die vollflächige Transparenz der Folien (im
Gegensatz zur Teildurchsichtigkeit von Lamellensystemen) als sehr positiv. Die Teilperforation und der
große Lamellenabstand der System A-Lamellen ermöglichen ebenfalls einen guten Außenbezug bei
aktiviertem Sonnenschutz, trotz der relativ großen Lamellenbreite. Ein Außenbezug bei System B ist
bei völlig geschlossenen Lamellen nicht mehr gegeben; das System wird allerdings auch mit perforierten Lamellen angeboten.
Regelbarkeit
Ein Blendschutzsystem für PC-Arbeitsplätze sollte in jedem Fall lokal und individuell bedienbar sein.
Daher empfiehlt sich die Anordnung von getrennten Behängen für jeden Arbeitsplatz mit Bedienelementen, die möglichst nahe bei diesem angeordnet sind. Dies ist bei allen verwendeten Systemen gegeben. Passend zum System B bietet Fa. Warema Hard- und Software zur Einbindung in ein LONbasierendes Automationssystem. Diese Applikation unterstützt eine Steuerung der Behänge u.a. in
Abhängigkeit von Zeit und Wochentag, Raumtemperatur, Einstrahlung oder manueller Betätigung.
Kosten der Sonnenschutzsysteme
Mit ca. 230 DM/m² Behangfläche (Brutto-Materialkosten) stellt das System C (Ergo-Konzept) als manuell bedienbarer Blend- und Sonnenschutz das preiswerteste System dar. Die Bedienung der “downtop” Behänge war jedoch im betrachteten Zeitraum nicht immer gewährleistet. Deutlich teurer die motorisch betriebenen Behänge (jeweils incl. der Motoren und Steuerungen): das System B (Warema) mit
ca. 750 DM/m² Behangfläche; das System A (Hüppe) mit ca. 500 DM/m² Behangfläche Lamelle und
ca. 900 DM/m² Behangfläche Prismen. Die genannten Kosten sind nicht übertragbar auf andere Bauvorhaben, da sie für kleinste Flächen zum Zeitpunkt der Montage galten.
Zusammenfassung:
Mit der fortschreitenden Verbreitung von Bildschirmarbeitsplätzen nimmt die Bedeutung von ergonomisch optimierten Arbeitsplätzen im Verwaltungsbau zu. Alle untersuchten Systeme erfüllen die Anforderungen an die Tageslichtautonomie und den Blendschutz. Die Teilung der Behänge in Blendschutz- und Lichtlenkungsteil bei System B hat sich ebenfalls bewährt. Ein Problem stellt der geforderte Außenbezug dar: gelochte Systeme können Blendung verursachenn, Folie führen zu Farbverschiebungen. Der Nutzer akteptiert jedoch in der Regel beide Systeme.
Zu den Sonnenschutzeigenschaften der Systeme siehe Kap. 8.2.
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7.6 Überhitzung
Zur Reduzierung der Überhitzung im Bestand unter Verzicht auf eine mechanische Kühlung wurden
die folgenden Maßnahmen ergriffen:
• Installation des innenliegenden Sonnenschutzes und Reduzierung des Gesamtenergiedurchlaßgrades der Verglasung von 41% auf 34%;
• Ermöglichung einer Querlüftung durch : Umgestaltung des Grundrisses, Installation automatischer
Fensterstellantriebe in Kombination mit Überströmöffnungen und automatische Nachtlüftung mit 3bis 4-fachem Luftwechsel/h (bei mittleren Windgeschwindigkeiten).
• Freilegung der thermischen Speichermasse: Ersatz der doppelt abgehängten Decke durch Dekkensegel soweit für die künstliche Beleuchtung und den Schallschutz erforderlich; Lüftungsanlage
und Kabeltrassen bleiben sichtbar.
Als Anforderung gilt die Beschränkung der sommerlichen Überhitzung nach E DIN 4108-6. Diese sieht
für Gebäude in Sommer-Klimaregion B (gemäßigte Gebiete in der BRD mit höchsten Monatsmiteltemperaturen > 16,5°C und <18°C) eine Grenz-Raumtemperatur von 26°C vor, die an nicht mehr als 10%
der Aufenthaltszeit überschritten werden darf. Ziel der Sanierung war es, diesen Grenzwert mit 5%
noch deutlich zu unterschreiten.
Quer- und Nachtlüftung
Während der Erstellung des Sanierungskonzeptes wurde mit Hilfe einer Stömungssimulation untersucht, welche Einflüsse verschiedene Varianten der Grundrißumgestaltung auf den Luftwechsel der
Etage haben. Als Grundlage diente die statistische Auswertung von Windrichtung und –geschwindigkeit.
Häufigkeitsverteilung der Windrichtungen [h/a]
0
300
250
315
45
200
150
100
50
270
90
0
225
135
180
jede Geschwindigkeit
Geschwindigkeit 0 bis 2 m/s
Abb. 7-21 : Häufigkeitsverteilung der Windrichtungen für Braunschweig
Hier zeigte sich, daß das BS4-Gebäude ganzjährig und für alle Windgeschwindigkeiten überwiegend
durch West- und Südwestwinde angeströmt wird. Die Simulation untersucht daher drei verschiedene
Windgeschwindigkeiten (1/3/10 m/s) bei westlicher Windrichtung. Dabei ergibt sich eine vorherrschende Über-/Unterdrucksituation zwischen West- und Ostseite mit typischen Abrißkanten und Wirbelzonen im Bereich des nördlichen Treppenhauses sowie des süd-/südwestlichen Stützenpaares. Auf der
Leeseite (Nordost/Ost/Südost) des Gebäudes entsteht ein Unterdruck-‚Luftsee‘, der auch im Gegensatz zur Wetterseite keine nennenswerten Feuchtigkeitsschäden aufgrund von Fassadenundichtigkeiten aufweist.
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Winddruck [pa]
9
8
Büro 12
7
Büro 11
5
Überdruck
Büro 10
4
0
4
5
Windstärke [Beaufort]
Unterdruck
6
7
Luftwechselrate :
vwind
1 m/s
3 m/s
10 m/s
Büro 10 Büro 11 Büro 12 Innenzone
0,7
0,5
0,5
0,4
2,3
1,6
1,8
2,4
8,6
6,4
7,0
18,7
Überströmöffnungen Bürofenster : 0,15 m2
Überströmöffnungen der anderen Fenster : 0,105 m2
Überströmöffnungen der Türschwellen : 205 cm2
Abb. 7-22 : Ergebnisse der Strömungssimulation zur Gebäudequerlüftung
Vorgesehen wurde also eine Querlüftung bei welcher die Zuluft über vier Fenster mit 2,0 bis 2,5fachem Luftwechsel bei einer Windgeschwindigkeit von 3m/s auf der Luv-Seite einströmt und auf den
Lee-Seiten über zwei Fenster abgeführt wird. Als Überströmöffnungen dienen gekürzte Türblätter.
Zusätzlich zu den automatisierten Fenstern steht den Benutzern pro Büro ein rein manuell bedienbarer
Kippflügel zur Verfügung.
Einschränkungen der nutzbaren Nachtlüftungszeit aufgrund von Wind- oder Regenereignissen im
Sommer zwischen 20.00 und 6.00 Uhr (Auswertung Wetterdatensatz des TRY von Hannover, siehe
Tab. 7-3) sind ohne Bedeutung.
7.7 Gebäudeautomation
Einsatzgebiete im Projekt
Um die Regelungs- und Steuerungsfunktionen von Blend- und Sonnenschutz, Tageslichtlenkung,
Nachtlüftung, Heizung sowie der tageslicht- und präsenzabhängigen Kunstlichtregelung nicht in mehreren Insellösungen realisieren zu müssen, kam im Projekt ein Gebäudeautomationsnetzwerk zum Einsatz.
Gefordert war ein Bussystem, das bei möglichst geringen Kosten leistungsfähig, flexibel und herstellerunabhängig ist. Ein solches System sollte auch ein weite Verbreitung aufweisen; möglichst auch zu
den zukünftigen Industriestandards zählen, um langfristige Unterstützung und Erweiterbarkeit zu garantieren.
Ein wichtiges Argument für die Anwendung von Systemtechnik besteht in der Energieeinsparung für
Heizung und Beleuchtung und der Möglichkeit, den Verbrauch von Wärme- und elektrischer Energie
nach Verbrauchern getrennt aufzuzeichnen und nach einer angemessenen Monitoringphase im Vorfeld einer Sanierung gezielt Maßnahmen zur Verbrauchsreduktion zu untersuchen.
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Weitere Anwendungen, wie z.B.
• Lastmanagement
• Zugangskontrolle und Sicherheitstechnik,
• Brandschutz (Rauchmelder, Sprinkler, Verbindung zu Leitrechnern der Feuerwehr) ,
5
• Steuerung von Lüftungs- bzw. Klimaanlagen,
• Steuerung von Aufzugsanlagen,
• Störungsmeldung (z.B. Aufzugsnotruf),
wurden nicht untersucht, können aber nachträglich integriert werden.
Zentrale / Dezentrale Automation
Die Vorteile der dezentralen Automation (Sensoren und Aktoren sind selbstständige, programmierbare
Busteilnehmer) im Vergleich zur herkömmlichen zentralen Leittechnik (Leitrechner, analoge Verbindungen mit Sensoren und Aktoren) sind hauptsächlich :
§ Wesentlich geringerer Verkabelungsaufwand durch 'geteilte'-Verdrahtung (Geräte teilen sich eine
Busleitung) statt 'point-to-point'-Verdrahtung (jedes Element ist einzeln mit der zentralen Steuerung
verbunden);
• höhere Betriebssicherheit durch Unabhängigkeit von zentraler Steuerung;
• unterschiedlichste Anwendungsbereiche (HKL, Beleuchtung, Sonnenschutz, Sicherheitstechnik,
Meßtechnik u.a.) können über ein einziges Netz verbunden werden, wodurch zusätzliche Funktionalitäten möglich werden;
• die einfache Erweiterbarkeit des Systems;
• aufgrund der steigenden Produktionsziffern von Standardmodulen und daraus resultierenden sinkenden Preisen werden dezentrale Automationsnetzwerke auch für kleinere Projekte interessant.
Im Gegensatz zu den vernetzten Automationslösungen stehen die sogenannten 'stand-alone'Applikationen, also 'Insellösungen', die Meß- und Steuerfunktionen in einem einzigen, herstellerspezifischen Gerät beinhalten, welches dadurch in seiner Funktion unabhängig von anderen Systemen ist.
Der Vorteil dieser Geräte liegt in der einfachen Integration in das Gebäude, so daß z.B. bei Sanierungsmaßnahmen der Aufwand für die Installation der Netzwerkverkabelung entfällt. Nachteilig wirkt
sich hingegen aus, daß die Gesamtkosten des Systems ab einer gewissen Zahl von Applikationen
größer sind als bei einer Netzwerklösung, unter anderem da die notwendige Meßtechnik (Temperatur,
Einstrahlung, Präsenz etc.) redundant vorhanden ist, statt allen Geräten den Wert eines einzigen, zentralen Sensors zur Verfügung zu stellen. Dazu kommt, daß sich die Erfassung der Betriebsparameter,
welche zur Ermittlung von Energieverbräuchen und zur Optimierung der Steuerung dienen kann, nicht
oder nur mit hohem Aufwand realisieren läßt.
Der Referenzraum 12 wurde zu Test- und Vergleichszwecken mit 'stand-alone' Lösungen ausgestattet:
einem automatisierten Lamellenbehang, der Lichtlenkungs- und Sonnenschutzfunktionen vereint (siehe Kap. 8.2) sowie einer Büroleuchte (Fa. Waldmann), die sich selbsttätig in Abhängigkeit der Beleuchtungsstärke im Raum ein- bzw. abschaltet und dimmt.
Systemauswahl
Auf dem europäischen Markt sind z.Zt. etliche Feldbussysteme gebräuchlich, von denen aber 1998 nur
die Systeme EIB (European Installation Bus, Hersteller u.a. Siemens, ABB, Busch-Jaeger,
[www.eiba.com]) und LON (Local Operating Network, [www.lno.de]) eine genügend starke Herstellerunterstützung und Verbreitung aufwiesen. Daher wurden nur diese Systeme auf ihre Eignung hin geprüft. Eine aktuelle Übersicht über Bussysteme für Gebäudeautomation findet sich bei [23].
Bei der Entscheidungsfindung wurden abgesehen von Verbreitung und Preisgestaltung folgende Kriterien betrachtet und auf ihre Bedeutung hin untersucht:
Mögliche Netzwerk-Topologien :
Ein Vorteil des LON-Systems liegt in der freien Topologie, bei der Knoten praktisch beliebig verbunden
werden können, auch im laufenden Betrieb. Der EIB ist hier an eine Linienstruktur gebunden, die bei
Erweiterung und Änderung des Systems weniger Flexibilität bietet.
5
In der BRD können Brandmeldeanlagen aufgrund der Anforderungen der Sachversicherungsunternehmen i.d.R.
noch nicht in die Gebäudesystemtechnik integriert werden, müssen also als eigenständige Systeme ausgeführt
werden.
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Abb. 7-23 : Netzwerktopologien (nach [24])
Maximale/tatsächliche Übertragungsgeschwindigkeit :
Abhängig von System und Topologie liegt die tatsächlich nutzbare Übertragungsgeschwindigkeit
(Bandbreite) immer unter der maximal möglichen. Diese ist zwar beim LON deutlich höher, spielt allerdings bei der 'klassischen' Gebäudeautomation keine nennenswerte Rolle, da nur relativ geringe Datenmengen befördert werden. Ebenso sind (anders als in der Prozeßautomation oder der Fahrzeugsteuerung) weder Reaktionszeiten im Millisekundenbereich noch garantierte Antwortzeiten von diesen
Anwendungen gefordert. Im Hinblick auf die mögliche Integration von Kommunikationsanwendungen
in Feldbusnetze wird die Bandbreite zukünftig aber eine höhere Bedeutung erhalten.
LON ermöglicht hier bereits bei der einfachen Verbindung über Zweidraht-Leiter eine Bandbreite von
78 Kb/s, EIB ist hier auf 9,6 Kb/s beschränkt.
Ausfallsicherheit :
Während bei der Prozeß-/Produktionsautomation der Ausfall eines einzelnen Knotens bzw. einer
Funktion den Prozeß zum Stillstand bringen kann, ist bei der Gebäudeautomation hohe Autarkie der
Knoten, d.h. Unabhängigkeit von anderen Teilnehmern gefordert. Dies hängt größtenteils von den
verwendeten Applikationen ab, so daß hier keines der Systeme einen besonderen Vorteil erkennen
läßt.
Interoperabilität :
In aller Regel wird man ein Gebäude mit nur einem System automatisieren. Wo allerdings der Anschluß an ein bestehendes System gefordert ist oder Teile der technischen Gebäudeausrüstung mit
herstellerspezifischen Systemen ausgestattet sind, stellt sich die Frage nach dem Datenaustausch
zwischen den Netzen. Hier kommen sog. Gateways zum Einsatz. Sie stellen die Verbindung zwischen
verschiedenen Domains her, falls unterschiedliche Kommunikationsprotokolle zum Einsatz kommen
(z.B. LonTalk und TCP/IP oder EIB). Falls ein solches Gateway nicht bereits verfügbar ist, entstehen
u.U. erhebliche Kosten für 'maßgeschneiderte' Lösungen. Beim Projekt SAN-IGS war Interoperabilität
nicht erforderlich.
Energiebedarf :Bezüglich des Energiebedarfs sind Automationsnetze unkritisch. Die Leistungsaufnahme eines LON-Knotens liegt typischerweise im Bereich von 0,5 – 2 W, das gesamte Automationsnetz im IGS mit 25 Knoten hat eine konstante Leistungsaufnahme von ca. 80 W (nicht inbegriffen die
Stellmotoren und Heiztransformatoren für die Klima-Meßstation).
Die Entscheidung fiel zugunsten von LON :
• trotz der geringfügig höheren Kosten für den einzelnen Knoten (~10% gem. Kostenschätzung Mitte
1998, seitdem z.T. starke Änderungen im Preisniveau). Dabei muß berücksichtigt werden, daß aufgrund unterschiedlicher Funktionalitäten Knoten verschiedener Systeme nicht immer direkt vergleichbar sind;
• aufgrund der beschriebenen höheren Flexibilität und Funktionalität des Systems. LON eignet sich
aufgrund der freien Programmierung uneingeschränkt auch für Automationsanwendungen in größeren Projekten; alle Knoten können in beliebiger Anordnung verbunden werden (freie Netztopologie); die Installation von zusätzlichen Knoten ist ohne großen Aufwand möglich. Der EIB bietet zwar
weit entwickelte Standardapplikationen für die Gebäudeautomation , die Einbindung weiterer, nicht
zum Standard gehörender Funktionen ist hingegen aufwendig.
Im Anhang Gebäudeautomation findet sich eine ausführliche Beschreibung der Merkmale von
LONW ORKS.
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8 Ergebnisse
8.1 Wärmeverbrauch
Berechnung des Heizenergiebedarfs nach DIN EN 832 [26]
Wesentliches energetisches Ziel der Sanierung war es, den Wärmebedarf des Gebäudes von durch2
schnittlich 184 kWh/m a (Verbrauchsmittelwert der letzten fünf Jahre) um etwa die Hälfte zu reduzieren.Die Wärmeverluste verteilen sich im Bestand und nach der Sanierung folgendermaßen:
sonstiges 18,0 kWh/m²a
6%
Luftwechsel 89,9 kWh/m²a
14%
32%
Brüstung / Sturz 39,8 kWh/m²a
7%
Pfeiler 21,2 kWh/m²a
Fenster 114,6 kWh/m²a
41%
Abb. 8-1 : Wärmeverbrauch im Bestand
2
Sonstiges 9,6 kWh/m a
Brüstung / Sturz 34,8 kWh/m²a
7%
24%
16%
Pfeiler 4,3 kWh/m²a
Luftwechsel 23,4 kwh/m²a
3%
Fenster 70,2 kWh/m²a
50%
Abb. 8-2 : Wärmebedarf nach Sanierung
2
Dieser Zielwert von 90 kWh/m a kann durch die Anwendung aller Maßnahmen der exemplarischen
Sanierung im 10. OG sogar unterschritten werden; der Wärmebedarf nach DIN EN 832 beträgt für das
2
Gesamtgebäude lediglich 74 kWh/m a. Damit erreicht das Gebäude den Sollstandard für Büroneubauten nach SIA 380/1 (siehe Kap. 4, Ziele). Die Reduzierung der Transmissions- und Lüftungswärmeverluste sowie die aufgrund der besseren technischen Ausrüstung gestiegenen internen Wärme2
gewinne tragen maßgeblich dazu bei. Eine weitere Verbesserung (auf 59 kWh/m a) kann durch Einsatz einer Doppelfassade erreicht werden (siehe 7.2).
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2
Die Differenz zwischen rechnerischem Wärmebedarf nach DIN EN 832 (215 kWh/m a) und den tat2
sächlich gemessenen Verbräuchen im Bestand (184 kWh/m a) erklärt sich durch die gegenüber den
Berechnungsgrundlagen durchschnittlich etwa 2K höhere gemessene Monatsmitteltemperatur in
6
Braunschweig . Dabei bewirkt eine Erhöhung der Jahresmitteltemperatur um 1K bereits eine Verringe2 7
rung des Wärmebedarfs um ca. 20 kWh/m a .
kWh/m²a
Gesamtbilanz pro Fläche
100,00
80
56
53
38
50,00
0,00
-23
-50,00
-74
-90
-128
-100,00
-150,00
alt
neu
-200,00
-194
-250,00
Gesamt*
Luftwechsel
Transmission
Interne
Wärmequellen
Strahlungsgewinne
-215
Abb. 8-3 : Wärmegewinne und –verluste in Bestand und Sanierung (nach DIN EN 832)
*Die Gesamtsumme entspricht nicht der Summe der Einzellasten, da nicht alle thermischen Gewinne genutzt werden können
8.2 Thermischer Komfort im Sommer
Bestimmung von Komfortkennwerten
Um einen Vergleich zwischen einem typischen Büroraum in einem der nichtsanierten Geschosse und
einem Büro im sanierten 10. OG anzustellen, wurden im Juli '99 parallel im 9. und 10. OG Messungen
8
mit einem Komfortometer durchgeführt.
Dabei wurden aus der operative Raumlufttemperatur, der absoluten Luftfeuchte und der Luftgeschwindigkeit automatisch PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied nach ISO 7730 [9]) und PMV (Predicted
Mean Vote nach ISO 7730) ermittelt und aufgezeichnet.
Die untersuchten Räume sind etwa gleichgroß, liegen direkt übereinander (Südwest-Ausrichtung) und
waren während der unten dargestellten Meßperiode (Wochenende mit hohen Außentemperaturen)
nicht belegt. Das Büro im 9.OG unterscheidet sich vom Referenzbüro im 10.OG im wesentlichen durch
die im Bestand übliche abgehängte Decke und die Calorex-Verglasung. Die Fensterflügel waren in
beiden Büros dauerhaft gekippt, die Türen geschlossen, ein Sonnenschutz war nicht aktiv um die Vergleichbarkeit der Messungen zu gewährleisten.
Die Messungen bestätigen die Ergebnisse der Bestandsumfrage (siehe Kap. 5.3). An einem Tag mit
Außentemperaturen von max. 30°C bzw. 35°C und entsprechend hoher Einstrahlung steigt der vorhergesagte Anteil der mit dem thermischen Komfort Unzufriedenen (PPD) im 9.OG gegen Mittag auf
90% bzw. 97% an, da die SW-Fassade erst dann direkte Einstrahlung erhält. Während der Nachmittags- und Abendstunden bleiben die Komfortbedingungen in diesem Büro inakzeptabel.Im Vergleich
dazu beträgt der PPD im Referenzbüro im 10. OG nachnittags 38% bzw. 64% (ohne Sonnenschutz!).
6
Quelle : Deutscher Wetterdienst, Frankfurt
Werte für BS4, ermittelt nach VDI 2067, Bl. 2 [27]
8
INNOVA 1221
7
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Der PMV mit der Bewertungsskala +3 (zu warm) bis –3 (zu kalt) läßt erkennen, daß der Referenzraum
im 10.OG nachts wie beabsichtigt deutlich auskühlt (-3), während die Temperaturen im 9. OG nur
nachts im Behaglichkeitsbereich bleiben. (s. Abb. Meßwerte thermischer Behaglichkeit im Anhang
Thermischer Komfort).
Sonnenschutzeigenschaften der Behänge (siehe 7.4)
Aus der Meßperiode wurde eine Woche im Juli (Mo- Sa) mit hohen Außentemperaturen und hoher
Einstrahlung gewählt. Die Messung erfolgte an identischen, strahlungsgeschützten Stellen auf der fassadenabgewandten Raumseite in 1,80 m Höhe. Die Meßgenauigkeit, bedingt durch die Meßaufnehmer, lag bei ± 0,3 °C. Während der Meßperiode wurde die annähernd gleichzeitige Betätigung der Behänge beachtet, um vergleichbare Ergebnisse zu gewährleisten
Die Warema-Raffstoren (System B) wurden 1998 vom Institut für Fenstertechnik (ift), Rosenheim, untersucht [28]. Der ermittelte Abminderungsfaktor z ergibt im Zusammenhang mit der im IGS verwen2
deten Verglasung (ipasol natura, Uv=1,3 W/m K; g = 0,34) einen Faktor z = 0,64.
Im Vergleich dazu liegt das Tageslichtsystem von Hüppe (System A, Abminderungsfaktor z ermittelt
1994 in einem Gutachten von Fa. Siemens) im Einsatz mit dem o.g. Glas näherungsweise bei einem
Faktor z = 0,5.
30
Lufttemperatur [°C]
28
100000
26
80000
24
60000
22
40000
20
20000
18
16
Einstrahlung auf der SW-Fassade [Lux]
120000
Büro 12 (1,80 m Höhe)
Außentemperatur
31.07 08:00
30.07 08:00
29.07 08:00
28.07 08:00
27.07 08:00
26.07 08:00
0
Büro 10 (1,80 m Höhe)
Lux SW-Fassade
Abb. 8-4 : Temperaturdifferenzen : Büro 10 und Büro 12
Die Auswertung der Ergebisse der betrachteten Juliwoche :
Raum
Büro 10 (A/Hüppe)
Büro 12 (B/Warema)
durchschnittliche
Temperatur
23,30
23,86
Durchschnittliche
Temperatur > 26°C
26,77
27,67
Amplituden (Differenz der Maximaltemperaturen in Raum 10 / 12)
Max. Temp.
0,42
0,92
0,62
0,72
maximale
Temperatur
28,2
29,1
0,72
0,92
Tab. 8-1 : Durchschnittstemperaturen und Temperaturamplituden
Die Ergebnisse der Messung zeigen, daß beide Lösungen in Kombination mit den sonstigen Maßnahmen (Umglasung, Nachtlüftung) hinsichtlich des Überhitzungsschutzes sehr gute Beiträge zum sommerlichen Überhitzungsschutz liefern. Der kombinierte Prismen/Lamellen Behang des Systems A
(Hüppe) weist eine um im Durchschnitt fast 1K geringere Überhitzung auf als das System B (Warema).
Mit zunehmender Außentemperatur und solarer Einstrahlung steigt auch die Temperaturdifferenz
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in den betrachteten Räumen. Die Meßergebnisse bestätigen damit qualitativ die Herstellerangaben für
die z-Faktoren und Ergebnisse der ift-Studie bezüglich der Wirksamkeit innenliegender Sonnschutzsysteme.
Überhitzung Bestandsmessung / thermische Simulation / Monitoring nach der Sanierung
Da die Temperaturmessung im Bestand (keine Querlüftung, helle Vorhänge) während der Umbauarbeiten unterbrochen werden mußte, liegen keine durchgehenden Temperaturdaten für den Bestand
vor. Der folgende Vergleich beschränkt sich daher auf die Darstellung der Monate Juli/August.
Meßdaten / TRNSYS-Simulation / Grenzwerte
(Mo-Fr, 8.00 - 18.00), Nutzungsdauer : insgesamt 433 h
193
200
180
Bestand
Sanierung A
Sanierung B
Sanierung C
160
Gesamtstunden
140
129
120
104
100
99
89
77
75
80
69
54
60
54
40
22
15
20
0
Meßwerte Bestand 1998
g=0,34 Nachtlüftung 3-facher
LW Wind
26°-28°C
g=0,17 Nachtlüftung 3-facher g=0,17 Nachtlüftung 1,8-facher
LW Wind
LW Wind
>28°C
Gesamt
Abb. 8-5 : Überhitzungsstunden Juli/August in den SW-Büros
Die Auswertung der Bestandsmessung ergab eine Gesamtüberhitzung von 45% der Nutzungsdauer in
den wärmsten Sommermonaten. Die Untersuchung verschiedener Sanierungsvarianten in einer dynamischen thermischen Gebäudesimulation (TRNSYS) erlaubte es, diese Varianten u.a. bezüglich der
9
Komfortsteigerung zu beurteilen .
Variante A stellt die Basisvariante der Sanierung dar, in der
• die Umglasung (auf ipasol natura, g=0,34),
• die Grundrißumgestaltung und Entfernung der abgehängten Decke,
• eine automatische Quer- und Nachtlüftung in 40m Höhe bei einem durchschnittlichen Luftwechsel
von 3/h,
• jedoch noch kein interner Sonnenschutz berücksichtigt wurden.
Die Varianten B und C basieren auf der Variante A unter zusätzlicher Annahme
• eines z-Wertes von 0,5 für den Sonnenschutz (resultierender Gesamtenergiedurchlaßgrad von
2
0,17), welcher bei solarer Einstrahlung von mehr als 200 W/m automatisch aktiviert wird.
Variante C stellt das 2. OG des Gebäudes dar mit
• einer Höhenlage von nur 10 m und dem dadurch verringerten durchschnittlichen Luftwechsel von
1,8/h.
Die Variante B weist eine sehr gute Verbesserung gegenüber dem Bestand auf und wurde ausgeführt,
wobei in den SW-Büros allerdings verschiedene Sonnenschutzsysteme mit unterschiedlichen zWerten installiert wurden.
9
Die Bestandsmessung ist nicht direkt mit den Ergebnissen der Simulationen zu vergleichen, da nicht beide auf
den gleichen Klimadaten beruhen.
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Durch Verzögerungen bei der Inbetriebnahme der Gebäudeautomation liegt keine ganzjährige Messung der Raumtemperaturen nach der Sanierung vor. Die Auswertung des Zeitraums August/September 1999 ergibt eine Überhitzung von 12,1% im Vergleich zu den vorhergesagten 16%
Überhitzung des Simulationsergebnisses für die Monate Juli und August (jeweils für die Betriebszeit
Mo-Fr, 8.00-18.00).
Die prozentuale Auswertung der Messungen und Simulationen ergibt folgende Anteile:
Bestand Monitoring Sanierung A Sanierung B
(07/08/98)
(08/09/99) (TRY 07/08) (TRY 07/08)
Anteil Stunden 26-28°C
24%
10%
13%
13%
Anteil > 28°C
21%
2%
17%
3%
Stunden gesamt
45%
12
30%
16%
Maximaltemperatur
33°C
29,7
36,9°C
30,5°C
Tab. 8-2 : Überhitzung in Bestand, Monitoring und Simulation
Sanierung C
(TRY 07/08)
18%
5%
23%
30,8°C
Zum Vergleich und zur Bewertung der Ergebnisse des Monitorings und der ausgeführten Sanierung B
sind nachfolgend die zugrundeliegenden Klimabedingungen einander gegenübergestellt :
Braunschweig 08/09/1999
TRY-Datensatz 07/08
Tab. 8-3 : Klimabedingungen
Monatsmitteltemperatur[°C]
18,9
19,8
17,1
17,0
mittlere Einstrahlung
[W/m2]
185
209
Mittlere Windgeschw.
[m/s]
154
160
3,0
3,5
2,8
3,3
Die Monatsmitteltemperatur lag also im Meßzeitraum um ca. 2K über derjenigen des Wetterdatensatzes, die mittlere Einstrahlung war geringfügig niedriger. Die Simulationsergebnisse waren somit eine
gute Annäherung an des realisierten Zustand.
Prognose der Jahresüberhitzung
Voraussetzung für diese Prognose ist die Annahme, daß die Rauminnentemperaturen proportional zu
den Außentemperaturen sind. Die Temperaturverhältnisse aus den Meßwerten der Monate August
und September zu den jeweiligen Außentemperaturen übertragen auf die Jahresbetriebszeit führen zu
einer Jahresüberhitzung von 5,8%. Damit ist das Ziel, den Grenzwert nach DIN 4108 in Höhe von 10 %
für ein Südwestbüro allein durch freie Nachtkühlung und innenliegenden Sonnenschutz bei einem
Fensterflächenanteil von 50% zu halbieren erreicht. Behagliches Raumklima kann ohne mechanische
Kühlung gewähleistet werden. Der Anteil an Temperaturen über 28 °C liegt unter 2%.
Diese deutliche Verbesserung des thermischen Komforts konnte trotz der Erhöhung der internen
Wärmelasten aus Personen und Arbeitsmitteln erzielt werden (durchschnittliches Tagesmittel ohne
2
Beleuchtung während der Betriebszeit vor der Sanierung ca. 3 W/m NF, nach der Sanierung ca. 15
2
W/m NF).
Freie Kühlung
Die Effizienz der Nachtlüftung wird deutlich anhand der folgenden Wochenauswertung. Während dieser Meßwoche (26.07.-02.08.99) stieg die maximale Außenlufttemperatur kontinuierlich von ca. 25°C
auf über 33°C an. Die Regelstrategie der Fensteröffner sorgte in dieser Zeit für dauerhaft geöffnete
Fenster.
In den SW-Büroräumen konnte die Raumtemperatur auch während dieser Tage um ca. 5 K unter Außentemperatur gehalten werden. Die 24-Stunden-Innenraumtemperatur-Amplitude betrug 6-7 K, die
24-Stunden-Deckentemperatur-Amplitude betrug ansteigend bis 2 K. Deutlich wird der Einfluß der
Lüftung durch die Aufzeichnung der Fensterpositionen (in Abb. 8-6, 8-7) in der ersten Nacht der Meßperiode. Bei fehlender Querlüftung verringert sich hier der nächtliche Temperaturabfall in den Büros
auf weniger als 2 K.
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15
60000
10
40000
5
20000
0
0
Sonnenschutz
Lufttem p.
Außentem p.
Fenster
Deckentem p.
02.08 00:00
80000
01.08 00:00
20
31.07 00:00
100000
30.07 00:00
25
29.07 00:00
120000
28.07 00:00
30
27.07 00:00
140000
Lux SW -Fassade
Abb. 8-6 : Einfluß der Nachtlüftung in einer Juliwoche (Südwestbüro, 1,10m Höhe)
(Obergrenze für Luxmessung liegt hardwarebedingt bei 65.000)
35
30
Temperatur [°C]
25
20
15
10
5
F Nord
F West
Innenzone 1,10 m
F Süd
Decke Innenzone
02.08 00:00
01.08 00:00
31.07 00:00
30.07 00:00
29.07 00:00
28.07 00:00
27.07 00:00
26.07 00:00
0
Außenluft
Abb. 8-7 : Einfluß der Nachtlüftung in einer Juliwoche (Innenzone)
Es zeigte sich, daß die Innenzone (aufgrund der großen, thermisch ausgleichenden Speichermasse
der Decke und dem geringen Verhältnis Fensterfläche/Grundfläche) kaum auf die hohen Außentemperaturen reagierte. Eine Innenraumtemperaturamplitude von 1-2 K und eine DeckentemperaturAmplitude von weniger als 0,5 K über 24 Stunden ist kennzeichnend für die hohe Trägheit dieses
Raumes. Die Differenz zur Außentemperatur betrug während der Hitzeperiode maximal ca. 7-8 K; somit traten zu keiner Zeit Raumtemperaturen > 25°C auf (Bezugshöhe 1,10m).
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Einstrahlung Südwest [lux]
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26.07 00:00
Temperatur [°C]
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Luftfeuchte :
Im Sommer betrug die rel. Luftfeuchte im Mittel etwa 55% mit Minimal- bzw. Maximalwerten von 40%
bzw. 65%.
Auswirkung des städtischen Mikroklimas
Das auf das Gebäude wirkende Außenklima hängt in signifikanter Weise vom lokalen Standort ab.
Das Beispiel unten zeigt den Vergleich zwischen Wind- und Lufttemperaturwerten, die auf dem Dach
des BS4 bzw. bei der Braunschweiger Meßstation des Deutschen Wetterdienstes (DWD) ermittelt
wurden.
12
30
10
Temperatur [°C]
25
8
20
6
15
4
10
Wind DWD
13.09.99 00:00
Wind BS4
12.09.99 00:00
11.09.99 00:00
Außentemp. DWD
10.09.99 00:00
Außentemp. BS4
09.09.99 00:00
0
08.09.99 00:00
0
07.09.99 00:00
2
06.09.99 00:00
5
Windgeschwindigkeit [m/s] & Strahlung [100 W/m2]
35
DWD Strahlung
Abb. 8-8 : Mikroklima BS4 / DWD-Meßwarte
Die BS4-Daten wurden auf dem Gebäudedach (Innenstadtlage, Höhenlage ca. 55 m über Boden) gemessen, während die Meßwarte des DWD sich am westlichen Stadtrand befindet, in ländlich offener
Umgebung, Höhenlage ca. 10 m über Boden.
Deutlich ist der Einfluß des 'Stadtklimas' auf die Lufttemperatur zu erkennen. Während die Temperaturentwicklung am Vormittag identisch verläuft, wird die stärkere Aufheizung des Stadtraumes ab Mittag
spürbar. An strahlungsreichen Tagen während des Vergleichszeitraumes betrug sie bis zu 5 K; diese
Differenz blieb auch in die Abendstunden bestehen. Die Betrachtung einer zweiten Vergleichswoche,
während der vorwiegend bedeckter Himmel herrschte, zeigte, daß diese Temperaturdifferenzen im
wesentlichen einstrahlungsabhängig sind.
Hingegen stellte sich am BS4-Gebäude nicht, wie vorher erwartet, eine im Vergleich höhere Windgeschwindigkeit ein. Trotz der größeren Höhe und der freien Lage des Gebäudes war die durchschnittliche Geschwindigkeit während des Vergleichszeitraumes (6.9.-13.9.99) am BS4 sogar geringer (1,7
m/s zu 2,3 m/s) als an der DWD-Meßwarte. Statistisch signifikante Unterschiede und Abhängigkeiten
sind nicht zu erkennen.
Darüberhinaus ist keine Abhängigkeit zwischen Windgeschwindigkeit und Tageszeit erkennbar, d.h. in
der vorliegenden Situation kann auch nachts mit ausreichenden Luftwechselzahlen bei freier Lüftung
gerechnet werden.
8.3 Thermischer Komfort im Winter
Nach [9] sollte die vertikale Temperaturasymmetrie (Raumlufttemperatur) im Winter maximal 3 K
betragen, gemessen zwischen 0,1 m und 1,10 m Höhe (Fuß-/Kopfhöhe).
Die Messung in einem SW-Büro ergab für sonnige Wintertage eine Differenz von 1,6 K, nachts und an
bewölkten Tagen eine Differenz von 0,3 K (s. Abb. vertikale Temperaturasymmetrie im Anhang Thermischer Komfort).
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Die horizontale Strahlungstemperaturasymmetrie zu den Fassadeninnenoberflächen kann wie in
Kapitel 7.1 beschrieben weitestgehend hergestellt werden. Es verbleibt jedoch bei einer einfachen Sanierung zu den Aluminiumprofilen ein Temperaturdiffernz von maximal 15 K (∆τzul = 10 K). An Tagen
mit geringen Außentemperaturen kann bei einem Rahmenanteil 15% lokales thermisches Unbehagen
auftreten.
Die gemessene rel. Luftfeuchtigkeit (Komfort-Grenzwerte nach [9] : 30-70%, Sommer und Winter)
betrug im Winter im Mittel etwa 30% und lag damit noch innerhalb der Behaglichkeitskritertien; in einigen Fällen sank dieser Wert jedoch für mehrere aufeinanderfolgende Tage auf ca. 20% ab.
8.4 Stromverbrauch
Der Gesamtstromverbrauch des BS4 betrug im Fünfjahresmittel 175 MWh/a. Der Bewertung dieser
Endenergiekennzahl dient der folgende Vergleich:
120
100
KWh/m²[NGF EB]a
100
80
79
70
60
60
42
40
31
20
0
SIA 380 / 1
AGES Studie
Mittelwerte Bestand (BS4 : Meßwerte Bestand)
BS4
Zielwerte Sanierung (BS4 : Ergebnis Sanierung)
SIA 380/1: Verwaltungsbauten große Teile mechanisch belüftet
AGES Studie: Verwaltungsbauten mit normaler technischer Ausstattung
Abb. 8-9 : Endenergiekennzahlen Stromverbrauch
Die diesem Vergleich zugrunde liegende Flächenermittlung umfaßt als mit Energiedienstleistung versorgten Flächen die Nettogrundflächen der 12 Obergeschosse (NGFeb). Nicht berücksichtigt wurden
die Flächen des Erdgeschosses, da es sich um ein Foyer für temporäre Nutzungen handelt, sowie die
des Kellergeschosses. Alle Angaben können zu Vergleichszwecken mit ausreichender Genauigkeit mit
NGFeb x 0,9 = NF (gem. DIN 276) umgerechnet werden.
Im Vergleich mit den Kennwerten der Literatur ist dieser Verbrauch auffallend gering. Die Auswertung
der Meßergebnisse ergab die folgende Verteilung der Verbraucher und mithin die Erklärung für den
geringen Verbrauch: die Flächennutzung ist im Durchschnitt mit ca. 20 m² NGFeb /Person gering, die
technische Ausstattung in weiten Teilen nicht existent und die Ausnutzung des Gebäudes unterliegt
dem Semesterbetrieb. Der geringe Verbrauch elektrischer Energie für Arbeitsmittel und zentrale Dienste ist die Hauptursache für die untypische Energiekennzahl. Der Aufzug wurde 1991 generalüberholt,
so daß Antrieb und Steuerung dem Stand der Technik entsprechen. Einsparpotentiale bieten somit die
Beleuchtungs- und Lüftungsanlage, die seit der Inbetriebnahme unverändert genutzt werden. Sie waren daher Gegenstand weitergehender Untersuchen im Demonstrationsvorhaben und werden später
beschrieben. Erst nach der Erstellung eines neuen Nutzerprofils konnte der angegebene Zielwert für
den zukünftigen Endernergieverbrauch bestimmt werden.
In der Demonstrationsetage hat sich durch die Sanierung die Personenbelegungsdichte auf 14 m²
NGFeb /Person verringert, ist die Wärmelast im Durchschnitt auf 20 W/m² gestiegen, so daß das untersuchte Gebäude einem Verwaltungsbau mit normaler technischer Ausstattung entspricht. Ziel war daher eine deutliche Unterschreitung des SIA Zielwerts von 70 kWh/m²a. Die Auswertungen der Meßergebnisse auf das Gesamtgebäude hochgerechnet ergaben einen Gesamtverbrauch von 235 MWh/a,
was einer Steigerung gegenüber dem Ausgangszustand um 35% entspricht, den SIA Zielwert mit 42
kWh/m²a jedoch um 40% unterschreitet.
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8%
2,4 kWh/m²a
22%
7,0 kWh/m²a
34%
10,7
kWh/m²a
36%
11,1
kWh/m²a
Lüftungsanlage
Aufzug
Beleuchtung
Arbeitsmittel / zentrale Dienste
Flächenangaben bezogen auf m²[NGFEB]
Abb. 8-10 : Anteile am Stromverbrauch im Bestand
7%
2,8 KWh/m²a
28%
11,6
KWh/m²a
58%
24,4
KWh/m²a
Lüftungsanlage
7%
3,0 KWh/m²a
Aufzug
Beleuchtung
Arbeitsmittel / zentrale Dienste
Flächenangaben bezogen auf m²[NGFEB]
Abb. 8-11 : Anteile am Stromverbrauch nach Sanierung
Die Veränderung in absoluten Werten zeigt die realisierten Einsparpotentiale in den Bereichen Lüftung
und Beleuchtung auf, jedoch auch den zehnfach erhöhten Verbrauch für Arbeitsmittel und zentrale
Dienste. Diese sind in den entsprechenden Kapiteln ausführlich erläutert.
Ein Tagesverlauf der Etage am 21. Oktober 1999 mit hoher Leistungsaufnahme während der Betriebszeit zeigt die standby-Lasten, die an diesem Tag mit durchschnittlich 800 W ca. 40% der mittleren Tagesleistung betrugen. Im Jahresdurchschnitt erhöhte sich der Anteil des Standby-Verbrauchs sogar
auf ca. 50% des Gesamtverbrauchs der Etage. Bezogen auf die Energiebezugsfläche, d.h. die Nutzfläche des Geschosses, die mit einer Energiedienstleistung versorgt werden kann (s. LEE [18] :
NGFeb), sind dies 14,9 kWh/m²a standby-Verbrauch. Insgesamt (Beleuchtung, Arbeitsmittel, Lüftung,
ohne Aufzug) ergibt sich mit 30 kWh/m²a ein für den Standard-Verwaltungsbau mit normaler technischer Ausstattung gerade noch akzeptabler Verbrauchswert. Ein Zielwert von 25 bzw. 20 kWh/m²a ließe sich durch Reduzierung des standby-Verbrauchs realisieren, indem z. B. Drucker und Kopierer
nachts ausgeschaltet werden.
Im Anhang Stromverbrauch befinden sich die Abbildungen “Verbräuche in absoluten Werten”, “Leistungsaufnahme am 12.10.1999”, und “ Monatsverbräuche 1999”.
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8.5 Primärenergiebedarf und CO2-Ausstoß
350
77
300
[kWh/m2a]
250
292
212
52
207
200
150
117
100
50
0
Bestand
Gesamtenergie
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
[kg/m2a]
Aus den veränderten Bedarfswerten für Strom bzw- Heizenergie ergeben sich auch verbesserte Werte
10
für CO2-äquivalente Emissionen bzw. Primärenergieverbräuche für das Gebäude. Der CO2-Wert
2
2
sank von 431 t/a auf 294 t/a, dies entspricht 77 kg/m a bzw. 52 kg/m a bezogen auf NGFEB. Gleichzeitig wurde der Primärenergiebedarf von 1,64 MWh/a auf 1,16 MWh/a reduziert; entsprechend 292
2
2
kWh/m a bzw. 207 kWh/m a.
Sanierung
Primärenergie
CO2
Abb. 8-12 : Verringerung von Energiebedarf und CO2-Emissionen.
Bilanziert wurde die vorgelagerte Kette für die Endenergie bis zur Übergabe im Gebäude.
Allerdings wirken sich die Energieeinsparungen hier stark unterschiedlich aus : die erzielte Reduktion
des Gesamtenergiebedarfs (Strom und Wärme) um 45% schlägt sich aufgrund der tatsächlichen Erhöhung des Strombedarfs nur in einer um 33% niedrigeren CO2-Bilanz und einem 29% geringeren
Primärenergiebedarf nieder.
8.6 Fassadensystemvergleich
Fassade:
Eine einfache Sanierung der Fassade ist nur mit Einschränkungen empfehlenswert, da sie die Fassadendichtigkeit nicht sicherstellen kann. Dennoch handelt es sich um eine wesentliche Verbesserung
des Bestands und ist bei einem vergleichbaren Projekt in Abhägigkeit vom Standort, der geplanten
Nutzung und der erzielbaren Mieteinnahmen eine gleichwohl erwägenswerte Alternative. Eine weitere
Reduzierung des Wärmeverbrauchs, die Sicherstellung des Schlagregenschutzes, eine städtebauliche
Aufwertung und zusätzliche Komfortsteigerungen sind mit einer Doppelfassade möglich.
Stützen:
Eine Innendämmung der Stützen hat sich rechnerisch wie meßtechisch als unproblematisch erwiesen
unter Voraussetzung, daß die Anschlußfuge mit einem entsprechenden Abschlußprofil angedichtet
wird. Unbedingt erforderlich ist die Stützendämmung auch zur Verringerung der Transmissionswärmeverluste und zur Einhaltung eines behaglichen Raumklimas im Winter.
8.7 Realisierung der Gebäudeautomation
Das während der Sanierung installierte Netz verbindet die Funktionen verschiedener Meßwertgeber,
(Außenklima-, Temperatur-, Licht- und Präsenzsensoren), mit denen der vorhandenen Steuereinrichtungen (Stellmotoren für Fensteröffner, Jalousien, Heizventile, Relais und Dimmer für Lichtschaltkreise
u.a.).Alle Netzwerkvariablen werden im IGS laufend an einen PC übermittelt, dort graphisch dargestellt
und aufgezeichnet. Die Auswertungen zur Raumüberhitzung, zum Mikroklima (Kap. 8.2) und zum
Stromverbrauch beruhen größtenteils auf Analysen dieser Aufzeichnungen.
10
Klimawirksame Emissionen (CO2, CH4, CO, NMVOC, NOx, N2O)
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Komfortfunktionen
Zusätzlich zur automatisierten Nachtlüftung der Etage und einer flexiblen Steuerung der wesentlichen
Lichtschaltkreise wurde ein Büro auf der Südwestseite exemplarisch mit einer umfassenden Ausstattung versehen. Diese besteht aus folgenden Komponenten :
•
Temperaturabhängige Steuerung von Fensteröffnern zur Vermeidung von sommerlicher Überhitzung durch Nachtlüftung.
•
Temperaturabhängige Steuerung der Heizventile; die Solltemperatur kann von den Benutzern individuell angepaßt werden. Diese Funktion gewährleistet eine deutlich genauere Temperaturregelung als herkömmliche Thermostatventile; außerdem werden bei geöffnetem Fenster die Ventile automatisch geschlossen.
•
Einstrahlungsabhängige Steuerung der Blendschutzlamellen (automatisches Schließen bei Ein2
strahlung > 200 W/m auf der SW-Fassade).
•
Anzeige der Betriebsparameter und Steuerung aller Funktionen über ein zentrales Bedienpanel im
Büro
•
Präsenz- und tageslichtabhängige Steuerung der Leuchten
Einige der dazugehörigen Regelstrategien finden sich in Anhang Gebäudeautomation.
Physikalische Zuordnung der Funktionselemente
Meß- und Steuereinrichtungren
im Gebäude
Innentemperatursensoren
LON-Knoten mit
Analogeingang
Digitale
Heizungsventile
LON-Knoten mit
Digitalausgang
Präsenzmelder
LON-Knoten mit
Digitaleingang
Bedientableau zur
Einzelraumregelung
Konfigurations- und
Auswertungssoftware
(PC)
Typ der LON-Knoten
(Unterverteilung)
Einzelraumregler
Graphische Entwicklungsoberfläche zur Programmierung
eigener Applikationen
Windsensor
Sensorkoppler
Beleuchtungsstärkesensor
LON-Datenbus
Regensensor
Konfigurationssoftware
LON <-> PC-Schnittstelle
Außentemperatursensor
Stromzähler
(Integrierter Knoten)
Blendschutzvorrichtungen
Motorsteuereinheit
Lichtlenkungselemente
Motorsteuereinheit
Fensteröffner
(Stellmotoren)
Motorsteuereinheit
Dimmer
Lichtstromkreise
Relais
Visualisierungsund Steuersoftware
Meßwerterfassung,
Archivierung und Analyse
LON-Knoten mit
A/D-Ausgang
Abb. 8-13 : Funktionselemente des Automationsnetzes
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Bedienung
Die Entwicklung eigener Anwendungssoftware für die frei programmierbaren Knoten muß bis auf weiteres durch den Hersteller bzw. geschulte Fachleute geschehen, da dies umfangreiche Systemkenntnisse erfordert, die zu erlernen für den typischen Anwender zu aufwendig ist. Allerdings stehen für die
meisten Knoten bereits entsprechend flexible Programme zur Verfügung, die ein breites Spektrum an
Einsatzmöglichkeiten abdecken, sodaß die Anpassung an den Einsatzzweck über die Einstellung der
Knotenparameter erfolgen kann. Die Bedienung und Parametrierung des Systems ist mit entsprechender Einarbeitung durch eigene Mitarbeiter möglich, erfordert allerdings Support durch die Hersteller der
einzelnen Komponenten bzw. die ausführende Firma (Integrator).
Inbetriebnahme
Der Zeitaufwand für die Inbetriebnahme eines Automatisationsnetzwerkes sollte nicht unterschätzt
werden. Ist das System einmal eingerichtet, so ist der Aufwand für Wartung, Meßwertanalyse usw.
vergleichsweise gering anzusetzen. Erfahrungsgemäß treten jedoch bei der Einrichtung häufig Fehler
auf, die das Projekt verzögern und zu beträchtlichen Mehrkosten führen können. Diese Fehler sind
vielfach vermeidbar.
Die Installation der Hardware wurde von einer Elektroinstallationsfirma vorgenommen, die Projektierung und Inbetriebnahme erfolgte durch Mitarbeiter der Herstellerfirmen Weidmüller und Reko.Die dabei auftretenden bzw. erst später erkannten Probleme umfaßten folgende Punkte :
•
•
•
•
Ungenügende Spezifikation der Hardware. Mängel in der Projektierung machten den nachträglichen Austausch mehrerer Komponenten erforderlich.
Fehlerhafte Installation. Stromzähler, Sonnenschutz- und Fensteröffnermotoren waren falsch an
die Spannungsversorgung angeschlossen worden.
Unausgereifte Produkte. Bei etlichen Komponenten war die Entwicklungsphase für Hard- und
Software offenbar noch nicht abgeschlossen, einige Mängel wurden später durch ProgrammUpdates oder Austausch der Komponenten behoben.
Mängel der Knoten-Applikation. Das LONMARK-Zertifikat bedeutet nicht, daß der Hersteller auf die
Verwendung propietärer oder unzureichend dokumentierter Datenformate verzichtet. In diesem
Fall sind der Interoperabilität Grenzen gesetzt, die für den Anwender entweder zusätzliches Engineering oder Verzicht auf Funktionalität bedeuten. Beim Projekt SAN-IGS war für die Stromverbrauchszählung und die Temperaturmessung eine Neuprogrammierung erforderlich, die Applikation der Fensteröffner mußte für den Sommer- oder Winterfall neu parametriert werden, um die
gewünschte Nachtlüftungsfunktion zu erfüllen. Eine ausführliche Dokumentation der Komponenten (Hard- und Software) ist für solche Änderungen unerläßlich, allerdings keineswegs selbstverständlich.
Diese Fehler sind zwar meist banal und einfach zu beheben; sie können allerdings zu größeren Verzögerungen im Projekt führen, wenn beim Suchen, Eingrenzen und Identifizieren einer Fehlerquelle die
Bereiche
•
Sensor/Aktorhardware,
•
Knotenhardware,
•
Verdrahtung,
•
Knotensoftware (Fehler der Applikation oder fehlende Interoperabilität),
•
Knotenparametrierung,
•
Netzwerkparameter (Adressierung, Nachrichtenweiterleitung)
•
und mögliche Fehler der Inbetriebnahmesoftware
berücksichtigt werden müssen. Bis zur endgültigen Betriebsbereitschaft aller Komponenten vergingen
etwa 6 Monate.
Allerdings wird die Einrichtung von Automationsnetzen durch die Entwicklung leistungsfähiger Softwaretools in Zukunft weiter vereinfacht werden. Auch die Möglichkeit, Automations-Netzwerke über Internet-Anbindung fernzuwarten, also Parameter zu ändern, Applikations-Updates zu installieren etc., wird
sich auf die Kostenentwicklung positiv auswirken.
Eine möglichst genaue Ermittlung der technischen Anforderungen und detaillierte Beschreibung der
Betriebsparameter durch den Planer/Auftraggeber bleibt dennoch wichtigste Voraussetzung. Dabei
sollten alle Beteiligten, also Planer/Auftraggeber, Hersteller und ausführende Firmen bereits frühzeitig
gemeinsam klären, welche Funktionen von welchen Knoten übernommen werden sollen, um sicher-
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zustellen, daß die Funktionalität der Hardware und besonders der dazugehörigen Software die Anforderungen erfüllt und der Datenaustausch aller beteiligten Knoten gesichert ist.
Auf Auftragnehmerseite gehört in jedem Fall eine vollständige und genaue Dokumentation von Installation und Konfiguration der Knoten zum Auftragsumfang, damit Fehlersuche und Veränderungen am
System bei Bedarf schnell und notfalls auch ohne Inanspruchnahme der jeweiligen Herstellerfirma
vorgenommen werden können.
Kosten der Anlage
Die Kosten der Gebäudeautomation sind aufgrund des Forschungscharakters und der Größe des Vorhabens nicht repräsentativ. Die Kosten für die Vollausstattung im Referenzraum (Büro 12, nur Hardware, brutto), betrugen davon 4.300,- DM entsprechend ca. 225 DM/m².
8.8 Ökobilanz
Der Versuch einer ganzheitlichen Bilanzierung aller bei der Sanierung eingesetzten Baustoffe scheiterte an der teils sehr schlechten und nicht vergleichbaren Datengrundlage und an Verbundwerkstoffen, deren Zusammensetzung nicht in Erfahrung zu bringen war. Ziel war die Beurteilung aller Sanierungsmaßnahmen bezogen auf den m² sanierter Nutzfläche bei vergleichbaren Leistungen bezüglich
Wärme- und Schallschutz, eine ganzheitliche Bilanzierung des gesamten Produktlebenszykluses –
cradle to grave – von der Rohstoffgewinnung und -aufbereitung, der Herstellung und Nutzung bis hin
zum Recycling und zur Entsorgung inclusive aller Transporte. Die Nutzungsdauer eines
Sanierungsintervalls wurde mit 30 Jahren angesetzt. Nicht Gegenstand der Untersuchung sind daher
die Rohbaukonstruktion, und Teile des unverändert erhaltenen Ausbaus: der Verbundestrich und die
teilweise erhaltene Aluminium Pfosten-Riegel Konstruktion. Die Lebensdauer ist für Linoleum mit 15
Jahren, für Teppichbodenbeläge mit 8 Jahren angenommen.
Bilanziert werden der am Baustoff aufgewendete Primärenergieaufwand (PE) und die enstehenden
treibhauswirksamen CO2-Emissionen. Aufgrund unvollständiger Datengrundlage kann die die Versäuerung betreibende Menge an SO2 nicht bilanziert werden. Das im Folgenden darstellte Ergebnis
berücksichtigt nurmehr die Bauteile Fassade, Innendämmung, Innenwände, abgehängte Decken und
Fußböden, die im wesentlichen aus im Bauwesen üblichen Grundbaustoffen bestehen, auf der
Grundlage von 4 unterschiedlichen Datenquellen[30-33]. Alle Oberflächenbehandlungen der Malerund Lackierarbeiten sind darin nicht enthalten (da keine vergleichbare Datengrundlage ‘cradle to grave’
verfügbar ist).
Die Auswertung für die durchgeführtem Maßnahmen ergab: 48kg/m² CO2-eq und 245 kWh/m² PE. In
den Abbildungen 8-14/15 sind die Ergebnisse nach Bauteilen getrennt aufgeführt.
Ein Optimierungspotential ist für die betrachteten Bauteile nur in Höhe von ca. 12% vorhanden :
durch durchgehende Verwendung von Linoleum als Bodenbelag,
Ausführung der abgehängten Decken als einfache GK-Deckensegel mit Vliesauflage.
-
In dieser Ausführung ergeben sich: 42kg/m² CO2-eq und 214 kWh/m² PE. Im Anhang Ökobilanz finden
sich die Tabellen für die Bauteile im Vergleich.
CO²-eq. [kg/m²]
15,04
18,07
Innenwände
abgehängte Decken
Innendämmung Stützen
3,41
10,35
1,05
Fußboden
Fassadensanierung
Abb. 8-15 : CO2-eq. Emissionen
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Primärenergie [kWh/m²a]
78,21
92,54
Innenwände
abgehängte Decken
Innendämmung Stützen
Fußboden
Fassadensanierung
44,67
9,20
20,20
Abb. 8-14: Primärenergiebedarf der Sanierung
Zur Einordnung der Größen: der bei der Sanierung entstehende Primärenergieaufwand (PE) und die
enstehenden treibhauswirksamen CO2-Emissionen liegen in ähnlicher Größenordnung wie der bewertete jährliche Gesamtengiebedarf des Gebäudes nach der Sanierung, bzw. dem äquivalenten CO2Ausstoß in Höhe von 52 kgCO2/m²a bzw. 207 kWh/m²a. Nimmt man den Sanierungszyklus mit 30 Jahren an, so betragen der benötigte Primärenergieaufwand und die CO2-Emissionen entsprechend 1/30
für den betrachteten Zeitraum.
8.9 Wirtschaftlichkeit
Bruttobaukosten
Die Bruttobaukosten würden im Falle der einfachen Sanierung des kompletten Hochhauses ca. 5,1
Millionen DM betragen; käme ein Doppelfassade zum Einsatz, so beliefen sich die Kosten auf etwa 5,9
Millionen DM. Es ergeben sich somit Gesamtkosten in Höhe von ca. 900 bzw 1050 DM/m² NGFeb. Davon sind ca. 80 bzw. 94 DM/m² über die Energieeinsparung direkt zu finanzieren (Annuität 7,8% d.h.
6% Zins, Laufzeit 25 Jahre). Ein relativ geringer Wert, da die Universität als Großverbraucher beson11
ders günstige Tarife für Wärme und Strom zahlt .
Setzt man weiterhin den Flächengewinn in Höhe von 50m² NF je Etage mit 3000 DM/m² Bruttobaukosten an, so reduzieren sich die Baukosten um je 1,8 Millionen DM, so daß für die Variante 1 ca. 500
DM/m² NGFeb verbleiben und für Variante 2 ca. 630 DM/m² NGFeb verbleiben.
Energiekosten
Das Ziel der Halbierung des Wärmebedarfs wird in jedem Fall erreicht. Der Strombedarf kann trotz
deutlicher Einsparungen in Teilbereichen aufgrund der verbesserten Ausstattung nicht verringert werden (siehe Kap. 8.4).
Wärme
Energieverbrauch
Alt / Neu / Neu DoFa
[MWh/a]
1016
415
332
Kosten
Alt / Neu / Neu DoFa
[DM/m² NGFeb a]
14,50
5,92
4,74
Energiekennwert
Alt / Neu / Neu DoFa
[kWh/m² NGFeb a]
181
74
59
Strom
175
235
235
4,59
7,04
7,04
31
Gesamt
1191
650
567
19,08
12,96
11,76
42
Tab. 8-4 : Energieverbrauch und -kosten vor (alt) und nach (neu)
der Sanierung des kompletten Hochhauses
Flächenbezogene Kosten
Die folgende Tabelle zeigt die Kosten in Bezug auf unterschiedliche Flächenkennwerte:
BGF [m²]
NGFeb [m²]
8455
5610
Bruttobaukosten KG 3/4
Variante 1
603 DM
909 DM
Bruttobaukosten KG 3/4
Variante 2
698 DM
1.052 DM
Tab. 8-5 : Bruttobaukosten für die verschiedenen Varianten
11
Derzeitiger Tarif für die TU : Strom 16 Pf/kWh, Wärme 8,0 Pf/kWh
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NF [m²]
5196
982 DM
1.135 DM
42
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9 Fazit
Büro- und Verwaltungsgebäude der 70er Jahre müssen sich heute veränderten Nutzungs- und Gebäudebetriebsbedingungen stellen.
• Es haben sich die ökonomischen und ökologischen Rahmenbedingungen verändert: Eine Sanierungsmaßnahme sollte Energieverbrauchskennwerte und CO2-Emissionen dem Stand der Technik entsprechend aufweisen, d.h. sich an vergleichbaren Neubauten messen lassen können.
• Es haben sich die sozialen und technischen Arbeitsbedingungen verändert: Abkehr von den Bürolandschaften des Großraumbüros und der Idee der Variabilität - funktionsneutraler Rasterung in
Grundriß und Technik – zugunsten neuer Bürotypologien, wie z. B. dem Kombibüro. Bildschirmarbeitsplätze und mobile Arbeitsplätze erfordern eine gebäudetechnische Ausstattung, die zum
Zeitpunkt der Errichtung des Gebäudes noch gar nicht vorhersehbar war.
• Schließlich haben sich auch die Behaglichkeitsanforderungen an den thermischen und visuellen
Komfort verändert: natürliche Belichtung und Belüftung, vom Nutzer zu steuern, sind an die Stelle
der Vollklimatisierung getreten.
Die Sanierung hat also die nachhaltige Erhöhung des Gebrauchswertes des Gebäudes zum Ziel. Das
Modellvorhaben "Energie- und komfortgerechte Sanierung" weist nach, daß eine energetisch optimale
und kostengünstige Lösung zur Schaffung komfortgerechter Arbeitsplätze möglich ist.
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10 Quellen- und Literaturverzeichnis
Quellen :
[1]
SIA 380/1, Energie im Hochbau. Schweizerischer Ingenieurs- und Architekten-Verein, Zürich
1991
[2]
Energie- und Wasserverbrauchskennwerte von Gebäuden in der Bundesrepublik Deutschland.
Forschungsbericht der ages GmbH, Münster 1996
[3]
Sanierung von RLT-Anlagen. BINE Informationsdienst, II/97
[4]
Baukmann, Volker : Energetische Sanierung der Lüftungsanlage eines Institutsgebäudes der TU
Braunschweig. IGS, Juni 1997
[5]
DIN 5035 : Beleuchtung mit künstlichem Licht
[6]
Zürcher, Frank : Bauphysik - Bau und Energie, VDF Verlag, 1997
[7]
E DIN 4108-3 : Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden, 07/99
[8]
DIN 4219 : Leichtbeton und Stahlleichtbeton mit geschlossenem Gefüge, 1979-12
[9]
EN ISO 7730 : Moderate Thermal Environments - Determination of the PMV and PPD
indices and specifications of the conditions for thermal comfort.
[10] Oesterle, Lieb, Lutz, Heusler : Doppelschalige Fassaden. München 1999
[11] E DIN 4108-6, 1999
[12] DIN 4109 : Schallschutz im Hochbau, 1989-11
[13] Geffert, Jens : Energetische Sanierung der Fassade eines Institutshochhauses der TU Braunschweig mittels einer Doppelfassade. IGS, Juli 1999
[14] Ganzheitliche Bilanzierung von Fenstern und Fassaden, IKP Stuttgart/Verband der Fensterund Fassadenhersteller e.V., Frankfurt 1998
[15] DIN 5035 in der Fassung 11/1935
[16] Lorenz, D.: Die richtige Beleuchtung an Büroarbeitsplätzen mit und ohne Bildschirm, Akzente
Studiengemeinschaft GmbH 1993
[17] Gall, D. u.a.: Einzelplatzbeleuchtung und Allgemeinbeleuchtung am Arbeitplatz, Wirtschaftsverlag NW, 2.Auflage 1998
[18] Hennings D. u.a.: LEE (Leitfaden Elektrische Energie) im Hochbau. Institut Wohnen und Umwelt, Darmstadt, Stand Januar 2000
[19] Sick, Friedrich : Zur Beurteilung der Tageslichtqualität in der Praxis. In : 5. Symposium
Innovative Lichttechnik in Gebäuden. OTTI-Technologie-Kolleg, 1999
[20] Tageslichtnutzung in Gebäuden. DIANE Projekt Tageslichtnutzung, Bd. 1. Bern, 1995
[21] DIN 5034, Teil 1 : Tageslicht in Innenräumen, Allgemeine Anforderungen
[22] Möglichkeiten des Energiemanagements.
http://www.etech.fh-hamburg.de/projekte/Lon_Projekt/ecs_home.htm
[23] Das verkabelte Haus. Bus- und Kabelsysteme für die Heimautomation. c't 22/1999, S. 79
[24] Dietrich, Loy, Schweinzer (Hrsg.) : LON-Technologie. Heidelberg, 1998
[25] Tiersch, F. : Die LonWorks-Technologie. Erfurt, 1998
[26] DIN EN 832 : Berechnung des Heizenergiebedarfs
[27] VDI 2067, Bl. 2 : Berechnung der Kosten von Wärmeversorgungsanlagen; Raumheizung. 12/93
[28] Sack, Norbert und Krause, Harald : Vergleichende Untersuchungen zum
Gesamtenergiedurchlaßgrad von Einfach- und Verbundfenstern mit integrierten Sonnenschutzvorrichtungen.
Institut für Fenstertechnik, Rosenheim. Abschlußbericht Juni 1998
[29] Forschungsprogramm energierelevante Luftströmungen in Gebäuden. Grundlagen der Raumluftströmung. Dokumentationsreihe für die Praxis Bd. 3, Zürich 1994
[30] „Life-cycle assessment of four types of floor covering“, José Potting & Kornelis Blok, Department
of Science, Technology and Society, Universität Utrecht 1994
[31] Eco-Profiles of Plastics, PWMI Brüssel
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Projekt 01: Komfort- und Energiegerechte Sanierung
Abschlußbericht
[32]
[33]
August 2000
Seite 53
VDI Berichte 1328: Ganzheitliche Bilanzierung, Düsseldorf 1997
Ganzheitliche Bilanzierung von Fenstern und Fassaden, IKP Stuttgart/Verband der Fenster- und
Fassadenhersteller e.V., Frankfurt 1998
Literatur :
DIN 4701 : Regeln für die Berechnung des Wärmebedarfs von Gebäuden, 1983-3
DIN 1946-2 : Raumlufttechnik; 1994-2
DIN 18055 : Fenster,1981-10
DIN 19222 : Messen, Steuern, Regeln, Leittechnik : Begriffe
VDI 3814 : Gebäudeautomation
Borsch-Laaks, R.: Praktische Bauphysik der wärmetechnischen Gebäudesanierung, Energieagentur
NRW REN Impulsprogramm,1998
Cakir, A. E., Cakir G.: Licht und Gesundheit, Ergonomic Institut, 3. Auflage 1998
Eyerer, Peter : Ganzheitliche Bilanzierung. Werkzeug zum Planen und Wirtschaften in Kreisläufen.
Berlin 1996
Filleux, C.: Zeitgemäße Lüftungssysteme, Band 7 aus dem Forschungsprogramm ERL, Bundesamt für
Energiewirtschaft (BEW) und Verband Schweizerischer Heizungs- und Lüftungsfirmen (VSHL), 1.
Auflage 1994
Lange : Handbuch für Beleuchtung, Ecomed Verlagsgesellschaft, 06/1999
Person, Ralf-Dieter :
Gebäudeautomation in Hochschulen. Hannover, 1998
Jürgen Simon : WertR’91 Wertermittlungsrichtlinien, Verlagsgruppe Rehm, 2. Auflage 1997
Diplom- und Belegarbeiten:
[4],[13],
Fox, C.: Tageslichtsimulation am „BS4“, IGS, 5/1998
Rohr, D: Bestandsanalyse der Beleuchtungsanlage im „BS4“, IGS, 4/1998
Borsutzky, A.: Natürliche Belüftung eines Bürogebäudes, IGS, 09/1998
Aslan, A.: Untersuchung der sanierten Beleuchtungsanlage im Rahmen des F+E Vorhabens "SANIGS", IGS, 12/1999
Ehlvers, F: Optimierung von Fassadensystemen durch ganzheitliche Bilanzierung, IGS, 12/1999
Prignitz, R. und Vormbaum, M.: Energie- und komfortgerechte Sanierung des Bürogebäudes „BS4“
unter besonderer Berücksichtigung der Wärmebrücken, IGS, 08/1999
11 Abbildungsverzeichnis
Titel
Abb. 1-1
Tab. 1-1
Tab. 2-1
Abb. 2-1
Tab. 2-2
Abb. 4-1
Abb. 5-1
Abb. 5-2
Abb. 5-3
Vorhabensbeschreibung
Grundrisse 10.OG vor und nach der Sanierung
Gebäudedaten nach der Sanierung
Bruttobaukosten der Sanierung
Institutsgebäude der TU Braunschweig (Foto)
Gebäudekenndaten
Ziele
Energiekennzahlen im Vergleich
Bestandsaufnahme
Schema des Gesamtentwurfs (Bestand)
Anlagenschema RLT-Anlage
Fassadenundichtigkeiten am BS 4
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Quelle
IGS
IGS
IGS
IGS
IGS
IGS
IGS
[4]
IGS
Projekt 01: Komfort- und Energiegerechte Sanierung
Abschlußbericht
Abb. 5-4
Abb. 5-5
Abb. 5-6
Abb. 6-1
Abb. 6-2
Abb. 7-1
Abb. 7-2
Abb. 7-3
Abb. 7-4
Tab. 7-1
Abb. 7-5
Tab. 7-2
Abb. 7-6
Abb. 7-7
Abb. 7-8
Abb. 7-9
Tab. 7-3
Abb. 7-10
Abb. 7-11
Abb. 7-12
Tab. 7-4
Abb. 7-13
Abb. 7-14
Abb. 7-15
Abb. 7-16
Abb. 7-17
Abb. 7-18
Abb. 7-19
Abb. 7-20
Abb. 7-21
Abb. 7-22
Abb. 7-23
Abb. 8-1
Abb. 8-2
Abb. 8-3
Abb. 8-4
Tab. 8-1
Abb. 8-5
Tab. 8-2
Tab. 8-3
Abb. 8-6
Abb. 8-7
Abb. 8-8
Abb. 8-9
Abb. 8-10
Abb. 8-11
Abb. 8-12
Abb. 8-13
Abb. 8-14
Abb. 8-15
Tab. 8-4
Tab. 8-5
Blower-Door-Messung
Oberflächentemperaturen im Winter
Leistung und Lichtausbeute bei versch. Vorschaltgeräten
Lösungskonzept
Konzept 1 : Nachtlüftung über Querlüftung Wind
Konzept 2 : Nachtlüftung über Querlüftung thermisch
Maßnahmen
Fugendurchlaßkoeffizienten versch. Fenstertypen
Beeinträchtigung der Komfortfunktionen durch Wetterereignisse
Oberflächentemperaturen am Anschluß Stütze/Fassadenprofil
Anteil der Öffnungsfläche in der Vorhangfassade
Energetische Kennwerte der Verglasungen
Überhitzung bei nächtlicher Querlüftung
Einschränkung der Nachtlüftung durch Sicherheitsfunktionen
Primärenergie Fassade
CO²-eq. Fassade
Grundrißorganisation vor und nach der Sanierung
Installierte Leistung nach Betriebseinheiten
Kunstlichtsysteme
Gleichmäßigkeit / Leuchtdichteverteilung
Beleuchtungsstärke
Blendschutz am Arbeitsplatz
Eigenschaften der Verglasungen
Sonnenschutz (Hüppe)
Sonnenschutz (Warema)
Sonnenschutz (Ergo)
Verlauf des Tageslichtquotienten in einem SW-Büro (Simulation)
Simulation der Tageslichtsituation
System A (Raum 10) : Stellungen im Vergleich
Raum 12; Stellungen im Vergleich
Leuchtdichten am Arbeitsplatz
Häufigkeitsverteilung der Windrichtungen für Braunschweig
Ergebnisse der Strömungssimulation zur Gebäudequerlüftung
Netzwerktopologien
Ergebnisse
Wärmebedarf im Bestand
Wärmebedarf nach Sanierung
Wärmegewinne und –verluste in Bestand und Sanierung
Temperaturdifferenzen : Büro 10 und Büro 12
Durchschnittstemperaturen und Tempraturamplituden
Überhitzungsstunden Juli/August in den SW-Büros
Überhitzung in Bestand, Monitoring und Simulation
Klimabedingungen
Einfluß der Nachtlüftung in einer Juliwoche (Südwestbüro))
Einfluß der Nachtlüftung in einer Juliwoche (Innenzone
Mikroklima BS4 / DWD-Meßwarte
Endenergiekennzahlen Stromverbrauch
Anteile am Stromverbrauch im Bestand
Anteile am Stromverbrauch nach Sanierung
Verringerung von Energiebedarf und CO2-Emissionen.
Funktionselemente des Automationsnetzes
Primärenergiebedarf der Sanierung
CO2-eq. Emissionen
Energieverbrauch und -kosten vor und nach der Sanierung des kompletten Hochhauses
Bruttobaukosten für die verschiedenen Varianten
TU Braunschweig – Institut für Gebäude- und Solartechnik
Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch Tel. 0531 / 391–3555; Fax 391-8125
August 2000
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Projekt 01: Komfort- und Energiegerechte Sanierung
Abschlußbericht
August 2000
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12 Veröffentlichungen
Zeitschriften
Name
DBZ Sonderheft Büro`99
Datum
1999
Titel
Energie- und komfortgerechte Sanierung eines Bürohochhauses
Verfasser
Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch,
Dipl.-Ing. M. Rozynski
PR Nord
15.08.99
GFF Glas Fenster Fassade
Optimierte Modellsanierung
eines Geschosses
Dipl.-Bauing. H. G. Heye
TAB Technik am Bau
Okt. 99
Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch,
Dipl.-Ing. M. Rozynski
PR Nord
Metall
PR Nord Österreichische
Glaserzeitung
15.10.99
Energie- und komfortgerechte Sanierung eines Bürohochhauses
Modellsanierung eines Geschosses
Optimierte Modellsanierung
PR Nord Submissionsanzeiger Hamburg
08.10.99
Optimierte Modellsanierung
eines Geschosses
PR Nord Glaswelt
15.11.99
Jahresenergiebedarf halbiert Dipl.-Bauing. H. G. Heye
15.10.99
Dipl.-Bauing. H. G. Heye
Dipl.-Bauing. H. G. Heye
Dipl.-Bauing. H. G. Heye
Tagungsbeiträge
2. Wissenschaftliches
Sep. 98
Symposium "Solarenergieforschung in Niedersachsen", Hameln
Komfort- und energiegerechte Sanierung eines Verwaltungsbaus
Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch,
Dipl.-Ing. M. Rozynski
Hochschule Bremen "Ener- Nov. 98
giesparendes Bauen"
Energie- und komfortgerechte Sanierung eines Bürohochhauses
Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch,
Dipl.-Ing. M. Rozynski
EPIC, Lyon
Energy- and Comfortorientated Retrofitting of an
Office Building
Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch,
Dipl.-Ing. M. Rozynski,
Dipl.-Ing. W. Müsch
9. Symposium Thermische Mai 99
Solarenergie (OTTI), Staffelstein
Energie- und komfortgerechte Sanierung eines Bürohochhauses
Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch,
Dipl.-Ing. M. Rozynski
Solares Bauen (OTTI), Re- Jun. 99
gensburg
Energetische Sanierung von Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch,
Altbauten unter besonderer Dipl.-Ing. M. Rozynski
Berücksichtigung der Solarenergienutzung
Sustainable University, Lü- Jan 00
neburg
Umgesetzte Niedrigenergiekonzepte an der TU Braunschweig
Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch,
Dipl.-Ing. M. Rozynski
Power to the Tower
Vom Energiefresser zum
Sparwunder
Knut Simon
Harald Duin
Nov. 98
Zeitungen
Brunsweek
Braunschweiger Zeitung
Sep. 98
03.12.99
TU Braunschweig – Institut für Gebäude- und Solartechnik
Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch Tel. 0531 / 391–3555; Fax 391-8125