Energetische Bilanzierung eines Verwaltungs- und

Tagungsbeitrag 14. Symposium Thermische Solarenergie
Kategorie 12 Umsetzungseerfahrungen und Beispiele
Energetische Bilanzierung eines Verwaltungs- und
Laborgebäudes
Andreas. Gerber1 , Stefan Oexle-Ewert, Fachhochschule Biberach
Fachbereich Architektur und Gebäudeklimatik
Sebastian Herkel, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme
Der Neubau des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme in Freiburg ist eines von ca. 20 Projekten im Förderprogramm Solarbau-Monitor des Bundeswirtschaftministeriums (http://www.solarbau.de).
Nach einer Bauzeit von etwas über einem Jahr wurde das neue Institutsgebäude zur Jahresmitte 2001
bezogen.
Abbildung 1: Blick in das Atrium des Institutsgebäudes (Quelle: Fraunhofer ISE)
Im Rahmen des Förderprojektes führt die Fachhochschule Biberach die messtechnische Evaluierung
des Gebäudes durch. Im Zentrum der Untersuchungen steht dabei die Erstellung der Energiebilanz des
Gebäudes, die Bewertung des sommerlichen Raumklimas und die Bewertung von Einzelkomponenten
wie dem Erdreichwärmetauscher. Die Untersuchungen werden mit dem Ziel der Vergleichbarkeit mit
anderen Projekten durchgeführt. Die Messergebnisse fließen in die Optimierung des Betriebsverhaltens
des Gebäudes und dessen Energieversorgung ein.
Das Gebäude mit seinen sehr unterschiedlichen Nutzungen (verschiedene Labore, Reinraum, Büro
etc.) verfügt über ein auf die jeweiligen Nutzungsbereiche abgestimmtes, untereinander vernetztes
Energieversorgungssystem. Zur Analyse des Anlage- und Gebäudeverhaltens und zur Untersuchung
der in der Planungsphase erarbeiteten Konzepte wurde ein umfangreiches Messsystem installiert. Die
Aufzeichnung der Messdaten wurde im Oktober 2001 begonnen und umfasst inzwischen 2 vollständige
Jahre.
1
Prof. A. Gerber,
Fachhochschule Biberach, Karlstr. 11, 88400 Biberach,
Tel.: 07351 582 257,Fax: 07351 582 299, [email protected]
Abbildung 2: Lüftungskonzept der Büros in den drei Büroflügeln und dem Kopfbau
Der Beitrag stellt Monitoring-Ergebnisse des Betriebsverhaltens und des Endenergieverbrauchs für folgende Bereiche vor:
Bilanz Gesamtgebäude. Verbrauch an thermischer und elektrischer Energie des Gesamtgebäudes
im Vergleich zu den Planungsansätzen. Nach den Zielen des Forschungsprojekts SolarBau–Monitor
soll der nach CO2 -Emissionen bewertete Bedarf an nicht regenerativen Energien für den Betrieb des
Gebäudes eine Obergrenze von 100kWh/(m2 a) nicht überschreiten. Untersucht werden der GesamtPrimärenergiebedarf für Heizen und Kühlen, der elektrische Energiebedarf für die technische Gebäudeausrüstung und für die Beleuchtung.
Zellenbüros. Energetische Analyse für einen ausgwählten Büroflügel. Eine Besonderheit des Gebäudes ist die kombinierte Nutzung dreier Gebäudeflügel als Büroflächen und Laborbereiche. Eine
zentrale unbeheizte Erschließungsachse (Magistrale) verläuft in Nord/Südrichtung. Östlich schließen
sich daran dreigeschossige Gebäudeflügel an. In jedem der drei Flügel befinden sich auf der Südseite
Zellenbüros. Die Labore befinden sich – von den Büros durch einen Flur getrennt – auf der Nordseite.
Für den Bürobereich ist eine in ein Kreislaufverbundsystem eingebundene Abluftanlage installiert. Optimierte Fensterflächen mit außenliegendem Sonnenschutz in Verbindung mit nächtlicher Durchlüftung
der Büros sorgen für eine Begrenzung der Raumtemperaturen im Sommer.
Im Heizfall wird der Abluft aus den Büros über ein Kreislaufverbundsystem Wärme entzogen. Die gewonnene Wärme dient zur Vorerwärmung der Zuluft der angrenzenden Labore. Ergebnisse aus den
ersten zwei Betriebsjahren unter Berücksichtigung interner Lasten und differenzierter Betrachtungen
zur passiven Solarenergienutzung werden vorgestellt.
Kopfbau mit Atrium. Im Vergleich zu den Büros der drei Flügel werden Ergebnisse für die Büros
des sog. Kopfbaus vorgestellt. Dieser verfügt über ein Atrium, das der Erschließung der Büros und –
über die Magistrale – auch der Büro-/Laborflügel dient. Das Atrium ist funktional als Zuluftraum für die
Büros konzipiert. Ein Erdreichwärmetauscher, der unterhalb des Gebäudes verlegt ist, erwärmt, bzw.
kühlt die Zuluft zum Kopfbau. Diese Unterschiede in der gebäudeklimatischen Konzeoption werden in
der vergleichenden Auswertung besonders hervorgehoben.
NTK
Puffer
WMZ
3000 Ltr.
BHKW
Wärmeerbraucher
WMZ
3000 Ltr.
AKM
WMZ
WT
Dampfkessel
Kond.
Reinraum
Abbildung 3: Funktionsschema des Kraft–Wärme–Kälte–Verbundes mit Blockheizkraftwerk Dampfkessel, Absorptionskältemaschine und Pufferspeichern
Kraft–Wärme–Kälte–Verbund. Energetische Analyse des Kraft–Wärme–Kälte–Verbunds. Die Bereitstellung der Kälte für die Labore und den Reinraum erfolgt durch einen Kraft-Wärme-Kälte-Verbund,
der auf der Wärmeseite aus einem Blockheizkraftwerk nebst Dampfkessel zur Abdeckung von Leistungsspitzen und kälteseitig aus einer Absorptionskältemaschine besteht. Ergänzend wird eine Kompressionskältemaschine betrieben. Das Blockheizkraftwerk dient ausschließlich zur Eigenstromerzeugung. Es werden Praxiserfahrungen und Messergebnisse dieser vielversprechenden Versorgungsstruktur im Vergleich zur konventionellen Kälteerzeugung vorgestellt. Wichtige Kriterien sind dabei Primärenergieeinsatz und Betriebssicherheit.