M.Sc. Hanna Soldaty Dipl. Ing. Stefan Plesser Univ.-Prof. Dr.

Marginalien:
Autoren:
M.Sc. Hanna Soldaty
Dipl. Ing. Stefan Plesser
Univ.-Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch
Projektpartner:
IGS-Institut für Gebäude und Solartechnik, TU Braunschweig, Deutschland
energydesign braunschweig GmbH, Deutschland
Rumpe Information Technologies, Deutschland
RWTH Aachen University, Deutschland
Universität des Saarlandes, Deutschland
Viborg Municipality, Dänemark
COWI, Dänemark
Fomento de San Sebastian, Spanien
Giroa S.A., Spanien
Green Power Monitor, Spanien
Almada City Council CMA, Portugal
AGENEAL Local Energy management Agency of Almada, Portugal
ENESA a.s., Tschechische Republik
Förderung:
Europäische Kommission im Rahmen des von Intelligent Energy Europe / ICT-PSP - ICT Policy Support
Program der Europäischen Union
Projektlaufzeit:
2009-2012
Internetlinks:
http://www.bestenergyproject.eu
http://www.energynavigator.tu-bs.de/resy/
Best Energy – Built Environment Sustainability and Technology in Energy
Mit dem Forschungsprojekt Best Energy untersucht das Institut für Gebäude- und Solartechnik
(IGS) der TU Braunschweig, Univ.-Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch, die Potenziale des Einsatzes von
Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) zur energetischen Betriebsoptimierung von
öffentlichen Gebäuden.
Im Rahmen von Best Energy sollen mit Hilfe innovativer Werkzeuge für die Betriebsführung und die
Überwachung der Anlagentechnik die Energieverbräuche von Gebäuden reduziert werden. Das
Monitoring der aktuellen Betriebsparameter und Energieverbräuche ermöglicht es, die energetischen
Eigenschaften von Gebäuden zu analysieren, zu optimieren und zu überwachen. Durch die
Informations- und Kommunikationstechnologie wird ein direktes Feedback über den Betriebszustand
der Anlagentechnik an die Nutzer und das Betriebsmanagement ermöglicht. Ziel des Projektes ist es,
eine Reduktion der Energieverbräuche um 12% in öffentlichen Gebäuden und um 30% in der
Straßenbeleuchtung zu erreichen.
Während des Forschungsvorhabens wird anhand von zwei Pilotgebäuden der Energieverbrauch
untersucht,
mögliche
Optimierungsmaßnahmen
identifiziert
und
umgesetzt.
Die
Optimierungsmaßnahmen sowie die eingesetzten Werkzeuge werden dabei dokumentiert, um im
Anschluss die Ergebnisse und Erfahrungen aus den Pilotprojekten auf fünf Replikationen zu
übertragen (Abbildung 1).
Abbildung 1Gebäudepiloten und Replikationen
Das IGS trägt mit zwei Gebäuden zum Erfolg des Projektes bei. Unter der Leitung und Hilfestellung
des IGS wird das Informatikzentrum der TU Braunschweig optimiert. Die Replikation der Konzepte
und Methoden wird im neu errichteten Rathaus der Stadt Viborg in Dänemark umgesetzt und
getestet. Eines der verwendeten Werkzeuge ist die Internetplattform Energie-Navigator der
synavision GmbH, mit der eine Methodik zur präzisen Spezifikation und Überprüfung von
Gebäudefunktionen und des Energieverbrauchs implementiert wurde.
Ein weiterer wichtiger Aspekt des Projekts ist die Beteiligung und Motivation aller Akteure, die direkt
und indirekt den Energieverbrauch des Gebäudes beeinflussen. Die Nutzer erhalten über einen
Online-Zugriff einen Überblick über die Energieverbrauchsdaten ihres Gebäudes sowie Hinweise für
eine optimierte Gebäudenutzung, um Energieeinsparpotenziale zu erkennen. Darüber hinaus
bekommen die Entscheidungsträger sowohl Informationen bezüglich des Betriebs der Systeme im
Gebäude als auch eine technische Beratung für mögliche Optimierungsmaßnahmen, um weitere
Maßnahmen zur Energieeinsparung zu planen.
Pilotprojekt: Informatikzentrum und Hochhaus BS4 der TU Braunschweig
Als Pilotprojekt wurde der Gebäudekomplex aus Informatikzentrums und Hochhaus BS4 der TU
Braunschweig ausgewählt. Das Gebäude ist ein typisches Institutsgebäude für die Lehre und
Forschung, mit Büros, Vortragssälen, Werkstätten, Zeichensälen sowie Arbeitsplätzen für
Studierende. Der Gebäudekomplex besteht aus zwei Gebäuden: dem Hochhaus BS4, erbaut im Jahr
1976, und dem NIZ, Erweiterungsbau aus dem Jahr 2001. Der ältere Gebäudeteil wird überwiegend
von den Instituten der Architekturfakultät genutzt. Der Neubau - das neue Informatikzentrum - war
mit dem Ziel, alle Institute und Einrichtungen des Fachbereichs Informatik der Technischen
Universität Braunschweig unter ein Dach zu vereinen, erbaut worden.
Abbildung 2 Gebäudekomplex: Informatikzentrum und BS4 der TU Braunschweig; Vogelperspektive links und Grundriss
rechts
Der Neubau ist mit seinem innovativen Konzept für Lüftung und Heizung sowohl in der Planung als
auch in der Ausführung ein hocheffizientes Demonstrationsgebäude im Rahmen des
Förderprogramms EnOB des Bundeswirtschaftsministeriums und damit eine „harte Nuss“ für weitere
Einsparungen. Das innenliegende Atrium bildet den Kern des Gebäudes, über dessen angrenzende
Flure die Büros erschlossen werden. Alle sechs Geschosse des Neubaus wurden durchgehend mit
dem Bestand verbunden. Im Zuge des Neubaus wurden die angrenzenden Hochhausgeschosse mit
saniert. 2010 wurde das 9. Obergeschoss des BS4 umgebaut und im Rahmen eines durch das BMWi
geförderten Demonstrationsprojekts mit innovativen Technologien und Konzepten zur
Raumkonditionierung ausgestattet.
Abbildung 3 Atrium im NIZ. Demonstrationsprojekt Sanierung 9.OG des BS4. Unsanierte Büros im BS4.
Das Gebäude wird neben dem Netzstrom mit Fernwärme versorgt. Mit Ausnahme von zwei
Kompressionskältemaschinen, die für die Kühlung der Serverräume notwendig sind, sind keine
weiteren Kühlaggregate vorhanden. Die Abwärme der kleineren Kältemaschine wird im Winter zur
Beheizung des Atriums genutzt. Die Räume werden über die Fenster belüftet.
Im Vergleich mit dem Referenzwert für Bürogebäude nach EnEV2009 ist der Gebäudekomplex an der
TU Braunschweig mit einem Heizwärmeverbrauch von 68 kWh/m²NGFa gegenüber 105 kWh/m²NGFa
auch im Betrieb bereits vor der Optimierung energieeffizient. Hingegen liegt der Stromverbrauch mit
60 kWh/m²NGFa fast doppelt so hoch wie beim Referenzgebäude. Als mögliche Ursache stand hier von
Beginn die Untersuchung der EDV im Mittelpunkt des Interesses.
Betriebsoptimierung
Nach der Analyse der Energiekennwerte, einer Gebäudeaufnahme sowie der Befragung der
Mitarbeiter
und
des
Gebäudemanagements
zum
Raumklima,
wurden
erste
Optimierungsmaßnahmen ausgearbeitet.
Aus den Erkenntnissen und Erfahrungen der Voranalyse konnte eine detaillierte Energiebilanz des
Gebäudes für den Stromverbrauch erstellt werden. Aus dieser wurden weitere Hinweise auf
Optimierungspotential abgeleitet (Abbildung 4).
Abbildung 4 Zusammensetzung des Stromverbrauches im NIZ und BS4
Anhand der Abschätzung wurden die Ausstattung der Büroräume, die Beleuchtung und die
Serverräume als die großen „Energiefresser“ identifiziert.
Die Beleuchtung differiert in den einzelnen Geschossen und Gebäudeteilen. In neuen Teil des
Gebäudes und in den renovierten Geschossen des alten Teils wird ein direkt-indirekt
Beleuchtungssystem eingesetzt, bestehend aus Pendelleuchten mit dimmbaren elektronischen
Vorschaltgeräten und einer Bestückung von je 2 x 58 W pro Leuchte. Die Leuchten sind tageslichtund präsenzabhängig geregelt. Sämtliche Funktionen der Beleuchtung und des Sonnenschutzes
werden über einen LONBus und die DDC mit der Möglichkeit zum dezentralen Nutzereingriff
gesteuert. Die übrigen Geschosse des alten Gebäudeteils sind mit verschiedenen, teils veralteten und
ineffizienten Beleuchtungssystemen ausgerüstet. Ein Austausch der alten Leuchten im BS4 erwies
sich jedoch nur im Zusammenhang mit einem kompletten Umbau der Geschosse als wirtschaftlich.
Der Versuch der Reduzierung des hohen Energieverbrauchs der Büroausstattung gestaltete sich als
sehr aufwändig. Die benötigten Rechner zur Durchführung von Simulationen und zur
Programmierung erfordern hohe Rechnerleistungen und laufen häufig rund um Uhr. Die Bürogeräte,
wie Rechner, Monitore, Festplatten, Kopierer, Kaffeemaschinen usw. bleiben nachts und an den
Wochenenden oft im Standby Modus. Zudem ist eine große Menge der Geräte im alten Gebäudeteil
veraltet und energetisch ineffizient. Der Austausch älterer Geräte gegen neue energiesparende
Produkte wäre sinnvoll. Die Energieeffizienz ist jedoch kein erstrangiges Kriterium bei der Auswahl
und dem Einkauf einer neuen Ausstattung. Hier sind neben technische insbesondere organisatorische
Lösungen wie eine zentrale Beschaffung oder Bonuskonzepte erforderlich.
Große Einsparpotenziale werden auch in den Serverräumen gesehen. Bei den meisten der im
Rahmen des Projektes untersuchen Serverräume könnte eine technische und räumlichorganisatorische Neustrukturierung theoretisch zu Einsparungen führen. Die Serverräume sind für
den vorgesehenen Verwendungszweck teilweise zu groß, in anderen Fällen deutlich zu klein
ausgewählt, was den Energieverbrauch in beiden Fällen negativ beeinflusst. Die Serverkühlung ist
hierbei eine Kernfrage – die falsche Platzierung der Kühlgeräte und der zu kühlende
Luftvolumenstrom beeinträchtigen die Effizienz der Kühlung und erhöhen den Energieverbrauch des
Kühlsystems. Darüber hinaus wird der Austausch der alten Rechner, die als Server genutzt werden,
gegen Racksysteme empfohlen. Auch hier ist das entscheidende Hemmnis bei der Erschließung der
Einsparpotenziale die konkrete Umsetzung im Alltag der Hochschule, bei dem die Serverräume in
diesem Fall zentraler Bestandteil der täglichen Forschung verschiedener Institute sind.
In Gesprächen mit den Mitarbeitern und bei Begehungen des Gebäudes erkannte das Best Energy
Team, dass neben den Heizkörpern in den Büros zusätzlich elektrische Heizgeräte verwendet werden,
um im Winter die Räume zu heizen. Im Rahmen der Bewertung des Nutzerkomforts, die von den
Umweltpsychologen der Universität des Saarlandes durchgeführt wurde, ergab sich, dass die Hälfte
der Nutzer weitestgehend unzufrieden mit dem vorherrschenden Raumklima war und die
Raumtemperatur als starke Belastung ihres Wohlbefindens einschätzten. Für ein nur zehn Jahre altes
Demonstrationsgebäude ist eine solche Bewertung überraschend. Die Untersuchung der
Funktionsfähigkeit der Heizkörper hat gezeigt, dass sie auf Grund von Korrosion im System
ungleichmäßig versorgt werden. Durch eine systematische Instandsetzung der Anlage wird nun die
volle Funktionsfähigkeit des Heizungssystems wieder hergestellt. Dies wird neben einer Reduzierung
des Wärmebedarfs und dem Wegfall des z. Zt. erheblichen Strombedarfes durch provisorische
Elektroheizgeräte auch zu einer Verbesserung des Nutzerkomforts führen.
Neben den einzelnen anlagentechnischen Systemen wurde auch die Betriebsführung des Gebäudes
analysiert. Hier konnten mit Hilfe der Monitoringwerkzeuge einige suboptimale Einstellungen
erkannt werden. Die identifizierten Maßnahmen wurden technisch-wirtschaftlich bewertet und
sollen schrittweise durch das Gebäudemanagement der TU Braunschweig umgesetzt werden.
Doch müssen Optimierungspotenziale nicht nur technischer Natur sein: Im Gebäudekomplex NIZ und
BS4 wurde trotz des bereits recht guten Energiestandards auch Optimierungspotenzial hinsichtlich
der Nutzung vermutet. Mitarbeiter, Studierende und das Gebäudemanagement wurden deshalb im
Rahmen einer Informationskampagne auf Optimierungspotenziale hingewiesen. Durch Newsletters,
Flyer, Plakate usw. informierten die Nutzer über Einsparpotenziale und motivieren zur Umsetzung.
Durch Workshops und Fragebogen wurde ein Informations- und Meinungsaustausch ermöglicht.
Um das Bewusstsein der Mitarbeiter zum Thema Energieeffizienz zu erhöhen wurde auf Basis des
Energie-Navigators eine Website für Mitarbeiter entwickelt. Die Website gibt den Nutzern die
Möglichkeit, den Energieverbrauch des gesamten Gebäudes und der einzelnen Institute sowie
Einsparprognosen in Bezug auf Energie (kWh/a), CO2-Emissionen (ton CO2/a) und Kosten (€/a) zu
verfolgen.
Abbildung 5 Die Energie Navigator Website
Darüber hinaus erhielten alle Beteiligte einen vierteljährlichen Newsletter mit Informationen zum
aktuellen Projektstand, den realisierten und geplanten Maßnahmen sowie Hinweise zur
Energieeinsparung. Ziel des Newsletters ist es auch, die Mitarbeiter dazu aufzurufen die Website zu
besuchen, um einen Einblick in den Energieverbrauch ihres Gebäudes zu erhalten.
Anhand einer besonderen Aktion – der Aufforderung an die Mitarbeiter, auch den Stand-by-Strom
am Wochenende abzuschalten – konnte der Stromverbrauch an einem Wochenende 2010 im
Vergleich zum Vorjahr deutlich reduziert werden. Jedoch zeigte sich, dass der Aufruf nur unmittelbar
nach der Aufforderung Wirkung zeigte und der Stromverbrauch nach zwei Wochen wieder das
normale Niveau angenommen hat.
Integration in die Lehre
Zu Integration des Projekts in die Lehre wurden drei Seminare für die Studierenden organisiert:
•
Your space, your vision – Studierendenwettbewerb für die energieeffizienzorientierte
Sanierung von Zeichensälen
•
Green IT – Beschaffung und optimale Nutzung von energieeffizienten Geräten sowie
Überprüfung von einzelnen Büros und Serverräumen
•
Gebäudeanlayse NIZ - Komfortmessungen und thermische Untersuchungen in ausgewählten
Büros
Darüber hinaus wurden die Studenten durch Flyer über das Gebäude informiert. Das
Informationsheft enthält praktische Tipps zum Energiesparen und soll das Interesse der Studierenden
bei ihrem Umgang und ihrem Verhalten mit den Ressourcen wecken.
Lessons learnt
Während des Projektes ist das Best Energy Team auf Hemmnisse in technischer und
organisatorischer Hinsicht gestoßen. Deutlich wird vor allem, dass die Gebäude im Betrieb nicht
optimal betrieben und genutzt werden und daher fortwährend eine Beobachtung der Systeme und
die Kommunikation mit den Nutzern erforderlich sind. Nur so kann sichergestellt werden, dass das
Gebäude optimal und fehlerfrei funktioniert sowie der gewünschte Nutzerkomfort erreicht wird.
Eine große Herausforderung für die Realisierung der Projektziele ist die hohe Arbeitsbelastung der
Mitarbeiter: sie konnten nur bedingt für zusätzliche Themen begeistert werden. Im Vergleich zur
Energieeinsparung erschien die Aussicht auf eine Verbesserung des Nutzerkomforts als größere
Motivation zur Teilnahme. Bemängelt wurde aber auch der fehlende Eigennutzern von
Energieeinsparungen für die Institute. Eine noch detailliertere Aufschlüsselung der
Energieverbräuche wurde ebenfalls gewünscht, war jedoch technisch nur bedingt zu realisieren.
Fazit
Anhand der bisherigen Analysen und trotz der identifizierten Hemmnisse konnten erste Ergebnisse
festgestellt werden. Abbildung 6 zeigt den Stromverbrauch im Gebäude NIZ und BS4 vor und nach
der Implementierung der ersten Optimierungsmaßnahmen. Aus den Verbrauchdaten geht hervor,
dass der Stromverbrauch im Zeitraum von Juli 2010 bis Juni 2011 im Vergleich zum Vorjahr um 5%
gesunken ist. Auch wenn eine präzise Zuordnung zu einzelnen Maßnahmen nicht möglich ist, kann
die Reduzierung des Stromverbrauches doch weitgehend auf die Aktivitäten im Rahmen des Best
Energy Projektes zurückgeführt werden, da im betrachteten Zeitraum keine weiteren Maßnahmen
oder Änderungen am Gebäude oder der Anlagentechnik durchgeführt wurden.
Abbildung 6 Stromverbrauch vor sowie nach der Implementierung der ersten Optimierungsmaßnahmen
Weitere Einsparungen sollen durch die Optimierung der Heizungsanlage ermöglicht werden, so dass
das Projektziel einer Verbrauchsreduzierung von 12 % möglich erscheint. Das Projekt hat trotz des
ein oder anderen Rückschlags gezeigt, dass Informations- und Kommunikationstechnologien helfen
können, die Betriebsoptimierung von Gebäuden zu unterstützen, indem sie Nutzer und
Gebäudemanagement über Einsparpotentiale informieren.
Ausblick
Die Technische Universität sieht deshalb auch weiteres Potenzial in der integralen Optimierung des
Gebäudebestands einschließlich technischer und organisatorischen Verbesserungen in Verbindung
mit innovativen Informations- und Kommunikationsmitteln. Die TUBS unterstützt deshalb zwei
weitere Forschungsprojekte des IGS. Im Europäischen Forschungsprojekt Re-Commissioning werden
5 Gebäude der Hochschule systematisch mit kostengünstigen Maßnahmen im Betrieb optimiert.
Gleichzeitig werden im Verbund mit 9 anderen Europäischen Partnern verbesserte Arbeitsweisen für
die Umsetzung von Projekten zur Betriebsoptimierung erarbeitet.
Und die TU Braunschweig geht noch weiter: Im Forschungsprojekt EnEff:Campus wird der gesamte
Gebäudebestand der Hochschule zum Forschungsobjekt. Ziel ist hier, am Beispiel der Hochschule zu
zeigen, wie die klimapolitischen Ziele der Bundesregierung mit den zeitlichen Perspektiven 2020 und
2050 konkret erreicht werden können. Die TU Braunschweig hat dazu ein interdisziplinäres Team in
Forschung und Lehre unter Leitung des IGS zusammengestellt und wird mit dem eigenen Campus
zeigen, wie wir die Herausforderungen des Klimawandels für die Zukunft unserer Städte bewältigen
können.