Sustainable Building Design Guidebook
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SRE Sustainability Office Sustainable Building Design Guidebook Siemens Real Estate Impressum Auftraggeber Siemens Real Estate Otto-Hahn-Ring 6 81739 München Kontakt Rainer Kohns, Otto Reich Bearbeitung Intep Integrale Planung GmbH Innere Wiener Str. 11 Intep Integrated Planning LLC 2225 Franklin Avenue East D-81667 München Deutschland Minneapolis, MN 55404 USA Autoren René Sigg, Ute Houzer, Thomas Rühle, Stephan Tanner, Joel Schurke Datum/Version März, 2006 / 09-01 V 09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Inhalt 0 Einleitung 0-1 0.1 0.2 0.3 Hintergrund Elemente des Nachhaltigen Bauens Benutzung des Handbuchs 0-4 0-5 0-9 1 1.1 1.2 Grundstück Grundstücksanalyse Erschließung 1-1 1-2 1-4 2 2.1 2.2 2.3 Gebäudehülle Einfache Gebäudeform Optimierter Wärmeschutz Fassadengestaltung 2-1 2-2 2-4 2-6 3 Energie 3-1 3.1 3.2 3.3 Energieverbrauch Graue Energie Erneuerbare Energien 3-2 3-4 3-6 4 4.1 4.2 4.3 Raumkomfort Thermische Behaglichkeit Optischer und akustischer Komfort Raumluftqualität 4-1 4-2 4-4 4-6 5 Gebäudetechnik 5-1 5.1 5.2 5.3 Heiz- und Warmwassersysteme Lüftungssysteme Kühlsysteme 5-2 5-4 5-6 6 6.1 6.2 Elektrische Systeme Alternative Stromerzeugung Beleuchtungssysteme 6-1 6-2 6-4 7 Wasser 7-1 7.1 7.2 Wasserverbrauch Regenwassernutzung 7-2 7-4 8 Materialien 8-1 8.1 8.2 8.3 Materialwahl in der Baukonstruktion Materialwahl beim Ausbau Materialwahl im Außenbereich 8-2 8-4 8-6 9 9.1 9.2 Betrieb Energiemanagement Abfallverwaltung und Gebäudereinigung 9-1 9-2 9-4 A A.1 A.2 A.3 Anhang Literaturverzeichnis Umrechnungstabelle für SI-Einheiten Gebäude Checkliste A-1 A-2 A-4 A-5 V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 0-1 0-2 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb SRE Sustainable Building Design Guidebook V 09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 0 V09-01 Einleitung 0.1 Hintergrund 0.2 Elemente des Nachhaltigen Bauens 0.3 Benutzung des Handbuches SRE Sustainable Building Design Guidebook 0-3 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 0.1 Nachhaltiges Bauen als Herausforderung 10.000 W 6.000 W 2.000 W 0W Hintergrund Jahr 2000 Jahr 2050 ? Abbildung 0-1 Eine Person verbraucht weltweit durchschnittlich 17.500 Kilowattstunden pro Jahr. Dies entspricht einem permanenten Verbrauch von 2.000 Watt. In Westeuropa ist der Verbrauch sogar noch um das 2 1/2 fache höher und liegt bei ca. 6.000 Watt pro Person. Die Bevölkerung in einigen asiatischen oder afrikanischen Staaten hingegen verbraucht nur einen Bruchteil davon. Das Thema Nachhaltigkeit hat auch im Bauwesen eine große Bedeutung. In diesem Leitfaden werden Prinzipien und Konzepte des Nachhaltigen Bauens aufgezeigt und so ein Überblick über das Thema vermittelt. Laut Aussage des Forschungsinstituts „The World Watch Institute“ werden 40 Prozent des weltweiten Energiebedarfs für die Erstellung und den Betrieb von Gebäuden aufgewendet. Bauträger, Immobilienbesitzer, Architekten und Ingenieure können viele der unerwünschten ökologischen und gesellschaftlichen Auswirkungen minimieren oder sogar vermeiden, indem sie ihr Vorgehen bei der Planung, der Erstellung und auch beim Betrieb von Gebäuden gemeinsam optimieren. Hierfür ist ein Wandel der Planungs- und Umsetzungsprozesse erforderlich. Der Begriff Nachhaltiges Bauen wurde aus der nachhaltigen Architektur abgeleitet und eignet sich aufgrund seiner Bedeutung besser. Die Bezeichnung „Bauen“ besitzt eine Zweideutigkeit: während die Verwendung im verblichen Sinne „bauen“ auf einen Prozess hindeutet, verweist das Nomen „der Bau“ auf ein Ergebnis. Auf diese Weise beinhaltet das Nachhaltige Bauen die fächerübergreifende Verstrickung, die notwendig ist, um die Ziele der Nachhaltigkeit zu erreichen. (NCARB 2001). Na S RE ch R ha atg ltig eb e B er au für we ise Unternehmensweites Blickfeld strategisch operativ Re SR ss E H ou a rce nd nk buc on h tro lle Nachhaltige Bauweise Langzeitoptimierung des Ressourcenverbrauchs; Leistung der SRE und SIEMENS bezüglich der Abbildung Ressourcen Benchmarking, Ressourcen Werteliste Maßnahmen den Ressourcenverbrauch laufend zu reduzieren Vereinheitlichte, fundierte Auswertung vom gesamten Ressourcenverbrauch in SRE Laufende Kostenersparnis Von € 20 Millionen für das SIEMENS Geschäftsjahr bis zum Ende 06/07 Abbildung 0-2: Strategie der voneinander abhängigen Faktoren und Auswirkungen – bezogen auf das Projekt Natural Resources Management 0-4 SRE Sustainable Building Design Guidebook V 09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 0.2 Elemente des Nachhaltigen Bauens Eine Auswahl von Verfahren zum Nachhaltigen Bauen In den vergangenen Jahren hat das Thema Nachhaltigkeit an Aufmerksamkeit und Bedeutung gewonnen. Dies gilt im Besonderen auch für die verschiedenen Bereiche der Architektur und des Bauwesens. Die Bewertung der Umsetzung von Nachhaltigkeit innerhalb eines Bauprojektes ist eine Herausforderung, die ein übergeordnetes Wissen der vielfältigen projektspezifischen Auswirkungen ökologischer, sozialer und ökonomischer Aspekte erfordert. Es gibt verschiedene Verfahren und Methoden, die als Hilfsmittel zur Bewertung von Nachhaltigkeit eines Bauprojektes entwickelt wurden und mit welchen die Qualität von Gebäuden hinsichtlich ihrer Umweltauswirkungen bewerten werden kann. Verfahren LEED USA GBC Kanada HK-BEAM China BREEAM Großbritannien Leitfaden Nachhaltiges Bauen Deutschland SIA 112/1 Schweiz Kurze Erläuterung Das Bewertungssystem „Leadership in Energy & Environmental Design“ (LEED) wurde im Jahr 1998 innerhalb des U.S. Green Building Council entwickelt. Es ist in sechs verschiedene Einzelsysteme untergegliedert, die jeweils einen bestimmten Marktsektor, wie z.B. Neubauten, gewerbliche Innenausstattung oder Eigenheime, behandeln (USGBC 2005). Als die„Green Building Challenge“ wird die Vereinigung von über 20 Ländern, die an der Ertestung neuartiger Methoden zur Abschätzung der Umweltqualität eines Gebäudes arbeiten (GBC 2005) bezeichnet. Die „Hong Kong Building Environmental Assessment Method“ (HK-BEAM) ist eine privatwirtschaftliche Initiative in Hong Kong. Sie fördert Gebäude, deren Entwurf sich auf besondere Weise an den Zielen der Nachhaltigkeit orientiert haben (HKBEAM 2004). „Mit der BRE’s Environmental Assessment Method“ (BREEAM) kann die ökologische Qualität von Neu- und Bestandsbauten beurteilt werden. Dieses System hat sich als Schlüsselinstrument in der englischen Bauindustrie und im Immobiliensektor durchgesetzt.(BREEAM 2005). Der Leitfaden Nachhaltiges Bauen wurde vor allem als Entscheidungshilfe für Architekten und Ingenieure entwickelt, die im Auftrag der Bundesrepublik Deutschland tätig sind. Auf den Prinzipien der Nachhaltigkeit basierend, enthält der Leitfaden Zielvorgaben für Nachhaltiges Bauen (BMVBW 2003). Die Empfehlung SIA 112/1 Nachhaltiges Bauen im Hochbau wird von der Kommission für Nachhaltiges Bauen der Schweizer Ingenieur- und Architektenvereinigung (SIA) herausgegeben. Sie beinhaltet Kriterien und Aussagen, die sich auf die wirtschaftlichen, sozialen und ökologischen Aspekte nachhaltiger Bauweise beziehen (SIA 2005). Tabelle 0-1: Verschiedene Verfahren zur Unterstützung und Bewertung von Nachhaltigkeitsvorgaben/ -zielen V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 0-5 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Hauptziele einer nachhaltigen Bauweise Innerhalb eines konventionellen Planungsprozesses konzentriert sich jeder einzelne Beteiligte auf einen begrenzten Verantwortungsbereich und strebt folglich nur diejenigen Ziele an, die seinem Geltungsbereich entsprechen. Ein integriertes Vorgehen zur Problemlösung und zur Definition übergeordneter Zielvorgaben steht im Hintergrund. Beispielsweise müssen die Fassadenkonstruktionen, das Beleuchtungskonzept und die Heiz-, Belüftungs- und Kühlsysteme jeweils bestimmten Minimalanforderungen entsprechen ohne jedoch innerhalb eines übergeordneten Konzeptes aufeinander abgestimmt zu werden. Ebenso existieren in den wenigsten Ländern Vorgaben zur Reduzierung des Gesamtenergiebedarfs. Ein übergeordnetes Entwurfskonzept zur Optimierung des Energieaufwandes ist noch kein gängiges Vorgehen. Die Hauptziele nachhaltiger Bauweise können durch eine intelligente und kreative Entwurfsplanung, die folgende Aspekte berücksichtigt, erreicht werden: Erstellung qualitativ hochwertiger Gebäude mit geringen Lebenszykluskosten. Entwerfen von möglichst einfachen Gebäudeformen. Planungen, die Anpassungsfähigkeit und Flexibilität hinsichtlich gegenwärtiger und zukünftiger Nutzungen ermöglichen. Nutzung ressourcenschonender Systeme und Komponenten, die einen geringen Wartungsaufwand erfordern. Errichtung von Gebäuden als Vorbild für die Umsetzung von Nachhaltigkeitszielen im Bauwesen. Planung von Gebäuden, die im besonderen Maße das Wohlbefinden und die Behaglichkeit der Nutzer anstreben. Demonstration der kostensenkenden und leistungsstarken SiemensTechnologien durch die Errichtung von Vorzeigeobjekten. Den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes beachten Nachhaltiges Bauen strebt für alle Phasen im Lebenszyklus von Gebäuden – von der Planung, der Erstellung über die Nutzung und Erneuerung bis zum Rückbau – eine Minimierung des Bedarfs an Energie und Ressourcen sowie eine möglichst geringe Belastung des Naturhaushaltes an. Dies ist zu erreichen durch: 0-6 Senkung des Gesamtenergieaufwandes. Minimierung von Baustoff- und Konstruktionselement-abhängigen Transportaufwendungen (Energie, Kosten). Einsatz wiederverwendbarer oder –verwertbarer Baustoffe. Gefahrlose Rückführung der Stoffe unter Berücksichtigung des natürlichen Stoffkreislaufes. Schonung der Umwelt und Minimierung des Flächenverbrauches. SRE Sustainable Building Design Guidebook V 09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Die frühzeitige Berücksichtigung nachhaltiger Planungsziele kann die Gesamtwirtschaftlichkeit von Gebäuden (Bau-, Betriebs-, Nutzungs-, Umwelt-, Gesundheitskosten) erheblich verbessern. Eine Optimierung der Lebenszykluskosten wird erreicht, indem Planungsentscheidungen nur unter Kenntnis der Investitions- und Betriebskosten getroffen werden, da die Nutzungskosten von Immobilien schon innerhalb weniger Jahre die Bau- und Investitionskosten übersteigen können. Beispielsweise helfen passive Systeme für Heizung, Lüftung und Kühlung die Betriebskosten zu minimieren und Nachhaltigkeitsziele umzusetzen. Kosten in % Krankenhaus Hallenbad Produktionsgebäude Bürogebäude Wohngebäude 600 500 400 300 200 100 0 0 10 20 30 40 50 Jahre Abbildung 0-3: Qualitative Darstellung der Nutzungs- und Baukosten für verschiedene Nutzungsarten Ablauf des Planungsprozesses Der Planungsprozess bei Siemens Real Estate wird über zwei Tools geregelt: es gibt die PM@SRE-Toolbox und den Building Configurator. Die PM@SRE-Toolbox verschafft einen Überblick über die Prozesse und Dokumente, die eine ordnungsgemäße, systematische und strukturierte Abwicklung von Projekten bei der SRE gewährleisten. Der Building Configurator dokumentiert die verschiedenen Konstruktionen und Baumaterialien sowie sonstige Informationen zur Ausführung und bewertet sie durch unterschiedliche Qualitätsstufen. Bei beiden Tools müssen von Beginn an die Nachhaltigkeitsziele in den Planungsprozess eingebunden werden, da die Möglichkeiten der Einflussnahme zu Beginn der Planung am größten sind. V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook Abbildung 0-4: PM@SRE Toolbox Construction regelt die seriellen Abwicklungsprozesse (Projektsteuerung) 0-7 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Nachhaltige Entscheidungen können in hohem Maße bereits bei der Programmdefinition und in der ersten Konzeptphase getroffen werden. Zur Umsetzung bestmöglicher Ergebnisse sollten Fragen bezüglich der Erschließung sowie planungsrechtlicher, funktionaler, städtebaulicher, architektonischer und bauordnungsrechtlicher Belange bereits in der Vorplanung und im Zuge von Architektur- und Ingenieurwettbewerben in ihrer Gesamtheit erfasst und im Sinne der Nachhaltigkeit optimiert werden. Nachhaltiges Bauen erfordert einen erhöhten Planungsbedarf während der Anfangsstadien eines Bauvorhabens. Folgende Merkmale charakterisieren einen nachhaltigen Planungsprozess: Abbildung 0-5: Der Building Configurator definiert die Ausführung Integration von Experten für Nachhaltiges Bauen in den Planungsprozess. Klare Zielvorgaben im Rahmen eines Pflichtenheftes für Bauprojekte, die die Wettbewerbsphase bereits durchlaufen haben. Einsatz von Simulationsmodellen als Entscheidungshilfen während der Planung. Kooperation und Abstimmung unter den verschiedenen Beteiligten. Einfluss und Aufwand Nutzung Vergabe Ausführungsplanung Entwurf Vorentwurf Grundlagenermittlung Einflussnahme auf die Umsetzung von Nachhaltigkeitszielen Klassische Planung Nachhaltige Planung Zeitschiene Abbildung 0-6: Die Möglichkeiten der Einflussnahme auf die Umsetzung von Nachhaltigkeitszielen ist zu Beginn des Planungsprozess am größten Abbildung 0-7: Die serienmäßigen Prozesse von der PM@SRE Toolbox 0-8 SRE Sustainable Building Design Guidebook V 09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 0.3 Benutzung des Handbuchs Der projektsteuernde Architekt hat bei der Planung von Gebäuden viele Aspekte zu beachten. Unter anderem muss er neben der Ästhetik, Konstruktion und Konzeptionierung auch den Projektablauf steuern und die Bauüberwachung durchführen. Darüber hinaus ist es seine Aufgabe die gegensätzlichen Anforderungen an Budget, Raumprogramm und zeitlichen Ablauf in Einklang zu bringen. Hierzu gehört auch die Grundlagenermittlung mit allen Aspekten der städtebaulichen Einbindung, dem Raumkonzept sowie der Funktionalität des Entwurfes und der Konstruktion. Die gegenseitige Abhängigkeit aller Faktoren in der Planung zu berücksichtigen ist eine besondere Herausforderung. Die Umsetzung von Nachhaltigkeitszielen bei Bauprojekten ist nur ein Aspekt, der neben vielen anderen verfolgt werden muss. Das Handbuch unterstützt die Architekten und Planer bei der Realisierung nachhaltiger Zielvorgaben durch konkrete Empfehlungen und Zielvorgaben. Das Handbuch enthält Informationen und Vorgaben in den Bereichen Grundstück, Gebäudehülle, Energie, Raumkomfort, Gebäudetechnik, Elektrische Systeme, Wasser, Materialien und Betrieb. Die einzelnen Kapitel geben Empfehlungen und zeigen Möglichkeiten auf, wie bestimmte Zielwerte erreicht werden können. Dabei muss abgewogen werden, inwieweit die einzelnen vorgeschlagenen Empfehlungen und Maßnahmen für das jeweilige Projekt sinnvoll sind. Dieser Leitfaden gilt gleichermaßen für Neubauten wie auch für Sanierungen. Die Informationen sind in neun Kapitel aufgeteilt, die jeweils in verschiedene Unterkapitel gegliedert sind. Diese folgen einem einheitlichen Aufbau: Thema, Strategien, Elemente und Benchmark. Auf diese Weise erkennt der Leser auf den ersten Blick mögliche Strategien und Verfahrenstechniken sowie die wichtigsten Benchmarks der einzelnen Themen ohne ein komplettes Kapitel durcharbeiten zu müssen. Darüber hinaus informiert jedes Unterkapitel zu welchem Zeitpunkt der Planungsphase die Empfehlungen und Vorgaben berücksichtigt werden müssen (Grafik links oben neben dem Thema). Am Ende jedes Kapitels befinden sich Best Practice Darstellungen von speziellen Siemens Produkten und Lösungen. Der Anhang enthält eine Checkliste zur Bewertung des Bauprojektes durch den Projektleiter. Diese dokumentiert die Umsetzung der Nachhaltigkeitsziele für die verschiedenen Bereiche und Planungsphasen mit Hilfe dreier Kategorien (ungenügend, befriedigend, gut). Darüber hinaus enthält der Anhang eine Umrechnungstabelle der SI-Einheiten. V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 0-9 0-10 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb SRE Sustainable Building Design Guidebook V 09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 1 Grundstück 1.1 Grundstücksanalyse 1.2 Erschließung V 09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 1-1 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 1.1 Grundstücksanalyse Thema Die Grundstückswahl hat Auswirkungen auf alle weiteren Planungen. Die Gegebenheiten des Grundstücks beeinflussen den Entwurf, der wiederum Auswirkungen auf das Grundstück selbst hat: das lokale Ökosystem wird beeinflusst, der Lebensraum vieler Tiere und Pflanzen beeinträchtigt, der Energie-, Stoff- und Wasserhaushalt verändert. Darüber hinaus ergeben sich Auswirkungen auf benachbarte Gebäude. Aufgrund dessen ist es notwendig, eine Grundstücksanalyse durchzuführen, die für die Optimierung der Gestaltung des Grundstücks unter Berücksichtigung der natürlichen Umgebung und der städtebaulichen Situation wichtig ist. Grundlagenermittlung Vorentwurf Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Betrieb Strategien Unter Einbeziehung folgender Gesichtspunkte werden Untersuchungen bezüglich Mikroklima, Flächennutzung, möglicher Gebäudedichte, Erweiterungsmöglichkeiten, Freiflächen, Wasserhaushalt, Bodenkontamination, energetischer Optionen und Abfallentsorgung durchgeführt: W S 20 m 25 m S 25 m S 25 m O N N Baustruktur/Ansicht mit Wärmestrahlung Abtreppung der Baustruktur Arkadenausbildung N Möglichkeiten der solaren Energienutzung sowie natürlicher Belichtungsmöglichkeiten untersuchen. Sicherung von Belüftung des Grundstückes und der Umgebung. Vermeidung wasserundurchlässiger Oberflächen sowie Minimierung der Eingriffe in das Erdreich, z. B. durch Vermeidung von Tiefgaragen, Reduzierung versiegelter Flächen, Erweiterung der Grünflächen. Nutzung passiver Energieträger (z. B. Sonnenenergie oder Erdwärme). Gestaltung naturnaher Grünflächen. Nutzung von ortsüblichen Gebäudetechnologien und –komponenten. Bevorzugung oberirdischer Parkhäuser anstelle von Tiefgaragen. Elemente Beim Entwurf eines Gebäudes hat der Architekt die Anforderungen an das Stadtklima in seine Betrachtungen mit einzubeziehen. Dieses wird besonders von der Bebauungsdichte innerhalb von Innenstädten und in hoch verdichteten Gebieten negativ beeinträchtigt. Dabei ist es wichtig, eine natürliche Luftdurchströmung sicherzustellen und alle Bereiche mit Frischluft zu versorgen. Freiflächenplanung und Gebäudegestaltung müssen hierfür aufeinander abgestimmt werden. Die Orientierung des Gebäudes muss eine optimale Tagelichtnutzung ermöglichen und sicherstellen, sodass alle Geschosse und zugehörigen Räume ausreichend natürlich belichtet werden. Abbildung 1-1: Einfluss der Gebäudestruktur auf Wind, Wärmestrahlung und Konvektion [LHM 1995] 1-2 SRE Sustainable Building Design Guidebook V 09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Bebauungsdichte und Verschattung Gebäudebereiche ohne Tageslichtzugang Gebäudebereiche mit passiver solaren Nutzung Tiefgaragen Grünflächen im Vergleich zur versiegelten Flächen Abbildung 1-2: Gebäudesimulationen veranschaulichen bereits in frühen Phasen der Planung die Zusammenhänge von Bebauungsdichte, Verschattung, Sonnen- und Tageslichtangebot sowie Auswirkungen auf das Erdreich Benchmark Höhere Überwärmung durch: - höhere GRZ - geringeren Grünflächenanteil Alle baulichen Anlagen, auch befestigte Bereiche und unterirdische bauliche Anlagen Bauliche Anlagen ≤ 60 % 40 35 Alle nicht versiegelten Flächen mit der Möglichkeit zur Begrünung, ausgeschlossen wasserdurchlässige Beläge Grünfläche 30 > 30 % 25 0,6 Versickerungsfläche Alle Flächen, von denen die Niederschläge durch den Boden ins Grundwasser gelangen können 0,7 0,8 0,5 0,4 > 40 % 0,3 Grundflächenzahl (GRZ) 0,2 Geschoßflächenzahl (GFZ) 0,1 Tabelle 1-1: Empfehlung für Flächenanteile auf dem Grundstück GJ 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0 0 m³ 10.000 m³ 20.000 m³ 30.000 m³ 40.000 m³ 50.000 m³ Aushubsvolumen Tabelle 1-2: Aufwand an grauer Energie für die Baugrube und die Terraingestaltung V 09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook Minimierungder Überwärmung durch: - geringere GRZ - hohen Grünflächenanteil/ Überstellung mit Bäumen - Dachbegrünung Abbildung1-3: Gebäudetemperaturen in Abhängigkeit von der Freiflächenbegrünung und der Bebauungsdichte [LHM 1998] 1-3 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 1.2 Erschließung Thema Grundlagenermittlung Vorentwurf Entwurfsplanung Ausführung Vergabe Betrieb Die Flächennutzung, die Bebauungsdichte und das städtische Verkehrssystem sind eng miteinander verflochten. Das weiträumig ausgebaute Angebot an Straßen- und Schienenverkehr und spezielle Flächennutzungszonen haben die Zersiedelung gefördert. Eine Folge hiervon ist der Anstieg des Pendelverkehrs, der öffentliche Nahverkehrssysteme unwirtschaftlich werden lässt. Das Auto ist heutzutage einer der größten „Energieverschwender“ und „Luftverschmutzer“. Strategien zur Verringerung des Autoverkehrs sind Teile der Prinzipien des Nachhaltigen Bauens. Strategien Abbildung 1-4: Beispiel für gelungene Fußweggestaltung 1-4 Gestaltung von durchgängigen, möglichst direkten Fahrrad- und Fußwegen, die weder besondere Verkehrs- noch Lärm- und Verschmutzungsbelastungen aufweisen. Wahl von Standorten, in der Nähe von öffentlichen Verkehrsmitteln und mit guter Anbindung zu vorhandenen Fuß- und Radwegen. Prüfung von Shuttle-Bus-Systemen für Mitarbeiter und Angestellte. Einbindung der Parkflächengestaltung in die umgebende Landschaft. Gestaltung von Fußwegen unter Einbezug von Landschaftselementen und vorhandener Landschaftsgestaltung. Planung sicherer Fußwege in Bezug auf Oberflächenbeläge, Beleuchtung und Orientierung. Bereitstellung ausreichender und sicherer Fahrradstellplätze in Nähe der Gebäudeeingänge. Bereitstellung von Umkleiden und Duschmöglichkeiten. Sicherstellung einer barrierefreien Erschließung der Gebäude. Einführung von Car-Sharing oder Förderung von Fahrgemeinschaften. Möglichkeiten der Heimarbeit prüfen. Geeignete Tiefgaragengestaltung: - Trennung von Ein- und Ausfahrten. - Ausreichende Beleuchtung. - Klare Wegeführung. - Gestaltung attraktiver Ein- und Ausgänge. SRE Sustainable Building Design Guidebook V 09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Elemente 60 0 m Um diese Strategien umsetzen zu können, sind Erschließungskonzepten erforderlich, in denen vorhandene Fußwege, Haltestellen des öffentlichen Verkehrs sowie Aspekte der lokalen und regionalen Verkehrsplanung mit einbezogen werden. Des Weiteren sind die Gebäudeorientierung zu Straßenräumen, der Gebäudestandort sowie die Gebäudezugänglichkeit zu berücksichtigen. 300 m U/S-Bahn Abbildung 1-7: Beispiel für Fahrradstellplätze neben dem Gebäudeeingang Bus Fußläufige Enrfernung Haltestelle U/S-Bahn Einzugsgebiet Haltestelle Bus Abbildung 1-5: Optimaler fußläufiger Einzugsbereich zu Haltestellen des öffentlichen Nahverkehrs [LHM 1995] Benchmark Zeit in min 45 Fußgänger Fahrrad Auto 40 Bus 35 30 10 km schneller mit der U-Bahn U-Bahn 25 20 4.500 m schneller mit dem Fahrrad 15 10 450 m schneller zu Fuß 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Entfernung in km Abbildung 1-6: Reisezeiten “von Haustür zu Haustür” für verschiedene Fortbewegungsarten in städtischen Bereichen [UCD 1999] V 09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 1-5 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Best Practice/ Siemens Produkte und Lösungen Abbildung 1-8: Eingangsgestaltung mit Fahrradstellplätzen (linker unterer Bildrand) und ebenerdigem Zugang, Siemensforum, Wittelsbacherplatz, München, Deutschland. Abbildung 1-9: Oberirdisches Parkhaus, Siemens, Erlangen, Deutschland. 1-6 SRE Sustainable Building Design Guidebook V 09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 2 Gebäudehülle 2.1 Einfache Gebäudeform 2.2 Optimierter Wärmeschutz 2.3 Fassadengestaltung V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 2-1 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 2.1 Einfache Gebäudeform Thema Der Entwurf von Gebäudegrundriss und Gebäudeform resultiert aus der Berücksichtigung funktioneller, technischer sowie ästhetischer Aspekte. Um eine funktionsgerechte Gebäudehülle zu erstellen, müssen Faktoren wie Windverhältnisse, Sonneneinstrahlung, Ausrichtung, Schutz und Exposition sowie Lärm- und Luftbedingungen gegeneinander abgewogen und in Einklang gebracht werden. Die Gebäudehülle stellt die Beziehung des Gebäudes zu seiner Umwelt dar. Beispielsweise kann durch eine intelligent gestaltete Gebäudeform sowie durch eine optimale Gebäudeausrichtung ohne zusätzlichen Aufwand der Energieverbrauch um 30 – 40% reduziert werden. Grundlagenermittlung Vorentwurf Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Betrieb Strategien 100% 142% 200% Abbildung 2-1: Verschiedene A/V-Verhältnisse [LHM 1998] Bei gleichem Bauwerksvolumen variiert je nach Gebäudeform die Größe der Gebäudehüllfläche und konsequenterweise auch der Anteil der Wärmeverluste über die Außenflächen. Abbildung 2-2: Grundrißbeispiele mit gleicher Grundfläche [Voss 2005] Trotz gleicher Grundfläche kann die Grundrißgestalt von Gebäuden erhebliche Unterschiede aufweisen. Während das linke Beispiel aufgrund einer komplizierten Grundrißgestalt eine 40%-ige Vergrößerung des Umfanges erreicht, vergrößert sich der Umfang des rechten Beispiels lediglich um 10%. 2-2 Strategien für Regionen in nördlichen Breiten, in denen der Heizbedarf dominiert: Optimierung des A/V-Verhältnisses zur Reduzierung des Transmissionswärmeverlustes. Maximale Nutzung der solaren Wärmegewinne. Minimierung der Windangriffsflächen durch günstige Gebäudeausrichtung. Planung von einfachen mehrstöckigen Gebäuden: Zur Optimierung der Gebäudestruktur/ des Stützrasters. Zur Schonung der Grundstücksflächen und zur Reduzierung der Beeinträchtigung von Grundstück und Umgebung. Für eine maximale Flexibilität in Bezug auf Gebäudeerweiterung. Planung funktionsgerechter Gebäudestruktur: Durch Zonierung der Gebäudetechnik (Heizung, Lüftung, Sanitär, Elektro). Durch Zusammenlegung von Nutzungen in Räumen mit gleichen Anforderungen. Strategien für Regionen in südlichen Breiten, in denen der Kühlbedarf dominiert: Planung der Gebäudeausrichtung mit dem Ziel durch eine Nord-SüdOrientierung in Bürogebäuden unerwünschten Wärmeeintrag zu vermeiden. Planung von einfachen mehrstöckigen Gebäuden: Zur Optimierung der Gebäudestruktur/ des Stützrasters. Zur Schonung der Grundstücksflächen und zur Reduzierung der Beeinträchtigung von Grundstück und Umgebung. Für eine maximale Flexibilität in Bezug auf Gebäudeerweiterung. Planung einer funktionsgerechten Gebäudehülle: Durch Zonierung und Zusammenlegung von Räumen, die gleiche Kühlanforderungen besitzen. Durch Gruppierung der Räume unter Berücksichtigung der verschiedenen Nutzungsanforderungen. SRE Sustainable Building Design Guidebook V09-0 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Elemente Innenhöfe (Atrien) können auf verschiedene Art gestaltet werden. Für Bürogebäude eignen sie sich vor allem als Erschließungszonen, als Passagen und als Lichthöfe. Innenhöfe sollten beim Entwurf des Klimatisierungs-/ Lüftungskonzeptes berücksichtigt werden. Innenliegendes Atrium: Belichtung: erfordert im EG besondere Maßnahmen Belüftung: schwierig Sommer: Gefahr der Überhitzung Sonstiges: Erschließung Einseitig geöffnetes Atrium: Belichtung: gut Belüftung: gut Sommer: effektiver Sonnenschutz erforderlich Sonstiges: Schallschutz beachten Zweiseitig geöffnetes Atrium: Belichtung: Schwierig im Mittelbereich des EG Belüftung: Querlüftung möglich Sommer: thermisch wenig kritisch Sonstiges: Passage Dreiseitig geöffnetes Atrium: Belichtung: gut Belüftung: gut Sommer: Thermisch kritisch, effizienter Sonnenschutz erforderlich Sonstiges: Wintergarten Abbildung 2-4: Beispiel für den Einsatz eines Atriums zur Belichtung von Verkehrszonen, Siemens, Erlangen, Deutschland Atrien eignen sich besonders für die Belichtung innenliegender Bereiche und Räume, wie Eingangshallen und Verkehrszonen. Abbildung 2-3: Verschiedene Arten ein Atrium zu gestalten [Hausladen 2005] Ein Gebäude, das eine lange Ausdehnung in Ost-West-Richtung besitzt, erzielt während der Wintermonate aufgrund der großen nach Süden orientieren Fassade hohe solare Wärmegewinne. Dagegen werden während der Sommermonate die Wärmegewinne aufgrund der verkürzten Ost-West-Fassade reduziert. Daher sind Gebäude mit einer langen Ost-West-Erstreckung in allen Klimazonen günstig, um den winterlichen Wärmebedarf bzw. den sommerliche Kühlbedarf zu verringern. Es ist zu beachten, dass in Abhängigkeit von der spezifischen Klimaausprägung die optimale Ausdehnung der Ost-West-Erstreckung variiert. West - Ost Nord - Süd Abbildung 2-5: Der Einfluss der Fassadenorientierung auf den solaren Strahlungseintrag [Hausladen 2005] Benchmark Gebäudegröße A/V < 500 m² ≤ 0,60 500 – 1.000 m² ≤ 0,40 1.000 – 5.000 m² ≤ 0,30 5.000 – 10.000 m² ≤ 0,25 1,8 W/ m² Transmissionswärmeverluste HT Tabelle 2-1: Empfehlung für das A/V-Verhältnis in Abhängigkeit von der Gebäudegrundfläche Das A/V-Verhältnis veranschaulicht die Beziehung zwischen der Gebäudeoberfläche (A) und dem Gebäudevolumen (V). Je kleiner die Oberfläche eines Gebäudes, desto geringer auch der Anteil der Grauen Energie, da hierfür ein geringerer Materialaufwand zur Erstellung erforderlich ist. Eine minimierte Gebäuhüllfläche reduziert zudem die Transmissionswärmeverluste, was zu einer Verringerung des Wärmebedarfs führt und somit auch zu geringeren Betriebskosten. V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Nichtwohngebäude mit einem Fensterflächenanteil < 30 % und Wohngebäude Nichtwohngebäude mit einem Fensterflächenanteil > 30 % 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 > 1,05 -1 Formfaktor A/V [m ] Abbildung 2-6: Transmissionswärmeverlust in Abhängigkeit des Formfaktors (A/V-Verhältnis) für Nichtwohngebäude – gemäß EnEV [Voss 2005] 2-3 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 2.2 Optimierter Wärmeschutz Thema Grundlagenermittlung Vorentwurf Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Betrieb Die Qualität der Fassade wird durch das Zusammenspiel von Gebäude und Umgebung bestimmt: entscheidende Faktoren bilden Windverhältnisse, Sonneneinstrahlung, klimatische Exposition sowie Luft- und Lärmbedingungen. Darüber hinaus strebt Nachhaltiges Bauen eine Optimierung der Energiebilanz sowie die Sicherstellung eines hohen Standards an Komfort und Behaglichkeit an. Durch konstruktive oder gestalterische Maßnahmen muss ein hoher sommerlicher Wärmeeintrag bzw. winterliche Wärmeverluste vermieden werden. Strategien Abbildung 2-7: Im Sommer spenden Bäume Schatten Strategien für Regionen in nördliche Breiten, in denen der Heizbedarf dominiert: Planung einer luftdichten Gebäudehülle. Erhöhung der Wärmedämmstärken opaker Gebäudeteile. Minimierung des Glasflächenanteils in der Fassade und Verwendung von Gläsern mit niedrigen U-Werten. Gleichmäßige Verteilung von thermischen Speichermassen innerhalb der Gebäudehülle um Wärmegewinne zu regulieren. Wahl einer geeigneten Farbe für die Außenfassade. Verwendung geeigneter Bepflanzungen mit dem Ziel im Sommer zu beschatten und im Winter die Windgeschwindigkeiten zu minimieren. Strategien für Regionen in südlichen Breiten, in denen der Kühlbedarf dominiert: Planung einer luftdichten Gebäudehülle. Minimierung der Wärmegewinne durch Einsatz von Sonnschutzsystemen. Reduzierung des Glasflächenanteils. Begrünung der Dächer. Elemente Die Pflanzung von Bäumen und Sträuchern wirkt sich positiv auf das Raumklima aus. Während sie im Sommer durch Verdunstung und Beschattung dazu beitragen Temperaturen zu begrenzen, dienen sie im Winter als Schutz vor Winden. Besonders hohe Bäume mit einer hoch liegenden Krone beschatten das Gebäude, während kühlere Luft am Boden entlang strömen kann. Darüber hinaus muss die Rückstrahlung verschiedener Dachmaterialien berücksichtigt werden. Allgemein sollten bevorzugt Materialien mit großer reflektierender Wirkung eingesetzt werden. Abbildung 2-8: Im Winter ermöglichen die blattlosen Bäume eine maximale Sonneneinstrahlung auf die Gebäudefassaden. 2-4 SRE Sustainable Building Design Guidebook V09-0 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Der Einfluss verschiedener Sonnenschutzsysteme auf die Raumtemperatur im Sommer ist aus Abbildung 2-9 ersichtlich. Beste Ergebnisse werden mit einem außenliegenden System erreicht. Die Effizienz des feststehenden Sonnenschutzes hängt vom Verhältnis der Fensterhöhe zur Auskragungstiefe ab. Ein guter witterungsunabhängiger Sonnenschutz besteht aus der Kombination von feststehender Auskragung mit innenliegenden Systemen. Innenliegende Systeme führen ohne zusätzliche Maßnahmen zu unbehagliche Raumtemperaturen. Abbildung 2-10: Außenliegender Sonnenschutz: Lamellenraffstores, Siemens, Braunschweig, Deutschland Sonnenschutz außenliegend Temper atur °C 30 Sonnenschutz innenliegend Kombinierter Sonnenschutz: außen feststehend und innen i nnen l ie gender Sonne nschu tz au ße n liegender Sonnenschu tz Kom binat ion von i nn en u nd au ßen liegende m Sonnenschutz Abbildung 2-11: Sonnenschutz mittels Fassadenbegrünung, Siemens, Erlangen, Deutschland 28 26 24 22 30. Juli 31. Juli 01. August Abbildung 2-9: Raumtemperaturen an drei sehr warmen Tagen in Anhängigkeit von der Ausbildung des Sonnenschutzes [Hausladen 2005] Abbildung 2-12: Innenliegender Sonnenschutz: senkrechte Lamellen, Siemens, München, Deutschland Glasflächenanteil < 55 % Benchmark Gebäudeteile Glas Rahmen Fenster Dach Wände U-Wert, heute [W/m²K] 1,70 0,30 0,45 U-Wert, in Zukunft [W/m²K] < 0,70 < 1,70 < 0,90 < 0,20 < 0,20 Tabelle 2-2: Aktuelle Empfehlung für U-Werte im Vergleich zu Empfehlungen für die Zukunft V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook Lichtdurchlässigkeit > 0,5 g-Wert für Fenster < 0,7 g-Wert für Fenster, Sonnenschutz < 0,15 Tabelle 2-3: Empfehlung für den Glasflächenanteil, den Tageslichtdurchlassgrad sowie für g-Werte 2-5 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 2.3 Fassadengestaltung Grundlagenermittlung Thema Vorentwurf Die Fassade hat einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität des gesamten Gebäudes. Die Herausforderungen an die Fassadenplanung ergeben sich aus den Anforderungen des Bauherrn an Ästhetik und Raumklima. Daneben ist die zunehmenden Forderung nach einem sparsamen Umgang mit Ressourcen zu berücksichtigen. Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Betrieb Strategien Abbildung 2-13: Beispiel einer Lochbandfassade, Siemens Abbildung 2-14: Beispiel einer Bandfassade, Siemens 2-6 Flächeneffizienz und Flexibilität: Planung von Raumtiefe und Raumbezügen mit dem Ziel eine flexible Nutzung und Möblierung zu gewährleisten. Einfache Gebäudestruktur: Planung eines einfachen statischen Konzeptes mit materialgerechten Spannweiten. Vermeidung störender Stützen im Raum, da diese Flächenverlust, Einschränkung der Möblierung und Reinigung verursachen. Nutzerkomfort: Gewährleistung hohen thermischen Komforts. Einfache Bedienung der Fenster, Sonnen- und Blendschutzanlagen und der Beleuchtung. Energie: Nutzung von Sonnenenergie. Umsetzung eines hohen Wärmedämmstandards für die Gebäudehülle. Einhaltung von Energiestandards. Ökologie: Reduzierung des Energiebedarfs und unerwünschter Emissionen. Planung von Gebäuden mit langer Nutzungsdauer, guter Rückbaueignung und der Option zur Wiederverwertung. Gebäudetechnik: Anordnung der Heizkörper an verglasten Flächen und Außenwänden. Planung der Anlagen für ein optimales Zusammenwirken von Sonnenschutz, Beleuchtung und Tageslichtnutzung. Sicherheit: Planung geeigneter Einbruchs- und Brandschutzanlagen. Planung von Absturzsicherungen. Facility Management: Sicherstellung der Zugänglichkeit der Fassaden und Fenster für Reinigungszwecke sowie der Sonnenschutzanlagen für Reparatur- und Wartungsarbeiten. Verwendung von innen zu bedienenden verstell- und/oder fixierbaren Fensterelementen. SRE Sustainable Building Design Guidebook V09-0 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Elemente Die Gestaltung der Fassaden erfolgt je nach Standort und Nutzung sowie entsprechend den speziellen raumklimatischen Anforderungen im Gebäude. Ein wesentliches Kriterium besteht darin, dass auch bei einer erhöhten Außenlärmbelastung eine natürliche Lüftung über Fenster sichergestellt werden kann. Außerdem spielt der gewünschte Fensterflächenanteil bzw. der Transparenzgrad des Gebäudes eine wichtige Rolle. Bei Doppelfassaden ist eine Überhitzung des Fassadenzwischenraums zu vermeiden. Weitere Faktoren für die Wahl des Fassadenkonzepts sind die Schall- und Geruchsübertragung über den Fassadenzwischenraum, der Platzbedarf, die Anforderungen an die Zuluft sowie der Wartungs- und Reinigungsaufwand. Auch der Anteil der Grauen Energie ist bei der Wahl der Systeme zu berücksichtigen. 1 Lochfassade 5 Kastenfensterfassade 2 Elementfassade 6 Doppelfassade als Korridor 3 Prallscheibe 7 Unsegmentierte Doppelfassade Benchmark Fassadensysteme (s. Abbildung 215) 1 2 3 4 5 6 7 8 Schalldämmwirkung bei natürlicher Belüftung gering gering mittel hoch hoch sehr hoch sehr hoch variabel Überhitzung des Fassadenzwischenraumes Flächenbedarf Reinigungsaufwand Technischer Aufwand Kosten ----gering hoch hoch sehr hoch sehr hoch gering gering sehr gering gering mittel mittel sehr hoch hoch hoch gering mittel mittel mittel hoch sehr hoch sehr hoch sehr hoch gering gering mittel hoch hoch sehr hoch sehr hoch sehr hoch gering gering mittel mittel hoch hoch hoch sehr hoch Tabelle 2-4: Verschiedene Fassadensysteme im Vergleich [Hausladen 2005] Steuerbare 4 Wechselfassade als Kastenfenster 8 Doppelfassade Abbildung 2-15: Verschiedene Fassadensysteme [Hausladen 2005] V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 2-7 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Best Practice/ Siemens Produkte und Lösungen Abbildung 2-16: Außenliegender Sonnenschutz: verstellbare Lamellenraffstores, Siemens, Braunschweig, Deutschland. Abbildung 2-17: Bandfassade mit außenliegendem Sonnenschutzsystem, Siemens, Budapest, Ungarn. 2-8 SRE Sustainable Building Design Guidebook V09-0 3 Einführung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 3 Energie 3.1 Energieverbrauch 3.2 Graue Energie 3.3 Erneuerbare Energien V09-01 Sustainable Building Design Guidebook 3-1 Einführung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 3.1 Energieverbrauch Thema Grundlagenermittlung Vorentwurf Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Betrieb Eine nachhaltige Bauweise hat sowohl die Minimierung des Anteils der Grauen Energie für die Gebäudeerstellung, wie auch die Minimierung des Energiebedarfs während der Nutzung zum Ziel. Die Qualität eines Entwurfes ist auch durch den Energieverbrauch gekennzeichnet, der für die Erstellung (Baukonstruktion und Baustoffe) und den Betrieb erforderlich ist. Die Reduzierung des technischen Aufwandes und geringe Betriebskosten führen zu einer Kostenminimierung und sind das Ergebnis einer Energieoptimierung. Hierbei spielen Faktoren wie Grundstückswahl, Gebäudeausrichtung, Fenstersystem, Materialwahl sowie die Qualität der gebäudetechnischen Anlagen eine entscheidende Rolle. Die Anforderungen an den Wärme-, Kühl- und Elektrizitätsbedarf beeinflussen entscheidend den späteren Energiebedarf. Strategien 300 kWh/m² End- bzw. Primärenergie Beleuchtung 300 Klimatisierung 250 Lüftung Wärme 200 150 100 50 0 Bestand energieoptimiert Abbildung 3-1: Energieverbrauch eines konventionell entworfenen Bürogebäudes im Vergleich zu einem Bürogebäude mit NiedrigEnergie Standard [Voss 2005] Durch den Entwurf eines energieeffizienten Gebäudes wird neben der Reduzierung der Energie, die dem Verbraucher tatsächlich zur Verfügung steht (Endenergie), auch der Verbrauch an derjenigen Energie, die für Transport aufgewendet wird oder durch Transmission verloren geht (Sekundärenergie), minimiert. Auf diese Weise kann die energetische Leistung eines Gebäudes optimiert werden. 3-2 Reduzierung des Energiebedarfs durch die Optimierung der Konstruktion: • Planung einer klimaaktiven Fassade durch Anpassung an die regional und lokal vorherrschenden klimatischen Bedingungen. • Optimierung der Tageslichtnutzung. • Einsatz natürlicher Lüftung. • Verwendung geeigneter Verglasungen und Sonnenschutzsysteme. • Nutzung thermischer Speichermassen. durch die Verwendung effizienter gebäudetechnischer Anlagen: • Verwendung energiesparender Systeme, wie z. B. Bewegungsmelder, Tageslichtfühler, etc. • Wahl energiesparender Geräte, z. B. Lampen, Heiz-, Lüftungs- und Kühlsysteme, Bürogeräte, Aufzüge, etc. • Kurze und direkte Leitungsführungen. • Zentrale statt dezentrale Bereitstellung bestimmter Geräte z. B. der Drucker. durch Abstimmung der Gebäudetechnik. Verwendung von Wärme-Rückgewinnungssystemen. Nutzung erneuerbarer Energien. Anpassung der Beleuchtung an die Nutzeranforderungen. Reduzierung des Verbrauchs an Sekundärenergie durch die Wahl effizienter Primärenergieträger. Ermittlung des künftigen Energiebedarfs bereits in der Vorplanung zur Vorbereitung von Strategien zur Energieeinsparung. Sustainable Building Design Guidebook V09-01 3 Einführung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Elemente Während konventionell entworfene Bürobauten in vielen Fällen einen durchgängigen Bedarf an aktiver Beheizung oder Kühlung aufweisen, versuchen die Prinzipien des Nachhaltigen Bauens durch natürliche Lüftungsstrategien, optimierter Tageslichtnutzung, passiver Kühlstrategien, thermischer Speichermassen, verbesserter Wärmedämmung sowie der Verwendung energiesparender Bürogeräte, den Heiz- und Kühlaufwand ganzjährig zu reduzieren. Benchmark A/V-Verhältnis EnEV (Deutschland) Grenzwert [kWh/m²] ≤ 0,2 40 0,4 52 MINERGIE (Schweiz) - 40 Passivhaus-Standard (Deutschland) - 15 100 % Endenergie, qualitativ 80 Kühlen Heizen Befeuchten Entfeuchten 60 40 20 klimaunabhängiger Energieverbrauch 0 -5 0 5 10 15 20 25 30 mittelere Außentemperatur [°C] Abbildung 3-2: Qualitativer Energieverbrauch eines konventionell entworfenen Bürogebäudes mit mäßigem Wärmeschutz und aktiver Kühlung [Voss 2005] 100 % Endenergie, qualitativ 80 Tabelle 3-1: Heizen 60 Empfehlungswerte für den Jahresheizwärmebedarf passiv im Komfort Bereich ? 40 20 klimaunabhängiger Energieverbrauch Grenzwert [kWh/m²] Zielwert [kWh/m²] Bürogebäude 1: Einzel- und Gruppenbüros mit geringem Belüftungs- und Kühlbedarf 30 15 Bürogebäude 2: Gruppenbüros mit hohem Belüftungs- und Kühlbedarf 50 25 Bürogebäude 3: mit EDV-Zentrale 88 61 0 -5 0 5 10 15 20 25 30 mittelere Außentemperatur [°C] Abbildung 3-3: Qualitativer Energieverbrauch eines nachhaltig entworfenen Bürogebäudes mit Tageslichtnutzung, verbessertem Wärmeschutz, passiver Kühlung und energiesparender Geräteausstattung [Voss 2005] Tabelle 3-2: Empfehlungswerte für den Elektrizitätsbedarf gemäß SIA 380/4 Passivhaus-Standard Grenzwert [kWh/m²] Zielwert [kWh/m²] - 120 Tabelle 3-3: Empfehlungswerte für den Primärenergiebedarf V09-01 Sustainable Building Design Guidebook 3-3 Einführung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 3.2 Graue Energie Thema Grundlagenermittlung Vorentwurf Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Betrieb Der Anteil der Energie, die für die Erstellung und den Betrieb von Gebäuden aufgewendet wird, beträgt ca. 40% des weltweiten Energieverbrauchs. Ein Hauptkriterium der nachhaltigen Bauweise ist die Energieeinsparung bei Bauwerken. Dabei muss neben der Reduzierung des Energiebedarfes während der Gebäudenutzung auch der Anteil an grauer Energie minimiert werden. Strategien Entwurf eines kompakten Gebäudes. Minimierung der für die Gebäudeerstellung benötigten Materialmenge. Optimierung des Glasflächenanteils, da Glas sehr energieintensiv bei der Herstellung ist (vgl. Tabelle 3-5). Wahl von Fenstertypen, die einen möglichst geringen Verbrauch an Grauer Energie aufweisen (z. B. Fenster mit Holzrahmen). Verwendung von Materialien, die sich durch einen möglichst geringen Verbrauch an Grauer Energie (inkl. Transport) auszeichnen: Materialien lokaler oder regionaler Erzeugung. Materialien mit geringem Energieaufwand während ihrer Lebensdauer. Einsatz von Materialien, die unter Verwendung erneuerbarer Energien hergestellt werden. Verwendung langlebiger und wartungsfreier Materialien. Gestaltung witterungsbeständiger Fassaden. Planung der Gebäudeerstellung durch die Verwendung von Konstruktionsmethoden mit möglichst geringem Energieaufwand (z.B. Vorfertigung). Wahl von Materialien mit hohem Recyclinganteil. Elemente Durch den Einsatz energieeffizienter Anlagentechnik sowie durch die Optimierung der Materialwahl kann bereits ein bedeutender Anteil an Energie eingespart werden. Hierbei ist auch die Menge an Grauer Energie, die über die Lebensdauer eines jeden Materials aufgewendet wird, zu berücksichtigen. Material Graue Energie [MJ/m2] GWP [kg CO2 eq] Kalkstein, Platten 16 1,0 Fließen, glasiert 162 5,3 84 -44,0 24 -0,4 225 7,3 Parkett (Holzdiele) Linoleum Teppichböden, synthetisch Tabelle 3-4: Primärenergieverbrauch und GWP (Treibhauspotenzial) verschiedener Bodenbeläge 3-4 Sustainable Building Design Guidebook V09-01 3 Einführung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Benchmark GJ / m² 3.80 3.60 3.40 Massivbau mit Glasfassade > 65 % 3.20 3.00 2.80 2.60 Massivbau 2.40 2.20 gemischte Bauweise 2.00 Leichtbauweise in Holz 1.80 1.60 1.40 0 m² 4.000 m² 12.000 m² 8.000 m² 16.000 m² 20.000 m² Geschossfläche Abbildung 3-4: Bedarf an Grauer Energie für verschiedene Konstruktionen Beim Entwurf von Gebäuden sind zur Minimierung des Anteils an Grauer Energie die Materialwahl, die Konstruktionsweise, die Gebäudeform sowie das Gebäudevolumen aufeinander abzustimmen. Gebäude mit einem optimierten Volumen und einer luftdichten Gebäudehülle erfordern den geringsten Energieaufwand. Darüber hinaus beeinflussen der Fenstertyp sowie der Glasflächenanteil den Bedarf an Grauer Energie. Glasflächenanteil Fenstertypus Opaker Teil Dachflächen Gesamt A/V-Verhältnis Graue Energie [MJ/m²] Graue Energie /A [MJ/m²] 0,38 (41%) 0,33 (36%) 0,21 (23%) 3,200 1,000 1,800 1,220 330 380 1,930 A/V-Verhältnis Graue Energie [MJ/m²] Graue Energie/A [MJ/m²] 0,27(46%) 0,20 (34%) 0,12 (20%) 0,59 (100%) 4,000 1,000 1,800 1,080 200 220 1,500 HolzMetallFenster (1) A/V-Verhältnis Graue Energie[MJ/m²] Graue Energie/A [MJ/m²] 0,17 (16%) 0,59 (55%) 0,31 (29%) 1,07 (100%) 1,300 1,000 1,800 220 590 560 1,370 HolzMetallFenster (2) A/V-Verhältnis Graue Energie [MJ/m²] Graue Energie/A[MJ/m²] 0,25 (31%) 0,34 (43%) 0,21 (26%) 0,80 (100%) 1,300 1,000 1,800 330 340 380 Rahmenelemente Glas-Aluminiumfassade 0,92 (100%) 1,050 Der Aufwand an Grauer Energie verschiedener Gebäudefassaden schwankt zwischen 1.000 und 2.000 MJ/m² - je nach A/V-Verhältnis und Glasflächenanteil (vgl. nebenstehende Tabelle). Dabei erstreckt sich der Energiebedarf der opaken Hüllelemente und der Dachflächen von 1.000 bis 1.800 MJ/m² (bzw. in Abhängigkeit vom A/V-Verhältnis von 200 bis 560 MJ/m² und von 220 bis 590 MJ/m²). Auf den Fensterflächenanteil fallen hingegen zwischen 40 und 60% des Gesamtverbrauchs an Grauer Energie an. Tabelle 3-5: Energiebedarf verschiedener Fenstertypen in Abhängigkeit vom Fensterflächenanteil und des A/VVerhältnisses V09-01 Sustainable Building Design Guidebook 3-5 Einführung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 3.3 Erneuerbare Energien Thema Ausführungsplanung Der Einsatz konventioneller Energieträger verursacht die bekannten ökologischen, wirtschaftlichen und sozialen Auswirkungen wie z. B. Treibhauseffekt oder Ressourcenknappheit. Um dem entgegen zu wirken unterstützt das Nachhaltige Bauen nicht nur die Reduzierung des Energiebedarfs, sondern fördert auch die Verwendung erneuerbarer Energien. Vergabe Strategien Grundlagenermittlung Vorentwurf Entwurf Betrieb Nutzung von Abwärme Einsatz von Wärmerückgewinnungsanlagen in Lüftungs- und Klimaanlagen. Nutzung von Abwärme. Erdwärmenutzung durch Verwendung von Geothermie oder Grundwasser in Kombination mit Wärmepumpen: Erdsonden. Energiepfähle. Erdkollektoren. Erd-Ansaugregister. Planung von Wärmeerzeugungssystemen, die Holz als Energieträger verwenden. Nahwärmeversorgung durch emissionsarme Hackschnitzelheizungen. Prüfung der Verwendung von Biomasse: Biomasse-Heizung. Errichtung von Solaranlagen (unter Berücksichtigung der Strahlungsverhältnisse): Solaranlagen zur Warmwassererzeugung (optimale Platzeriung der Kollektoren: nach Süden ausgerichtet (vice versa auf der Südhalbkugel) mit einer Neigung zwischen 30° und 45°). Photovoltaik-Module zur Stromerzeugung und Wärmeproduktion auf Dächern und an süd-orientierten Fassaden (vice versa auf der Südhalbkugel). Elemente Im Gegensatz zu solaren Systemen, die ein Mindestmaß an Sonneneinstrahlung erfordern, nutzen Erdwärme-Systeme die Wärme aus dem Erdreich um ein Gebäude zu heizen oder zu kühlen. Energiepfähle: Der Bau von Energiepfählen ist abhängig von den lokalen Bodenbedingungen, den benachbarten Bauten und der Lage des Grundwasserspiegels. Im Vergleich zu konventionellen Erdsonden ist der Einsatz von Erdsonden innerhalb von Pfahlfundamenten relativ kostengünstig. Jedoch ist die Leistung 3-6 Sustainable Building Design Guidebook V09-01 3 Einführung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb von Energiepfählen während der Wintermonate beschränkt, da die Fundamente frostsicher gegründet sein müssen und das Fundament nicht einfrieren darf. Erdsonden: Die Errichtung von Erdsonden bietet die Möglichkeit Heiz- und Kühlsysteme miteinander zu kombinieren. Während der Kühlbedarf durch einen geschlossenen Kreislauf sichergestellt werden kann, ist für Wärmenutzung die Unterstützung durch eine Wärmepumpe erforderlich. Die Systeme können entweder mittels Erdwärme oder Grundwasser betriebene werden. Jedoch ist die Nutzung von Grundwasser abhängig von der Lage des Grundwasserspiegels sowie von lokalen Anforderungen. Aus diesen Gründen kann die Planung und Errichtung dieser Systeme aufwändig und kostenintensiv ausfallen. Abbildung 3-6: Beispiel für Erdkollektoren Erd-Ansaugregister: Erd-Ansaugregister nutzen die temperaturausgleichende Eigenschaft des Erdreiches, welches ab einer Tiefe von ca. 1-2 Metern relativ konstante Temperaturen aufweist. Auf diese Weise kann die Zuluft einer Lüftungsanlage während der Wintermonate vorerwärmt und während der Sommermonate gekühlt werden. Das System eignet sich besonders zur Kombinierung mit Belüftungsanlagen, da die Temperatur der Zuluft, die mittels eines ErdAnsaugregisters vorgekühlt wurde, generell unterhalb der Raumtemperaturen liegt. Benchmark Energiepfahl Erdsonde Abbildung 3-5: Temperaturverteilung in 2000 m Tiefe und Solarstrahlungsangebot in Deutschland Die Wahl eines geeigneten erneuerbaren Energieträgers ist standortabhängig. Daher ist eine Analyse der örtlichen Gegebenheiten erforderlich. Wie die oben abgebildeten Karten zeigen eignet sich der Standort Süddeutschland sowohl für Sonnenenergie-, als auch für Erdwärmesysteme. V09-01 Sustainable Building Design Guidebook Abbildung 3-7: Energiepfähle und Erdsonden bedienen sich der Temperaturen des Erdreiches [Zimmermann 1999] 3-7 Einführung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Best Practice/ Siemens Produkte und Lösungen Abbildung 3-8: An der Fassade befestigte Photovoltaik-Anlage, Siemens, Erlangen, Deutschland. 3-8 Sustainable Building Design Guidebook V09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 4 Raumkomfort 4.1 Thermische Behaglichkeit 4.2 Optischer und akustischer Komfort 4.3 Raumluftqualität V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 4-1 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 4.1 Thermische Behaglichkeit Thema Grundlagenermittlung Die thermische Behaglichkeit der Nutzer wird durch das Zusammenspiel von Lufttemperatur, Oberflächentemperatur der Raumumgebungsflächen sowie Luftbewegung und relativer Luftfeuchtigkeit bestimmt. Jeder dieser Faktoren beeinflusst das Behaglichkeitsempfinden maßgeblich. Kleidung und Art der Tätigkeit sind ebenfalls zu berücksichtigen. Das Klimatisierungskonzept bestimmt die empfundene thermische Behaglichkeit und beeinflusst direkt die Leistungsfähigkeit der Gebäudenutzer. Vorentwurf Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Betrieb Strategien Entwurf Simulation Entscheidung Abbildung 4-1: Entwurfsprozess Raumlufttempratur ti (°C) 30 Grenzbereich und Auslegungskurve nach SIA 28 26 Verifizierung von Entwürfen mit Hilfe von Simulationen zu Luftströmungen und zu Raumlufttemperaturen. Optimierung des Wärmeschutzes der Gebäudehülle: Verwendung von Gläsern und Fassaden mit möglichst minimiertem UWert. Minimierung von verglasten Flächen. Einsatz effizienter Sonnenschutzsysteme (vgl. 4.2): Installierung außenliegender Systeme. Einsatz von automatisch geregeltem Sonnenschutz bis zu Windgeschwindigkeiten von 45 km/h. Anbringung von Strahlungssensoren zur automatischen Steuerung. Dezentrale Steuerung in Abhängigkeit der Tageslichtnutzung. Verwendung effizienter Heiz- und Lüftungssysteme. Bereitstellung direkt steuerbarer Wärmeverteilungssysteme. Auf Nutzungszonen abgestimmte individuelle Temperatursteuerung. Planung von auf unterschiedliche Nutzungszonen abgestimmte Heizkreise. Planung von Heizflächen an Außenwänden und vor Glasflächen. Vermeidung von Deckenverkleidungen um thermische Speichermassen zu nutzen. Einsatz energieeffizienter Geräte und Leuchten zur Reduzierung der internen Wärmelasten. Bereitstellung von Speichermasse zur Reduzierung von Temperaturschwankungen. Vermeidung übermäßig trockener oder feuchter Innenraumluft. 24 typische Auslegung 22 Elemente 20 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Aussentemperatur Tagesmaximum t amax (°C) Abbildung 4-2: Interpretationskurve und tolerierbare Grenzwerte für die Raumlufttemperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur nach SIA V382/3 [Zimmermann 1999] 4-2 Um eine hohe thermische Behaglichkeit zu erreichen, müssen die Anforderungen an Sonnenschutz, Blendschutz und Verglasung, das Heiz- und Lüftungssystem sowie an die Speichermasse des Gebäudes aufeinander abgestimmt werden. Simulationsrechnungen ermöglichen eine Optimierung der geplanten Systeme und sollten bereits während der Entwurfsphase zur Variantenuntersuchung eingesetzt werden. Die Ergebnisse dienen als Entscheidungskriterium für das weitere Vorgehen. SRE Sustainable Building Design Guidebook V09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Aussentemp. [°C] Zulufttemp. [°C] Rücklauftemp. D [°C] Infiltration [W/m2] Transmission [W/m2] Lüftung [W/m2] Int. Lasten [W/m2] Ext. Lasten [W/m2] Leistung Decke 120 100 28 80 21 60 14 40 7 20 0 0 04.08 03.08 02.08 01.08 31.07 -40 30.07 -14 29.07 -20 28.07 -7 2 Empfundene Temp. [°C] Vorlauftemp. [°C] 27.07 Temperatur [°C] 35 Raumlufttemp. [°C] Leistung [W/m ] 42 Abbildung 4-3: Raumtemperatursimulation Die empfundene Raumtemperatur setzt sich zusammen aus der mittleren Oberflächentemperatur der Umgebungsflächen und der Raumlufttemperatur. Starke Temperaturdifferenzen zwischen Raumumschließungsflächen und der Raumluft (Strahlungsasymmetrien) können zu Kaltluftabfall führen. Durch eine erhöhte Raumlufttemperatur können niedrige Oberflächentemperaturen teilweise ausgeglichen werden. Die Raumluftfeuchtigkeit hat im Behaglichkeitsbereich auf das Temperaturempfinden einen untergeordneten Einfluss. Bei einer Raumluftfeuchtigkeit von unter 35% wird die Staubentwicklung begünstigt und Kunststoffe können sich elektrostatisch aufladen. Eine hohe Luftfeuchtigkeit im Sommer wird als unangenehm schwül empfunden. Entscheidend beeinflusst wird die thermische Behaglichkeit durch den gewählten Sonnenschutz. Hierzu siehe Kapitel 4.2. Benchmark Raumtemperatur Temperaturdifferenz zwischen Raumluft und Raumumschließungsflächen Luftbewegung Relative Feuchte Im Sommer Im Winter 24 ±1,5 ° C 22 ±2,0° C ≤ 3,0° C ≤ 3,0° C Max. 0,19 m/s 0,16 m/s ≤ 70 % ≥ 30 % Tabelle 4-1: Empfehlungswerte bezüglich der thermischen Behaglichkeit V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 4-3 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 4.2 Optischer und akustischer Komfort Thema Bei der Bewertung der Arbeitsplatzqualität spielt der Anteil der natürlichen Belichtung eine große Rolle, da dieser sowohl die Gesundheit, wie auch die Leistungsfähigkeit des Menschen entscheidend beeinflusst. Um den Anteil an künstlicher Beleuchtung zu minimieren, ist es ein wichtiges Ziel alle Nutzungszonen optimal mit Tageslicht zu versorgen. Der Tageslichtanteil wird durch die Gebäudeorientierung auf dem Grundstück, die Verschattung durch das Gebäude selbst bzw. durch angrenzende Bauten sowie durch dieLandschaftsgestaltung und den Innenausbau bestimmt. Der Tageslichtquotient an einem bestimmten Ort im Raum dient als Maß für die Tageslichtqualität und wird durch das Zusammenwirken von Fensterabstand, Fenstergröße und Reflexionsgrad der inneren Oberflächen bestimmt. Ein zu hoher Tageslichtquotient kann zur Blendung und zu einem erhöhten Wärmeeintrag führen. Beides beeinflusst die Behaglichkeit negativ. Grundlagenermittlung Vorentwurf Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Betrieb Strategien Tageslichtfaktor [%] 18 16 a) Anordnung der Fenster c) 14 12 10 a) b) c) 8 6 4 b) 2 0 1 2 3 4 6 Raumtiefe [m] Abbildung 4-4: Fenstergestaltung und Tageslichtfaktor [LHM 1998] Die Abbildung veranschaulicht verschiedene Tageslichtfaktoren in Abhängigkeit von der Fensterpositionierung. Der wirkungsvollste Tageslichtfaktor wird durch eine Positionierung relativ weit in der Höhe erreicht. 4-4 Durchführung von Tageslichtsimulationen zur Entwurfsunterstützung. Tageslicht: Natürliche Belichtung in allen Nutzungszonen sicherstellen. Sichtbezug nach außen gewährleisten. Gestaltung der Fenster mit dem Ziel ein geeignetes Maß an Belichtung zu erzielen ohne übermäßigen Hitzegewinne oder –verlust zu fördern. Atrien oder Lichthöfe zur Tageslichtführung in innen liegende Bereichen. Verwendung von Oberlichtern zu Belichtung innen liegender Nutzungszonen. Wahl geeigneter Farben für Innenoberflächen: • Abnehmender Reflexionsgrad von der Decke zum Boden. • Lichtreflektierende Oberflächen um das Tageslicht zu innen liegenden Bereichen zu führen. Blendung: Vermeidung von Blendung durch die Gestaltung reflektionsarmer Oberflächen und direkter Lichtquellen, die in das Blickfeld strahlen. Verwendung geeigneter Sonnen- und Blendschutzsysteme. Raumweise und individuell regelbare Sonnen- und Blendschutzsysteme. Verwendung getrennter Sonnen- und Blendschutzsysteme, da normalerweise ein einziges System keine optimale Leistung bieten kann. Künstliche Beleuchtung (siehe Kapitel 6): Gleichmäßige Beleuchtung in allen Nutzungszonen. Leuchtstofflampen für Bürogebäude. Akustik: Schalldämmmaßnahmen gegen Außenlärm und haustechnische Installationen. Vermeidung hoher Nachhallzeiten zur Verbesserung der Sprachverständlichkeit. SRE Sustainable Building Design Guidebook V09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Elemente Sonnenschutz und Beschattungsmaßnahmen minimieren den Wärmeeintrag und schützen die Nutzer vor störender Blendung. Im Gegensatz zu starren Systemen können verstellbare an unterschiedliche Einstrahlverhältnisse und Umgebungsbedingungen angepasst werden. Unerwünschte und zu starke Verschattung kann somit vermieden werden. Die akustischen Verhältnisse in einem Raum werden bestimmt von der Lage im Gebäude, dem Außenlärm, der Schalldämmung der Gebäudehülle, der Geräuschentwicklung haustechnischer Anlagen, der Raumgröße und der Raumform, der Oberflächenbeschaffenheit der Raumbegrenzungsflächen und der Einrichtungsgegenstände. Eine besondere Rolle spielen die Art und die räumliche Verteilung schallabsorbierender und schallreflektierender Flächen. Die Raumakustik charakterisiert die Art der Schallausbreitung in Räumen. Die für einen bestimmten Raum geeignete Nachhallzeit hängt sowohl von seinem Volumen, als auch von seiner Nutzung ab. Für Büroräume wird eine gute Sprachverständlichkeit gefordert, die direkt von der Nachhallzeit bestimmt wird. Diese wiederum ist abhängig vom Raumvolumen und der Art der inneren Oberflächen. Benchmark Empfohlene Beleuchtungsstärken Archive Kopierräume, Verkehrszonen, Eingangsbereich Arbeitszimmern Konferenzräumen Farbreproduktionsindex Tageslichtdurchlassgrad für Glas Tageslichtquotient g-Wert für Glas g-Wert für Glas und Sonnenschutz Empfohlener Reflexionsgrad Decke Wände Arbeitsbereich Boden Lichtschwert Lichtlenklamellen 200 lx 300 lx 500 lx 500 lx ≥ 80,0 > 0,5 > 3,0 % 0,30 – 0,45 < 0,1 60 – 90 % 30 – 80 % 20 – 60 % 10 – 50 % Tabelle 4-2: Empfohlene Beleuchtungsstärken Prismenplatte Abbildung 4--5: Lichtsteuernde und lichtreflektierende Sonnenschutzvorrichtungen ermöglichen die Tageslichtführung in die Raumtiefe und führen zu einer bessern Tageslichtnutzung [Hausladen 2005] Empfohlene Nachhallzeiten: Arbeitszimmer 0,5 s Konferenzräume 0,6 – 0,9 s Tabelle 4-3 Empfohlene Nachhallzeiten V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 4-5 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 4.3 Raumluftqualität Grundlagenermittlung Thema Vorentwurf Energiesparendes Bauen führt zu hoch gedämmten und luftdichten Gebäuden. Aufgrund der hohen Luftdichtigkeit wird die Qualität der Innenraumluft maßgeblich durch die verwendeten Baustoffe bestimmt. Emissionen aus Bauprodukten können gefährliche und giftige Inhaltsstoffe enthalten, die die Innenraumluftqualität beeinflussen. Geringe Raumluftwechsel und Raumluftströmungen unterstützen die Anreicherung der Innenraumluft mit unerwünschten Substanzen. Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Betrieb Strategien Gebirge, Meer Verstädterte Bereiche mit hoher Außenluftqualität Verstädterte Bereiche mit durchschnittlicher Außenluftqualität Verstädterte Bereiche mit geringer Außenluftqualität Tabelle 4-4: Typische Außenluftqualität 0,05 dp 0,10 dp 0,20 dp 0,50 dp Berücksichtigung aller die Innenluft beeinflussender Aspekte, wie Außenluftqualität, Baumaterialien, technische Ausstattung und das Nutzerverhalten. Sicherstellung optimierter Luftwechselraten im Gebäudeinneren. Vermeidung von Materialien, die unerwünschte und giftige Inhaltsstoffe freisetzen (siehe Kapitel 8). Vermeidung von Schwebstäuben. Vermeidung mikrobiologischer Verunreinigung durch Bakterien, Schimmelpilze. Berücksichtigung der Luftqualität während des Planungsprozesses: Festlegung von Zielvorgaben bezüglich der Raumluftqualität in frühen Planungsphasen. Integration des Themas Raumluft in das Auswahlverfahren bei Architekturwettbewerben. Bewertung der Material-, Anlagen- und Gebäudekonzepte unter Berücksichtigung der Zielvorgaben für Raumluftqualität. Optimierung von Material, Anlagen- und Gebäudekonzepten entsprechend der Zielvorgaben für Raumluftqualität. Ausführungsvergabe unter Berücksichtigung der Zielvorgaben für Raumluftqualität. Überwachung der Einhaltung der Zielvorgaben für Raumluftqualität während der Ausführung. Prüfung der Zielvorgaben für Raumluftqualität während der Abnahme des Bauwerks. Elemente In Innenräumen gibt es für die Vielzahl der Verunreinigungen unterschiedliche Quellen. Diese werden zum Teil durch die Außenluft eingetragen oder stammen aus Quellen im Innenraum. In der nachfolgenden Tabelle sind mögliche, durch Bauprodukte bzw. bauliche Anlagen bedingte Raumluftverunreinigungen und ihre Herkunftsquellen aufgeführt. Unzureichend toxikologische Kenntnisse für zahlreiche Substanzen sowie unterschiedliche Nutzungsbedingungen erschweren die Vorgabe von Planungsrichtlinien. Deshalb muss bei den in Innenräumen eingesetzten Baustoffen, und Ausstattungsgegenständen besonders sorgfältig auf mögliche schädliche Emissionen geachtet werden. 4-6 SRE Sustainable Building Design Guidebook V09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Substanzklassen Stäube Kohlenmonoxid Radon Formaldehyd (HCHO) Flüchtige organische Verbindungen (VOC): Alkane Aromate Aldehyde (o. HCHO), Ketone Ester Alkohole Terpene Glycole Flexibiliser Biocides Polycyclic aromatic hydrocarbon Quelle (Bauprodukte bzw. bauliche Anlagen) Abrieb von Fußböden, z. T. weichmacherhaltige Dämmstoffe, Verarbeitung von Bauprodukten Defekte oder schlecht eingestellte Heizungsanlagen Baugrund Holzwerkstoffe, säurehärtende Lacke Lösemittelhaltige Produkte, wie Farben und Lacke, Fußbodenkleber, Teppichböden Besonders sog. Biofarben Hölzer Abbeizer PVC-Böden, -Tapeten Holzschutz, Topfkonservierer Estriche, Fußbodenkleber auf Teerbasis Abbildung 4-6: Raumluftmessung Tabelle 4-5: Exemplarische Zusammenstellung verschiedener Verunreinigungen sowie ihre Quelle Aufgrund der Menge sowie der Komplexität in der Raumluft vorhandener Verunreinigungen wird empfohlen circa zwei bis drei Monate nach der Fertigstellung eine Untersuchung der Raumluftqualität durchzuführen. Diese gewährleistet, dass Beurteilungswerte für Schadstoffe nicht überschritten werden. Generell sind Konzentrationen von krebserregenden VOCs unerwünscht und müssen ausgeschlossen werden. Gesundheitsbasierte Richtwerte müssen eingehalten werden – dies gilt auch bei einer TVOC Belastung unter 1000 µg/m³. Darüber hinaus ist eine Geruchsbelastung nicht zu tolerieren. Da Gerüche jedoch subjektiv empfunden werden, wird empfohlen gemäß EN ISO 7730 mindestens 85% der Gebäudenutzer hinsichtlich der geruchlichen Situation zufrieden zu stellen. Beim Betrieb von Klima- oder Lüftungsanlagen ist darauf zu achten eine mittlere CO₂Konzentration von 1.000 ppm sowie eine Spitzenkonzentration von 1.500 ppm nicht zu überschreiten. Benchmark Substanzen Anorganische Stoffe CO₂ CO NOx O₃ Organische Stoffe Formaldehyd PCB (Polychlorierte Biphenyle) VOC (Flüchtige organische Verbindungen) Empfehlungswerte < 0,1 0% 1,50 mg/m³ (8 h- Mittelwert) < Außenluftkonzentration 100 – 120 µg/m³ (8 h – Mittelwert) 0,05 – 0,10 ppm (62 – 123 µg/m³) 0,30 µg/m³ 0,20 – 0,30 mg/m³ für den Gebäudebestand 1,00 – 3,00 mg/m³ für Neu- und Sanierungsbauten Tabelle 4-6: Empfehlungswerte für verschiedene anorganische und organische Stoffe V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 4-7 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Best Practice/ Siemens Produkte und Lösungen Abbildung 4-7: Tageslichtnutzung in Verkehrszonen mittels Deckenbeleuchtung und Glasbauteile, Siemens, München, Deutschland Abbildung 4-8: Tageslichtnutzung innerhalb von Verkehrszonen, Siemens, München, Deutschland 4-8 SRE Sustainable Building Design Guidebook V09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 5 Gebäudetechnik V09-01 5.1 Heiz- und Warmwassersysteme 5.2 Lüftungssysteme 5.3 Kühlsysteme SRE Sustainable Building Design Guidebook 5-1 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 5.1 Heiz- und Warmwassersysteme Thema Grundlagenermittlung Vorentwurf Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Betrieb Der Energieverbrauch von Heiz- und Kühlanlagen beläuft sich auf ca. 6,7% des weltweiten Gesamtenergiebedarfs. Die zunehmende Umsetzung nachhaltiger Bauweisen könnte diesen Energieaufwand um durchschnittlich 2,35% senken. Die Prinzipien des Nachhaltigen Bauens unterstützen die Optimierung der Gebäudesysteme zur Verringerung der Wärmeverluste und vermeiden aufwändige Heizungssysteme. Trotzdem müssen in vielen Regionen der Erde aktive Heizsysteme installiert werden, um während der Wintermonate komfortable Raumtemperaturen gewährleisten zu können. Zur Erzielung optimaler Leistung empfiehlt sich daher eine Kombination aus konventionellen Anlagen (wie z. B. eines Brennwertkessels) und innovativen Systemen, da diese bedeutende Einsparungen erzielen können. Strategien Tiefe [m] 0 5 Februar Mai 10 August November tieferer Untergrund 15 20 50 100 200 300 400 0 5 10 15 20 Temperatur [°C] Abbildung 5-1: Temperaturverteilung im Erdinneren [StMLU 2003] Ab einer Tiefe von ca. 15 m herrschen ganzjährig gleichmäßige Temperaturen. Aus diesem Grund eignet sich das Erdreich besonders als Wärme- bzw. Kältequelle von Heiz- und Kühlsystemen. 5-2 Strategien zur Wärmeerzeugung Nutzung erneuerbarer Energien: Erdwärme (Erdkollektoren, Erdsonden, Energiepfähle, Erd-Register). Grundwasser (siehe Erdwärme). Holz (Hackschnitzelheizung). Sonnenenergie (Solarkollektoren). Systemkombinationen zur Strom- und Wärmeproduktion (siehe Kaptitel 6.1): Blockheizkraftwerk. Strategien zur Wärmeverteilung Zentralheizung: Zur Warm-Wasser Erzeugung, für den Fall, dass erneuerbare Energien eingesetzt werden (siehe oben). Zur Beheizung. Dezentrale Heizsysteme: Zur Warm-Wasser Erzeugung in Bürogebäuden. Verwendung dezentraler Boiler, die Wasser nur auf Nachfrage erhitzen. Fernwärmenetz: Blockheizkraftwerk: • Vorteile: sehr hoher Wirkungsgrad, geringe globale Emissionslasten, kombinierbar mit Erdwärmesystemen. • Nachteile: nicht kombinierbar mit Solarkollektoren. Wärmeübergabesysteme: bevorzugte Systeme mit niedrigen Vorlauftemperaturen Radiatoren (Flächen-/ Glieder-/ Röhrenradiatoren): Standardanlage. Konvektoren: kostengünstiger aufgrund schnellerer Vorheizung; dafür wartungsaufwändig; mögliche Beeinträchtigung der Luftqualität. Flächenheizung (Decken-/ Fußboden-/ Wandheizung); schlechte Zugänglichkeit (Wartung); hauptsächlich verwendet in Eingangshallen; SRE Sustainable Building Design Guidebook V09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Elemente Erdsonde Wärmepumpe Unter den Anlagen, die von erneuerbaren Energien angetrieben werden, nehmen Wärmepumpen einen hohen Stellenwert ein. Man setzt sie bei Systemen ein, die unter Nutzung von Luft, Wasser oder Erdwärme Energie erzeugen. Wärmepumpen werden mit elektrischem Strom betrieben. Bei der Wahl einer richtigen Wärmebzw. Energiequelle sowie der Wahl der effizientesten technischen Lösung sind Faktoren wie Untergrundverhältnisse, Hydrologie und Platzbedarf auf dem Grundstück zu prüfen. Der Betrieb einer Hackschnitzelheizung erfordert die Installierung eines Boilers, eines Silos, einer Hackschnitzelförderung sowie eines Kamins. Im Vergleich zu konventionellen Öl- und Gasheizungen muss bei Hackschnitzelheizungen mit einem erhöhten Unterhaltsaufwand gerechnet werden, da die Lagerung der Brennmaterialien mehr Platz beansprucht und eine intensivere Wartung und Überwachung als bei konventionelle Heizanlagen erforderlich ist. Der Einsatz von Solarkollektoren zur Warm-Wasser Erzeugung ist aus ökologischer und ökonomischer Sicht zu empfehlen. Während der Sommermonate können Solarkollektoren den gesamten Warm-Wasser Bedarf eines Bürogebäudes decken. Die Leistung eines solchen Systems hängt von der Ausrichtung der Kollektorfläche ab. Optimale Ergebnisse werden mit einer Neigung von ca. 45° bei südlicher Ausrichtung (vica versa südliche Halbkugel) erzielt. Eine Verschattung der Kollektoren durch Bäume oder umliegende Bauten ist zu vermeiden. Abbildung 5-2: Typische Arbeitsweise einer Wärmepumpe Kollektor ELT HZG Speichertank Warmwasser Abbildung 5-3: Schema einer Heizanlage mit Solarkollektoren Benchmark Vorteile Nachteile System- Zentrale Warm-Wasser Kombinierbar mit Systemen, Hohe Wärmeverluste temperaturen Erzeugung die mittels erneuerbarer Komplexe Leitungsführung Systemdruckunter- Energien betrieben werden Hoher Energieaufwand für Standby-Zeiten schied Gefahr der Bildung von Legionellen Heizleistung Dezentrale Warm- Keine Wärmeverluste Nutzung erneuerbarer Energien nicht Wasser Erzeugung einfache Leistungsführung möglich 55/40°C ∆p ≤ 20 kPa < 30 W/m² Tabelle 5-3: Empfehlungen für Heizsysteme Tabelle 5-1: Vor- und Nachteile zentraler und dezentraler Systeme zur Warm-Wasser Erzeugung normierter Wirkungsgrad Spezifische Vorlauf-Temperatur Leistung [W/m²] [°C] Fußbodenheizung 40 - 50 30 - 35 Deckenheizung 30 - 60 Flachheizkörper Radiatoren Regelbarkeit Strahlung/ Einstrahlung 1,0 Konvektion 0,9 gering 90 / 10 0,7 30 - 35 gut 100 / 0 75 35 - 55 gut 70 / 30 75 45 - 65 gut 50 / 50 800 W/m² 0,8 400 W/m² 800 W/m² 0,6 Konvektoren 75 60 - 90 gut 20 / 80 Induktionsgeräte 75 30 - 60 gut 0 /100 Luftheizungen 50 30 - 40 gut 0 / 100 Tabelle 5-2: Eigenschaften verschiedener Wärmeübergabesysteme [Hausladen 2005] V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 0,5 Flachkollektor 0,4 400 W/m² 800 W/m² 0,3 0,2 Arbeitsbereich eines Kollektors 0,1 0,0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 Temperaturdifferenz Außentemperatur/Kollektortmperatur [m²K/W] Abbildung 5-4: Wirkungsgrad von Solarkollektoren [Universität Stuttgart, Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW)] 5-3 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 5.2 Lüftungssysteme Grundlagenermittlung Thema Vorentwurf Eine natürliche Lüftung ist, wenn es die Randbedingungen zulassen, dem Einsatz einer Lüftungsanlage vorzuziehen. Jedoch ist es oftmals notwendig aufgrund von schlechter Außenluftqualität oder auch einer erhöhten äußeren Lärmbelastung den Einsatz von Lüftungsanlagen zu planen. Auch bei erhöhten inneren Wärmelasten kann eine mechanische Lüftung erforderlich werden. Bei der Wahl des Lüftungssystems (natürlich oder mechanisch) hat die Sicherstellung von Behaglichkeit und Wohlbefinden der Nutzer oberste Priorität. Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Betrieb Strategien Abbildung 5-5: Außenansicht einer Luftbox mit dezentraler Belüftung mittels Wärmetauscher An eine Wärmepumpe gekoppelte Heizsysteme (siehe 5.1) können in Kombination mit einem Lüftungssystem zum Heizen und Kühlen verwendet werden. Natürliche Belüftung: abhängig von Lärmbelastung und Luftverunreinigung: Querlüftung: abhängig von Windgeschwindigkeiten und Fensterflächen. Geschoßlüftung (z. B. Kaminlüftung): abhängig von den Raumhöhen. Witterungsgeschützte Fassadensysteme zugunsten natürlicher Belüftung. Belüftungsanlagen gegenüber Klimaanlagen bevorzugen, das bei gleicher Luftwechselrate ein geringerer Energieaufwand notwendig ist. Anordnung von Luftzufuhrschächten auf Dachniveau. Anwendung von Luftfilterung zur Vermeidung einströmender Kleinstpartikel. Sorgsame Positionierung von Zulüftöffnungen: Bevorzugt in beschatteten Bereichen Mindestens drei Meter über der Erdoberfläche. Nicht in der Nähe von Abluftöffnungen oder verunreinigten Bereichen. Verwendung von zentralen Lüftungsanlagen mit Wärmetauscher. Elemente In sehr gut wärmegedämmten Gebäuden können die Wärmeverluste durch Lüftung die Transmissionswärmeverluste übersteigen. Aus energetischer Sicht kann durch eine kontrollierte Lüftung mit Wärmerückgewinnung bis zu 70 % der Wärme aus der Abluft zurück gewonnen werden und somit die Wärmebilanz eines Gebäudes verbessert werden. Abbildung 5-6: Innenansicht einer Luftbox mit dezentraler Belüftung mittels Wärmetauscher Fortluft Ventilator Abluft wird abgekühlt Filter Abluft Büro Wärmerückgewinnung Außenluft Erdregister Filter Außenluft wird erwärmt Ventilator Zuluft Büro Abbildung 5-7: Schematische Darstellung einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung und Luftvorwärmung über ein Erdregister. Im Winter kann das Erdreich als Wärmetauscher genutzt werden [LHM 1998]. 5-4 SRE Sustainable Building Design Guidebook V09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Lüftungssysteme sind in Räumen mit hohen inneren Wärmelasten, wie sie z. B. in Rechenzentren oder auch in Besprechungsräumen auftreten, oftmals nicht ausreichend. In diesen Räumen kann es daher sinnvoll sein, das Lüftungssystem mit einer Kühldecke zu kombinieren (siehe Kapitel 5.3). Fortluft Außenluft Kühldecke Temperatur [°C] Kühlventil 35 T Raumtemperaturfühler mit Regler Thermostatventil Taster Lüftung Umwälzpumpe Aus Ein Quellluftauslaß 30 25 20 Abbildung 5-8: Lüftungssystem in Kombination mit einer Kühldecke 15 Bei Anwendung der natürlichen Lüftungsstrategien sollte die Möglichkeit einer Nachtlüftung geprüft werden. Denn nur während der Nacht und in den frühen Morgenstunden bedeutet frische Luft auch kühle Luft. Sobald die Außentemperaturen die Innentemperaturen übersteigen, wärmen sich die Speichermassen des Gebäudes auf (siehe dazu Abbildung 5-7). Die Speichermassen wirken temperaturausgleichend. Es gilt: je größer die Speichermasse, desto gleichmäßiger die Innentemperaturen. 28. Juli 29. Juli 30. Juli 31. Juli Außentemperatur ta natürliche Lüftung: Tag 100%, Nacht 0 natürliche Lüftung: Tag 0, Nacht 10% (Kippflügel) Abbildung 5-9: Natürliche Belüftung: Tageslüftung im Vergleich zu Nachtlüftung [Zimmermann 1999] Benchmark System Wärmetauscher Wärmerückgewinnungsgrad Hinweis Plattenwärmetauscher 45-65% wartungsarm Kreislaufverbundenes System 40-70% geringer Platzbedarf Wärmerohr 35-70% industrielle Anwendung Rotationswärmetauscher 65-80% Geruchsübertragung möglich Abluftwärmepumpe systemabhängig Wärmerückgewinnung bei Abluftanlage möglich Tabelle 5-4: Übersicht verschiedener Systeme zur Wärmerückgewinnung V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook Einzelbüro 40 m³/h Gruppenbüro 60 m³/h Konferenzräume, 20 m³/h Verkehrszonen Schulungsräume 30 m³/h Tabelle 5-5: Personenbezogene, minimale Außenluftströmung (100% Frischluft) 5-5 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 5.3 Kühlsysteme Thema Grundlagenermittlung Vorentwurf Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Betrieb In vielen Klimazonen der Welt können angenehme Innenraumtemperaturen nicht allein durch die Anwendung natürlicher und passiver Strategien erreicht werden. In diesen Fällen ist zur Sicherstellung angenehmer Temperaturverhältnisse die Ergänzung durch aktive Systeme notwendig. Trotzdem sollte Wert darauf gelegt werden, zunächst die Möglichkeiten passiver Systeme zu nutzen, da sich diese aufgrund des geringeren Energieaufwands aus wirtschaftlicher Sicht als vorteilhaft erweisen ohne die Qualität der Innenraumluft zu beeinträchtigen. In einigen Ländern, wie z. B. der Schweiz, muss der Einsatz mechanischer Kühlung auf ein Minimum reduziert werden um speziellen Anforderungen in Bezug auf den Energieverbrauch zu erfüllen [Zimmermann 1998]. Strategien Strategien zur Kälteerzeugung: Nutzung erneuerbarer Energien: z. B. können alle Systeme, die mit einer Nutzungsart geringe mittlere hohe Lasten Lasten Lasten Wärmepumpe arbeiten, auch für Kühlzwecke eingesetzt werden. Wh/m²d Wh/m²d Wh/m²d Empfehlenswerte Kühlstrategien: Einzelbüro 126 178 203 Passive Kühlung: Gruppenbüro 171 196 228 Nachtauskühlung (mittels Fensterlüftung oder Belüftungsanlage). Großraumbüro 173 200 227 Kältestrahlung von massiven Bauteilen (Kältespeicher). KonferenzVerdunstungskühlung: Kühltürme. 225 raum Freie Kühlung (auch in Kombination mit anderen Systemen). Auditorium 720 Solare Kühlung in Kombination mit Absorptionskälteanlagen. Kantine 205 Erdkälte: Erdluft-Register (siehe Kapitel 3.3 und 5.1). Grundwasserkühlung. Tabelle 5-6: Vermeidung aktiver Kühlanlagen, die durch Strom betrieben werden. Tägliche interne Wärmegesamtlasten in [Wh/d] gemäß der SWKI Richtlinie 95-3 Strategien zur Kälteverteilung: [Zimmermann 1999] Zentrale Anlagen unter Einbezug erneuerbarer Energien. Einsatz dezentral gelegener Anlagen, falls die Kühlung nur in bestimmten Räumen erforderlich ist. Fernkälteanlagen (vgl. 5.1 Fernwärmesystem). Leistung [W/m²] Strategien bezüglich Kälteübergabesystemen (siehe Tabelle): 25 Beachtung der Taupunktunterschreitung bei der Wahl des Systems. 20 Beachtung der Vorlauftemperaturen zur Verringerung der Wärmeverluste. 15 Garantie guter Regelbarkeit. Bereitstellung hoher Kühlleistung (guter Wirkungsgrad). 10 Beachtung der Geräuschentwicklungen der verschiedenen Systeme. 5 0 Elemente Tageszeit Abbildung 5-10: Typischer Tagesgang der internen Wärmelasten in Bürogebäuden (220 Wh/d) [Zimmermann 1999] 5-6 Die eingesetzten Kühlsysteme müssen in ein raumklimatisches Gesamtkonzept integriert werden, um das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten genau aufeinander abstimmen zu können. Hierfür dient die Durchführung von Simulationen. SRE Sustainable Building Design Guidebook V09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Decke Betondecke Putz 3 cm 50% offene Decke Kühldecken (optional) Kühldeckenfläche 50% der Bürofläche qk = 80 W/m2 Systemtemperatur 18/20°C Vorlauftemperatur nach Außentemperatur Beleuchtung Abgehängte Leuchten qBL = 10 W/m2 Beleuchtungsstärke= 500 Lux Beleuchtungsschaltung über Bus Tageslichtabhängiges Steuerungssystem Tageslichtfühler Temperaturen in [°C] Lamellen-Jalousie Handsteuerung elektrisch über Bus Zentrale Steuerung Sommer über Tageslichtfühler Wochenende/ Feiertage geschlossen Zentrale Steuerung im Winter Nachts/ Wochenende geschlossen Mechanische Belüftung Vs = 1,50 m3/hm2 Zonenregelung I 0 Raumsteuerung Taster Jalousie auf/ab Beleuchtung reihenweise an/aus 35 Raumlufttemperatur ohne Nachtluftwechsel 30 25 Raumlufttemperatur mit Nachtluftwechsel 20 Wetterschutzscheibe g = 0,82 Raumnutzung 2 Personen = 6 W/m2 2 PC mit TFT-Bildschirm, 1 Drucker = 10 W/m2 15 Außenlufttemperatur Nachtauskühlungs Fenster Natürliche Belüftung flügel Natürliche Belüftung nachts Verglasung Witterungsg < 0,40 2 geschützt UG = 1,20 W/m K Fenster, Rahmen RMG 2.1 10 Simulationszeitraum vom 25.07 - 17.08.1995 Abbildung 5-12: Simulation eines thermoaktiven Deckensystems Brüstung Uw < 0,25 W/m2K Heizung Heizkörper mit großem Strahlungsanteil an jeder Achse Abbildung 5-11: Büromodul mit allen Randbedingungen Benchmark Kompressionskältemaschine Absorptionskältemaschine Kältespeicher Freie Kühlung Solare Kühlung Erdkälte Grundwasserkühlung Vorteile Lange Erfahrung Beliebige Systemtemperaturen schwingungsarm, geräuscharm Nachteile Geringe Laufruhe Wirkungsgrad abhängig von der Verdichterart wirtschaftlich abhängig von Wärmeenergie Große Rückkühlleistungen Abmessungen Abmessungen/ Platzbedarf Kleinere Bemessung der Kältemaschine möglich Nutzung Kälteenergie der Außenluft Nutzung Sonnenenergie Außentemperaturabhängig Nutzungsdauer Verbund mit Absorptionskälteanlagen höhere Kosten Relative hohe Vorlauftemperaturen Ausgleich der Energieflüsse im Erdreich Wasserrechtlich genehmigungspflichtig Nutzung Kälteenergie des Erdreichs Nutzung Kälteenergie des Grundwassers Abbildung 5-13: Gebäudekühlung mittels Kühlsegeln, Siemens, München, Deutschland Tabelle 5-7: Bewertung verschiedener Kühlsysteme Kühlleistung Vorlauf- [W/m²] temperatur [°C] Regelbarkeit Kälteabgabe Kühldecke 80 - 120 10 - 16 sehr gut Strahlung Thermoaktive 35 - 45 16 - 20 gering Strahlung Fallstromkühlung 60 - 100 6 - 10 gut Konvektion Kompressionskältemaschine Induktionsgeräte 60 - 100 6 - 10 gut Konvektion Absorptionskältemaschine Umluftkühlgeräte 80 - 120 6 - 10 sehr gut Konvektion Solare Kühlung Klimaanlagen 80 - 100 6 - 10 gut Konvektion Erdwärme Decke COP Tabelle 5-8: Typische Eigenschaften von Kälteübergabesystemen V09-01 4 1 0,7 5 Tabelle 5-9: Verschiedene COP-Werte (Coefficient of Performance) SRE Sustainable Building Design Guidebook 5-7 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Best Practice/ Siemens Produkte und Lösungen Durch die Investition in ein Blockheizkraftwerk basierend auf einer Siemens Gasturbine kann eine stabile und zuverlässige Versorgung mit Strom und Heizwärme bzw. Kühlleistung garantiert werden. Während der hohe Wirkungsgrad eines Siemens Gasturbinen-Wärmekraftwerkes die Energiekosten erheblich reduziert, minimiert die Einfachheit der Anlage die Betriebsund Wartungsaufwendungen. Darüber hinaus erlaubt der geringe Emissionsgrad sowie die ruhige und einfache Betreibung der innovativen Siemens Gasturbinenkraftwerke die Förderung einer sauberen Umwelt. Abbildung 5-14: Beispiel eines modernen Gasturbinenkraftwerkes: SGT 300 Power Generation – Packaged power generator unit Abbildung 5-15: Gebäudefassade mit integrierten Belüftungsschachlitzen zur Nachtauskühlung, Siemens, München, Deutschland 5-8 SRE Sustainable Building Design Guidebook V09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 6 Elektrische Systeme 6.1 Alternative Stromerzeugung 6.2 Beleuchtungssysteme V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 6-1 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 6.1 Alternative Stromerzeugung Grundlagenermittlung Thema Vorentwurf Die Wahl eines passenden Systems zur Stromerzeugung sollte unter Berücksichtigung des Strombedarfs, der Investitions- und Betriebskosten sowie der Sicherheit und der Umweltauswirkungen getroffen werden. Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Strategien Betrieb Verfahren zur Ergänzung der konventionellen Stromversorgung Blockheizkraftwerk: • Zur Erzeugung von Strom und Wärme. • Wirtschaftlich zu betreiben ab einer Betriebszeit von 5000h/a. Brennstoffzellen: • 40 – 70%-iger Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung. • Nutzung der Abwärme für Heizzwecke. Photovoltaik-Anlagen: • Leistung der Module abhängig vom jährlichen Sonnenangebot sowie des Neigungswinkels der Elemente. • Positionierung abhängig von geographischer Lage und Jahreszeit. Wahl der Betriebsart Netzunabhängige Stromversorgung mittels eines nachladbaren Akkus zur Stromspeicherung: • Für Bürobauten unwirtschaftlich. Netzgebundene Stromversorgung: • Benötigung eines Durchflussreglers als Zusatzausstattung. Gewährleistung ununterbrochener Stromversorgung durch die Integration von sog. „Battery-Back-Up-Units“ (BBU). durch die Integration ununterbrechbarer Installationen: • Batterien/ Akkus, die im Falle des Stromausfalles einen Stromwechselrichter einsetzen. • Netzüberbrückungssysteme. Elemente Standardmodul Isolierglasmodul Trapezblech-Dach Dachdichtungsbahn 100 kWh/ m²a 60 – 80 kWh/ m²a 45 kWh/ m²a 30 – 40 kWh/ m²a Abbildung 6-1: Verschiedene Gebäudeteile mit Solarzellen und ihre jährliche Leistungsausbeute [Voss 2005] 6-2 SRE Sustainable Building Design Guidebook V09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Abgabe Wärmegrundlast Nahwärme 80-90°C Speicher Spitzenlastkessel Generator Wärme Otto- oder Dieselmotor/ tauscher Brennstoffzelle Kühlwasser + Schmieröl 80-90°C Stromnetz Abbildung 6-2: Layout eines Nahwärmenetztes mit integriertem Block-Heiz-Kraftwerk [Hausladen 2005] Blockheizkraftwerke arbeiten mit einem Diesel- oder Ottomotor, der einen Generator antreibt. Daneben können auch Motoren eingesetzt werden, die Erdgas, leichtes Heizöl oder Deponie- und Biogas als Brennstoffe verwenden. Auf einem hohen Temperaturniveau kann neben Strom auch Wärme erzeugt werden, indem die bei der Verbrennung entstehende Abwärme des Motors über einen Abgaswärmetauscher und Kühlwasserwärmetauscher zurück gewonnen wird. Im Normalfall werden Block-Heiz-Kraftwerke bei überwiegender Nutzung durch Bürogebäude auf 50% der maximalen Heizlast ausgelegt, so dass circa 80% der Gesamtwärmeerzeugung gedeckt werden können. Spitzenleistungen können durch Ergänzung mit konventionellen Heizkesseln mit niedriger Jahreslaufzeit erreicht werden. Benchmark Die Anbringung von Photovoltaik-Anlagen zur Stromerzeugung eignet sich innerhalb von Regionen, die durch hohe Einstrahlungswerte begünstigt sind. Kraftwerksart Energetischer Wirkungsgrad in % Kernkraftwerke 34 Gasturbinenkraftwerke 38 Kohlekraftwerke Gas-/ Dampfturbinenkraftwerke Kraft-Wärme-Kraftwerke Wasserkraftwerke 42 55 - 60 80 85 - 90 Tabelle 6-1: Wirkungsgrad verschiedener Kraftwerkstypen [Hausladen 2005] V09-01 Abbildung 6-3: Potentiell mögliche Stromerzeugung aus Photovoltaik; 100 kWh/m²a (blau) – 300 kWh/m²a (rot) [www.bine.info/magazine.de] SRE Sustainable Building Design Guidebook Abbildung 6-4: Globale Stromerzeugung aus Photovoltaik; [www.bine.info/magazine.de] 6-3 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 6.2 Beleuchtungssysteme Grundlagenermittlung Thema Vorentwurf Zur Einhaltung der energetischen Anforderungen ist eine Optimierung der Tageslichtnutzung und der künstlichen Beleuchtung erforderlich. Mit Hilfe eines Beleuchtungskonzeptes können die Nutzeranforderungen erfasst und durch die Planer umgesetzt werden. Die inneren Oberflächen (Material, Farbwahl) haben einen großen Einfluss auf den Reflexionsgrad. Durch die abgestimmte Wahl des Beleuchtungssystems und der Farben für innere Oberflächen werden erforderliche Lichtqualitäten für alle Nutzungen sichergestellt. Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Betrieb Strategien Fahrstühle, Pumpen, … Diverse Technik 14% Steckdose Bürogeräte 19% Belüftung/ Kühlung Raumlufttechnik 22% ZentraleDienste Dienste Zentrale 17% Beleuchtung Beleuchtung 28% Abbildung 6-5: Aufteilung des Elektrizitätsverbrauchs in Bürogebäuden Gleichmäßige Beleuchtung unterstützt ermüdungsfreies Arbeiten. Arbeitsplatzgerechter Beleuchtung, z. B. Verwendung von Stehlampen mit individueller Regelung bei Standardbüroarbeitsplätzen. Automatischer Beleuchtungskontrollsysteme: Bewegungs- oder Geräuschmelder. Tageslichtfühler (photosensitive Zellen). Zeitschaltuhren. Leuchtstärkenregelung (Dimmfunktion). Optimale Tageslichtnutzung führt zur Einsparung von 30 bis 50% des Energieverbrauches der künstlichen Beleuchtung. Planung einer Grundbeleuchtung, unterstützt durch zusätzliche Lichtquellen in Bereichen mit erhöhten Anforderungen: Platzierung der Beleuchtungssysteme parallel zur Fassade. Einführung von zonierten Schaltungsmöglichkeiten. Verwendung von energieeffizienten Lampen: Einsatz langlebiger Lampen. Vermeidung von Leuchtstoffmitteln mit geringem Wirkungsgrad. Verwendung energiesparender Vorschaltgeräte bei Installierung von Leuchtstofflampen. Elemente Abbildung 6.7: Beleuchtungssimulation [LHM 1998] Abbildung6-6: Beispiel Stehlampe: “Sitecoleuchte” 6-4 SRE Sustainable Building Design Guidebook V09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Der Anteil der Energie, die für die künstliche Beleuchtung von Bürogebäuden verwendet wird, beträgt ca. 30% des Gesamtenergiebedarfs. Nachhaltigkeitsprinzipien unterstützen Beleuchtungskonzepte, bei welchen die künstliche Beleuchtung nur als Ergänzung zur natürlichen Belichtung eingesetzt wird. Es ist zu beachten, dass der erforderliche Tageslichtquotient mit zunehmender Entfernung zum Fenster abnimmt. Daher ist in bestimmten Bereichen die Bereitstellung zusätzlicher Beleuchtung mit individueller Regelung unverzichtbar. Abbildung 6-8: Beispiel Stehlampe Benchmark Raumnutzung Büro (inkl. CAD-Platz) Bereiche für technisches Zeichnen Besprechungs räume Eingangshalle Verkehrszonen Beleuchtungs niveau in (lux) 500 750 500 300 300 19 16 19 22 19 80 80 80 80 80 UGRL (Blendfaktor) Durch Zonierung der Arbeitsplätze können Stehlampen wirkungsvoller eingesetzt und mit Nutzerkontrolle ausgestattet werden Ra (Farbwiedergabeindex) Abbildung 6-9: Tiefstrahlende Spiegelrasterleuchten (BAPLampe); Hochglanz [BfK 1992] Tabelle 6-2: Optimale Beleuchtungsverhältnisse gemäß EN 12464-1 [OSRAM light consulting GmbH] Empfohlenes Beleuchtungssystem Geeignete Leuchten und Lampen Allgemeinbeleuchtung, direkt-indirekt strahlend Leuchten an Pendeln, nach oben freistrahlend, unten Raster Leuchtstoffröhren Arbeitsplatzorientierte Allgemeinbeleuchtung, indirekt strahlend Allgemeinbeleuchtung indirekt strahlend Ständer- oder Tischleuchten Abbildung 6-10: Tief-breit strahlende Spiegelrasterleuchten; Seidenmatt [BfK 1992] Halogen-Metalldampflampen Kompakt-Leuchtstofflampen In Gruppenbüros und Großraumbüros: Leuchten in oder an der Decke mit tief-breit-strahlenden Spiegelraster In Zellenbüros (Ausdehnung ≤ 5 m): Leuchten in oder an der Decke mit weißen Rastern oder lichtstreuenden Acrylglas-Abdeckungen Abbildung 6-11: Direkt-indirekt-strahlende Pendelleuchten mit Spiegelraster [BfK 1992] Tabelle 6-3: Geeignete Lampen und Leuchten für Bürogebäude in Abhängigkeit vom Beleuchtungssystem [BfK 1992] Abbildung 6-12: Arbeitsplatz-orientierte Indirektbeleuchtung mit Ständerleuchten für HochdruckEntladungslampen [BfK 1992] V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 6-5 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Best Practice/ Siemens Produkte und Lösungen Abbildung 6-13: Künstliche Beleuchtung unter Verwendung von Stehlampen und Deckenreflektoren, Siemens, München, Deutschland Abbildung 6-14: Künstliche Beleuchtung unter Verwendung von Stehlampen, Siemens, München, Deutschland 6-6 SRE Sustainable Building Design Guidebook V09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 7 Wasser 7.1 Wasserverbrauch 7.2 Regenwassernutzung V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 7-1 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 7.1 Wasserverbrauch Grundlagenermittlung Vorentwurf Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Betrieb Duschköpfe Um den Wasserverbrauch beim Duschen zu verringern, bietet der Markt Hochleistungsduschköpfe an. Im Gegensatz zu konventionellen Duschvorrichtungen, welche zwischen 13,5 und 36 Litern Wasser pro Minute verschwenden, liegt der Verbrauch von wassersparenden Vorrichtungen bei weniger als 11,25 Litern pro Minute. Armaturen Auf dem Markt werden selbstschließende Abflussvorrichtungen für Wasserhähne angeboten. Diese erlauben darüber hinaus den Durchfluss mit halber Stärke bei gleich bleibenden Temperaturen. Diese Handhabung ist verbraucherfreundlicher als Vorrichtungen bei denen Warm- und Kaltwasserzufuhr getrennt voneinander geregelt werden. Bei gewerblicher Nutzung ermöglicht die Installierung von Infrarot-Meldern oder selbstschließenden Abflussvorrichtungen den Wasserbedarf erheblich zu reduzieren. Toiletten Der Wasserbedarf einer Toilette ist abhängig von dem pro Spühlvorgang verbrauchten Wasservolumen. Verglichen mit Standardmodellen die einen Wasserverbrauch zwischen 15,7 und 40,5 Litern aufweisen, können Toilettenspühlungen mit Sparverbrauch den Wasserbedarf um circa 6-7-Liter pro Spühlvorgang reduzieren. Darüber hinaus sollten die Spühlanlagen von Pissoirs mit Zeit- oder Bewegungsmeldern ausgestattet werden. 7-2 Thema Während weltweit circa zwei Mrd. Menschen mit Engpässen in der Wasserversorgung konfrontiert sind und mehr als eine Mrd. Menschen der Zugang zu sauberen Trinkwasser verweigert ist, weisen die Bewohner der Industrienationen einen durchschnittlichen Frischwasserverbrauch von 125 Litern pro Tag und Person auf. Ein bedeutender Anteil hiervon wird für Pflanzenbewässerung und die Reinigung eingesetzt. Architekten und Fachplaner können durch eine optimierte Planung einen entscheidenden Beitrag zur Minimierung des Wasserverbrauchs leisten. Durch die Wahl von Materialien, die bei der Herstellung möglichst wenig Wasser benötigen, durch den Einsatz wassersparender Anlagen sowie durch die Wahl von Pflanzenarten mit geringem Bewässerungsbedarf zur Begrünung kann der Wasserverbrauchs erheblich reduziert werden (NCARB 2001). Darüber hinaus führt sparsamer Umgang mit Wasser zu verringerten Bau- und Betriebskosten. Strategien Einsatz wassersparender Technik: Wassersparende Anlagen für Toiletten, Armaturen, Duschen etc. Armaturen mit Bewegungsmeldern Armaturen mit selbstschließender Abflussvorrichtung Installierung von Wasserzählern zur Messung und Überwachung des Wasserverbrauchs, z.B. um undichte Stellen feststellen zu können. Wahl von Baumaterialien/ -elementen, die sich durch möglichst geringen Wasserverbrauch in der Herstellung auszeichnen. Aufklärung der Verbraucher, dass wassersparende Vorrichtungen den Komfort nicht verringern. Ersatz von Grundwasser durch Regenwasser- und Grauwassernutzung, z.B. zur Toilettenspülung, zur Gerätekühlung oder für Rückkühlanlagen. Verwendung von Pflanzen mit geringem Bewässerungsbedarf. Elemente Der Markt für Duschen, Toiletten und Armaturen bietet mittlerweile Modelle, die sich durch einen besonders geringen Wasserverbrauch auszeichnen. Verglichen mit Standardmodellen können diese hoch effizienten Vorrichtungen bis zu 50% Wasser sparen. Darüber hinaus bestätigen Verbraucherbefragungen die Zufriedenheit der Verbraucher mit diesen Systemen. SRE Sustainable Building Design Guidebook V09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Die tatsächlichen Einsparungen solcher Vorrichtungen setzen sich aus der Verringerung des Wasserverbrauchs und der Energieeinsparung, die sich aus dem reduzierten Bedarf an Warmwasser ergibt zusammen. Durch den Einbau von Wasserzählern kann der Wasserverbrauch gemessen und überwacht werden. Auf diese Weise kann nicht nur ein plötzlicher Anstieg des Wasserverbrauchs festgestellt werden, sondern auch Ursachen ermittelt werden. So können beispielsweise ein tropfender Wasserhahn oder Undichtigkeiten in der Leitungsführung entdeckt werden, wenn zu Zeiten, in denen das Gebäude nicht genutzt wird, der Wasserzähler einen Verbrauch anzeigt. l/min 20.0 17.5 15.0 10.0 7.5 Nachhaltiges Bauen strebt die Reduzierung des Wasserbedarfs sowohl während der Bauphase, als auch während des Betriebes eines Gebäudes an. Für Bürogebäude gilt der Richtwert von durchschnittlich 30 Litern pro Tag und Angestellten. Die Verbrauchsoptimierung kann hier durch wassersparende Vorrichtungen für Toiletten, Armaturen und. Duschen erreicht werden. Durchfluss ungeregelt 12.5 Einsprapotential 5.0 2.5 0 Durchfluss geregelt 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 bar Abbildung 7-2: Den Durchfluss regulierende Vorrichtung im Vergleich zu einer Standardvorrichtung [TUM 2002] 100% 80% Während bei Standardvorrichtungen der Wasserdurchfluss mit zunehmendem Wasserdruck steigt, werden Vorrichtungen mit Durchflussregulierung unabhängig vom Druck betrieben und besitzen somit eine gleichmäßige, Druck-unabhängige Wasserdurchflussrate. Auf diese Weise können bedeutende Einsparungen erzielt werden: bei einem Druck von 3,5 bar ist der Wasserdurchfluss um ca. 9 l/min geringer. Substitution mit Regenwasser WC 60% Reinigung Lüftungstechnik Kantine 40% Teeküchen/Lavabo 20% 0% Normalverbrauch Sparverbrauch Sparverbrauch mit Regenwassernutzung Abbildung 7-1: Mögliche Wassereinsparung in Bürogebäuden [LHM 1998] Benchmark minimal 30 Wasserbedarf in Litern pro Tag und Person durchschnittlich 40 maximal 50 Tabelle 7-1: Wasserbedarf in Bürogebäuden Toilettenspühlung [l/f] Waschbecken [l/min] Dusche [l/min] Durchschnittlicher Wasserverbrauch in Litern Wassersparende Technik Konventionelle Technik <6-7 15,7 – 40,5 6 12 11,25 13,5 - 36 Tabelle 7-2: Wasserbedarf verschiedener Vorrichtungen [LHM 1998] V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 7-3 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 7.2 Regenwassernutzung Thema Grundlagenermittlung Vorentwurf Entwurf Ausführungsplanung Eine weitere Maßnahme zur Minimierung des Frischwasserbedarfs, ist die Nutzung von Regenwasser. Durch Auffangbehälter kann das Regenwasser gesammelt und anstelle von Grundwasser eingesetzt werden. Die Nutzung von Regenwasser eignet sich vor allem zur Bewässerung, für die Toilettenspühlung sowie zum Einsatz in der Gebäudereinigung. Darüber hinaus kann auch ein Einsatz zur Gerätekühlung in Erwägung gezogen werden. Vergabe Betrieb Strategien Regenwassernutzung Einbau von Regenwasserauffangbecken: Regenwasserzisterne (Bemessung: ca. 0,6 m³/Person). Regenwasserüberlaufvorrichtung um ein Überlaufen intern angelegter Zisternen bei Starkregenereignissen zu vermeiden. Drainagesysteme für Regenwasserüberschuss. Einbau von Regenwasserfiltersystemen (z.B. durch Dachbegrünung) um die Ansammlung von Schmutzpartikeln innerhalb von Spühlbehältern und Toiletten zu vermeiden. Trennung von Grau-(teilweise wieder verwendbarer Wasser) und Schwarzwasser (Abwasser). Regenwasserversickerung Bereitstellung geeigneter Versickerungsflächen zur Vorbeugung von Überschwemmungen: Sicherung von ausreichenden Flächen zur Versickerung. Vermeidung von wasserundurchlässigen Oberflächen wo immer möglich (z.B. durch den Einsatz von Schotterrasen, Rasengitterstein oder wasserdurchlässiger Straßenbeläge). Planung naturnaher Versickerungsmulden. Planung von begrünten Dächern. Vermeidung der Versickerung von verschmutztem Regenwasser: Durch Verzicht auf unbeschichtete Zink-, Kupfer- und Bleidächer (in Deutschland zum Schutz durch Verbote geregelt). Durch Einsatz von Filtern zur Reinigung des Oberflächenabflusses. Nutzung mit Grauwasser Bereitstellung ausreichend großer Flächen zur Grauwasserwiederaufbereitung (Grauwasserzisterne, Pflanzenfilteranlagen). Abwasserführung: Planung von Drainage-Systemen zur Vermeidung von Abwasser (Regenwasser kann in der Umgebung versickert werden). Einfache Wartungsmöglichkeiten von Rohrleitungen. Wahl der Rohrmaterialien nach Härte, Dauerhaftigkeit und Korrosionsbeständigkeit. 7-4 SRE Sustainable Building Design Guidebook V09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Elemente Die Planung nachhaltiger Gebäude zielt darauf ab, negative Auswirkungen auf Umwelt und Gesundheit möglichst gering zu halten. Bei der Materialwahl von Rohrleitungen sind Kunststoffe wie z. B. Polyprophylen (PP) zu bevorzugen. Diese geben keine unerwünschten Substanzen an das Wasser ab und sind auch ressourcenschonend bei der Herstellung. II I Abbildung 7-5: Beispiel Siemens, Niederlande. I Außenliegende Wasserflächen eignen sich als Regenwasserzisterne. Abbildung 7-3: Regenwassernutzung mit externer Regenwasserzisterne [LHM 1998] Durch den externen Einbau von Regenwasserzisternen kann Fläche im Gebäude eingespart werden. Jedoch führt dies zu längeren Rohrleitungen und einem Eingriff in die Freifläche. III II I Abbildung 7-4: Regenwassernutzung mit interner Regenwasserzisterne [LHM 1998] Durch den Einbau interner Regenwasserzisternen wird die Versiegelung zusätzlicher Freifläche vermieden; es kann jedoch zu erhöhten Investitionskosten führen. Benchmark Wasserbedarf für Grünflächen Leichter Untergrund Schwerer Untergrund Wasserverbrauch in Bürogebäuden Regenwasserzisternenfaktor 100 –200 l/m³ (April - September) 80 – 150 l/m³ (April - September) 11 – 30 l/Person und Tag 0,6 m³/Person Tabelle 7-3: Wasserbedarf und Zisternenfaktor V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 7-5 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Best Practice/ Siemens Produkte und Lösungen Abbildung 7-6: Außenliegende Wasserflächen eignen sich für den Einsatz als Regenwasserzisterne; Siemens, Bremen, Deutschland Abbildung 7-7: Intelligente Lösung der Versickerung, Siemens, Stuttgart, Deutschland 7-6 SRE Sustainable Building Design Guidebook V09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 8 Materialien 8.1 Materialwahl bei der Baukonstruktion 8.2 Materialwahl beim Ausbau 8.3 Materialwahl im Außenbereich V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 8-1 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 8.1 Grundlagenermittlung Vorentwurf Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Betrieb Materialwahl bei der Baukonstruktion Thema Die Auswahl der Baumaterialien und -Bestandteile wird durch unterschiedliche Faktoren bestimmt: Kosten, Ästhetik, Funktion und Verfügbarkeit. Ein Hauptprinzip ist, durch eine bewusste Materialwahl die negativen Einflüsse auf Umwelt und Gesundheit zu minimieren. Bei der Materialwahl sollen daher Materialien mit den geringsten Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit bevorzugt werden. Strategien Abbildung 8-1: Einsatz von gesundheitlich unbedenklichen Materialien sowohl um spätere Gebäudenutzer, als auch die Vorarbeiter auf der Baustelle zu schützen. 8-2 Strategien zur Konstruktion Verzicht auf Verbundmaterialien, da diese beim Abbruch nicht mehr voneinander getrennt werden können. Vermeidung von Klebstoffen und Dichtungsmitteln, die die Demontage von Komponenten einschränken bzw. erschweren. Berücksichtigung von Abbruch und Instandsetzung bereits während der Planung. Wahl der Baumaterialien unter Einbezug der globalen und regionalen Umweltauswirkungen von Stoffgewinnung bis zur Entwertung. Vermeidung von umweltschädlichen Materialien. Vermeidung von Materialien, die bei ihrer Herstellung oder Verarbeitung große Abfallmengen verursachen oder die Umwelt durch Lärm und Staub belasten. Einsatz von Materialien und Produkten, die einfach demontiert werden können um eine Wiederverwendung oder Wiederverwertung zu ermöglichen. Strategien zur Materialwahl Verzicht auf den Einsatz von Tropenhölzern Vermeidung von Materialien, die schädliche Emissionen in Boden, Luft und Wasser verursachen, wie beispielsweise FCKWs, Schwermetalle oder Zinklauge. Vermeidung von Materialien, die giftige Substanzen freisetzen oder enthalten. Wahl von Materialien, die: Gesundheitsverträglich und unbedenklich sind (miteinbezogen Klebstoffe und Farben). Keine Biozide enthalten. Kein Formaldehyd enthalten. Keine oder nur wenig VOC (volatile organic compounds – flüchtige organische Verbindungen) emittieren. SRE Siemens Building Design Guidebook V09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Einsatz von Materialien oder Baustoffen, die mit Umweltzeichen, Gütesiegel, Labeln als besonders umweltfreundlich oder wenig gesundheitsschädigend ausgezeichnet sind. Elemente Materialien Holz/ Holzwerkstoffe Giftige/ schädliche Substanzen Chem. Holzschutzmittel: VOCs, Biozide, Konservierungsstoffe Beton/ Mauerwerk Kunststoffzusätze für Mörtel Betonzusatzmittel Dämmmaterialien Künstliche Mineralfasern FCKW-, HFCKW-haltige Dämmmaterialien Korrosionsschutzanstriche VOC Weichmacher VOC Konservierungsmittel VOC Außenanstriche VOC Dichtungsmassen Putze Empfehlung Kein Einsatz chem. Holzschutzmittel im Innenbereich Keine Kunststoffzusätze, Betonzusatzmittel nur nach Absprache verwenden Verzicht auf mineralfaserhaltige Dämmstoffe im Innenbereich, Dämmstoffe in Kunststoff-Folie einpacken Inhaltsstoffe durch Deklaration erfragen Nur mineralische Putze verwenden Lösemittelarme Anstriche Nur mineral- und wasserhaltige Farben verwenden Tabelle 8-1: Mögliche Quellen und Arten von Schadstoffen in Konstruktionsmaterialien Materialien Giftige/ schädliche Substanzen Dämmmaterialien Künstliche Mineralfasern FCKW-, HFCKW-haltige Dämmstoffe Rohrleitungen/ Lehrrohre PVC Elektrokabel Weichmacher PVC in der Produktion Empfehlung Nur stoßgefährdete Bereiche dämmen, Lösemittelarme Verklebungen einsetzen Halogenfreie Lehrrohre, PE (Polyethylen) Abwasser, PP (Polypropylen), PE Trinkwasser Halogenfreie Elektrokabel Tabelle 8-2: Mögliche Quellen und Arten von Schadstoffen in mechanischen und elektrischen Systemen Benchmark Benchmarks über negative Umweltauswirkungen durch giftige Emissionen von Baumaterialien sind bisher nicht verfügbar. Die Materialwahl für die einzelnen Anwendungen sollte sehr sorgfältig durchgeführt werden. Es sollen solche Materialien ausgewählt werden, die das geringste Treibhauspotenzial aufweisen. Materialien Aluminium-Wellblechbekleidung, 1 mm Stahltrapezblechbekleidung, 0,75 mm Kupferblechbekleidung, 0,70 mm GWP (Treibhauspotenzial) 55 kg CO2 eq 24 kg CO2 eq 60 kg CO2 eq Tabelle 8-3: Beispiel für den GWP (Treibhauseffekt) verschiedener Fassadenverkleidungen V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 8-3 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 8.2 Materialwahl beim Ausbau Grundlagenermittlung Thema Vorentwurf Gesunde Arbeitsplätze fördern das Wohlbefinden der Nutzer. Die Raumluftqualität kann durch die Materialien, die beim Innenausbau verwendet werden, beeinträchtigt werden (siehe hierzu auch Kapitel 4.3). Bei der Materialwahl sollten die Baustoffe gewählt werden, die die geringsten negativen Einflüsse auf die Innenraumluft und die Nutzer erwarten lassen. Eine schlechte Raumluftqualität beeinträchtigt sowohl das körperliche wie auch das psychische Wohlbefinden der Nutzer. Ein gutes Innenraumklima steigert die Leistungsfähigkeit der Mitarbeiter und führt zu verringerten Fehlzeiten. Darüber hinaus schützt die Verwendung unbedenklicher Materialien auch die Gesundheit der Handwerker während der Verarbeitung. Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Betrieb Strategien Abbildung 8-2: Verwendung gesundheitlich unbedenklicher Anstriche 8-4 Festlegung von Zielen und Kriterien bezüglich der zu wählenden Materialien und der zu verwendenden Produkte für die Innenausstattung, der funktionalen Einheiten sowie der Menge, der zu verwendenden Materialien. Verzicht auf den Einsatz von Materialien, die während und nach dem Einbau gesundheitsschädigende Stoffe freisetzen: Augenreizende Inhaltstoffe. Hautreizende Inhaltsstoffe. Atemwegsreizende und reizende Inhaltsstoffe. Krebserzeugende Inhaltsstoffe. Giftige Inhaltsstoffe. Bestimmung von Zielvereinbarungen zur Materialwahl: Verwendung von Produkten, Materialien und Chemikalien ohne oder mit sehr geringem Lösemittelanteilen. Überprüfung der Produktdeklarationen. Verwendung von Baustoffen, die mit Gütesiegeln, Ökolabeln oder Umweltzeichen ausgezeichnet sind. SRE Siemens Building Design Guidebook V09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Materialien Gift- oder Schadstoffe Empfehlung Anstriche und Lacke VOC Formaldehyd Konservierungsmittel Verwendung von lösemittelfreien Farben: Silikatfarben, Dispersionssilikatfarben Elemente Verwendung emissionsgeprüfter Produkte, Einsatz alternativer Befestigungsmethoden: magnetisch, selbstliegend, Klettsysteme Vermeidung lösemittelhaltiger Produkte, Keine großflächige Anwendung Verwendung, Einsatz von lösemittelfreien Klebstoffen oder Klebstoffen auf Wasserbasis Bodenbeläge, textil elastisch Weichmacher Formaldehyd Klebstoffe Klebstoffe VOC, Formaldehyd, Konservierungsmittel Bodenbeschichtungen (Parkettsiegel) VOC, Formaldehyd Einsatz lösemittelfreier/ -armer Wasserlacke, Geeignete Öle und Wachse Formaldehyd, VOC Einsatz von Vollholz, Formaldehyd-arme Produkte: Verwendung von PhenolFormaldehydharzen oder Methylen-Diisocyanateharzen, Lösemittelfreien Klebstoffen oder Klebstoffen auf Wasserbasis Holz/ Holzwerkstoffe für den Innenausbau Tabelle 8-4: Mögliche Quellen und Arten von Schadstoffen in Ausbaumaterialien Benchmark Es sollen nur die Produkte und Baustoffe zum Einsatz kommen, die keine gefährlichen Inhaltsstoffe enthalten. In Zusammenarbeit mit den Herstellern können vielfach besonders schadstoffarme Produkte ausgewählt werden. ProduktSicherheits-Datenblätter geben Auskunft über die Inhaltsstoffe und müssen von den Herstellern zur Verfügung gestellt werden. V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 8-5 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 8.3 Grundlagenermittlung Thema Vorentwurf Freiflächen, die unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten entworfen werden, bewahren die Luft-, Wasser und Bodenqualität. Sie sichern die Artenvielfalt und wirken sich positiv auf die Umwelt und Gesundheit aus. Materialwahl und Freiflächengestaltung beeinflussen das Mikroklima in der Umgebung von Gebäuden. Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Betrieb Strategien 8-6 Materialwahl im Außenbereich Strategien für einen nachhaltigen Baustellenbetrieb: Minimierung von Gründungstiefen. Vermeidung unnötigen Bodenaushubs und Oberflächenabtrag durch Berücksichtigung der Oberflächengestalt beim Entwurf. Wiederverwendung von Bodenaushub direkt auf der Baustelle. Wiederverwendung des abgetragenen Oberbodens. Trennung zwischen Abfall- / Abbaumaterialien von wiedereinzubauenden (Boden-) Materialien. Sicherung vorhandener Bepflanzung Vermeidung von wasserundurchlässigen, “harten” Oberflächen: Planung wasserdurchlässiger Oberflächen, die Versickerung von Regenwasser ermöglichen (beispielsweise Schotterrasen und Rasengitterstein). Dachbegrünung. Gestaltung der Freiflächen mit dem Ziel die Artenvielfalt zu erhalten und zu fördern: Bereitstellung naturnaher Lebensräume für Flora und Fauna: • Durch natürliche, ortsübliche Bepflanzung. • Durch Sicherung vorhandener Bäume und Pflanzen. • Durch Planung von Hecken, die sowohl Unterschlupf für mehrere Tierarten, als auch Sicht- und Lärmschutz bieten. • Durch Integration von neuer Bepflanzung in vorhandene Bepflanzung. Fassadenbegrünung. Einbezug bestehender Bepflanzung in die Gestaltung - beispielsweise Bäume als natürliches Gestaltungselement. Verzicht auf Streusalz im Winter. Frühzeitige Miteinbeziehung der Freiraumgestaltung in die Planung. Planung von Grünflächen mit geringem Pflegeaufwand um Kosten und Ressourcen (Wasser) zu sparen: • Verwendung widerstandsfähiger und robuster Pflanzenarten. • Verwendung von Xerophyten (Pflanzenarten mit geringem Wasserbedarf). SRE Siemens Building Design Guidebook V09-01 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Elemente Abbildung 8-3: Wasserdurchlässige Fußweggestaltung Abbildung 8-4: Naturnahe Versickerungsmulde Durch die Reduzierung wasserundurchlässiger Flächen sowie durch die Förderung der Versickerung in den Boden kann die Wasserqualität erhalten werden und Überschwemmungsrisiken minimiert werden. Begrünte Dächer mit einer Substratschicht von 10 cm besitzen bereits eine temperaturausgleichende Wirkung und bremsen den Regenwasserabfluss. Abbildung 8-5: Dachbegrünung Benchmark Oberflächenart Deckschichten ohne Bindemittel Holz- und Rindenbeläge Schotterrasen Ungebundene Decke Durchlässige Pflasterbeläge Rasengittersteine Pflaster mit Porenstein Pflaster mit großen Fugen Teildurchlässige Pflaster- und Plattenbeläge Plattenbeläge Betonpflaster Deckschichten ohne Bindemittel Bituminöse Decke Betondecke Anwendungsbereich Schwach frequentierte Fußwege Gelegentlich genutzte Parkflächen, wenig begangene Seiten- und Mittel-Streifen Fuß- und Radwege, wenig belastete Fahrwege, Parkflächen Parkflächen, Garagenzufahrten Plätze, Fuß- und Radwege, Parkflächen Plätze, Wege, Parkflächen Wenig befahrene Straßen, Plätze, Parkflächen Wege, Parkflächen Stark befahrene Straßen und Parkplätze Sonderparkflächen und -nutzungen Tabelle 8-5: Verschiedene Oberflächenarten und ihre Anwendungsbereiche [BMVBW 2004] V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook 8-7 Einleitung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Best Practice/ Siemens Produkte und Lösungen Abbildung 8-6: Gesunder Arbeitsplatz durch die Verwendung emissionsarmer Materialien, Siemens, München, Deutschland Abbildung 8-7: Rasengittersteine als Parkflächenuntergrund fördern die Versickerung von Wasser, Siemens, München, Deutschland 8-8 SRE Siemens Building Design Guidebook V09-01 Einführung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 9 V09-01 Betrieb 9.1 Energiemanagement 9.2 Abfallverwertung und Gebäudereinigung Sustainable Building Design Guidebook 9-1 Einführung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 9.1 Energiemanagement Thema Grundlagenermittlung Vorentwurf Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Betrieb Durch regelmäßige Leistungs- und Verbrauchskontrollen, Information und Aufklärung der Betreiber und Nutzer über die Zusammenhänge sowie regelmäßige Betriebs- und Nutzungsanalysen lassen sich die Nutzungskosten senken. Für die gesamte Lebensphase eines Gebäudes sollen die erforderlichen Energieströme, insbesondere der Energiebedarf der Baustoffe und der Energieverbrauch durch den Betrieb, berücksichtigt werden. Mit der Erstellung des Gebäudes werden zwar die Rahmenbedingungen für den Energieverbrauch gesetzt, der Betriebs- und Nutzungsphase kommt aber oftmals stärkere Bedeutung zu, da die ökologischen und ökonomischen Auswirkungen bei der Errichtung eines Gebäudes meist nur einen Bruchteil der Auswirkungen betragen, die während der gesamten Lebensdauer eines Bauwerkes entstehen. Strategien Abbildung 9-1: Energie Monitoring und Controlling Vorteil EMC 9-2 Grundlage für die Betrachtung des Energieverbrauchs sind die hausinternen Prozesse, die in einem so genannten Energie-Messkonzept erfasst werden. Trinkwasser, als wichtige Ressource wird im Energie-Messkonzept wie ein Energieträger behandelt. Erstellung eines Energiemesskonzeptes: Datenerfassung und Auswertung ohne dabei „Datenfriedhöfe“ zu erzeugen. Zonenweise Erfassung des Energieverbrauchs. Bildung transparenter Kennzahlen. Berücksichtigung der Messeinrichtungen bei der Planung, so dass diese auch später realisiert werden können. Auswertung der Messergebnisse: Bewertung der Messwerte. Ermittlung spezifischer Kennzahlen. Ermittlung des jährlichen Energieverbrauchs und der jährlichen Energiekosten. Darstellung der Energiekennzahlen der letzten Jahre im Vergleich. Optimierung anhand von den gemessenen Werten: Analyse des Energiebedarfs für Heizung, Kühlung, Strom und Wasser. Prüfung von Momentanwerten zur Optimierung der verschiedenen Prozesse, wie z. B. Stufenschaltungen, Brennerlaufzeiten, etc. Verwendung von Simulationsmodellen zur Optimierung. Kommunikation zwischen unterschiedlichen technischen Komponenten ermöglichen (verschiedene Hersteller etc.). Sicherstellung der Leistungsfähigkeit durch regelmäßige Wartung und Reinigung der einzelnen technischen Komponenten. Vergleich von Soll- und Ist-Werten zur Prüfung der vereinbarten Energiezielwerte. Sustainable Building Design Guidebook V09-01 Einführung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Elemente Das Messkonzept sollte bereits bei der Planung der haustechnischen Anlagen erarbeitet und die Umsetzung vorbereitet werden. Hierzu müssen in der Vorprojektphase die Lösungsvarianten für das Messkonzept aufgezeigt und spätestens zu Beginn der Bauausführung festgelegt werden. Kernpunkt sind Messstellenprinzpschemata für Wärme, Kälte, Elektrizität und Wasser. Darüber hinaus sollten Methoden zur Verbesserung des Gebäudebetriebs immer in Absprache mit dem Gebäudebetreiber sowie den Gebäudenutzern aufgestellt werden. Der Schwerpunkt bei der Erstellung des Messkonzeptes liegt auf folgenden Aspekten: Photovoltaik Warmwasser solar Rückkühlwerk Lüftung/Klima 14% Beleuchtung 28% Optimierte Leitungsführung zur Ver- und Entsorgung der haustechnischen Anlagen. Zu erwartende Systemwerte. Ermittlung und Darstellung von Einsparpotentialen. Erfolgskontrolle der Optimierungsmaßnahmen. Datengrundlage zur Erstellung der Heizkostenabrechnung. Die Überwachung des Energieverbrauchs während der Nutzung ist Grundlage zur Minimierung der Betriebskosten. Es müssen Vorkehrungen für eine durchgehende Überwachung des Energieverbrauchs getroffen werden. Die Verbrauchsauswertung bildet die Grundlage für Maßnahmen zur Verbrauchsoptimierung. Diese müssen von den Betreibern und Nutzern umgesetzt werden. Grundwasser Diverse Technik 18% Arbeitshilfen 16% Zentrale Dienste 27% Wärmerückgewinnung Kleinkälte 2% statische Heizung 77% Raumlufttechnik 6% Verluste 9% Trinkwarmwasser 8% Abbildung 9-3: Beispiel eines Energieflussdiagramms Der Gebäudepass – ein europäisches Dokument (Gebäudehandbuch) – enthält in konzentrierter Form wichtige Gebäudekennwerte und Betriebsanweisungen. Er ist für die Nutzungsphase und zur Dokumentation der Gebäudegeschichte in Hinblick auf Umbaumaßnahmen und Rückbau von besonderer Relevanz. Benchmark Erfassungsebene 1 Erfassungsebene 2 Erfassungsebene 3 Erfassungsebene 4 Erfassungsebene 5 Erfassungsebene 6 Verbraucher Nutzung/Zone Notsrom aus VG I [kWh] Zähler-Nr. ######## USV Anlage [kWh] Zähler-Nr. ######## Elektrizität Kälteerzeugung [kWh] Zähler-Nr. ######## Haustechnik [kWh] Lüftungsanlagen [kWh] Zähler-Nr. ######## Zähler-Nr. ######## Kältemaschine Kälte [kWhth] Zähler-Nr. ######## Messung Energie im Gebäude XXXXXXXXXXX [kWh] Strom SWM [kWh] Gebäude [kWh] Allgemeinzonen [kWh] Zähler-Nr. ######## Zähler-Nr. ######## Zähler-Nr. ######## Mieter/Nutzer [kWh] Zähler-Nr. ######## Die richtige Messstrategie bildet die Grundlage für ein wirkungsvolles und praktikables Energiemonitoring. Wichtig für eine detaillierte Datenerfassung ist die Unterscheidung der Hauptenergieverbraucher. Anlagen mit Energieumwandlung XXXXXXXXXXX Zähler-Nr. ######## Messung Medien Aussenanlagen [kWh] Zähler-Nr. ######## XXXXXXXXXXX [kWh] Zähler-Nr. ######## Abbildung 9-2: Beispiel für ein Konzept zur Elektrizitätsmessung V09-01 Sustainable Building Design Guidebook 9-3 Einführung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb 9.2 Abfallverwaltung und Gebäudereinigung Grundlagenermittlung Vorentwurf Entwurf Ausführungsplanung Vergabe Betrieb Thema Abfälle aus Haushalten, Gewerbe- und Industriebetrieben, Müll von Straßen und Wegen, Bauabfälle und Abbruchschutt sowie Klärschlamm verursachen erhebliche Umweltprobleme. Zwar gibt es in vielen Ländern Abfallverwertungssysteme, die dazu beitragen die negativen lokalen Auswirkungen zu minimieren, trotzdem führt auch die Entsorgung auf Deponien zur Verunreinigung von Boden Luft und Wasser. In den Niederlanden werden ca. 60% aller Abfälle wiederverwertet. Bereits 1993 wurde in Dänemark eine Recyclingrate von 80% für Bauabfälle und Abbruchmaterialien erreicht. Möglich wurde dies durch die Verwendung bei Geländeauffüllungen und durch eine 'Stoff-Steuer' (University College Dublin 1999). Strategien Abbildung 9-4: Wenn möglich sollte die Anbringung komplexer Systeme zur Fassadenreinigung vermieden werden. Abfallvermeidung: Gebäude so planen, dass nutzungsbedingte Abfälle minimiert werden (Reinigung, Einrichtung etc.). Mülltrennung: Festlegung genauer Zielvorgaben zur Abfallbeseitigung während der Inbetriebnahme. Planung sicherer, ausreichender und erweiterbarer Sammelanlagen für die verschiedenen Abfallkategorien. Überwachung der Abfallbeseitigung und der Abfalltrennung. Wiederverwendung oder Wiederverwertung: Trennung der Abfälle unter Berücksichtigung der verschiedenen Kategorien. Lagerung der Abfälle, so dass eine Wiederverwertung möglich ist. Gewährleistung einer sicheren Abfallentsorgung zur Minimierung bzw. Reduzierung der Auswirkungen auf die Umwelt. Regelmäßige Dokumentation und Analyse des Abfallaufkommens (mindestens einmal pro Jahr). Verwendung selbstreinigender Materialien für die Fassaden zur Reduzierung des Reinigungsaufwands. Einführung einer ökologischen Gebäudereinigung: Nutzung von Mikrofaser-Textilien zur Minimierung des Reinigungsmittelbedarfs. Vermeidung einer Überdosierung von Reinigungsmitteln. Verbrauchskontrolle von Reinigungsmittel. Anpassung der Reinigung an den Verschmutzungsgrad. Elemente Die in Ausschreibungen früher übliche Bestimmung “Abbruch (Abfall) geht in das Eigentum des Auftragnehmers über“ darf nicht mehr verwendet werden. 9-4 Sustainable Building Design Guidebook V09-01 Einführung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Planer und Ausschreibende stellen sich der Verantwortung um die Entsorgung der Bauabfälle. Die vom Unternehmen beabsichtigten Entsorgungswege sollten z. B. im Angebot/ Vertrag durch das Unternehmen schriftlich bestätigt werden. Handlungsbedarf besteht in den Bereichen der Planung und Ausführung, der Produktion und Distribution sowie der Nutzung und dem Gebrauch hergestellter Produkte. Besonderer Wert sollte auf die Abfallvermeidung gelegt werden. Hierunter versteht man vorsorgende Maßnahmen, die dazu beitragen, dass bestimmte Stoffund Abfallströme gar nicht erst entstehen oder zumindest erheblich reduziert werden. In Fällen, in denen dies nicht durchsetzbar ist, sollte darauf geachtet werden, dass ausreichend Platz zur Lagerung des Mülls vorhanden ist, damit eine spätere Wiederverwertung der Abfallstoffe gesichert ist. Des Weiteren sollte eine Reduzierung von Deponiemüll angestrebt werden. Hierfür müssen gesondert recyclingbare Stoffe erfasst und gelagert werden. Abbildung 9-6: Abfallmanagement, Siemens Ausreichend Platz zur Aufstellung von Containern für verschiedene Abfallkategorien muss vorgesehen und bei der Gestaltung berücksichtigt werden. Benchmark Abfallentsorgungskonzepte müssen aufgestellt werden, die genau vorgeben, in welche Fraktionen der Abfall bereits am Anfallort zu trennen ist. Büro Teeküche Kopierraum Öffentliche Bereiche Entsorgungszentrale BT 11 R R AfA R Mitarbeiter/-in BT 25 BT 25 R Reinigungsservice R Hausservice Entsorgungsfirma R R R R ZAB Abbildung 9-5: Beispiel Entsorgungslogistik Abfallkategorien Papier, Kartonagen Hausmüll Biomüll Glas 60 – 80% 10% 20% 1% Tabelle 9-1: Durchschnittliche Abfallmengen und Bestandteile in einem Bürogebäude – täglich verursacht ein Mitarbeiter ca. 5 Liter Abfall V09-01 Sustainable Building Design Guidebook Abbildung 9-7: Mikrofaser-Textilien zur Reinigung: hydrophile (blau) und hydrophobe/ lipophile (gelb) Fasern minimieren die Verwendung von Reinigungsmitteln. 9-5 Einführung Grundstück Gebäudehülle Energie Raumkomfort Gebäudetechnik Elektrische Systeme Wasser Materialien Betrieb Benutzer mit Web Browser Firewall Best Practice/ Siemens Produkte und Lösungen Zentraler Advantage EMC Server (Server Farm - Karlsruhe -) WWW Automatische Erfassung Benutzer mit Web Browser Handeingabe Zählwerterfassung Abbildung 9-8: Siemens Advantage EMC Energiemanagement über das Internet Abbildung 9-9: Einfach zu reinigende Oberflächen, Siemens, München, Deutschland 9-6 Sustainable Building Design Guidebook V09-01 A Anhang A.1 Literaturverzeichnis A.2 Umrechnungstabelle für SI Einheiten A.3 Gebäude Checkliste V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook A-1 A.1 Literaturverzeichnis Novatlantis, Swiss Federal Office of Energy (BfE), (2005): Smarter Living - Generating a new un- [BfE 2005] derstanding for natural resources as the key to sustainable development – the 2000 Watt-Society. 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Wärmekapazität Wärme A-4 0,4536 0,02834952 12,701 1 0,508 1 1,60934 kg kg kg m/s m/s km / h km / h 1 m³ / h 1,700 0,273 0,227 1 1,055 1 0,2930711 1 29,722 1 0,2931 1 0,2928104 1 1 1 1 1 m³ / h m³ / h m³ / h kJ kJ kWh Wh MWh kWh W W kW W kJ / kg K kJ /m³ K kJ / m² W / m² W / (m² K) SRE Sustainable Building design Guidebook Englisch - Amerikanisch 0,3937 1 3,2808 1 0,1550 1 10,7639 1 0,06102 1 61,024 1 0,03531 0,21998 0,26428 1 1 1 35,315 1 2,2046 35,27392 0,787 1 1 1 196,85 1 0,6214 1 0,5886 3,666 4,403 1 1 1 0,948 1 3414,5 1 34,1297 1 3,412 1 3.412 1 0,2388 0,0149 0,0881 0,3170 0,1761 in in ft ft sq in sq in sq ft sq ft cu in cu in cu in cu in cu ft gal (brit) gal (am.) cu ft gal (brit) gal (am.) cu ft cu ft lb oz quarter (brit.) lb oz quarter (brit.) ft / min ft / min mph mph cu ft / min gal / min (brit.) gal / min (am.) cu ft / min gal / min (brit.) gal / min (am.) BTU BTU BTU BTU therms therm BTU / h BTU / h BTU / h BTU / h BTU / (lb F) BTU((cu ft F) BTU / cu ft BTU / (h sq ft) BTU / (h sq ft F) V09-01 A.2 Gebäude Checkliste Phase des Vorentwurfs Entwurfsphase Bauphase Betriebsphase 1 Grundstück 1.1 Grundstücksanalyse 1.2 Erschließung 2 Gebäudehülle 2.1 Einfache Gebäudeform 2.2 Optimierter Wärmeschutz 2.3 Fassadengestaltung 3 Energie 3.1 Energieverbrauch 3.2 Graue Energie 3.3 Erneuerbare Energien 4 Raumkomfort 4.1 Thermische Behaglichkeit 4.2 Optischer und akustischer Komfort 4.3 Raumluftqualität 5 Gebäudetechnik 5.1 Heiz- und Warmwassersysteme 5.2 Lüftungssysteme 5.3 Kühlsysteme 6 Elektrische Systeme 6.1 Alternative Stromerzeugung 6.2 Beleuchtungssysteme 7 Wasser 7.1 Wasserverbrauch 7.2 Regenwassernutzung 8 Materialien 8.1 Materialwahl bei der Baukonstruktion 8.2 Materialwahl beim Ausbau 8.3 Materialwahl im Außenbereich 9 Betrieb 9.1 Energiemanagement 9.2 Abfallverwaltung und Gebäudereinigung ungenügend befriedigend gut V09-01 SRE Sustainable Building Design Guidebook A-5
