Dittrich, J.: Erster Zwischenbericht, März 2003
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Institut Technik + Bildung Abt. Berufspädagogik/Elektrotechnik Prof. Dr. Felix Rauner 1. Zwischenbericht des Institut Technik und Bildung (ITB) zum Projekt ZARM Projekttitel EcoSol II: Solaroptimierter Neubau ECOTEC 5: Evaluation, Optimierung, Dokumentation und Know-how-Transfer im Bauhandwerk (ZARM 3). Laufzeit des Vorhabens: Berichtszeitraum: Förderkennzeichen: 1.10.2001 – 30.9.2004 1.10.2001 – 31.12.2002 0335007K Projektnehmer Institut Technik und Bildung (ITB), Universität Bremen Prof. Dr. Felix Rauner Ansprechpartner: Dr.-Ing. Joachim Dittrich Am Fallturm 1 28359 Bremen Bremen, im März 2003 Zusammenfassung Für dieses Projekt wurde die integrale Planung nicht gefördert, daher gibt es keine erste Projektphase sondern lediglich die Evaluation. An der Planung war das Evaluationsteam nicht beteiligt. Trotz anfänglicher organisationsbedingter Verzögerungen befindet sich das Projekt mittlerweile wieder im vorgesehen Zeitplan. Die Messdatenaufzeichnung konnte Anfang Juli 2002 gestartet werden, damit stehen Messdaten für ein halbes Jahr zur Verfügung. Schon innerhalb dieses halben Jahres wurden die Zielwerte des Solarbauprogramms für den jährlichen Primärenergiebedarf von 100 kWh/(m2a) deutlich überschritten. Die bislang festgestellten Optimierungspotentiale lassen eine maximale Reduzierung des Primärenergiebedarf auf 150% der Solarbau-Zielwerte erwarten. Die Öffentlichkeitsarbeit war bisher durchaus erfolgreich. Anfang 2002 fand in dem Gebäude im Rahmen des Projekts eine Tagung zur rationellen Energienutzung in Gebäuden statt. Das Gebäude wurde von mehreren Gruppen aus der Region und aus internationalen Projektzusammenhängen des ITB besichtigt und es sind laufend Studierende der Bremer Hochschulen in die Projektarbeiten eingebunden. Erweiterte Untersuchungen zur Nutzerakzeptanz wurden noch nicht durchgeführt, jedoch wurde in Zusammenarbeit mit dem Betriebsarzt der Universität Bremen im Institut Technik und Bildung eine Umfrage zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen während der ersten Nutzungsmonate durchgeführt. Es wäre zu überlegen, ob dem Projekt nicht eine andere Ausrichtung gegeben werden sollte. Während die Öffentlichkeitsarbeit durchaus positiv zu bewerten ist, auch mit den entsprechenden Lerneffekten in der akademischen Bildung Bremens, eignet sich das Objekt nicht als ein Beispiel von „Best Practice“. Denkbar wäre eine Neuausrichtung des Projekts auf Öffentlichkeitsarbeit für das ganze Solarbauprogramm im Hinblick auf Entscheidungsträger oder auf berufliche Bildung oder auf den Themenkomplex der Nutzerakzeptanz. Für alle drei Themen verfügt das Institut Technik und Bildung über fundierte Erfahrungen. 2/28 Inhalt 1 ERSTE E RGEBNISSE 4 1.1 Flächen und Gebäudebelegung 4 1.2 Gebäudehülle 6 1.2.1 Fensterelemente 6 1.2.2 Ganzglasfassade 6 1.2.3 Zur thermischen Gebäudehülle 6 1.3 Installierte Techniken 7 1.3.1 Wärmerückgewinnung aus Rechenzentrum 7 1.3.2 Atriumverglasung 7 1.3.3 Erdwärmetauscher zur Kühlungsunterstützung 9 1.3.4 Photovoltaikanlage 9 1.3.5 Außen liegender Sonnenschutz 9 1.3.6 Künstliche Beleuchtung 10 1.3.7 Alarmanlage und automatische Freischaltung von Stromkreisen 11 1.3.8 Tageslichtnutzung 12 1.3.9 Lüftungsgeräte 15 1.4 Energiekonzept 19 1.5 Energieverbrauch 20 1.5.1 Verbrauch elektrischer Energie 20 1.5.2 Heizwärme 20 1.5.3 Primärenergieverbrauch 21 1.5.4 Betrachtungen zum Energieverbrauch 22 2 STAND DES VORHABENS 23 2.1 Arbeits- und Zeitplanung 23 2.2 Ausgabenplanung 24 3 AUSSICHTEN AUF E RREICHUNG DER VORHABENZIELE 24 4 ERGEBNISSE DRITTER, DIE FÜR DIE DURCHFÜHRUNG RELEVANT SIND 25 5 NOTWENDIGE ÄNDERUNGEN IN DER ZIELSETZUNG 26 6 ERFINDUNGEN, S CHUTZRECHTE UND SONSTIGE E RKENNTNISSE 26 7 ANHANG 26 7.1 Technische Daten der Lüftungsgeräte 26 7.2 Öffentlichkeitsarbeit 28 7.3 Studentische Beteiligung am Projekt 28 7.4 Lehrveranstaltungen 28 3/28 1 Erste Ergebnisse 1.1 Flächen und Gebäudebelegung Das Gebäude besteht aus 2 L-förmigen, 4-geschossigen Baukörpern, die einen mit Glas überdachten Innenhof umschließen. Jeder der Baukörper besteht aus 2 Bauteilen (vgl. Abbildung 1). Gegenüber dem Zeitpunkt der Antragstellung wurden die Raumaufteilungen zum Teil geändert, so dass sich Abweichungen in den auszuweisenden Flächen ergeben. Die Flächen nach Tabelle 1 geben den Stand von Ende 2002 wieder und sind den revidierten Bauzeichnungen entnommen. Bauteil Geschoss 1 0 1 2 3 0 1 2 3 514,68 453,55 460,92 442,64 632,70 592,13 688,39 687,15 0 1 2 3 0 1 2 3 1 2 3 434,85 437,33 450,09 450,09 504,14 492,51 510,15 499,71 15,54 15,54 15,54 2 3 4 † 41 NGF Summe † Summe NGF 1871,79 2600,37 1772,36 2006,51 46,62 8297,65 beheizte NGF 514,68 453,55 460,92 442,64 543,43 523,99 621,26 620,02 345,22 418,28 419,98 419,98 446,88 449,16 480,34 460,54 Summe beh. NGF 1871,79 2308,7 1603,46 1836,92 7620,87 Hierbei handelt es sich um die Überwegungen zwischen den Bauteilen 1 und 4 Tabelle 1: Nettogrundfläche 4/28 Abbildung 1: Gebäudegrundriss (2.OG) Das Gebäude ist ein Investorenobjekt. Der Bauherr betreibt das Gebäude, nutzt es aber nicht selbst. Die Flächen werden an unterschiedliche Nutzer vermietet. Über den Prozess der Belegung sowie über Leerstände gibt Tabelle 2 Auskunft. Geschoss Bauteil 0 1 und 2 1 3 und 4 1 2 3 und 4 2 1 und 2 3 und 4 3 1 und 2 3 4 Nutzer Einzug Institut für Wissenstransfer an der Universität September Bremen GmbH (IfW) 2001 Leerstand Institut Technik und Bildung, Universität Bremen Oktober 2001 (ITB) Institut für Wissenstransfer an der Universität September Bremen GmbH (IfW) 2001 DFG-Schwerpunkt Ozeanränder Mitte 2002 Institut Technik und Bildung, Universität Bremen Oktober 2001 (ITB) DFG-Schwerpunkt Ozeanränder Mitte 2002 MATERNA GmbH Information & Communicati- September ons 2001 Der Technologiebeauftragte der Freien Hanse- September stadt Bremen, 2002 Informatik-Institute Universität Bremen Februar 2003 Tabelle 2: Gebäudebelegung 5/28 1.2 Gebäudehülle Aufgrund der Geometrie des Gebäudes, der Existenz des überdachten Atriums und der Übergänge zwischen Bauteil 1 und 4 ist eine detaillierte und differenzierte Betrachtung der Gebäudehülle notwendig. In diesem Zwischenbericht erfolgt zunächst nur die Betrachtung der nach außen gerichteten Fassaden, die weiteren Teile der Gebäudehülle werden zu einem späteren Zeitpunkt genauer betrachtet. In der Außenhülle des Gebäudes gibt es 3 verschiedene Fassadentypen: • opake Flächen, die aus Beton, Mineralfaserisolierung und einer hinterlüfteten Keramikfassade bestehen, • Fensterelemente aus Aluminiumrahmen mit Jalousiekasten und 3-ScheibenWärmeschutzverglasung, die in die opake Lochfassade eingebaut sind, und • eine Ganzglasfassade aus 3-Scheiben-Wärmeschutzverglasung, die in einem Rahmensystem aus Aluminium montiert ist. Die 3-Scheiben-Wärmeschutzverglasung weist laut Hersteller einen u-Wert von 0,8 W/(m2 K) auf (vgl. Tabelle 6). Die Rahmen der Fensterelemente wie die Rahmen der Ganzglasfassade erfüllen laut Fassadenbauer die Spezifikationen nach Rahmengruppe 2.1 entsprechend DIN 4108 Teil 4, weisen also einen u-Wert < 2,0 W/(m2 K) auf. Die opaken Teile der Gebäudehülle besitzen gemäß ihrem Aufbau u-Werte zwischen 0,31 und 0,47 W/(m 2 K), das Dach einen u-Wert von 0,15 W/(m 2 K). Diese Werte sind Planungsdaten und nicht messtechnisch verifiziert. 1.2.1 Fensterelemente Im 1. bis 3. Obergeschoss sind fast durchgängig1 identische Fensterelemente eingesetzt. Die Maße sind aus Abbildung 4 und Tabelle 5 zu entnehmen. Für diese Fensterelemente ergibt sich unter Annahme des in Rahmengruppe 2.1 maximal zulässigen Wärmedurchgangskoeffizienten von U = 2,0 W/(m2 K) und eines Glasanteils von 36,4% rein rechnerisch ein mittlerer U-Wert von 1,56 W/(m2 K). Bei einem U-Wert der Rahmen von 1,3 W/(m2 K), der aber utopisch erscheint, ergäbe sich ein mittlerer U-Wert der Fensterelemente von 1,12 W/(m2 K). Bei den Fensterelementen im Erdgeschoss und an der nördlichen Stirnseite von Bauteil 3 liegt der U-Wert aufgrund des höheren Glasanteils etwas niedriger. 1.2.2 Ganzglasfassade Die Ganzglasfassade an der Südseite von Bauteil 2 weist einen Rahmenanteil von lediglich 23,7% auf, damit ergibt sich der mittlere U-Wert rechnerisch zu U < 1,08 W/(m2 K). 1.2.3 Zur thermischen Gebäudehülle Unglücklicherweise weist die thermische Gebäudehülle diverse Lücken auf: Zur Abtrennung der Treppenhäuser zur Außenluft wurde zwar das gleiche Fassadensystem wie an der Südfassade verwendet, jedoch sind die an die Büroräume angrenzenden Betonwände nicht isoliert. Da der Zugang zum Gebäude durch die Treppenhäuser erfolgt, entsteht hier ein relativ 1 Mit Ausnahme der nördlichen Stirnseite von Bauteil 1. 6/28 hoher Luftwechsel, der in der kalten Jahreszeit zu gegenüber dem Innenbereich merklich abgesenkten Temperaturen führt. Das wiederum verursacht eine Auskühlung der nicht isolierten Betonwände, die im Inneren der angrenzenden Büros zu fühlen ist. Eine Abschätzung des Einflusses auf den Heizenergieverbrauch des Gebäudes steht noch aus. Im Sommerfall sind die Auswirkungen der fehlenden Isolation weniger gravierend, da dann meist die Fenster in den Treppenhäusern geöffnet und damit die Temperaturunterschiede geringer sind. 1.3 Installierte Techniken 1.3.1 Wärmerückgewinnung aus Rechenzentrum Bei Projektbeantragung waren die Vermietungsgespräche zwischen dem Zentrum für angewandte Raumfahrttechnik und Mikrogravitation (ZARM) und dem Bauherrn ECOTEC schon so weit fortgeschritten, dass die beiden unteren Geschosse in den Bauteilen 3 und 4 nach den Bedürfnissen des ZARM gebaut wurden (extensive Vorbereitungen für Laborbetrieb, Doppelboden, Lastenaufzug, Kühlgerät usw.). Zusätzlich wurden die technischen Aggregate installiert, die eine Nutzung der Abwärme eines vom ZARM einzubringenden Hochleistungscomputers für die Gebäudebeheizung ermöglichen sollten. Aus von Projektseite nicht nachvollziehbaren Gründen kam der Mietvertrag zwischen ZARM und ECOTEC nicht zustande, so dass nun auch kein Hochleistungscomputer vorhanden ist, dessen Abwärme für die Gebäudebeheizung genutzt werden könnte. 1.3.2 Atriumverglasung Die elektrochrome Atriumverglasung wurde Anfang 2002 installiert. Nach anfänglichen schwerwiegenden Problemen mit Glasbruch und Funktionsunfähigkeit eines beträchtlichen Anteils der Einheiten aus Scheiben und Controller ist die elektrochrome Verglasung immer noch nicht abgenommen, geschweige denn bezahlt, da immer noch keine einwandfreie Funktion aller rund 1200 Scheiben hergestellt werden konnte. Tabelle 3 zeigt die strahlungsphysikalischen Kennwerte elektrochromer Verglasungen im Standardaufbau. Die Daten der eingesetzten Verglasung weichen davon ab, da sie zusätzliche Schichten von Verbundsicherheitsglas aufweist, um die Sicherheitsvorschriften für Überkopfverglasungen einzuhalten und die Verglasung betretbar zu machen. Die exakten strahlungsphysikalischen Daten liegen leider noch nicht vor, die Werte für Lichttransmission und Gesamtenergiedurchlass dürften aus oben genannten Gründen aber deutlich niedriger liegen als in der Tabelle angegeben. Die Betriebserfahrungen aus dem Sommer 2002 zeigen, dass selbst während einer Folge sehr heißer Tage keine Verdunklung der Scheiben notwendig war, um das Atrium vor Überhitzung zu schützen. Die Klappenlüftung reichte aus, um eine größere Überhitzung des Atriums bis 3 m unter der Verglasung zu vermeiden. 7/28 (Quelle: Flabeg) Tabelle 3: Kennwerte elektrochromer Verglasungen Abbildung 2: Atriumtemperaturen an heißen Tagen Aus energetischer Sicht erscheint der Einsatz dieser kostspieligen Verglasung daher nicht sinnvoll. Dies liegt hauptsächlich an dem für diese Einbausituation ungünstig gelegenen dynamischen Bereich der Verglasung. Es wäre günstiger, wenn der Gesamtenergiedurchlassgrad bzw. die Lichttransmission auf höhere Werte eingestellt werden könnte. 8/28 1.3.3 Erdwärmetauscher zur Kühlungsunterstützung Der flüssig-EWT zur Kühlungsunterstützung ist installiert und arbeitet. Während seines Betriebs hat er, vorbehaltlich einer detaillierteren Analyse, weniger als 120 MWh Kälte in den Kältespeicher für die Betonkernaktivierung geliefert. 1.3.4 Photovoltaikanlage Die PV-Anlage ist vor der Süd-Süd-West-Fassade an einem repräsentativen Edelstahlgestell montiert. Die PV-Anlage besteht aus 192 Panels mit jeweils PSTC = 64,5 Watt. Daraus ergibt sich eine Gesamtleistung für die ganze Anlage von PSTC = 12,384 kW. (PSTC = Peakleistung) Die Panels haben eine gegenüber der Südrichtung um 20° nach Westen abweichende Ausrichtung. Gegen die Horizontale sind die Panels um 30° geneigt. Die Spezifikationen der Panels sind Tabelle 4 zu entnehmen. Die Panels sind in 8 Feldern à 3 Spalten und 8 Reihen angeordnet. Die 24 Panels eines Feldes sind jeweils zu einem String zusammengeschaltet. Während des Betriebs wurden im Laufe des Jahres 2002 bis zum 8.1.2003 insgesamt etwa 10 MWh elektrische Energie ins öffentliche Netz eingespeist. Typ SCC PROSOL Hersteller Saint Gobain Glass Solar Fläche pro Panel 535 mm * 1555 mm = 0,831925 m 2 Fläche gesamt 192 * 0,831925 m 2 = 159,73 m 2 Belegung)* 64,4 % )* Jedes Panel ist mit einzelnen Solarzellen belegt (siehe Abbildung 3). Tabelle 4: Spezifikationen der Photovoltaik-Panels Die Funktion als Sonnenschutz hält sich allerdings in Grenzen. Das ergibt sich aus Konstruktion und Anordnung der Panels. Etwa 103 m2 Solarzellen sorgen bei Sonnenschein für eine gewisse Verschattung der etwa 600 m2 betragenden Fensterfläche mit Südausrichtung. Die Verschattung durch die verbleibenden 57 m2 Solarglas kann wegen der hohen Lichttransmission vernachlässigt werden. 1.3.5 Außen liegender Sonnenschutz Sämtliche Fassaden sind mit außenliegendem Sonnenschutz ausgestattet. Aus ästhetischen in Zusammenhang mit Platzgründen wurde an der südlichen Ganzglasfassade ein textiler Sonnenschutz verwendet. An allen anderen Fassaden, auch den zum Atrium gelegenen, sind Metalljalousien installiert. Der außenliegende Sonnenschutz wird je nach Außenhelligkeit von der Gebäudeleittechnik automatisch gefahren, wobei der Nutzer nach einem automatischen Fahrbefehl den Sonnenschutz wieder manuell auf seine persönlichen Bedürfnisse einstellen kann. 9/28 Abbildung 3: Ansicht der Photovoltaikanlage Der textile Sonnenschutz unterliegt den bekannten Einschränkungen. Bei Regen wie bei Windstärken über 5 m/s wird er zur Vermeidung von Beschädigungen eingefahren und die manuelle Bedienmöglichkeit wird verriegelt. Weil dies wegen des bremischen tendenziell windigen Wetters häufig zu Blendungen in den südlich ausgerichteten Räumen führte, wurde auf Wunsch der Mieter an der Südseite ein innen liegender Blendschutz nachgerüstet. 1.3.6 Künstliche Beleuchtung Büros und Seminarräume Die künstliche Beleuchtung der Büros erfolgt über Stehleuchten, die eine gemischte direkte und indirekte Beleuchtung bieten. Jede Stehleuchte ist mit 4 T5-Leuchtmitteln ausgestattet und hat so eine Anschlussleistung von 220 W. Je nach persönlichem Bedürfnis der Mitarbeiter sind die Arbeitsplätze zusätzlich mit Schreibtischleuchten ausgestattet, die jedoch zur Ausstattung der Mieter zu zählen sind. Etwa die Hälfte der Schreibtischleuchten hat eine Anschlussleistung von 11 W, die andere Hälfte 50 bis 60 W. Die Seminarräume sind mit abgehängten Deckenleuchen ausgestattet. Eine Ausnahme bildet ein Seminarraum im 1. Obergeschoss. Da hier mehrere Büros erst nach Fertigstellung des Gebäudes zu einem Seminarraum zusammengefasst wurden, existiert keine Stromversorgung in der nackten Betondecke, so dass auch hier Stehleuchten zum Einsatz kommen. 10/28 Je nach Raumgröße ergibt sich durch dieses Beleuchtungskonzept eine installierte elektrische Leistung zwischen 11 und 22 W/m 2 (teilweise plus Schreibtischbeleuchtung) in Büros und Seminarräumen. In diesen Räumen sind kombinierte Helligkeits- und Präsenzsensoren installiert, die über EIB eine tageslichtabhängige Leistungsregelung und eine präsenzabhängige Beleuchtungssteuerung realisieren. Flure Die Flure werden durch mit Energiesparlampen ausgestattete Wandleuchten beleuchtet. Die installierte Leistung beträgt durchschnittlich 4,3 W/m 2. Die Flurbeleuchtung ist von Hand einund aus zu schalten. Von Seiten des Monitoring wurde angeregt, die Flurbeleuchtung außerhalb der Kernarbeitszeit einmal stündlich automatisch auszuschalten, um unnötig lange Brenndauern der Flurbeleuchtung zu vermeiden. Diese Verbesserung wurde allerdings noch nicht realisiert. Teeküchen und Sanitärbereiche Hier findet sich eine gemischte Beleuchtung aus Halogenstrahlern und Leuchtstofflampen. Die mittlere installierte Leistung beträgt etwa 22 W/m 2. In diesen Bereichen ist die Beleuchtung komplett präsenzgesteuert, d.h. das Licht wird automatisch angeschaltet, wenn eine Person einen der Räume betritt und wenige Minuten, nachdem keine Bewegung mehr registriert wurde, wieder automatisch ausgeschaltet. Das Toilettenproblem (längere, bewegungsarme Sitzungen) ist durch das Vorhandensein von Tastern gelöst, mit denen die Beleuchtung manuell eingeschaltet werden kann. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass das Gebäude über ein energetisch sinnvolles Konzept zur künstlichen Beleuchtung verfügt. Bei den Nutzern trifft die Stehleuchtenlösung jedoch auf geteilte Resonanz. Teilweise wird beklagt, dass die Leuchten grundsätzlich immer im Weg stehen oder dass das Versorgungskabel der Leuchte häufig eine Stolperfalle darstellt. 1.3.7 Alarmanlage und automatische Freischaltung von Stromkreisen Jede einzelne Zone kann durch eine Alarmanlage gesichert werden. Wenn abends der letzte Mitarbeiter einen Bereich verlässt, kann er die Alarmanlage scharf schalten. Es ertönt dann für etwa 3 Minuten ein durchdringender Signalton. Dies soll es eventuell noch anwesenden Personen ermöglichen, die Alarmanlage zu deaktivieren bevor sie wirksam wird. Mit der Scharfschaltung der Alarmanlage wird sämtliche Beleuchtung in der Zone ausgeschaltet und bestimmte Stromkreise werden freigeschaltet. Dadurch werden nächtliche Stand-By-Verbrauche von an diesen Kreisen angeschlossenen Geräten wie Drucker, nicht ausgeschaltete Bildschirme, Kaffeemaschinen, etc. vermieden. 11/28 1.3.8 Tageslichtnutzung Räume nach Osten Westen, Norden Diese Räume sind mit Fassaden ausgestattet, wie sie in Abbildung 4 skizziert sind (siehe auch Abbildung 5). In Ost- und Westfassade ist das Layout vom Erdgeschoss bis zum 3. Obergeschoss gleich, im Erdgeschoss der Nordfassade reicht die Verglasung bis fast auf den Raumboden, wie rechts in der Abbildung dargestellt. In den Oberlichtern sind auch an der Nordfassade Lichtleitelemente eingesetzt, die das Tageslicht an die weiß gestrichene Decke umlenken. Dadurch wird bei großer äußerer Helligkeit zumindest an der Ost- und Westfassade die Eindringtiefe des Tageslichts vergrößert. Bei hellem Wetter ist die Tageslichtsituation durchaus angenehm und ohne künstliche Beleuchtung ausreichend. Bei trübem Wetter, auch im Sommer, ist die Tageslichtsituation jedoch unzureichend. Die Lichtleitelemente wirken eher verschattend und der Riegel, der knapp unter 2 m Höhe beginnt und hinter dem sich der Jalousiekasten befindet schirmt einen großen Teil der vom diffusen Himmel kommenden Strahlung ab. Dies alles sind subjektive Beurteilungen, da bisher weder Tageslichtkoeffizienten bestimmt, noch Tageslichtsimulationen durchgeführt wurden. Räume an der Ganzglas-Südfassade Hinter der Ganzglasfassade ist tagsüber immer genügend Licht vorhanden, um die ganze Raumtiefe von etwa 5 m auszuleuchten. Hier besteht mehr die Problematik der Blendung, wenn der Blendschutz wetter- und systembedingt nicht herunter gefahren werden kann (siehe oben im Abschnitt über den außen liegenden Sonnenschutz). Räume zum Atrium Die Tageslichtsituation in den Räumen, die zum Atrium hin liegen, ist, schlicht gesagt, katastrophal. Selbst während der Endphase der Planungen war anscheinend noch nicht klar, welche Art von Überdachung das Atrium erhalten sollte, und augenscheinlich wurde selbst die Option offen gelassen, das Atrium nicht mit einem Dach auszustatten. Für diese Interpretation spricht, dass im Atriumbereich ein ähnliches Fassadensystem Verwendung fand, wie an der Ost-, West- und Nordfassade. Ebenso wurden Oberlichter mit Lichtleittechnik sowie Jalousien eingebaut. Der Glasanteil wurde allerdings durch Verlängerung der Fensterfläche bis in Bodennähe vergrößert (siehe Abbildung 4 und Tabelle 5). 12/28 355 mm Decke 355 mm Decke Mauer 685 mm 580 mm 3080 mm 1735 mm 3080 mm 1100 mm Mauer 685 mm 685 mm 685 mm 2200 mm 580 mm 2200 mm Fußboden Fußboden Abbildung 4: Layout der Außenfassade (links) und der Innenfassade (rechts) Breite [m] Höhe [m] Anzahl [-] Fläche [m 2] Wand Fassadenelement Glas (Lichtleitung) 2,78 2,20 0,69 3,08 2,48 0,36 1 1 2 8,56 5,46 0,49 Glas (ohne) 0,69 1,10 2 1,51 Außenfassade 1,99 23,28% Glas (gesamt) Öffnungsverhältnis Innenfassade Wand Fassadenelement Glas (Lichtleitung) 2,78 2,20 0,69 3,08 2,88 0,36 1 1 2 8,56 6,34 0,49 Glas (ohne) 0,69 1,74 2 2,38 Glas (gesamt) Öffnungsverhältnis 2,86 33,44% Tabelle 5: Maße der Fassaden nach außen (Ost, West, Nord) und nach innen (Atrium) Zum Atrium hin wurde anstatt der Drei-Scheiben-Wärmeschutzverglasung der Außenfassaden eine Zwei-Scheiben-Wärmeschutzverglasung eingesetzt. Die technischen Daten sind in Tabelle 6 angegeben. Durch die umliegenden Baukörper im Atriumbereich ist der Lichteinfall in die inneren Büros natürlich zusätzlich reduziert. 13/28 Außenfassade Innenfassade Lichttransmission [%] 40 58 Lichtreflexion [%] 36 31 g-Wert [%] 35 44 u-Wert [W/(m 2 K)] 0,8 1,2 Tabelle 6: Technische Daten der Fensterverglasungen Abgesehen von den reinen technischen Daten ergeben sich zum Atrium hin ungünstigere Lichtverhältnisse, da hier die Lichtleitelemente in den Oberlichtern aufgrund der vorherrschenden diffusen Lichtverhältnisse weniger lichtleitende als vielmehr verschattende Funktion aufweisen. Abbildung 5: Fassade eines außen liegenden Büros (Ost, West, Nord) und eines zum Atrium gelegenen Büros (rechts). Die elektrochrome Atriumverglasung hat im hellsten Zustand laut Hersteller einen Lichttransmissionskoeffizienten von TL< 50%. Für den Standardglasaufbau (3 x 4mm Floatglas, 1mm elektrochrome Schicht, 16mm Scheibenzwischenraum gilt TL= 50%. Durch zusätzliche Lagen von Verbundsicherheitsglas (VSG, insgesamt 26 mm), die die Einhaltung von Sicherheitsvorschriften für Überkopfverglasungen und die Betretbarkeit für Wartungs- und Reinigungszwecke sicher stellen, erhöht sich die Scheibenstärke auf 55 mm. Dadurch reduziert sich TL noch weiter. Eine Verbundsicherheitsscheibe von 13mm Dicke (2* 6mm Floatglas + 1mm Folie oder Polymer) hat typischerweise eine Lichtdurchlässigkeit von etwa 60%, damit dürfte die Lichtdurchlässigkeit des Scheibenverbunds im hellsten Zustand deutlich unter 30% 14/28 liegen 2. Eine weitere Reduktion von TL ergibt sich durch die Verschmutzung der nur schwach geneigten Glasfläche (Das Glasdach wurde seit seiner Erstellung im Januar 2002 noch nicht gereinigt). Einem wohl deutlich über 70%igen Helligkeitsverlust an der Wandaußenseite steht also nur eine Verdopplung der Solarapertur (von 9,3% auf 19,4%) gegenüber. Alles in allem führt dies dazu, dass die künstliche Beleuchtung in den Büros im Innenbereich praktisch immer eingeschaltet ist, wenn sie genutzt werden, selbst bei sommerlichem, wolkenlosem Himmel zur Mittagszeit. 1.3.9 Lüftungsgeräte Für die kontrollierte Belüftung des Gebäudes sind 3 Lüftungsgeräte mit Wärmerückgewinnung und integrierter Wärmepumpe des Hersteller Interklima auf dem Dach des Gebäudes installiert. Die Zuordnung der verschiedenen Geräte zu den einzelnen Gebäudeteilen kann Tabelle 7 entnommen werden. Gebäudebereich EG BT 1+2 1.-3. OG BT 1+2 BT 3+4 gesamt Anlagentyp Recovery-Line MD 16 Recovery-Line MD 16 Recovery-Line MD 20 Interne Bezeichnung TABL02 TABL01 ZR3L01 Tabelle 7: Zuordnung der Lüftungsgeräte zu Gebäudebereichen Die Geräte sind, abgesehen von ihrer unterschiedlichen Luftmengenleistung, identisch aufgebaut. Jedes der Geräte besteht aus einem Zuluftgerät und einem Abluftgerät, die miteinander gekoppelt sind. Den Aufbau zeigt Abbildung 6. (Quelle: Interklima) Abbildung 6: Aufbau eines Lüftungsgeräts 2 Die genauen Daten vom Hersteller liegen z.Zt. leider nicht vor. Eine Berechnung kann auch nicht durchgeführt werden, da dazu die Transmissionsspektren der einzelnen Lagen vorliegen müssten. Eine Abschätzung anhand einer Multiplikation der einzelnen Transmissionsspektren ergäbe TL = 0,5*0,6*0,6 = 0,18. Dieser Wert liegt jedoch deutlich unter dem tatsächlichen Wert, da die Transmissionsspektren typischerweise ein Maximum im grün-blauen Bereich aufweisen, wo das menschliche Auge ein Empfindlichkeitsmaximum besitzt. 15/28 Auf eine detaillierte textuelle Funktionsbeschreibung wird hier verzichtet, das Funktionsprinzip kann aber dem Mollier-Diagramm (Abbildung 8) und dem Funktionsschema (Abbildung 7) für den Sommerfall entnommen werden. Beide Darstellungen entstammen der Dokumentation des Herstellers. (Quelle: Interklima) Abbildung 7: Funktionsschema eines Lüftungsgeräts (Kühlbetrieb) Die technischen Daten der Lüftungsgeräte sind im Anhang wiedergegeben. Die elektrische Leistungsaufnahme im Nennbetrieb bei Nennkühlleistung (also bei einem Zuluftstrom von zusammen 54900 m 3/h und Außentemperaturen von >32°C) beträgt 165,7 kW. An Sonntagen sind die Lüftungsgeräte normalerweise nicht bzw. in einem abgesenkten Betrieb. Der Betrieb der Anlagen erstreckt sich montags von 6:00 Uhr bis 19:00 Uhr, dienstags bis samstags sind die Anlagen normalerweise von 7:00 bis 19:00 in Betrieb. Regelung Eine bedarfsabhängige Regelung der Luftmengen erfolgt nicht. Die Lüfter werden auf einen festen Gegendruck geregelt, die Abluftvolumenströme für die verschiedenen Bereiche werden durch die GLT über Klappen auf fest eingestellte Werte geregelt. Von der GLT werden Sollwerte für die Zulufttemperatur an die in den Lüftungsgeräten integrierten Regler weiter gegeben. Der Betreiber hat (leider) keinen Einfluss auf die Regelung der Teilsysteme der Lüftungsgeräte. Luftmengen und Luftwechselraten Die Anlage TABL01 läuft im Jahr 2002 tagsüber mit einer Abluftmenge von etwa 13000 m3/h (etwa 94% der Nennluftmenge), nachts mit etwa 300 m3/h. Bei der Anlage TABL02 sind es tagsüber etwa 14000 m3/h (etwa 85% der Nennluftmenge), nachts etwa 1000 m3/h. Die An16/28 lage ZR3 kommt tagsüber auf etwa 12700 m3/h (etwa 65% der Nennluftmenge), nachts auf etwa 300 m3/h. Tagsüber läuft die Anlage TABL01 annähernd im Volllastbereich, die beiden anderen Anlagen laufen im Teillastbereich. Dadurch ergeben sich die in Tabelle 8 aufgeführten gemittelten, auf die Nutzfläche bezogenen Luftwechselraten im Tagesbetrieb. (Quelle: Interklima) Abbildung 8: h-x-Diagramm des Wärmeprozesses eines Lüftungsgeräts (Kühlbetrieb) Gerät Bereich TABL01 TABL02 ZR3L01 BT 1+2, 1.-3-OG BT 1+2, EG BT 3+4, EG-3.OG Volumen [m 3] 9367 3174 10590 NF Volumenstrom [m 3/h] 13000 14000 12700 Luftwechselrate [1/h] 1,4 4,4 1,2 Tabelle 8: Luftwechselraten im Normalbetrieb, bezogen auf die Nutzfläche Die Luftwechselrate für das Gerät TABL02 wurden höher als für die anderen Geräte gewählt, da es unter anderem mehrere Schulungsräume versorgt. Besonders die Luftwechselraten der Geräte TABL01 und TABL02 erscheinen etwas zu hoch, was aus Tabelle 9 hervorgeht. 17/28 Dort sind die Volumenströme auf das Volumen der Hauptnutzfläche (HNF nach DIN277) bezogen. Gerät Bereich TABL01 TABL02 ZR3L01 BT 1+2, 1.-3-OG BT 1+2, EG BT 2+4, EG-3.OG Volumen HNF Volumenstrom [m 3] [m 3/h] 6604 13000 1999 14000 7911 12700 Luftwechselrate [1/h] 2,0 7,0 1,6 Tabelle 9: Luftwechselraten im Normalbetrieb, bezogen auf die Hauptnutzfläche Wärmemengen Gegen Ende des Jahres 2002 wurde eine erste Analyse der dem Zuluftstrom zugeführten Wärme durchgeführt. Es wurde der Zeitraum vom 5.7.2002 bis 17.11.2002 berücksichtigt. Die erste Auswertung beruht auf den folgenden vereinfachenden Annahmen und Fakten: 1. Es werden lediglich Abluftvolumenströme gemessen. Diese werden den Berechnungen zugrunde gelegt, obwohl klar ist, dass die durch die Klimageräte zugeführte Luftmenge von dieser Grundlage abweichen dürfte. Das System wird mit leichtem Überdruck gefahren, man muss davon ausgehen, dass Fenster geöffnet sind und dass Asymmetrien zwischen Zuluft- und Abluftsystem bestehen. 2. Zunächst wird die relative Feuchte der zugeführten Luft nicht berücksichtigt. Es wird mit einer konstanten spezifischen Wärmekapazität von 1,2 kJ/(m3 K) gerechnet. 3. Es wird diejenige Menge an Energie berechnet, die notwendig ist, die dem Abluftvolumen entsprechende Menge von Außenluft auf die Temperatur zu bringen, die die Klimageräte als Zulufttemperatur ausgeben. 4. Die Wärmerückgewinnung in den Klimageräten wird zunächst nicht berücksichtigt. Die folgende Tabelle zeigt die den Zuluftströmen unter den obigen Voraussetzungen im genannten Zeitraum zugeführte (heizen) bzw. entzogene (kühlen) Energie in MWh. TABL01_E heizen 108,0 TABL01_E kühlen -1,6 TABL02_E heizen TABL02_E kühlen 98,5 -6,0 ZR3L01_E heizen 108,2 ZR3L01_E kühlen -4,1 Tabelle 10: Dem Zuluftstrom zugeführte Energie Das heißt, der Zuluft wurde in dem betreffenden Zeitraum über die Wärmerückgewinnung und die Wärmepumpen insgesamt 314,7 MWh Wärme und 11,7 MWh Kälte zugeführt. Die in diesem Zeitraum verbrauchte Menge an elektrischer Energie legt die Vermutung nahe, dass die vom Gerätehersteller versprochene Wärmerückgewinnung von 90% nicht realisiert werden konnte. Vielmehr liegt die Vermutung nahe, dass die Temperierung fast ausschließ18/28 lich über die Wärmepumpe mit einer mittleren Leistungszahl von 6 im Heizfall und von 1 im Kühlfall erfolgte. Die Vermutung einer fehlerhaften Funktion der Wärmerückgewinnung wird dadurch gestützt, dass die Lüftungsgeräte ab Mitte Dezember 2002 offensichtlich fehlerhaft arbeiteten. Bei Außentemperaturen unter 0°C konnte die geforderte Zulufttemperatur von über 20°C bei weitem nicht erreicht werden. Da die Zulufttemperatur an kalten Tagen teilweise bei 12°C lag, mussten die Lüftungsgeräte abgeschaltet werden. Die Ursachen der Fehlfunktion konnten bislang (Stand 5.3.2003) vom Hersteller nicht ermittelt werden. Wegen des eingeschränkten Zugangs zu den Regelungsfunktionen und der Gewährleistungsfrage konnte das Problem weder vom Betreiber noch vom Monitoring-Team näher untersucht werden. 1.4 Energiekonzept Aus Abbildung 9 ist das Energiekonzept des Gebäudes zu ersehen. Eine vor der Südfassade angebrachte Photovoltaikanlage mit einer Gesamtleistung von PSTC = 12,384 kW speist ihren Ertrag ins öffentliche Netz. Aus dem öffentlichen Netz wird Strom bezogen für den nutzungsspezifischen Verbrauch, für die Beleuchtung, für die Erwärmung von Trinkwasser sowie für den Betrieb der Anlagen der technischen Gebäudeausrüstung. Als Großverbraucher sind zwei elektrisch betriebene Kältemaschinen sowie 3 Lüftungsgeräte zu nennen. Zusätzlich gibt es zahlreiche Pumpen, einige Abluftventilatoren für die Sanitärbereiche sowie die Gebäudeleittechnik. PV-Generator Netzstrom Strom Elektr. Kältemaschine Erdwärmetauscher Kälte Klimagerät Wärmepumpe Fernwärme Wärmerückgewinnung Wärme Abbildung 9: Energiekonzept des Gebäudes 19/28 Eine der elektrischen Kältemaschinen ist für die Kühlung eines Hochleistungsrechenzentrums vorgehen, das allerdings nicht installiert ist. Dieses Rechenzentrum sollte in der Heizperiode Wärme für die Beheizung des Gebäudes zur Verfügung stellen. Die zweite Kältemaschine ist zur Unterstützung der Kühlung mittels Betonkernaktivierung gedacht, wenn die Leistung des Erdwärmetauschers an heißen Sommertagen nicht ausreicht. Die Lüftungsgeräte sorgen für eine kontrollierte Belüftung des Gebäudes und verfügen über Wärmerückgewinnung sowie über integrierte, elektrisch betriebene Wärmepumpen zur Temperierung der Zuluft im Kühlfall wie im Heizfall. Fehlender Heizwärmebedarf wird durch Fernwärme aus einer nahe gelegenen Müllverbrennungsanlage abgedeckt. Ein Fernwärmeanschluss ist obligatorisch für sämtliche Gebäude im Technologiepark der Universität Bremen. 1.5 Energieverbrauch 1.5.1 Verbrauch elektrischer Energie Falls im Folgenden nicht ausdrücklich etwas anderes gesagt wird, beziehen sich die genannten Zahlen auf den Zeitraum vom 6.7.2002 bis 5.1.2003, also auf ein halbes Jahr von Anfang Juli bis Anfang Januar. In diesem Zeitraum wurden insgesamt 391,4 MWh elektrische Energie verbraucht. Davon sind 262,6 MWh der technischen Gebäudeausrüstung und 128,8 MWh der Beleuchtung und dem nutzerspezifischen Verbrauch zuzurechnen. Eine separate Ausweisung des Energieverbrauchs für Beleuchtung ist derzeit noch nicht möglich, da wegen der Versorgungstopologie keine separaten Zähler für die Beleuchtung installiert sind. Der flächenbezogene Verbrauch ergibt sich aus Tabelle 11. Zeitraum 6.7.2002-5.1.2003 E-Verbrauch TGA Gesamt Bezugsfläche pro Fläche 262,6 7621 34,45 E-Verbrauch Nutzer + Beleuchtung 128,8 15,90 E-Verbrauch Einheit TGA + Nutzer + Beleuchtung 391,4 MWh m2 51,35 kWh/m 2 Tabelle 11: Verbrauch elektrischer Energie vom 6.7.2002 bis 5.1.2003 1.5.2 Heizwärme Beheizt wird das Gebäude zum einen über Fernwärme aus einer nahe gelegenen Müllverbrennungsanlage. Diese Wärme wird über die Heizkreise (hauptsächlich Fußbodenheizung, im EG von Bauteil 3 und 4 auch statische Heizflächen) und über die Betonkernaktivierung ins Gebäude eingebracht. Zum anderen wird aber auch über die Lüftung Wärme einge20/28 bracht, indem im Winterbetrieb die eingebrachte Außenluft über integrierte Lüftungsgeräte mit Wärmetauschern und elektrischen Wärmepumpen etwa auf Raumtemperatur vorgewärmt wird. Der energetische Aufwand hierfür ist in dem Verbrauch elektrischer Energie enthalten. Wie weiter oben schon dargelegt, steht die projektierte Abwärme aus einem Rechenzentrum nicht zur Beheizung des Gebäudes zur Verfügung. Der Verbrauch von Fernwärme während des betrachteten Zeitraums ist in Tabelle 12 dargestellt. Zeitraum 6.7.2002-5.1.2003 Gesamt Bezugsfläche pro Fläche Heizwärme (Fernwärme) 227,1 7621 29,8 Einheit MWh m2 kWh/m 2 Tabelle 12: Verbrauch von Fernwärme vom 6.7.2002 bis 5.1.2003 1.5.3 Primärenergieverbrauch Zur Berechnung des Primärenergieverbrauchs wird die bezogene elektrische Energiemenge mit dem Primärenergiefaktor 2,8 multipliziert. Die Fernwärme erhält den Faktor 1. Die so errechneten Primärenergiemengen sind in Tabelle 13 angegeben. Die technische Gebäudeausrüstung (TGA) umfasst die Lüftungsgeräte, die Kältemaschinen, die Abluftventilatoren für die Sanitärbereiche, sämtliche elektrischen Komponenten der Fußbodenheizung und der Betonkerntemperierung (Pumpen etc.), die Gebäudeleittechnik und die Aufzüge. Auch die äußere Gebäudebeleuchtung, die Beleuchtung des Atriums, der Betrieb von Teich und Wasserlauf im Atrium sowie die Beleuchtung der Treppenhäuser sind in diesem Posten enthalten. Unter die Position Nutzer fallen die nutzerspezifischen Verbrauche und die elektrische Warmwasserbereitung. Diese Verbräuche werden aufgrund der Versorgungsstruktur zusammen mit den Verbräuchen für die Beleuchtung der Räume und der Flure erfasst. Es sei, um keine Missverständnisse aufkommen zu lassen, darauf hingewiesen, dass die dargestellten Energiemengen innerhalb eines halben Jahres (von Anfang Juli bis Anfang Januar) verbraucht wurden. In dieser Zeit ist etwa eine halbe Heizperiode enthalten. Schon für dieses halbe Jahr liegt der gebäudebezogene Primärenergieverbrauch ohne die Berücksichtigung des Energieverbrauchs für die Beleuchtung fast 30% über den jährlichen Zielwerten des Solarbauprogramms. 21/28 Zeitraum 6.7.2002-5.1.2003 Bezugsfläche 7621 m 2 Endenergie Primärenergie (Faktor 2,8 für el. Energie) Summe spez. [MWh] [kWh/m 2] Summe [MWh] spez. [kWh/m 2] Fernwärme 227,1 29,8 227,1 29,8 Elektro, TGA Elektro, Licht + Nutzer 262,6 128,8 34,45 15,90 735,3 360,6 96,5 47,3 962,4 1323,0 126,3 173,6 Summe FW + TGA Summe FW + TGA + Licht + Nutzer Tabelle 13: Primärenergieverbrauch 1.5.4 Betrachtungen zum Energieverbrauch Der hohe Energieverbrauch kann derzeit auf 5 hauptsächliche Aspekte zurückgeführt werden, die Nebenaspekte werden in einem späteren Bericht erläutert werden. Undichtigkeit der Gebäudehülle Da die erste Phase des Bauprojekts (Planung und Errichtung) nicht im Solarbau-Programm gefördert wurde, hatte der Bauherr die Möglichkeit, auf eine Dichtigkeitsprüfung der Gebäudehülle zu verzichten. Dies rächte sich bitterlich: Während einiger kalter Tage im Dezember 2002, an denen zusätzlich eine Lüftungsanlage ausgefallen war, bemerkte das MonitoringTeam unangenehme Zugerschienungen nahe der Fenster in Räumen an der Ostfassade. Normalerweise arbeitet die Lüftungsanlage mit einem leichten Überdruck, d.h. es wird mehr Luft in das Gebäude eingebracht, als abgesogen wird. Dies war an besagten Tagen nicht der Fall, so dass Undichtigkeiten der Fassade aufgrund eindringender Kaltluft entdeckt werden konnten. Die Undichtigkeiten im Bereich der in den Fensterrahmen integrierten Rollladenelemente dürfte auf fehlerhafte Montage zurückzuführen sein. Nach Intervention des Monitoring-Teams wurden diese Undichtigkeiten an Ost-, West- und Nordfassade vom Fassadenbauer auf Garantiebasis beseitigt. Die Südfassade ist von diesen Undichtigkeiten nicht betroffen, da hier ein anderes Fassadensystem eingesetzt ist. Hohe Luftwechselraten Insbesondere für das Gerät TABL02 erscheint der energetische Aufwand deutlich zu hoch. Die Schulungsräume werden keineswegs 6 Tage in der Woche 12 Stunden lang genutzt. Außerdem befinden sich in dem von diesem Gerät versorgten Bereich auch Büroräume, die eine niedrigere Luftwechselrate benötigen. Eine bedarfsabhängige Regelung dieses Geräts könnte einen beträchtlich geringeren Energieverbrauch und eine beträchtliche Reduzierung der Betriebskosten zur Folge haben. An Sonntagen oder an Tagen, als die Lüftungsgeräte ausgefallen waren (dies war z.B. im Januar 2003 der Fall), beträgt der tägliche elektrische Energieverbrauch für die TGA nur etwa 200 kWh/d. Lediglich an heißen Tagen steigt der Energieverbrauch (ohne Lüftungsgeräte) bis auf etwa 700 kWh/d, da dann die Kühlung über die Betonkernaktivierung erfolgt. Geht man daher als grobe Abschätzung von einem mittleren Energieverbrauch von etwa 350 22/28 kWh/d für die TGA ohne Lüftungsgeräte für den betrachteten Zeitraum aus (350 kWh/d * 182 d = 63,7 MWh), kann man den Energieverbrauch der Lüftungsgeräte im betrachteten Zeitraum auf etwa 199 MWh bzw. auf etwa 26 kWh/m 2 abschätzen. Dieser Wert ist allerdings relativ unsicher, da auch in den Sommermonaten nicht unbedingt von einer korrekten Funktion der Lüftungsgeräte ausgegangen werden kann (vgl. Abschnitt 1.3.9). Fehlende Abwärmenutzung Der nun doch nicht installierte Hochleistungscomputer hätte laut Auskunft von ECOTEC eine annähernd konstante Wärmeleistung von 104 kW abgegeben. Pro Tag ist das eine Energiemenge von 2496 kWh. Bei einem angenommenen Wirkungsgrad von 80% stünden 2000 kWh/d Wärme zur Beheizung des Gebäudes zur Verfügung. Nimmt man an, dass alle täglichen Heizlasten von < 2000 kWh/d durch die Abwärmenutzung gedeckt würden, ergäbe sich auf der Basis der Messwerte für den betrachteten Zeitraum ein Nachheizbedarf von etwa 30 MWh, oder etwa 4 kWh/m 2 gegenüber den vorliegenden rund 30 kWh/m 2, wenn keine längeren Pufferzeiten als ein Tag berücksichtigt werden. Tageslichtnutzung im Atriumbereich Die schlechte Tageslichtsituation in den an das Atrium angrenzenden Räumen erzwingt eine längere Betriebsdauer der künstlichen Beleuchtung. Der Mehrverbrauch hierfür dürfte deutlich unter 10 kWh/(m2 a) liegen, eine detaillierte Analyse steht jedoch aus. Dieser Grenzwert ergibt sich bei einer zusätzlichen Einschaltdauer von 8 Stunden an 260 Tagen im Jahr mit einer installierten mittleren Leistung von 15 W/m 2 (siehe Abschnitt künstliche Beleuchtung) und einem Flächenanteil der zum Atrium liegenden Räume von 1/3 der beheizten NGF. Er ist sehr hoch gegriffen, da weder die präsenzabhängige Abschaltung des Lichts berücksichtigt ist, noch die Tatsache, dass nicht alle Räume 8 Stunden täglich besetzt sind. Eintrag von solarer Energie über die Südfassade Auch hier steht die detaillierte Analyse noch aus. Es ist aber davon auszugehen, dass die im Sommer notwendige Kühlung der Räume an der Südfassade ihren Beitrag zu dem hohen Verbrauch elektrischer Energie liefert, da jede nicht von dem Erdkollektor gelieferte Kilowattstunde Kälte entweder über die Lüftungsgeräte oder für die Betonkernaktivierung elektrisch erzeugt werden muss. 2 Stand des Vorhabens 2.1 Arbeits- und Zeitplanung Vom Mittelgeber wurde eine Projektlaufzeit vom 1.10.2001 bis 30.9.2004 bewilligt. Da der Bewilligungsbescheid jedoch erst Mitte November 2001 beim Zuwendungsempfänger eingegangen ist und für die Bearbeitung ein Mitarbeiter eingestellt werden musste, konnte mit der intensiven Bearbeitung des Projekts erst zum 1.3.2002 begonnen werden. Wegen dieser zeitlichen Verzögerung konnte das Messprogramm nicht wie ursprünglich geplant zu Anfang Februar, sondern in vollem Umfang erst zu Anfang Juli 2002 gestartet werden. Einzelne Messungen liegen dagegen schon ab Mitte Mai 2002 vor. Trotzdem ist sicher23/28 gestellt, dass bis Ende der Projektlaufzeit zwei volle Betriebsjahre erfasst und ausgewertet werden können. Die Projekt-Homepage ging Anfang Mai 2002 online, die Online-Messdatendarstellung für ausgewählte Messwerte ist seit Ende Mai 2002 realisiert. Auf eine erste allgemeine Nutzerbefragung kurz nach Bezug wurde verzichtet, da in der Wissenschaft allgemein von einer Befragung während der ersten 12 Monate des Gebäudebetriebs abgeraten wird. Aufgrund seitens der Nutzer häufig geäußerter Klagen über gesundheitliche Belastungen wurde jedoch im Juni 2002 in Zusammenarbeit mit dem Betriebsarzt der Universität Bremen eine Befragung zum gesundheitlichen Befinden bei den Mitarbeitern des Institut Technik und Bildung durchgeführt. 2.2 Ausgabenplanung Die Ausgaben sind bislang weitgehend wie geplant getätigt worden. Der zahlenmäßige Nachweis wird von den Mitarbeitern der Drittmittelverwaltung der Universität Bremen erstellt. Abweichungen gegenüber den Planungen ergaben sich dadurch, dass der Projektmitarbeiter erst im März 2002 eingestellt werden konnte. Dadurch konnte für die restliche Laufzeit des Vorhabens eine ganze Stelle realisiert werden. Eine weitere Abweichung ist vorauszusehen, da der Bauherr und Gebäudebetreiber gegenüber dem ursprünglichen Ansatz einen höheren Betrag für notwendige Installationsarbeiten sowie Informations- und Datenlieferung fordert. Dies wird jedoch nicht zu höheren Projektkosten führen, da bei der Realisierung der Datenübertragung zwischen Gebäudeleittechnik und Monitoring Investitionskosten eingespart werden konnten. Dem Projektträger ist dieser Vorgang bereits bekannt. Zu gegebener Zeit wird ein Änderungsantrag gestellt werden. 3 Aussichten auf Erreichung der Vorhabenziele Derzeit liegen die Verbrauchsdaten deutlich über den Zielwerten des Solarbauprogramms. Während 6 Monaten wurden insgesamt 1323 MWh Primärenergie verbraucht. Das entspricht einem auf die beheizte Nettogrundfläche bezogenen Verbrauch von 173,6 kWh/m2 (siehe Tabelle 13). Dieser Wert reduziert sich nicht wesentlich, wenn die in diesem Zeitraum durch Photovoltaik produzierte Energie von etwa 5 MWh berücksichtigt wird. Eine detaillierte Analyse der nutzungsspezifischen Verbrauche liegt zwar noch nicht vor, selbst wenn der nutzungsspezifischen Endverbrauch großzügig mit 14 kWh/(m2 a) (7 kWh/m 2 für den betrachteten Zeitraum, 20 kWh/m 2 primärenergetisch) nach oben abgeschätzt wird3, 3 Der zugrunde gelegte Erfahrungswert beruht aus Erkenntnissen aus dem Solarbauprojekt ECOTEC 1+2. Die Nutzung des Gebäudes ZARM3 weicht nicht wesentlich von der des ECOTEC 1-Gebäudes ab. Im Unterschied zu ECOTEC 1 wird Warmwasser jedoch nicht über eine solarthermische Anlage, 24/28 ergibt sich für den gebäudebezogenen Primärenergieverbrauch im betrachteten Zeitraum immer noch ein Wert von rund 155 kWh/m 2. Stellt man in Rechnung, dass in dem vorliegenden Messzeitraum etwa eine halbe Heizperiode und fast eine ganze Kühlperiode enthalten ist, der elektrische Energieverbrauch der TGA sich zwischen Sommer- und Wintermonaten aber nicht gravierend unterscheidet, ist davon auszugehen, dass der jährliche spezifische Primärenergieverbrauch in der Nähe von 300 kWh/(m2 a) liegen dürfte. Um die Zielwerte des Solarbau-Programms einzuhalten, müsste also durch Optimierung etwa 2/3 des Primärenergieverbrauchs eingespart werden. Zur Zeit sind keine Optimierungspotentiale dieser Größenordnung absehbar. Selbst wenn die Lüftungsgeräte komplett abgeschaltet würden, ergäbe sich nur eine Einsparung elektrischer Energie von schätzungsweise 400 MWh/a bzw. 52 kWh/(m2a) (145,6 kWh/(m 2a) primärenergetisch). Dem gegenüber stände jedoch ein höherer energetischer Aufwand für die sommerliche Kühlung des Gebäudes. Außerdem dürfte der Betreiber und Bauherr nicht bereit sein, diese Maßnahme durchzuführen, da dann größere Konflikte mit den Mietparteien abzusehen wären. Falls die elektrochrome Atriumverglasung auf absehbare Zeit nicht zufriedenstellend arbeitet, ist der Glaslieferant laut Auskunft des Bauherrn verpflichtet, die elektrochromen Scheiben durch normale Isolierglasscheiben zu ersetzen. Dies könnte zu einer wesentlichen Verbesserung der Tageslichtsituation in den zum Atrium liegenden Räumen führen. Die dadurch erzielbare Verminderung des spezifischen elektrischen Energieverbrauchs dürfte aber im unteren einstelligen Bereich liegen und damit keinen großen Beitrag leisten. Wenn die geplante, aber nicht realisierte Abwärmenutzung mit in die Rechnung einbezogen würde, könnten noch einmal maximal 26 kWh/(m 2 a) (siehe oben) von dem Primärenergieverbrauch abgezogen werden. Diese Zahl ist jedoch eine äußerst positive Abschätzung, da bei der Berechnung der Wirkungsgrad der Abwärmenutzung nicht berücksichtigt ist. Selbst bei Abschaltung der Lüftungsgeräte dürfte der spezifische Primärenergieverbrauch des Gebäudes bei etwa 150 kWh/(m2a) (130 kWh/(m 2a) bei fiktiver Anrechnung der Wärmerückgewinnung) liegen 4. 4 Ergebnisse Dritter, die für die Durchführung relevant sind Hier sind derzeit keine Ergebnisse bekannt. sondern über elektrische Warmwasserbereiter erzeugt (vgl. Endbericht zum Solarbauprojekt ECOTEC 1+2). 4 Diese Zahlen sind mit äußerster Vorsicht zu genießen, da sie auf groben Abschätzungen und nicht auf systemtheoretisch fundierten Berechnungen beruhen. Ein erhöhter Energieverbrauch für die Betonkernaktivierung ist genauso wenig berücksichtigt wie Betriebsenergie für die Wärmerückgewinnung. 25/28 5 Notwendige Änderungen in der Zielsetzung Von Seiten des Monitoring wird empfohlen, in Zusammenarbeit mit dem Solarbau:MonitorTeam und dem Projektträger die Zielsetzung des Projekts zu überdenken. Die Gründe dafür sind: • • • Die Energieverbrauchswerte liegen entgegen den Ankündigungen des Bauherrn deutlich über den Zielwerten des Solarbau-Programms, so dass sich das Gebäude nicht als BestPractice-Beispiel eignet. Die in der Förderzusage geforderte detaillierte Untersuchung der Abwärmenutzung aus einem Rechenzentrum kann nicht durchgeführt werden, da das Rechenzentrum aus weder vom Projektnehmer noch vom Bauherrn zu verantwortenden Gründen nicht realisiert wurde. Die in der Förderzusage geforderte detaillierte Untersuchung des Einflusses des Atriums auf den Energieverbrauch erscheint wegen Fehlern in der Tageslichtplanung nur eingeschränkt sinnvoll. Diese Untersuchung müsste sich auf die Verminderung des Wärmeverlusts durch das Atrium beschränken. Die lichttechnischen Aspekte sind zu weit von einer annehmbaren Lösung entfernt, als dass bei deren Untersuchung lernförderliche Erkenntnisse zu erwarten wären. 6 Erfindungen, Schutzrechte und sonstige Erkenntnisse In dem Projekt sind keine Erfindungen, Schutzrechte oder sonstige wirtschaftlich vermarktbare Erkenntnisse entstanden. 7 Anhang 7.1 Technische Daten der Lüftungsgeräte In Tabelle 14 sind die technischen Daten der Lüftungsgeräte zusammengefasst. Sie sind den Revisionsunterlagen entnommen. Grün unterlegte Werte wurden in diesen Unterlagen nicht ausgewiesen, rot unterlegte Werte sollten überprüft werden. Bezeichnung REC 16 REC 16 REC TABL02 TABL01 ZR3 20 Einheit Gesamtanlage Luftmenge Zuluft (nenn) Luftmenge Abluft (nenn) u-Wert Gehäuse Zuluftgerät Ventilator Wellenleistung Wirkungsgrad Drehzahl Ventilatormotoren 17100 16400 0,46 15800 13800 0,46 22000 19600 0,46 m 3/h m 3/h W/(m 2K) 10,68 0,73 2120 9,85 0,71 2062 13,72 0,73 1890 kW 1/min 26/28 Leistung Drehzahl, nenn Strom, nenn Strom, anlauf/max Spannung Erhitzer Eintrittstemperatur Luft Austrittstemperatur Luft Eintrittstemperatur Wasser Austrittstemperatur Wasser Volumenstrom Wasser Druckverlust Wasser Leistung Verdampfer Eintrittstemperatur Luft Eintrittsfeuchte Luft Austrittstemperatur Luft Austrittsfeuchte Luft Verdampfungstemperatur Kältemittel Leistung Abluftgerät Kondensator Eintrittstemperatur Luft Austrittstemperatur Luft Kondensationstemperatur Kältemittel Druckverlust Ventilator Wellenleistung Wirkungsgrad Drehzahl Ventilatormotoren Leistung Drehzahl, nenn Strom, nenn Strom, anlauf/max Spannung Kälteeinschub Kälteleistung, nenn Verdampfungstemperatur Kältemittel Kondensationstemperatur Kältemittel Leistungsaufnahme Strom nenn/betrieb 15 1455 28,5 171,0 400 15 1455 28,5 171,0 400 15 1455 28,5 171 400 kW 1/min A A V 15 25 70 50 2455 6 57,285 15 25 70 50 2268 6 52,930 15 25 70 50 3159 7 73,700 °C °C °C °C l/h kPa kW 28 30 17 61 7 63,084 28 30 17 61 7 69,480 28 30 17 61 7 87,677 °C rel % °C rel % °C kW 42 65 68 0 42 65 68 0 42 65 68 0 °C °C °C kPa 10,22 0,72 2088 8,75 0,68 1983 12,19 0,71 1816 kW 1/min 15 1455 28,5 171,0 400 15 1440 22,0 132,00 400 15 1455 28,5 171 400 kW 1/min A A V 65 5 52 22,6 35,1 65 5 52 22,6 35,1 80 7 62 30,5 50,4 kW °C °C kW A 27/28 Spannung 400 400 400 V el. Leistungsaufnahme im Nennbe- 52,6 trieb bei Nennkühlleistung 52,6 60,5 kW Tabelle 14 : Technische Daten der Lüftungsgeräte 7.2 • • • • 7.3 Öffentlichkeitsarbeit Die Homepage kann unter http://www.ecosol.uni-bremen.de/zarm3 aufgerufen werden. Dort stehen unter anderem mit einem Tag Verzug ausgewählte Messwerte des Gebäudebetriebs zur Verfügung. Am 21. und 22. Februar 2002 fand im Gebäude in den Räumen des Institut Technik und Bildung im Rahmen der Einweihungstagung ein Workshop mit dem Titel „Qualifizieren für technologische Innovation in der Gebäudesystemtechnik“ statt. Teilnehmende waren regionale Experten aus Bausektor, Universität, Fachhochschule und beruflicher Bildung. Im Jahr 2002 wurden etwa 15 Gebäudeführungen mit interessierten Gruppen durchgeführt, darunter auch Gruppen aus dem Bereich berufliche Bildung und aus den bremischen Fachhochschulen. Es wurde ein Projektflyer im Institutslayout erstellt. Studentische Beteiligung am Projekt Wissenschaftliche Hilfskräfte arbeiten an Themen wie Gebäudesimulation, Analyse der nutzerspezifischen Verbrauche, Analyse der Lüftungsgeräte. Studien- oder Diplomarbeiten wurden noch keine vergeben. 7.4 Lehrveranstaltungen Im Sommersemester 2002 und im Wintersemester 2002/2003 wurden insgesamt 3 Lehrveranstaltungen mit Projektbezug durchgeführt: • Messtechnik in Gebäuden (SS 02) • Technisches Facility Management mit praktischen Übungen (SS 02) • Gebäudesystemtechnik (WS 02/03) 28/28
