52 EVA – Forschungsprojekt zur Evaluierung von Energiekonzepten: Auf dem Prüfstand II Foto: FinanzIT Hannover Schon im Oktober 2003 berichteten wir von dem Forschungsprojekt EVA. Die FinanzIT Hannover, einst in IntelligenteArchitektur 23 vorgestellt, ist das erste Untersuchungsobjekt. Die Ergebnisse stehen nun fest. Von Stefan Plesser, Carsten Bremer und M. Norbert Fisch FinanzIT Hannover, Kopfbau Dipl.-Ing. Stefan Plesser Dipl.-Ing. Carsten Bremer Technische Universität Braunschweig Fachbereich Architektur IGS – Institut für Gebäude- und Solartechnik, Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch Mühlenpfordtstraße 23 38106 Braunschweig T 0531.391-3555 E [email protected] www.igs.bau.tu-bs.de Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit – BMWA, Berlin Abwicklung PTJ – Forschungszentrum Jülich Projektlaufzeit 2004 bis 2006 Literatur [1] DIN 277: Grundflächen und Rauminhalte von Bauwerken im Hochbau, Juni 1987 [2] VDI 3807: Energieverbrauchskennwerte für Gebäude, Blatt 1, 1994, Blatt 2, Beuth-Verlag, Berlin, 1997 [3] DIN 32736: Gebäudemanagement, August 2000 [4] SIA 380: Energie im Hochbau, Schweizer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich, 1995 Mit dem Forschungs- und Entwicklungsprojekt EVA – Evaluierung von Energiekonzepten – untersucht das Institut für Gebäude und Solartechnik (IGS) die Energieeffizienz und den Komfort zukunftsweisender Bürogebäude in der Praxis. Geprüft werden innovative Energiekonzepte und deren Komponenten wie beispielsweise Betonkerntemperierung oder Lüftungstechnik. Ziel ist es, die Energiekonzepte von Bürogebäuden im Vollbetrieb zu untersuchen und Optimierungspotenziale hinsichtlich Energieeffizienz und Nutzungskomfort zu erschließen. Nutzerund Betreibererfahrungen werden bewertet und Möglichkeiten zur Optimierung vorgeschlagen. Berichterstattung und Dokumentation zu innovativen Bürogebäuden enden meist mit der Fertigstellung, sodass kaum gesicherte Kenntnisse über die tatsächliche Performance der Gebäude im Vollbetrieb und damit für den größten Teil des ‘Lebenszyklus’ vorliegen. EVA soll helfen, dieses Defizit zu beheben und mit dem Feedback aus dem Gebäudebetrieb einen Innovationskreislauf für neue Energiekonzepte in Gang setzen. Während der dreijährigen Projektphase werden detaillierte Messungen Aufschluss über Komfort, Technik und Verbrauch liefern, wodurch verlässliche Kennwerte der einzelnen Gebäude entstehen. Diese bilden die Grundlage für den Vergleich der Gebäude untereinander. Das Ziel ist die Erstellung präziser Benchmarks für unterschiedlich ausgestattete Bürogebäude. Das IGS untersucht in den nächsten drei Jahren rund 20 Objekte in EVA. In folgenden Ausgaben von IntelligenteArchitektur wird jeweils ein Gebäude entsprechend dem Bearbeitungsstatus vorgestellt. Je nach Projektfortschritt werden die Analysen aktualisiert. Projektablauf Die Bearbeitung der Gebäude erfolgt in zwei Phasen. Zunächst werden in einer Grobanalyse alle Gebäude und die entsprechenden Energiekonzepte umfassend beschrieben. Die Grobanalyse wird abgeschlossen mit einer ersten Evaluierung der End- und Primärenergieverbrauchswerte, der Komfortsituation sowie des Gebäudemanagementkonzepts. Für einzelne Gebäude wird anschließend ein individuelles Konzept für eine Feinanalyse entwickelt, in der vorrangig Parameter des Raumkomforts und der Struktur des Energieverbrauchs durch ein messtechnisches Monitoring erfasst werden. Für die Bearbeitung sind insgesamt 36 Monate vorgesehen. Die Grobanalysen werden bis Ende 2004 abgeschlossen. Anschließend folgen in neunmonatigen Messzyklen die Feinanalysen. Den Auftakt der Reihe mit Ergebnissen aus der Grobanalyse bildet das Gebäude der FinanzIT in Hannover. Entwurf Das Verwaltungsgebäude der FinanzIT (ehem. dvg) wurde 1999 in der Nähe des Expo-Geländes Hannover errichtet und in Betrieb genommen. Das 380 Meter lange, viergeschossige Verwaltungsgebäude orientiert sich nach Süden zur Landschaft und schirmt den Park zur Anlieferstraße des Gewerbegebietes hin ab. Nach Süden öffnet sich die terrassierte Struktur fingerartig und verzahnt sich mit dem Grünraum. Die Höfe der kammartigen Anlage sind im Wechsel offen oder mit Glasdächern überdeckt. Im Empfangsbereich beginnt die innere Verkehrsader in Form einer Energieverteilung Heizung Energiekonzept Winter Energieverteilung Kühlung Energiekonzept Sommer Flächen nach DIN 277 [1] und Arbeitsplätze im Gebäude 53 Lageplan Struktur des Planungsteams „Mall“, die als Hauptachse das gesamte Gebäude durchzieht. An ihr sind Kommunikations- und Aufenthaltsbereiche, Cafeteria, SB-Bank usw. angegliedert. Durch die Anlehnung der Bürostruktur an die Philosophie der Kombibüros wird eine hohe innerbetriebliche Flexibilität und Vernetzung bei der Gruppenorganisation ermöglicht. Die Bürostruktur funktioniert nach dem Prinzip des non-territorial office („clean desk“). Hier wurde gemeinsam mit dem Fraunhofer Institut das Konzept „office 21“ entwickelt. Es gibt weniger Arbeitsplätze als Mitarbeiter und somit keine feste Arbeitsplatzzuweisung. Jeder Mitarbeiter kann sich seinen Arbeitsplatz weitgehend frei wählen. Energiekonzept Kern des Energiekonzepts ist die thermische Bauteilaktivierung zur Heizung und Kühlung des Gebäudes. Das Konzept integriert darüber hinaus verglaste Atrien, die als Pufferzonen zwischen Innen und Außen dienen, eine Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung, Tageslichtnutzung sowie den Einsatz eines Blockheizkraftwerkes. Die Fassade des Gebäudes besteht, mit Ausnahme der Glasdächer, aus einer Holz-Aluminium-Konstruktion (innen Holz, außen Aluminium/Glas). Nach außen wurde eine Wärmeschutzverglasung eingesetzt (UV = 0,9 W/(m²·K)). Lediglich die Glasflächen zu den Atrien haben einen reduzierten Wärmeschutz (UV = 1,5 W/(m²·K)). Für die einzelnen Büros wurde allseitig ein außenliegender Sonnenschutz und innenliegender Blendschutz, jeweils in Form von Rollos (top-down), eingebaut. Die drei Glasdächer der Atrien sind als Stahltragwerk mit einschaligem Sonnenschutzglas (Verbundsicherheitsglas aus zwei teilvorgespannten Gläsern à 10 mm) ausgeführt. Das Glasdach wurde mit einem zum Scheitel hin zunehmenden Verlauf bedruckt und ist im Firstbereich zu 50 Prozent opak. Große Flächen der Atrien-Fassade und des Daches lassen sich zur Durchlüftung öffnen. Die Glasdächer werden sowohl von innen als auch von außen von Robotern gereinigt. Gebäudeplanung Das Gebäude wurde vom Bauherren und Projektentwickler, der FinanzIT, errichtet. Die Architekten Hascher + Jehle, Berlin, haben das Konzept der offenen „grünen“ Bürolandschaft und der passiven Solargebäudekonzeption an den Anfang der Planung gestellt. Die Konzeption der Technischen Gebäudeausrüstung, des Energiekonzepts und deren Abstimmung mit den Architekten wurden inhaltlich vom Bauherren koordiniert. Zeit- und Kostenmanagement wurden von einem Projektsteuerer geleistet. Die Planung und Errichtung des Gebäudes wurde von Beginn an von der Finanz IT konzeptionell und beratend begleitet. Das Energiekonzept im Überblick: – Nutzung des Windes zur natürlichen Be- und Entlüftung, – passive solare Energiegewinnung, – Tageslichtnutzung zur Reduzierung des elektrischen Energieverbrauchs, – thermoaktives Deckensystem, – Einsatz eines Blockheizkraftwerkes (Kraft-Wärme-Kopplung), – Wärmerückgewinnung aus der Abluft, – Bepflanzung der Atrien und der Grünanlagen zur Mikroklimaverbesserung. Energieversorgung Die Energieversorgung des Gebäudes wird, neben dem Bezug von Strom aus dem Netz, über Nahwärme und -kälte aus der Energiezentrale der FinanzIT gedeckt, die sich in unmittelbarer Nähe des Gebäudes befindet. Betreiber der Energiezentrale ist die Enercity Hannover. Energiefluss und Verteilung der Medien im Gebäude Darstellung der Flächenanteile nach DIN 277 [1] mit Vergleichswerten für Bürogebäude nach VDI 3807 [2] Heizung/Kühlung Die Wärme- und Kälteübergabe in den Büros erfolgt für die Grundlast durch die thermische Bauteilaktivierung in den Geschossdecken. Zusätzlich gibt es Fußbodenheizungen (60 cm breite Kompensationszonen) in den fensternahen Bereichen der Büros. Durch die Glashallen wird im Winter solare Wärmeenergie gewonnen. Sie sind im wesentlichen unbeheizt und bilden einen Puffer zwischen dem Innen- und Außenklima. Konvektoren vor den vertikalen Glasfassaden schützen vor Frost. Zudem werden die Verkehrswege über eine Fußbodenheizung eisfrei gehalten. Gegen ein zu frühes Austreiben der Pflanzen werden die Atrien im Winter bei Innentemperaturen über 8 °C durch Öffnen der Lüftungselemente gekühlt. Für die Kantinen erfolgt die Trinkwassererwärmung zentral durch einen an das Wärmeverteilnetz angeschlossenen Warmwasser-Speicher. Im Bereich des Kopfbaus (Vorstand) sind zusätzlich Kühldecken installiert. Lüftung FinanzIT Hannover Baubeginn 1997 Fertigstellung 1999 Eigentümer, Betreiber und Nutzer FinanzIT Hannover Bauherr dvg Hannover Datenverarbeitungsgesellschaft mbH, seit 2003 Zusammenschluss der einstigen Kooperationspartner dvg, dvs, nbg und SIK zur FinanzIT GmbH Hannover Architekten Hascher + Jehle Architekten und Ingenieure, Berlin Mitarbeiter: Friedrich Dröge, Rainer Hascher, Sebastian Jehle, Thoma Kramps, Friedrich Rodich, Saleh Pascha Durchführung Hascher + Jehle Heinle, Wischer und Partner, Planungsgemeinschaft dvg, Berlin Mitarbeiter: Dina Behfens, Hanno Chef, Katja Döpke, Ilse Döring, Friedrich Dröge, Rainer Hascher, Andreas Hoffmann, Petra Hoffmann, Stephan Holtz, Hors Jakob, Sebastian Jehle, Simone Jeska, Frank Jödicke, Max Koutchinski, Thomas Kramps, Thomas Kubenek, Beate Leidner, Michael Liesenfeld, Edda Neumann, Ulrich Panzer, Friedrich Rodich, Christoph Sieber, Andrea Timmermanns, Peter Wendling, Robert Wischer Tragwerksplanung Weischede + Partner in Werkgemeinschaft mit Eilers & Vogel, Stuttgart Gebäudetechnik HL-Technik, Berlin Landschaftsarchitekten Trillitzsch, Jost und Partner, Berlin 54 Projektpartner – Universität Karlsruhe, Fachbereich Bauphysik – Prof. K. Müller + Partner Consulting GmbH – Steinbeis-Transferzentrum Energie-, Gebäude- und Solartechnik, Stuttgart – bhbr Architekten, Hamburg – DEZEM, Dezentrale Messtechnik, Berlin Beteiligte Unternehmen – Siedlungswerk, Stuttgart – FinanzIT, Hannover – Max-Planck-Institut, Dortmund – LBS-Nord, Hannover – Wolfsburg AG, Wolfsburg – Rickmers Reederei, Hamburg – LBS-Ost, Potsdam – Gilette-Braun, Kronberg – AVACON AG / en.bs, Braunschweig – Nord LB, Hannover – PriceWaterhouseCoopers, Berlin – DZ BANK, Berlin – R + V Versicherung, Wiesbaden – TU Braunschweig u.a. Internetlinks – www.igs.bau.tu-bs.de – www.mp-gruppe.de – www.energieforumberlin.de – www.solarbau.de – www.enerkenn.de – www.ensan.de Abkürzungen – TGM: Technisches Gebäudemanagement – IGM: Infrastrukturelles Gebäudemanagement – KGM: Kaufmännisches Gebäudemanagement – CAFM: Computer Aided Facility Management Bürofassade zum Atrium Schnitt durch ein Standard-Büro Das Gebäude ist mit einer Zu- und Abluftanlage ausgerüstet. Außerdem werden die Büros über die Oberlichter zu den Atrien bzw. nach außen natürlich gelüftet. Die mechanische Zuluft für die Büros wird über Quelllüftöffnungen mit Coandaplatten, die in geringem Abstand zur Decke befestigt sind, in die Räume geführt. Die Abluft strömt aus den Räumen in die Kombibereiche über. Sie wird dort zentral in den abgehängten Decken abgesaugt und im Winter der Wärmerückgewinnungsanlage zugeführt. Die Zuluft kann zudem im Winter vorgewärmt (max. 20 °C) bzw. im Sommer vorgekühlt werden (rund 2 K unter Raumtemperatur). Die Atrien werden über Lamellenbänder in den Fassaden und RWAKlappen im Dach und den oberen Fassadenbereichen natürlich gelüftet. ven Aufgaben. Das TGM wird mit sechs internen Mitarbeitern erbracht, hinzu kommen die externen Mitarbeiter der Dienstleister. Das Gebäudemanagement ist ein eigener Bereich innerhalb der FinanzIT. Die Gebäudedokumentation liegt zu rund 95 Prozent in digitaler Form und in Papierform vor. Die Dokumentation ist zum großen Teil redundant vorhanden. Bemühungen, den gesamten Datenbestand zu digitalisieren, wurden nicht abschließend umgesetzt. Die Pflege der Dokumentation wird von den Dienstleistern anhand von Richtlinien bei jeder relevanten Veränderung mitbeauftragt und eingefordert. Auf Basis dieses Verfahrens wird die Dokumentation als aktuell eingeschätzt. Die Fassung vor Ort wird quartalsweise, z. B. im Gewerk Elektrotechnik, aktualisiert. Die Veränderungen innerhalb der Dokumentation sind i. d. R. nicht sehr umfangreich. Der Datenbestand wird kontinuierlich durch die Gewerkeverantwortlichen geprüft, eine jährliche Überprüfung erfolgt gewerkeübergreifend in einem größeren Rahmen. Als CAFMSystem wird das System Buisy der Firma Agiplan Technosoft eingesetzt. Betriebsstörungen, Beschwerden und Probleme können über eine Service-Rufnummer gemeldet werden. Die Störungsbeseitigung an technischen Anlagen erfolgt durch den TGM Dienstleister, der bei wichtigen Anlagen innerhalb einer Stunde deren Verfügbarkeit sicherstellen muss. Sämtliche im Gebäudemanagement anfallenden Kosten werden nach einzelnen Produkten aufgeschlüsselt. Ein Produkt ist zum Beispiel auch ein Arbeitsplatz. Es erfolgt eine grob strukturierte Kostenleistungsrechnung. Die Kosten für externe Dienstleister sind je Dienstleister nach Gebäudeebenen aufgeschlüsselt. Bei der Betrachtung der Bewirtschaftungskosten standen die planerischen Aspekte Ästhetik und Architektur eindeutig im Vordergrund. Die Betriebs- und Bewirtschaftungskosten wurden zur Planungszeit nicht betrachtet. Gebäudeleittechnik Das Gebäude ist mit einer zentralen Gebäudeleittechnik ausgerüstet. Heizung, Kühlung und Lüftung werden über die GLT gesteuert. Flächenanteile Das Gebäude hat eine Bruttogrundfläche BGF von 56844 m² (inkl. Tiefgarage und Atrien) und bietet eine Hauptnutzfläche HNF von 26302 m². Im Gebäude stehen 1850 Mitarbeitern 1350 Arbeitsplätze zur Verfügung. Durch Außentermine, Krankenstand und Urlaub kann bei dem besonderen Bürokonzept der FinanzIT auf die Einrichtung weiterer Arbeitsplätze verzichtet werden. Bürokonzept Die Büroräume sind zur Kombizone hin offen und transparent gestaltet. Die Trennwände zum Flur sind vollständig verglast, die Trennwände zwischen den Büros bestehen aus opaken Leichtbauwänden. Neben den außenliegenden Sonnenschutzrollos und den innenliegenden Blendschutzrollos der Bürofassaden werden die Oberlichter durch die Reinigungsgänge und die feststehenden Glaslamellen zusätzlich verschattet. Bei den Atrienbüros mindert zusätzlich die Bedruckung des Glasdaches den Lichteintrag. Sowohl der Sonnenschutz als auch die Oberlichter lassen sich über Taster steuern. Jedes Büro verfügt über einen Temperaturfühler. Für die Kompensationszone gibt es zudem einen manuellen Temperaturregler. Evaluierung Zur Evaluierung des Energiekonzepts werden sowohl allgemeine Erfahrungen des Nutzers bzw. Betreibers mit dem Gebäude überprüft als auch Messwerte für die Energieeffizienz bzw. empirisch ermittelte Werte für den Komfort bewertet. Außerdem wird der Stand des Gebäudemanagements beurteilt. Allgemeine Betriebserfahrungen Gebäudemanagement Das Gebäudemanagement wurde zu einem frühen Zeitpunkt in die Errichtung des Gebäudes eingebunden. Die Integration wurde dadurch erleichtert, dass auf der Liegenschaft bereits Gebäude der FinanzIT betrieben wurden. Die nebenstehende Grafik zeigt den Verlauf von strategischem, administrativen und operativen Anteil bei der Einführung von Gebäudemanagement in Verbindung mit der Möglichkeit, die Bewirtschaftungskosten zu beeinflussen. Dargestellt ist der Zeitpunkt, zu dem wesentliche Gebäudemanagementaspekte zum Tragen gekommen sind. Für das TGM und verschiedene IGM-Leistungen sind jeweils externe Dienstleister verpflichtet. Das Catering wird vollständig in Eigenregie betrieben. Darüber hinaus ist ein Fahrer für Transport und Fahrdienste beschäftigt. Im IGM-Bereich sind neun Personen tätig, davon drei mit administrati- Zeitliche Einbindung des Gebäudemanagements 55 Darstellung des Kühlungs- und Lüftungskonzepts für den Sommerfall Darstellung des Heizungs- und Lüftungskonzepts für den Winterfall Anhand eines vorstrukturierten Interviews wurden Erfahrungswerte aus dem Betrieb erfasst. Der Nutzer bzw. Eigentümer und Betreiber zeigt sich mit dem Gebäude weitgehend zufrieden. Der Komfort wird als überwiegend gut empfunden. Einzelne Details des Konzeptes, insbesondere die Trägheit der Systeme zur Raumkonditionierung, werden als nicht zufrieden stellend beschrieben. Gebäude nicht nur im Sommer, sondern auch im Winter Kühlenergie für die Kühlung der Rechenzentren und Testlabors benötigt. Im Sommer ist der Kühlenergieverbrauch doppelt so hoch wie im Winter. Energieeffizienz Die Bewertung der Energieeffizienz erfolgt in der Grobanalyse durch den Vergleich von Jahresverbrauchskennwerten. Bei Vergleichen ist zu berücksichtigen, dass Gebäude zumeist nicht identisch in ihren energierelevanten Funktionen sind und betriebs- oder nutzungsspezifische Unterschiede erheblichen Einfluss auf den Energieverbrauch haben. Für diesen Bericht wurden die Energieverbrauchswerte aus den Abrechnungen der Energieversorgungsunternehmen des Jahres 2002 verwendet. Die Werte für die FinanzIT sind zeit- und witterungsbereinigt. Zur Einstufung des Energiebedarfs der untersuchten Gebäude werden je nach Klimatisierungsstandard drei Gebäude-Typen unterschieden (Anlehnung an SIA 380 [4]). Ziel ist es, innerhalb des Vergleichs den unterschiedlichen Ausstattungsmerkmalen der Gebäude gerecht zu werden, um verlässlichere Quervergleiche bilden zu können. Im Rahmen des Projektes werden diese Benchmarks präzisiert und verfeinert. Der Endenergieverbrauch der FinanzIT für Wärme liegt mit 92 kWhE/(m²BGF·a) im Vergleich der analysierten Gebäude in einem mittleren Bereich. Durch die Wärmeversorgung aus dem Nahwärmenetz liegt die primärenergetische Aufwandszahl bei 0,7. Der Stromverbrauch liegt mit 84 kWhE/(m²BGF·a) (einschl. Kälte) im Vergleich leicht über den Referenzgebäuden, ist aber mit gut zu bewerten. Es fällt auf, dass der Verbrauch im Referenzjahr 2002 nahezu konstant ist. Dies liegt an den ganzjährig betriebenen Lüftungsanlagen für die Raumlüftung. Lediglich der Kunstlichtverbrauch nimmt in den Sommermonaten ab. Beim Kälteverbrauch ist zu beobachten, dass das Vergleich: Jahresprimärenergieverbräuche der untersuchten Gebäude bezogen auf BGF (zum Teil nichts zeit- und witterungsbereinigt) Matrix der Energieverbräuche für das Jahr 2002 Empfehlungen Als Ergebnis der Grobanalyse werden Empfehlungen mit dem Ziel ausgesprochen, das Gebäude detailliert zu untersuchen und die Performance weiter zu verbessern. Hierzu wird ein Konzept zum Performance-Controlling aus Energie-, Komfort- und Betriebs-Controlling entwickelt. Energieeffizienz Der Primärenergiekennwert der FinanzIT liegt im Quervergleich der Gebäude im mittleren Bereich. Im weiteren Verlauf des Projektes werden Vergleichswerte mit anderen Gebäuden für Wärme-, Kälte- und Stromverbrauch ermittelt, die ein detaillierteres Benchmarking ermöglichen. Büroraum Situation I Komfort Der Komfort wird von den Nutzern allgemein als gut bezeichnet. Es gibt einzelne Aspekte im Zusammenhang mit dem Energiekonzept (Heizleistung und Kühlleistung in exponierten Räumen, Luftqualität u. a.), die als nicht befriedigend bewertet werden. Die Bearbeitung des Themas Komfort durch eine Nutzerbefragung erfolgt in Zusammenarbeit mit der Universität Karlsruhe in 2004. Gebäudemanagement Auffällig sind die gute Organisation des Störungsmanagements und der Störungsbeseitigung, der strukturierte Aufbau des Gebäudemanagements und die klar strukturierten Vertragsverhältnisse zu externen Dienstleistern. Dies ist nicht zuletzt auf die frühe Einbindung des Gebäudemanagements in die Planungs- und Errichtungsphase zurückzuführen. Ausblick Die messtechnische und komfortorientierte Erfassung der relevanten Bereiche ermöglicht detaillierte Aussagen zur Performance des Gebäudes. Nach dem Messzyklus (rund neun bis zwölf Monate) werden über die Auswertung der Messdaten gesicherte Erkenntnisse vorliegen, die eine Evaluierung des Gebäudebetriebs ermöglichen. Die Feinanalyse wird in 2004 durchgeführt. Das IGS bietet den teilnehmenden Unternehmen, neben konkreten Optimierungskonzepten für ihre Gebäude, auch ein einmaliges Forumvon Bauherren, Betreibern, Nutzern, Architekten und Planer für einen praxisnahen und aktuellen Erfahrungsaustausch zu Energiedesign und -management bei innovativen Bürogebäuden. Die Auswahl der Gebäude für laufende und avisierte Forschungsprojekte zur Energieeffizienz von Bürogebäuden am IGS ist noch nicht abgeschlossen. Das IGS bietet interessierten Unternehmen die Möglichkeit, ihre Gebäude im Rahmen der Forschungsprojekte evaluieren zu lassen. Für weitere Informationen hinsichtlich einer Teilnahme wenden sich Unternehmen bitte an das Forschungsteam des IGS (www.igs.bau.tu-bs.de). Büroraum Situation II Eingangshalle