Integraler Planungsprozess zur Optimierung von PPP

Integraler Planungsprozess zur Optimierung von PPP Projekten
Bastian Bort, BAM Deutschland AG
B
ti B t BAM D t hl d AG
Symposium "Integrale Planung und Simulation in Bauphysik und Gebäudetechnik“
26.03.2012, Dresden
AGENDA
| 2
1)
Integrale Projektabwicklung von PPP Projekten
1.1) Grundlagen
1 2) Prozesse
1.2)
1.3) Ziele
2)
2 1)
2.1)
2.2)
2.3)
2.4)
2.5)
2 5)
2.6)
3)
Planungsphase
d Si
l ti
k
fü die
di IIntegrale
t
l P
j kt b i kl
BIM und
Simulationswerkzeuge
für
Projektabwicklung
Leistungskennzahlen für das Integrale Projektteam
KPIs Endenergie und CO2
KPIs Thermischer Komfort
KPIs
KPI Innenraumqualität
I
lität
KPIs Lebenszykluskosten
Betriebsphase
3.1)
3.2)
3.3)
3.4)
3.5)
BIM und Sensordatenauswertung für die Integrale Projektabwicklung
Leistungskennzahlen für das Integrale Projektteam
KPIs Endenergie
KPIs Thermischer Komfort
KPIs Innenluftqualität
4)
Zusammenfassung
1
Integrale Projektabwicklung von PPP Projekten
Grundlagen
| 3
• Lebenszyklusansatz: Planung, Finanzierung, Bauausführung und Betrieb über 20-30 Jahre
• Anforderungen des Auftraggebers: Optimale Bereitstellung benötigter Flächen über
einen definierten Zeitraum
Anforderungsprofil auf Basis einer Funktionalen Leistungsbeschreibung:
o Raumprogramm
o Definition des allgemeine Qualitätsniveaus (z.B. Oberflächen, Ausstattung, etc.)
o Behaglichkeitsanforderungen (z.B. Temperaturen, Luftqualität, Beleuchtung etc.),
o Besondere energetische Anforderungen (z.B. EnEV ‐30 %),
o Zusicherung von Medienverbräuchen auf Basis eines definierten Nutzungsprofils.
• Umsetzung: Integrale Planung
-> Projektteam Architekt, Fachplaner, Baufachleute, Experten für Gebäudebetrieb
Verwerten
Planen
PPP Projekte
Betreiben
Bauen
Finanzieren
1
Integrale Projektabwicklung von PPP Projekten
Ziele
| 4
Gegebenes Budget
Nutzeranforderungen/
Qualität
Qualität ‐ Räumliche
‐ Thermische ‐ Beleuchtung
‐ Luftqualität
‐ Architektonische
A hit kt i h
‐ Energetische
‐ Andere
Beste Alternative für gegebenes Budget Effizienzlinie = optimale Alternativen
Beste Alternative Beste
Alternative
für gegebenen Qualitätsstandard
Suboptimale Alternativen
Alternativen unterhalb der Nutzeranforderungen
Alteernativen über dem Budget
Efficient frontier
Soll-Vorgabe für bauliche Errichtung und
späteren Betrieb der Immobilie
Given user
requirements/
qualitylevel
Lebenszykluskosten
‐ Investitionskosten
‐ Betriebskosten Integrale Projektabwicklung von PPP Projekten
1
Prozesse
| 5
Planungs- und Angebotsphase
Investor
1
Outputspezifikation +
Raumbuch
Leistungsanforderungen
Betriebsphase
6
Vertragsverhandlungen
Auftrag
Angebot
Abteilung
Investorenprojekte
Projekt Management
Architekt,
Fachplaner
und
Consultants
2
Entwurfsplanung
Kalkulator
Anforderungen
Hauptsächlich
2 D Pläne
Hauptsächlich Prüfung
des
2D
Entwurfs
Pläne
Bauunternehmen
Gebäudemanagementt
Ausführungsphase
4
7 Genehmigungs-
u. Ausführungsplanung
p
g
Kalkulation
Investitionskosten
8
Investitionskosten
(DIN 276)
3
Betriebskonzept
5
Bauausführung
9
Kalkulation
K
lk l i
Betriebskosten
Optimierung:
Nachrüstung und Sanierung
10
Inbetriebnahmeprozess
Betrieb und Instandhaltung
Messung des Energieverbrauchs und Abrechnung
Analyse, Bildung von Kennwerten und
Vergleich mit Benchmarks
ca. 3 - 5 Monate
Angebotsabgabe
20 - 30 Jahre
1
Integrale Projektabwicklung von PPP Projekten
Prozesse
| 6
Planungs
‐ und Angebotsphase
Planningand
TenderingPhase
Investor/ Nutzer
Investoren‐
projekte
Architekt, Fachplaner, Consultants
l
(1) A B C
Ausführungsphase
ImplementationPhase
Betriebsphase
Operation
Phase
m2
An‐
forderungen
(2) A B C D
Projektmanagement
(4) A B C
Planung
g
Data
Marktpreise
(6) A B C
Kalkulator
Market prices
Kalkulation
Investment
Investition
(5) A B C
HESMOS
Energie
Laboratorium
9
Optimierung
Optimierung
Bauleitung
Bauausführung
8
Gebäude‐
management (3) A B C
(7) A B C
Betriebskonzept
Kalkulation
Betriebskosten
Data
Daten
Inbetriebnahme
10
Betrieb & Instandhaltung
KPIs
Komfort
Energie
Betriebskosten
Auswertung
der Gebäude‐
automation
Entwicklung des HESMOS Integrated Virtual Energy Laboratory zur Unterstützung der integralen Projektabwicklung im Zuge des Forschungsprojekts Holistic Energy Efficiency Simulation and Life Cycle Management of Public Use Facilities (www.hesmos.eu)
Koordinator: TU Dresden, Institut für Bauinformatik
2
Planungsphase
Leistungskennzahlen für das Integrale Projektteam
| 7
Auftraggeber / Investor
Projekt Koordination
Architekt, TGA Planer, Energieexperte / Bauphysiker
weitere Experten
Baufachleute
Kalkulator
FM Koordinator / Kalkulator
2
Planungsphase
BIM und Simulationswerkzeuge für die Integrale Projektabwicklung
| 8
BIM: Building Information Modelling
MWh
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Heating energy
1
11
2
9
3
6
4
4
5
2
6
1
7
1
8
1
9
1
10
4
11
8
12
11
Cooling energy
0
0
0
0
1
2
4
3
1
0
0
0
HVAC, other electricity
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
Lighting electricity
1
1
1
1
2
1
1
2
1
2
1
1
Equipment electricity
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Simulationswerkzeuge
2
Planungsphase
BIM und Simulationswerkzeuge für die Integrale Projektabwicklung
| 9
• Entwurfsoptimierung durch Alternativenbildung und Simulation in der Planungsphase
o Gebäudegeometrie
o Materialien
o TGA und MSR-Konzept
Planungs‐ und Angebotsphase
Alternative1
BIM, Energiesimulations‐
und Kalkulationsergebnisse
Alternative2
BIM Energiesimulations
BIM, Energiesimulations‐
und Kalkulationsergebnisse
Alternative3
BIM, Energiesimulations‐
und Kalkulationsergebnisse
und Kalkulationsergebnisse
• Übersichtliche Kalkulation der Investitionskosten von Alternativen durch exakte
Mengenermittlung z.B. mittels eines Gebäudemodells
• Unterstützung der Betriebskostenkalkulation durch:
o Ermittlung von Flächenarten
o Verknüpfung
V k ü f
mit
it Betriebsparametern
B ti b
t
(Simulationsergebnisse,
(Si l ti
b i
L
Lebensdauern
b
d
etc.)
t )
• LC-Analyse zur Gegenüberstellung von Investitionsalternativen bezüglich:
Energieverbrauch / Emissionen, Behaglichkeit, Lebenszykluskosten.
2
Planungsphase
Leistungskennzahlen für das Integrale Projektteam
| 10
Auftraggeber / Investor
Report Qualität
Energie/CO
/ 2
• Komfort
Lebenszykluskosten
• Investment
• Betriebskosten
•
alle KPIs
Projekt Koordination
Architekt, TGA Planer, Energieexperte / Bauphysiker
weitere Experten
i
E
• Komfortkriterien
• Endenergie
• Endenergie
• CO2 Emissionen
Kalkulator
FM Koordinator / Kalkulator
lk l
I
titi
k t
• Investitionskosten
• Endenergie
• Komfortkriterien
• Betriebskosten
Planungsphase
2
KPIs Endenergie und CO2 (2006/32/EU bzw. 2010/31/EU) und CO2 Emissionen
| 11
Energiesimulation von Planungsalternativen
Gegenüberstellung des Gesamtendenergiebedarfs [kWh] von Planungsalternativen unter
Berücksichtigung des gegebenen Nutzerprofils und der Klimadaten am Standort
•
Aufteilung in verschiedene Verbraucher:
o Heizung
o Kühlung
o Be- und Entlüftung
o Beleuchtung
MWh
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Heating energy
1
11
2
9
3
6
4
4
5
2
6
1
7
1
8
1
9
1
10
4
11
8
12
11
Cooling energy
0
0
0
0
1
2
4
3
1
0
0
0
HVAC, other electricity
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
Lighting electricity
1
1
1
1
2
1
1
2
1
2
1
1
Equipment electricity
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
CO2- Emissionen als Teil eines Life Cycle Assessments (EN ISO 14040 – 14044)
•
Berechnung des CO2-Ausstoßes auf Basis der Endenergie aus der Energiesimulation
für unterschiedliche Planungsalternativen mit Hilfe von:
o Primärenergiefaktoren
o CO2-Emissionsfaktoren z.B. von der GEMIS Datenbank
•
Senkung der CO2 – Emissionen durch Energieeinsparung und Einsatz
regenerativer Energien.
2
Planungsphase
KPIs Thermischer Komfort (EN 15251)
| 12
Min. / Max. Temperaturen
• Thermische Simulation von Planungsalternativen
o Fassade
•
•
Fenster
Sonnenschutz
o RLT Anlage
g ((mit und ohne Kühlung)
g)
Thermischer Komfort im Sommer
• DIN 4108 Teil 2
g
A 25 °C,, B 26°C,, C 27°C
Klimaregion
• EN 15251
abhängig von Gebäudetyp und Kategorie
Thermischer Komfort im Winter
• EN 15251
abhängig
g g von Gebäudetyp
yp und Kategorie
g
Planungsphase
2
KPIs Innenraumluftqualität (EN 15251/EN 13779)
| 13
Außenluftvolumenstrom
Simulation des Außenluftvolumenstroms (qtot
t t) zur Dimensionierung der raumlufttechnischen Anlagen
anhand
• Nutzerprofils
• Flächen aus dem Gebäudemodell (BIM)
•
Kategorie I: hohes Maß an Erwartungen; empfohlen für Räume in denen sich sehr empfindliche und
anfällige Personen aufhalten (Krankenhäuser, Kindergärten, Pflegeheime etc.)
Kategorie II: normales Maß an Erwartungen; empfohlen für neue und renovierte Gebäude
Kategorie III: moderates Maß an Erwartungen; kann bei bestehenden Gebäuden angewendet werden
werden.
•
•
Außenluftvolumenstrom
pro Person (qp) zur
Abschwächung der
Emissionen von
Außenluftvolumenstrom pro m2 (qB) zur Abschwächung
der Emissionen des Gebäudes
Sehr
schadstoffarme
Gebäude
Schadstoffarme
Gebäude
Nicht schadstoffarme
Gebäude
I
10 l/(sxp) = 36 m3/(hxp)
0,5 l/(sxm2) =
1,8 m3/(hxm2)
1,0 l/(sxm2) =
3,6 m3/(hxm2)
2,0 l/(sxm2) =
7,20 m3/(hxm2)
350 ppm CO2
II
7 l/(sxp) = 25 m3/(hxp)
0,35 l/(sxm2) =
1,3 m3/(hxm2)
0,7 l/(sxm2) =
2,5 m3/(hxm2)
1,4 l/(sxm2) =
5 m3/(hxm2)
500 ppm CO2
III
4 l/(
l/(sxp)) = 14 m3/(hxp)
/(h )
0,3
0
3 l/(
l/(sxm2) =
0,7 m3/(hxm2)
0,4
0
4 l/(
l/(sxm2) =
1,4 m3/(hxm2)
0,8
0
8 l/(
l/(sxm2) =
2,9 m3/(hxm2)
800 ppm CO2
Kategorie
CO2
Konzentration
über der
Außenluft
Die aufgelisteten CO2 - Werte können auch für eine bedarfsgeregelte Lüftung angewendet werden.
2
Planungsphase
KPIs Lebenszykluskosten (EN ISO 15686‐5) | 14
Lebenszykluskosten
Investitionskosten
Kalkulation der Investitionskosten und
Optimierung des Entwurfs hinsichtlich:
o Flächen
o Materialien
o Technischer Gebäudeausrüstung
o Bauzeit
Lebenszyklus
kosten (LCC)
Investitionskosten
Betriebskosten
Instandhaltungskosten
Betriebskosten
Kalkulation der Betriebskosten bei früher Einbeziehung des Nutzers (Nutzerprofil) und Optimierung des
Entwurfs hinsichtlich:
o Medienverbräuche
o Reinigungskosten
o Wartungskosten
Instandhaltungskosten / Erneuerungskosten
Kalkulation der Instandhaltungs- und Erneuerungskosten und Optimierung des Entwurfs hinsichtlich:
o Instandhaltungsintervalle und -kosten/ Erneuerungszyklen
3
Betriebsphase
BIM und Sensordatenauswertung für die Integrale Projektabwicklung | 15
BIM: Building Information Modeling
SOLL – IST Abgleich
Sensordatenauswertung
3
Betriebsphase
BIM und Sensordatenauswertung für die Integrale Projektabwicklung | 16
•
Konsistente Daten über den kompletten Lebenszyklus
o Vorabinformationen über das Gebäudeverhalten in der Planungsphase.
o Überprüfung der Simulationsergebnisse (Planung) in der Inbetriebnahmephase
Inbetriebnahmephase.
•
Transparenter SOLL-IST- Abgleich
o Ergebnisse aus der Simulation gehen als Nulllinie in die Bewertungen mit ein
→ Schnelle Identifikation von SOLL-IST Abweichungen
g
o Zuordnung von Simulationsergebnissen (Angebot), Auswertung idealerweise über
Datenauslesung (Sensoren) zu einzelnen Räumen bzw. Zonen eines Gebäudes
→ Schnelle Zuordnung von SOLL – IST Abweichungen zu einzelnen Räumen
bzw. Zonen
o Berücksichtigung wesentlicher Einflussfaktoren
→ Identifizierung der Ursache und Entgegenwirken
Sensordaten
Gebäude & TGA
Durchgängige Gebäudedaten und
Gebäudedaten und Simulationsergebnisse
Wetter
Nutzer
Inbetriebnahme & Betrieb
Betriebsphase
3
KPIs Endenergie
| 17
Energiemonitoring / -controlling (EN ISO 50001 / IPMVP)
•
•
•
•
Aufstellen
A
fstellen eines Plans zurr Energiemessung
Energiemess ng und
nd Überwachung
Über ach ng (z.B.
( B Datenpunkte,
Datenp nkte S
Systemgrenzen,
stemgren en
Daten Basisjahr).
Laufende Überwachung und Aufzeichnung wesentlicher Energieverbräuche.
Vergleich von tatsächlichem und erwartetem Energieverbrauch.
Eingriff im Falle einer Abweichung vom erwarteten Energieverbrauch
Energieverbrauch, Aufzeichnung von
Abweichungen sowie von Abhilfemaßnahmen.
Betriebsphase
3
KPIs Thermischer Komfort
| 18
Lufttemperatur
•
Messinstrument (EN 7726): Messung von Temperatur mit einem vor Strahlung und Zugluft
geschützten
hüt t M
Messinstrumentes.
i t
t
Operative Temperatur = 0,5 x (Lufttemperatur + mittlere Strahlungstemperatur)
•
Grenzwerte (EN 15251): z.B. Büro Kategorie I 20 °C – 26 °C oder
Kategorie II 21 °C – 25,5 °C
•
Messinstrument (EN 7726): Globethermometer
•
Messhöhe (Empfehlung: EN 7726)
Anordnung
g der Messwertaufnehmer
Empfohlene
p
Höhe
Sitzend
Stehend
Kopfhöhe
1,1 m
1,7 m
Unterleibhöhe
0,6 m
1,1 m
Fußknöchelhöhe
0,1 m
0,1 m
4
Zusammenfassung
Integraler Planungsprozess zur Optimierung von PPP Projekten
| 19
•
•
Durchgängigkeit der Prozesse von Angebot über Bau bis Betrieb und Übergabe.
Projektbeteiligte mit ganzheitlichem Denkansatz für optimalen Projekterfolg.
•
Unterstützung der integralen Projektabwicklung durch neue Verfahren wie Building Information
Modelling und Simulationswerkzeuge.
Simulationswerkzeuge
• Optimierung der Planung durch schnellere Iterationen, Simulationen des Gebäudeverhaltens
und einfacherer Überprüfung der Einhaltung der Nutzeranforderungen.
• Optimierung des Betriebs durch frühes identifizieren von SOLL-IST Abweichungen, schnelles
Identifizieren von Ursachen und einleiten von erforderlichen Maßnahmen bzw
bzw. Optimierungen
Optimierungen.
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
BAM Deutschland AG
Partnerschaftsmodelle
Leiter Bastian Bort
Mönchhaldenstraße 26
70191 Stuttgart
Telefon: 0711 / 250 07 – 255
Telefax: 0711 / 250 07 – 340