Energieoptimiertes Bauen: Demonstrationsbauvorhaben
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b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Bergische Universität Wuppertal Energieoptimiertes Bauen: Demonstrationsbauvorhaben Sanierung eines Bürogebäudes der 60er Jahre zu einem Niedrigenergiehaus Förderkennzeichen: 0329750X Schlussbericht Projektnehmer Bergische Universität Wuppertal Fachbereich D, Abteilung Architektur Lehrgebiet Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung, b+tga Prof. Dr.- Ing. Karsten Voss Haspeler Straße 27 42285 Wuppertal Wuppertal, Juli 2010 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Vorwort Der vorliegende Abschlussbericht bezieht sich auf das Forschungsprojekt „Energieoptimiertes Bauen: Demonstrationsbauvorhaben: Sanierung eines Bürogebäudes der 60er Jahre zu einem Niedrigenergiehaus“. Das Projekt wurde im Rahmen des Förderkonzepts „Energieoptimiertes Bauen“ (EnOB), Teilbereich Energetische Verbesserung der Gebäudesubstanz (EnSan), von November 2006 bis Januar 2010 mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über den Projektträger Jülich unter dem Förderkennzeichen: 0329750X gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor. Die Projektbeteiligten: Bergische Universität Wuppertal Fachbereich D, Abteilung Architektur Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Projektbearbeitung: Dipl.-Ing. Peter Engelmann M.Sc. arch Eike Musall Haspeler Straße 27 42285 Wuppertal Architektur Contor Müller Schlüter Kolkmannhaus Hofaue 55 42103 Wuppertal Ingenieurbüro Frank Lucas Am Blaffertsberg 28-30 42899 Remscheid Remscheider Entsorgungsbetriebe Nordstraße 48 42853 Remscheid Der Bericht umfasst 108 Seiten, zuzüglich Anhang. Bergische Universität Wuppertal, Wuppertal, Juli 2010 ……………………………………….. Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss ……………………………………….. Dipl.-Ing. Peter Engelmann II ……………………………………….. M.Sc. arch Eike Musall b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Kurzfassung Das 4-geschossige, 4.600 m² große Gebäude aus den 60er Jahren in Remscheid wird heute etwa zur Hälfte als zentrales Verwaltungsgebäude der Entsorgungsbetriebe und als Unterbringung für den dazugehörigen Fuhrpark genutzt. Ähnlich zu vielen anderen Gebäudesanierungen beschränkte sich die Sanierung nicht auf die Mängelbeseitigung und energetische Verbesserung. Eine Sanierung steht oft in Konkurrenz zu einem Neubau. Daher wurden wesentliche Verbesserungen in der Nutzungsqualität und dem Erscheinungsbild sowie eine signifikante Senkung des Energieverbrauchs und der Betriebskosten erwartet. Aus Verbrauchsmessungen im Vorfeld der Sanierung war ein Primärenergiekennwert von etwa 440 kWh/(m²a) bekannt. Dabei lag allein der Wärmeverbrauch bei rund 370 kWh/(m²a). Hinsichtlich des sommerlichen Raumklimas waren insbesondere die Verhältnisse im 2. OG auffällig. Für die bereits bei der Erstellung vorgenommene Aufstockung des zunächst 3geschossig geplanten Gebäudes kam nur eine Leichtbauweise in Frage. Die intensive Planungsarbeit und die große Bereitschaft von Bauherren und Planern zur kritischen Variantenanalyse haben dazu beigetragen, eine ganzheitlich überzeugende Gebäudesanierung zu vertretbaren Kosten zu erstellen. Die erreichten Energiekennwerte sind mit 86 kWh/m²a Primärenergie für Heizwärme und ca. 58 kWh/m²a Primärenergie für elektrische Hilfsenergie (Lüften, Beleuchtung) angesichts der hohen Werte vor der Sanierung sehr niedrig, jedoch mit Blick auf die planerisch angestrebten Werte weiter verbesserungsfähig. Hierzu ist vor allem ein optimierter Betrieb der Lüftungsanlagen der Sozialräume entscheidend. Das Vorhalten hoher Luftwechsel mit Außenluft in Duschen, Umkleiden und Trockenräumen verursacht hohe Stromverbräuche der Lüftungsanlage. Trotz Einsatz einer Wärmerückgewinnung über ein Kreislaufverbundsystem bezieht die Lüftungsanlage ganzjährig hohe Wärmemengen. Hier ergeben sich vor allem durch die Anpassung von Laufzeiten an die tatsächliche Nutzung erhebliche Einsparungen (die in den aktuellen Jahreswerten noch nicht voll zum Tragen kommen). Das Maßnahmenpaket der passiven Kühlung ist auf die Sanierung vieler, insbesondere öffentlicher Gebäude übertragbar. Hierbei geht es immer wieder um die Fragestellung, wie wesentliche Verbesserungen beim sommerlichen Raumklima ohne Einbau einer aktiven Kühlung erreicht werden können. Abluftanlagen mit dezentraler Nachströmung der Außenluft über Fassaden integrierte Außenluftdurchlässe leisten sowohl einen Beitrag zur sommerlichen Nachtlüftung (hoher Luftwechsel) als auch zur Verbesserung der Lufthygiene während der Arbeitszeit (geringer Luftwechsel). Durch den Verzicht auf dezentrale Ventilatoren treten keine Schallquellen auf. Der Wartungsaufwand ist gering. Hinsichtlich der baulichen Ausführung zeigt sich die Luftdichtheit der Gebäudehülle als besonders wichtiger Faktor. III b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Inhalt 1. Die Remscheider Entsorgungsbetriebe 1 1.1. Das Bestandsgebäude 2 1.2. Sanierungsmaßnahmen 3 1.2.1. Gebäudesteckbrief 8 1.2.2. Wärmeschutz und neue Fassade 10 1.2.3. Tageslichtnutzung und Beleuchtung 13 1.2.4. Lüftung 18 1.2.5. Sommerlicher Wärmeschutz 20 1.2.6. Warmwasser- und Wärmeversorgung 22 1.3. Qualitätskontrolle 23 1.3.1. Thermografie 23 1.3.2. Prüfung der Luftdichtheit 25 1.3.2.1. Interne Leckagen 26 1.3.2.2. Luftdichtheit der Gebäudehülle 28 2. Ermittlung Energiebedarfskennwerte nach DIN 18599 31 2.1. Das Werkzeug EnEV+ 31 2.2. Bedarfsberechnungen im Vergleich zu Energieausweis und Messwerten 33 2.3. Vergleich der zonenspezifischen Bedarfskennwerte 37 3. Datenerfassung und Auswertung 39 3.1. Zentrale Messtechnik 39 3.2. Dezentrale Messtechnik 42 4. Energieverbrauch 43 4.1. Wärmeverbrauch Büro 45 4.1.1. Heizwärme statische Heizung 45 4.1.2. Heizwärme Lüftung 47 4.1.3. Abschätzung interner Gewinne 48 4.2. Verbrauch elektrische Energie Bürotrakt 49 4.2.1. Elektrische Hilfsenergie Lüftung 50 4.2.2. Elektrische Hilfsenergie Beleuchtung 52 4.3. Wärmeverbrauch Sozialtrakt 53 4.3.1. Heizwärme statische Heizung 54 4.3.2. Heizwärme Lüftung 55 IV b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 4.4. Verbrauch elektrische Energie Sozialtrakt 58 4.4.1. Elektrische Hilfsenergie Lüftung 58 4.5. Energieverbrauch Trinkwassererwärmung 61 4.6. Energieverbrauch Garagen 63 5. Nutzung und Komfort 64 5.1. Messungen zum thermischen Komfort 64 5.1.1. Thermischer Komfort im Winter 64 5.1.1.1. Das Erdgeschoss 66 5.1.1.2. Das erste Obergeschoss 68 5.1.1.3. Das zweite Obergeschoss 68 5.1.1.4. Untersuchung der Luftfeuchte 69 5.1.1.5. Fazit der Messreihen zum winterlichen Komfort 71 5.1.2. Thermischer Komfort im Sommer 72 5.1.2.1. Ergebnisse im Erdgeschoss: 74 5.1.2.2. Ergebnisse erstes Obergeschoss: 75 5.1.2.3. Ergebnisse zweites Obergeschoss: 76 5.1.2.4. Vergleich Messung und Simulation 79 5.1.2.5. Einfluss des Mikroklimas der Fassade auf die Zuluft 80 5.1.2.6. Fazit der Messung zum sommerlichen Komfort 83 5.2. Messungen zu Lüftung und Luftqualität 85 5.3. Nutzerbefragung 86 6. Ökonomische Bewertung 89 6.1. Investitionskosten 89 6.2. Baunutzungskosten 90 6.3. Lebenszykluskosten 91 6.3.1. Analyse der Lebenszykluskosten 92 6.3.2. Alternativen zum Erreichen einer Kostensenkung 94 6.3.3. CO2-Vermeidungskosten 96 7. Publikationen und Wissenstransfer 99 8. Literatur und Quellenangaben 100 9. Anhang 102 V b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 1. Die Remscheider Entsorgungsbetriebe Das Verwaltungsgebäude der Remscheider Entsorgungsbetriebe wurde 1968 auf einem zentrumsnahen Hanggrundstück als dreigeschossiger Stahlbeton-Skelett-Bau errichtet. Es ist in typischer Zeilenbauform mit zentraler Horizontal- und punktueller Vertikalerschließung ausgeführt. In anfänglich drei, später vier Geschossen diente es anfangs als Betriebsgebäude der Remscheider Entsorgungsbetriebe (REB) mit dem Arbeitsbereich Abfallwirtschaft, die als organisatorisch eigenständiger Betrieb der Stadt Remscheid u. a. die Aufgaben des städtischen Fuhrparks (Müllabfuhr, Straßenreinigung, Werkstätten) übernommen hatten. Das Gebäude wurde in den beiden unteren Etagen -durch die Hangsituation sind beide Ebenen befahrbar- als Wagenhalle und Lagerbereich genutzt. Das dritte und ein nachträglich in Leichtbauweise aufgesetztes viertes Geschoss wurden als Büro- und als Sozialräume von Teilen des städtischen Gebäudemanagement sowie der Straßenmeisterei genutzt. Die Bürobereiche waren als konventionelle Einzelbüros ausgeführt die sich an einen innenliegenden, nicht natürlich belichteten Flur gliederten. Im östlichen Bereich des Gebäudes befanden sich neben einem Versammlungsraum auch Wasch- und Duschbereiche für das Personal. Abseits des Zentralen Verwaltungstrakts entstanden auf dem Hof einige Sekundärbauten, die weitere Garagen und Werkstätten aufnahmen. Zudem wurden auf einem unteren Grundstücksbereich weitere Nutzungen angesiedelt. Bild 1.1) Luftaufnahme der Remscheider Entsorgungsbetriebe vor der Sanierung und dem Neubau des Garagenanbaus auf dem unteren Hof. Quelle: google earth 1 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 1.1. Das Bestandsgebäude Das 1968 erbaute Verwaltungsgebäude wurde bis zu seiner Sanierung in den Jahren 2005/2006 durch Ämter und Eigenbetriebe der Stadt Remscheid genutzt. Nach fast 40-jährigem Gebrauch durch die Remscheider Entsorgungsbetriebe mit dem Arbeitsbereich Abfallwirtschaft als größtem Nutzer sowie dem Hochbauamt und den Straßenreinigungsbetrieben wies das Gebäude hinsichtlich seiner Struktur und Ausstattung erhebliche Defizite auf. Die nahezu ungedämmte Außenfassade war, wie das gesamte Gebäude und dessen Statik, in bautechnisch sehr schlechtem Zustand. Auch undichte Dachflächen waren dringend sanierungsbedürftig. Bauzeitbedingt fehlten sämtliche Maßnahmen zum sommerlichen Wärmeschutz, Wärmebrücken und Undichtigkeiten gab es insbesondere in den Anschlussbereichen. Zudem bestand bei der technischen Gebäudeausrüstung altersbedingter Modernisierungsbedarf, der Brandschutz genügte nicht mehr den Anforderungen und das öffentliche Gebäude galt mangels Aufzug nicht als behindertengerecht. Das Haupttreppenhaus wies stellenweise weniger als zwei Meter Kopfhöhe aus und erschien daher genauso kundenunfreundlich, wie die schlecht auffindbaren Zugänge des Gebäudes [DBU07]. Bild 1.2) Ansicht des Bestandsgebäudes REB vor der Sanierung – dreigeschossige Vorderansicht (li). Blick in das ehemalige Treppenhaus mit den zu geringen Deckenhöhen (re). Fotos: [ACMS] Diese Defizite entsprachen in keiner Weise den Anforderungen an ein modernes Büro- und Betriebsgebäude und stehen charakteristisch für den während der letzten Jahre aufgekommenen typischen Handlungsbedarf, der sich sowohl für Betreiber als auch für Architekten und Ingenieure in zunehmendem Maße im Umgang mit dem Bestand ergibt. Ein fortdauernder Betrieb war nahezu ausgeschlossen. Die benannten Mängel drohten vielmehr zu einem unwirtschaftlichen Betrieb, Fehlbelegungen und Leerständen zu führen. Die im Gebäude untergebrachten Nutzungen sind von der Erbauung bis 2005 nahezu unverändert geblieben. Das Raumprogramm wurde weder organisatorischen Veränderungen und Neuausrichtungen innerhalb der Stadtverwaltung noch Erkenntnissen im Bezug auf komfortable Arbeitsplätze angepasst. Zudem sollte im Zuge einer Verwaltungsreform -neue, zentralisierte Verwaltungsstrukturen sahen eine Ausgliederung aller Nutzer außen 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe 2 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss den Entsorgungsbetrieben an andere Standorte vor- die Nutzung des Gebäudes verändert werden. Bild 1.3) Ansicht des Bestandsgebäudes REB vor der Sanierung –viergeschossige Rückansicht (li). Blick in einen der unsanierten Waschräume mit veralteten Wasch- und Duschmöglichkeiten (re). Fotos: [ACMS] 1.2. Sanierungsmaßnahmen Die Remscheider Entsorgungsbetriebe REB stehen in ihren erklärten Leitlinien für Gesundheit, Hygiene, Schutz der Gewässer und der Umwelt ein. Als städtisches Ver- und Entsorgungsunternehmen mit modernen Grundsätzen hatte der Betreiber den Wunsch, diese Grundsätze über sein Gebäude zu präsentieren. Daher nahmen sie bei der Sanierung in den Jahren 2005 bis 2007 einen übergeordneten Stellenwert ein. Im Vorfeld der Sanierungen wurden von der Architektengruppe Architektur-Contor Müller Schlüter [ACMS] Überlegungen angestellt, inwieweit eine Sanierung günstiger als ein Abriss und folgender Neubau wäre. Im Rahmen der Grundlagenermittlung zur Baumaßnahme konnte dabei nachgewiesen werden, dass trotz der erheblichen baulichen Mängel eine Sanierung gegenüber einem Abriss und Neubau ökonomisch und ökologisch im Vorteil ist. Die Gründe hierfür lagen im hohen Wert bzw. den hohen Entsorgungskosten der Tragstruktur (StahlbetonSkelettbauweise) sowie in der besonders aufwändigen Gründungssituation am Hang des ehemaligen Deponiegeländes. Bild 1.4) Gründungssituation der REB – eine Neugründung hätte ein zu hohes Kostenrisiko dargestellt und mehr als 4 Geschosse wären bei Nutzung der vorhandenen Gründung nach wie vor nicht möglich gewesen. Grafik: [ACMS] 3 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Eine Neugründung wäre auf Grund hoher Kostenrisiken nicht zur Ausführung gekommen und eine Erhöhung der Geschosszahlen zur Erzielung einer Höheren Flächeneffizienz aus statischen Gründen nicht möglich gewesen. Der Kostenvorteil der Sanierungsmaßnahme gegenüber Abriss und Neubau lag mit knapp 40% deutlich höher als die übliche Differenz von durchschnittlich ca. 20%. Die Bauwerkskosten der Kostengruppen 300 - Baukonstruktion und 400 - Technische Anlagen betrugen für diese Sanierungsmaßnahme 3,61 Mio. € bzw. 681,€/m²BGF [DBU07]. Durch die Umstrukturierung des Bestandsgebäudes, die Zentralisierung der Unterbetriebe an diesem Standort sowie die vollständige Modernisierung des Gebäudekomplexes sollte der ökonomische Betrieb der REB wieder ermöglicht werden. Eine wirtschaftlichere Ausnutzung der verfügbaren Flächen und Nutzung von Synergieeffekten aus der Zusammenlegung der Unterbetriebe konnte den bisherigen Flächenbedarf um ca. 15% reduzieren. Eine neue, eingeschossige Wagenhalle an der südlichen Böschungskante des Betriebshofes, welche eine Stützwandfunktion des Geländes übernimmt, trug dazu bei, das geforderte Raumprogramm zu erfüllen. Ein Verwaltungsneubau konnte somit vermieden werden. Bild 1.5) Darstellung der Neuordnung der Bestandsflächen nach der Neuorganisation der städtischen Ämter. Dabei wurden das zweite Obergeschoss und die ehemalige PKW-Wagenhalle im Erdgeschoss (ca. 480 m² zusätzliche Nutzfläche) frei und konnten für ehemals an die Lenneperstr. ausgelagerte Bereiche der REB genutzt werden. Dabei konnten alle Zufahrts- und Umfahrtsmöglichkeiten erhalten bleiben und eine zentrale Anlaufstelle mit Blickkontakt zum Pförtner realisiert werden. Grafik: [ACMS] 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe 4 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Neubau Garage Bild 1.6) Luftaufnahme nach der Sanierung mit dem Neubau des Garagenanbaus. Quelle: bing maps Nach der Sanierung beinhaltet das Gebäude in den unteren beiden Etagen (ca. 2.200 m² Wagenhallen) nun den Fuhrpark mit Einsatzfahrzeugen der Entsorgungsbetriebe und der Straßenreinigung sowie den Verwaltungs- und Sozialtrakt mit großen, nach Geschlechtern getrennten Umkleide-, Wasch- und Duschbereichen für Mitarbeiter/innen der Entsorgungsbetriebe in den oberen beiden Stockwerken und einem Teil des Erdgeschosses (ca. 2.600 m²). Bild 1.7) Schnitte nach der Sanierung der REB. Der gedämmte Bereiche ist rot umrandet dargestellt. Grafik: [ACMS] Die Grundrissgestaltung wurde verändert, um Büros mit geringerer Raumtiefe und besserer Tageslichtnutzung zu schaffen (siehe Kapitel 1.2.3). Zudem wird über die mittige Erschließung und die natürliche Belichtung über die Westfassade bzw. zahlreiche Oberlichter im Dach ein neues Rückgrat des Gebäudes gebildet. In diesem strukturieren auf den gewonnenen Flächen, eingestellte farbige Servicekuben unterschiedliche Aufenthaltsbereiche. Sie nehmen Kopierer, Archive, Teekü5 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss chen und Toilettenräume auf. Um sie herum organisieren sich die einzelnen Teamgruppen der REB. Weil der bisherige Haupteingang ungünstig positioniert war, wurde er als Adresse des Gebäudes besser sichtbar und zugänglich an die westliche Stirnseite verlegt. Hiermit konnte der zum Pförtner hin orientierte Westgiebel aktiviert werden. In der dahinter liegenden ehemaligen Wagenhalle befindet sich nun ein kleines Foyer, über welches der neue, seitlich an das Gebäude angestellte Erschließungsturm samt Aufzug und das ebenfalls neu eingerichtete Kundenzentrum erreichbar sind. Es bildet einen repräsentativen Bereich für Publikumsverkehr und ist ebenso barrierefrei ausgebildet wie das restliche Gebäude. Bild 1.8) Ablauf der Sanierung der Westfassade nahe dem Grundstückzugang. Fotos: [ACMS] Bild 1.9) Neue Eingangsansicht an der Westfassade nach der Sanierung. Foto: [RIEHLE] 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe 6 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Das erneuerte Gebäude präsentiert sich innen und außen in einer vollständig neuen Erscheinung. Die neue durch Transparenz, Offenheit, Innovation, Einfachheit sowie Modernität geprägte Außendarstellung spiegelt den veränderten technischen und sauberen Umgang mit den klassischen Arbeitsfeldern Müllentsorgung, Straßen- und Kanalreinigung sowie Streu- und Sonderdienste wider. Um ein qualitativ verbessertes Arbeitsumfeld mit natürlicher und künstlicher Beleuchtung zu erschaffen, die Raumtemperierung samt Beheizung, Lüftung und Kühlung sowie die Lufthygiene gemäß den aktuellen Gesetzen und Verordnungen auf einen zeitgemäßen Stand zu bringen und den Gesamtenergieverbrauch (Primärenergie) auf ein Niveau 50 Prozent unter den damaligen EnEV-Anforderungen [ENEV09] für vergleichbare Neubauten zu reduzieren, wurden über die rein funktionalen Verbesserungen hinaus weitere Maßnahmen durch die ganzheitliche Sanierung verwirklicht. Tabelle 1.1) Die Maßnahmen der energetischen und raumklimatischen Sanierung. Wärmeschutz Tageslicht und Beleuchtung Lüftung Sommerliches Raumklima Wärmeversorgung Gebäudeleittechnik 7 Neue, elementierte und vorgefertigte Holzleichtbaufassade mit Dämmstärken zwischen 16 und 24 cm und Kunststoff-Mehrfachstegplatten als Außenhaut Wärmebrückenarme Bauweise 2-fach Wärmeschutzglas bzw. Sonnenschutzglas (Ug=1,1 W/(m²K)) mit wärmegedämmten Abstandshaltern und Holzrahmen (UW=1,4 W/(m²K)) Zusätzliche Dämmung von Flachdach und Decke zur Wagenhalle Optimierte Tageslichtnutzung über lichtumlenkende Lamellenjalousien (System Retrolux). Über die Höhe stufenlos angepasster Drehwinkel Leuchten integrierte, tageslichtabhängige Kunstlichtregelung in den Büros Ventilator unterstütze Lüftung als Abluftanlage in den Bürobereichen. Die Luft strömt dezentral über akustisch bedämpfte Außenluftdurchlasselemente mit automatisch verstell- und verschließbaren Querschnitten nach (1-facher Luftwechsel, via GLT-Signal reduziert bei sehr niedrigen Außentemperaturen) Frostfreihaltung der gesamten Wagenhallen durch Einblasen der Abluft aus dem Bürotrakt in die Hallen (Abwärmenutzung). Somit entfielen Teile der Heizungsinstallation sowie der Energieverbrauch infolge von Heizbetrieb, Zirkulation und Fehlbedienung in den Wagenhallen Lüftung mit Wärmerückgewinnung für den gesamten Sozialtrakt (KVS). Sonnenschutzverglasung (60/40) auf allen Fassaden ohne beweglichen Sonnenschutz (z.B. Nordseite) Ventilator unterstützte Nachtlüftung über regelbare Öffnungsquerschnitte der Außenluftdurchlasselemente in den Fassaden (2-facher-Luftwechsel) PCM Deckenverkleidung im Leichtbaugeschoss (2. OG) zur Erhöhung der Wärmekapazität bei hohen Temperaturen (BASF Micronal, Schaltpunkt 26°C) Solar unterstütze Trinkwassererwärmung (Duschbetrieb mit ca. 1.000 l/d Warmwasserbedarf) durch eine 30 m² große Flachkollektoranlage Nacherwärmung und Raumheizung über einen Gas-Brennwertkessel Zentrale Gebäudeleittechnik mit Einbindung sämtlicher TGAAutomatisierungsfunktionen auf der Basis von LON 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 1.2.1. Gebäudesteckbrief Tabelle 1.2) Gebäudesteckbrief Standort Baujahr Sanierung Nutzung Sanierungskosten (KG 300/400, netto) Projektstatus Bauherr Architekt Sanierung TGA-Planung Sanierung Tragwerksplanung Ressourceneffizienzbewertung Grundstücksfläche Bruttogrundfläche Nettogrundfläche davon beheizt Wagenhalle Funktionsfläche Nebennutzfläche Nordstraße 48, 42853 Remscheid 1968 2005 - 2006 Verwaltung, Sozialbereich, Wagenhalle 3,61 Mio. € bzw. 681 €/m²BGF Im Betrieb, optimiert, im Langzeitmonitoring Stadt Remscheid, Remscheider Entsorgungsbetriebe, REB Architektur Contor Müller Schlüter, Wuppertal Ifl Ingenieurbüro F. Lucas & Partner, Remscheid Dipl.-Ing. S. Winkelmann, Remscheid mipsHaus Institut, Wuppertal 54.669 m² 5.310 m² 4.719 m² 2.543 m² (2031 m² Verwaltung, 512 m² Sozialtrakt) 2.175 m² Hauptnutzfläche Verkehrsfläche Verwaltung 14% Sozialtrakt Wagenhalle 46% 1% 55% 11% 30% 43% Nutzfläche (nach EnEV) Bruttorauminhalt Beheiztes Volumen Wärmeübertragende Hüllfläche A/V nach Sanierung Geschosszahl Anzahl Nutzer Primärenergieverbrauch vor der Sanierung Primärenergiebedarf nach der Sanierung 1 2 3.120 m² 20.851 m³ 10.214 m³ 4.385 m² 0,32 m²/m³ (aktiv beheizter Bereich) 4 80 Verwaltung 90 Sozialbereich 1 440 kWh/m²a 2 136 kWh/m²a Mittelwert aus Abrechnungen des EVU aus 1998 bis 2004 Berechnungsergebnis ennovatis enev+ [KAUF09] 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe 8 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Bild 1.10) Plansatz des sanierten REB Gebäudes samt der unterschiedlichen Nutzungen. Grundrisse (von oben UG, EG, 1.OG, 2.OG) Die Grundrisse wurden komplett neu strukturiert. Im Erdgeschoss wurde ein Teil der Wagenhalle in Büroflächen umgewandelt, so dass zusätzliche Fläche entstand. Die mittleren Serviceboxen sind ebenso zu erkennen wie Aufteilung in Wagenhalle, Verwaltung und Sozialtrakt. Grafik: [ACMS] 9 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 1.2.2. Wärmeschutz und neue Fassade Neben der Neuorganisierung der Grundrisse und einer technischen Verbesserungen stellte die Erneuerung der Gebäudehülle einen wesentlichen Bestandteil der Sanierungsmaßnahme dar. Ein Großteil der errechneten und als Zielvorgabe gesetzten primärenergetischen Einsparungen beruhte auf einer deutlichen Verbesserung des Wärmeschutzes. Eine zusätzliche Wärmedämmung des Flachdaches und der Decke zur Wagenhalle, eine luftdichte und wärmebrückenarme Bauweise sowie 2-fach Wärmeschutz- bzw. Sonnenschutzglas galten als erste Umsetzungsziele. Zum maßgebenden Bauteil dieses Sanierungsschrittes wurde jedoch der vollständige Austausch der Gebäudehülle samt Fassadenbekleidung und Unterkonstruktion. Die Fassade konnte wegen der Stahlbeton-Skelett-Bauweise ohne größeren Aufwand komplett ausgetauscht werden. Für neue Fassadenöffnungen in den Büros wurden nur nicht tragende Gebäudeteile zurückgebaut. Eine industriell vorgefertigte Holzleichtbaufassade aus großformatigen Tafeln in den Abmessungen 5 auf 8 m, mit Dämmstärken zwischen 16 und 24 cm und transluzenten Mehrfachstegplatten aus Polykarbonat als Wetterschutz wurde vor den Bestand gesetzt. Über die Tafelbauweise konnten der Bauablauf verkürzt, die Baukosten reduziert und Ausführungsfehler vor Ort vermieden werden. Durch den konsequenten Wärmeschutz liegt der berechnete Transmissionswärmeverlustwert HT´ mehr als 40% unter dem für einen Neubau nach damaliger EnEV zulässigen Wert. Energiekonzept und architektonische Qualität wurden im Februar 2009 mit dem „Landespreis für Architektur, Wohnungs- und Städtebau“ des Landes NRW ausgezeichnet. Tabelle 1.3) Aufstellung der bauteilabhängigen Wärmedurchgangskoeffizienten. Quelle: [ACMS] U-Wert Fassade (Mittelwert alle Geschosse, ohne Garagen) U-Wert Fassade Erdgeschoss (Stegplatten) U-Wert Fassade Obergeschosse (opaker Teil) U-Wert Dach U-Wert unterste Geschossdecke 0,46 W/m²K 1,2 W/m²K 0,16 W/m²K 0,15 W/m²K 0,20 W/m²K Ug-Wert Wärmeschutz-Verglasung Ug-Wert Sonnenschutz-Verglasung Uw-Wert Wärmeschutz-Verglasung Uw-Wert Sonnenschutz-Verglasung 1,10 W/m²K 1,21 W/m²K 1,41 W/m²K 1,54 W/m²K 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe 10 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Bild 1.11) Ablauf der Sanierung der Nordfassade zum Betriebshof hin. Im unteren Abschnitt ist die größere Gebäudetiefe mit den transluzent ausgeführten Fassadenbekleidungen zu sehen. Fotos: [ACMS] Der Ausführung ging eine Diskussion zur Übertragung des Images der REB über die Materialität der Fassade voraus. Über eine durchgängige Fassade sollte auf die unterschiedlichen Funktionsbereiche eingegangen, dennoch ein einheitliches Erscheinungsbild des Gebäudes erreicht und die seitens des Bauherrn gewünschten Innovationen realisiert werden. Entscheidender Indikator bei einer ersten Unterscheidung zwischen den möglichen Oberflächenmaterialien Metall, Glas und Kunststoff war eine Optimierung der Tageslichtnutzung und -lenkung. Diese war wegen der großen Gebäudetiefe des Bestandes und einer darauf hin erdachten innenliegenden Besprechungs- und Nebenraumzone wichtig. Insbesondere in den Hallen- und Empfangsbereichen des Erdgeschosses sollte eine Reduzierung der künstlichen Belichtung und Verbesserung der Arbeitsplatzqualität durch geeigneten Fassadenaufbau erzielt werden. Die Metallverkleidung wurde mangels dieses Potenzials in der darauffolgenden Entwurfsplanung nicht weiter verfolgt. Die Weiterleitung des Tageslichts über Reflektoren, transparente Wärmedämmung (TWD) und Mehrfachstegplatten wurde hingegen in unterschiedlichen Szenarien erläutert. 11 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Bild 1.12) Hofansicht nach der Sanierung – die oberen beiden Geschosse beinhalten den Verwaltungsbereich, die unteren beiden die Wagenhallen. Hier kann im Tagesverlauf auf Kunstlicht verzichtet werden. Foto: [RIEHLE] In einer durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt geförderten Forschungsstudie wurden die Qualitäten bezüglich Dämm- und Belichtungsfunktionen, passiver und aktiver Solarenergienutzung, gestalterischer und ökonomischer Konsequenzen und der Maßgabe des ressourcenschonenden Materialeinsatzes von der Gewinnung der Rohstoffe bis hin zur Verarbeitung und Wiederverwendung der Bauteile bewertet [ACMS08]. Für Ressourceneffizienzbewertungen und vergleichende Ökobilanzierung der Fassadenvarianten wurden vorab im mipsHAUS-Institut [MIPS] ausgewählte Leitindikatoren wie der Ressourcenverbrauch als Total Material Requirement (TMR), der kumulierte Energieverbrauch (KEA, VDI Richtlinie 4600) sowie das Global Warming Potential (GWP 100) herangezogen. Der Fassadenaufbau wurde in die drei Bestandteile Hinterbau (inkl. Fenster), Wetterschutz und Fassadenzwischenpaneel gegliedert. 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe 12 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Bild 1.13) Exemplarischer Wandaufbau und Fassadengliederung. Der grün umrandete Bereich zeigt ein Fassadenzwischenpaneel, der orange umrandete Bereich den Wetterschutz samt dahinter liegendem Hinterbau. Grafik: [ACMS] Nach deren Einzelbetrachtung und einer jeweils aufwendigen Gegenüberstellung von möglichen Materialien wurde die gesamte Fassadenkonstruktion auch in Abhängigkeit zu konventionellen Bestandssanierungen bewertet. Gemäß diesen Berechnungen konnte nachgewiesen werden, dass die Leichtbauweise mit vorgehängter Polykarbonat-Mehrfachstegplatte im Vergleich zu einer Bauweise mit vorgehängten Gussglasprofilen zu Ressourceneinsparungen mit dem Faktor 2 führen. Im Vergleich zu einer konventionellen Sanierung mit WDVS liegen diese bei dem Faktor 5, bezüglich einer vorgehängten Naturstein- bzw. Aluminiumfassade bei einem Faktor von 25 [DBU07]. Zudem weist das Forschungsergebnis die ausgewählte vorelementierte Fassade als die günstigste Variante bezüglich Investitionskosten, Gesamtenergieverbrauch und ökologischer Auswirkungen aus (siehe auch Kapitel 6). Mittels der Untersuchung und späteren Realisierung dieses Musterbauvorhabens konnte aufgezeigt werden, dass lichtdurchlässige Kunststoffprodukte bei Bauvorhaben, bei denen geringes Gewicht, hohe Belastbarkeit und niedrige Kosten gefordert sind, einen Vorteil gegenüber konventionellen Konstruktionen haben. 1.2.3. Tageslichtnutzung und Beleuchtung Neben den Parametern Wärmeschutz, Image, Ökologie und Ökonomie wurde die Fassade auch hinsichtlich sommerlichen Wärmeschutzes, Blendfreiheit am Computerarbeitsplatz, Abstimmung auf die Bürobeleuchtung und Ausbildung der Flurwände zwecks Kunstlichtreduzierungen im Flurbereich optimiert. Die Eigenschaften der Fassadenbauteile in Kunststoff oder Glas entschieden in der Verbindung mit der Positionierung und Größe der 13 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss transparenten bzw. transluzenten Flächen maßgebend über die Tageslichtnutzung im Gebäude. Als maximale Fassadenöffnung ergab sich die bestehende Wandöffnung zwischen den tragenden Wandscheiben zuzüglich der nicht tragenden Brüstungen, welche rückgebaut werden sollten. Tageslichtsimulationen bestätigten der Variante mit einer durchgehend über die Bürobreite verglasten Fassade einen deutlich besseren Tageslichtquotienten als der Möglichkeit, geschlossene Elemente in die Fassaden zu integrieren. Bild 1.14) Visualisierung der ersten Variante zur Fensterflächenverteilung nach der Sanierung, bedeckter Himmel mit maximaler Fassadenöffnung. Allerdings ergaben sich partiell geschlossene Bereiche aus den durchgeführten Simulationen zur sommerlichen Überwärmung. Zu große Fensterflächen hätten im Sommer die thermische Last erhöht und hiermit erforderliche Sonnenschutzeinrichtungen die Tageslichtausbeute verringern können. Aufgrund der vorgegebenen Nutzung mit den senkrecht zur Fassade aufgestellten Arbeitsplätzen ergeben sich für die Variante mit nicht durchgehenden Fassadenöffnungen annehmbare Tageslichtquotienten von wenigstens 3%. Bild 1.15) Rückansicht des Bestandsgebäudes mit vertikal gestaffelter Fassadenstruktur nach der Sanierung. Foto: [RIEHLE] Aufgrund der Wagenhallen ist die Gebäudebreite mit ca. 16m für ein Verwaltungsgebäude unüblich groß. Hieraus ergibt sich ein ca. 5m breiter, bezüglich der Tageslichtbelichtung problematischer Bereich. Er konnte durch die geänderte Grundrissstruktur für Nebenräume ohne 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe 14 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss natürliche Belichtung bzw. für die vertikale Büroerschließung samt Besprechungszone im Erdgeschoss genutzt werden. Eine natürliche Belichtung erfolgt hier über transparente Innenwandbereiche mit senkrecht zur Fassade gelegten Tageslichtschneisen oder geöffnete Bürotüren. Im Erdgeschoß wurde zur verbesserten Tageslichtnutzung der innenliegenden Besprechungszone zudem die gesamte Fassade in einer Pfosten-Riegel-Konstruktion mit Wechsel zwischen transluzenten Stegplatten und Fensteröffnungen ausgeführt (siehe Bild 1.16). Bild 1.16) Innenraumansicht in der Verwaltung nach der Sanierung mit durchgehenden Lichtbändern zum Flurbereich hin (li). Büro im Erdgeschoss mit Pfosten-Riegel-Konstruktion, transluzenten Stegplatten und Verglasung (re). Foto: [RIEHLE] Das über diese, in die Flurwände integrierte, Glaselemente einfallende diffuse Tageslicht und ggf. zugeschaltetes Kunstlicht aus den Büros ermöglicht eine reduzierte Ausleuchtung der Flurflächen. Ein durchlaufendes Lichtband wurde in Verbindung mit Präsenzmeldern auf einer Flurseite im Übergang zur Decke in die Wand eingebaut. Im zweiten Obergeschoss sorgen zusätzlich neu errichtete Oberlichter für eine natürliche Ausleuchtung der oberen Flure sowie des 120 m² großen Aufenthaltsraums (siehe Bild 1.17). Bild 1.17) Innenansicht der mittleren Servicezone im Flurbereich des ersten Obergeschosses. Auf der linken Seite ist das durchgehende Lichtband zu erkennen (li). Innenraumansicht des Aufenthaltsraumes mit natürlicher Belichtung durch die Oberlichter (re). Fotos: [RIEHLE] Simulationen offenbarten in den Verwaltungsbereichen auf der Südseite des Gebäudes die Notwendigkeit eines Sonnenschutzes. Bei dessen Wahl wurde darauf geachtet, dass die Reduzierung des Wärmeeintrags in die Büros und die Sicherstellung der Blendfreiheit am Arbeitsplatz auch bei teilgeöffnetem Behang mit möglicher Durchsicht nach außen möglich ist. Dies vermeidet eine Zuschaltung von Kunstlicht für die Ausleuchtung des Arbeitsplatzes bei heruntergefahrenem Sonnenschutz und führt zu Behaglichkeit am Arbeitsplatz. Die außenliegend ausgeführten, speziell geformten und stufenlos im Drehwinkel anpassbaren Lamellenjalousien sind im oberen Drittel mit gekanteten Lichtlenklamellen versehen und auf der Außenseite spie15 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss gelnd sowie der Innenseite mattiert beschichtet. Sie sorgen neben der Verschattung weiterhin für ausreichenden natürlichen Lichteinfall und ermöglichen eine bis zu 60%ige Durchsicht bei einem g-Wert von 0,64. Der Lamellenbehang hat einen maximalen Fc-Wert von 0,25. Bild 1.18) Tageslichtreflektion und Durchsichtsbeispiel des verwendeten Sonnenschutzes A 80der Firma RETRO Lux. Grafik: [ACMS] Die Lamellen sind sowohl tageslichtabhängig zentral gesteuert als auch individuell seitens der Benutzer in jedem Büro übersteuerbar, da sie gleichzeitig auch als Blendschutz verwendet werden. Bei allen nach Nord und West ausgerichteten Fenstern wurde aus Kostengründen auf einen Sonnenschutz verzichtet. Zudem fehlt bei der Nordorientierung durch fehlendes Direktlicht für den Nutzer nahezu ganzjährig der Impuls, einen Sonnenschutz zu schließen. Diese Fenster sind mit Sonnenschutzglas ausgestattet. Ausgehend von diesen Simulationsergebnissen wurde ein möglichst minimierter Energieverbrauch für die Zuschaltung des gem. Arbeitsstättenverordnung notwendigen Kunstlichts in Abhängigkeit vom Beleuchtungskonzept, Reglungseinflüssen und Nutzungsprofil ermittelt. Dabei wurden die Deckenflächen wegen der geringen Geschosshöhen über Deckenleuchten mit direkter und indirekter Leuchtverteilung aufgehellt und auf Stehleuchtensysteme wegen der geringer Raumdimensionierung und höheren Investitionskosten verzichtet. Hiernach folgte eine Variantengegenüberstellung zum Jahresstromverbrauch mit den Maßgaben „Manuell an / aus“ (der Nutzer schalten die Beleuchtung bei Bedarf ein), „Dimmung“ (Leuchtenintegrierte Sensoren schalten bei Bedarf Kunstlicht zu) sowie „Dimmung + Präsenz“ (wie oben mit zusätzlicher Abschaltung mittels Präsenzsensor. Der Nutzer schaltet an). Die Arbeitszeit lag wochentags von 8 bis 17 Uhr, Pausen wurden berücksichtigt, Urlaubs- und Fehlzeiten nicht. Darüber hinaus wurden unterschiedliche Leuchten betrachtet, um den Jahresstromverbrauch darstellen zu können. Der Vergleich der Systemvarian1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe 16 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss ten ergab, dass in allen Fällen die Beleuchtungssteuerung über „ Dimmen + Präsenz“ als energieeffizienteste Variante zu bewerten ist. Dies wurde zudem durch eine Untersuchung unterschiedlicher Nutzermodelle „Aktiver Nutzer“ (Jalousie: morgendliche Betätigung und tagsüber zur Vermeidung von Blendung, Beleuchtung: „Ein“ / „Aus“ gemäß Tageslichtangebot), „Passiver Nutzer“ (Jalousie: immer halbgeschlossen Beleuchtung: tagsüber „ein“) und „Gemischtes Nutzermodell“ (Mischung aus aktivem und passivem Nutzerverhalten) bestätigt. Letztendlich erfolgte die Auswahl der Bürobeleuchtung jedoch nicht allein durch die Variantenanalyse und damit verbundene Ergebnisse zum geringsten Stromverbrauch. Seitens des Bauherrn wurden eine filigrane Ausführung der Leuchten und die Auswirkung auf die Büroraumgestaltung herausgestellt. Diese Attribute waren ausschlaggebend für die Wahl der Leuchte. Der Stromverbrauch der gewählten Variante liegt nicht wesentlich über dem, der optimalsten Variante (siehe Kapitel 4.2.2). Die vertikale Haupterschließung konnte über die gesamte Gebäudehöhe von etwa 15m mit durchlaufenden Kunststoff-Mehrstegplatten verkleidet werden. Es erfährt somit eine gute Tageslichtausbeute. Auf sichtbare Leuchten wurde komplett verzichtet. Bei Bedarf erhellen im Aufzugsschaft ohnehin notwendige Leuchten das Treppenhaus [DBU07]. Bild 1.19) Innenansicht des nachträglich an das Gebäude gestellten Haupttreppenhauses. Auffällig dabei ist der Verzicht auf Leuchten. Das Treppenhaus kann durch die transluzenten Mehrfachstegplatten natürlich belichtet werden. Bei Bedarf wird die Notbeleuchtung des ebenfalls transluzent umschlossenen Aufzugsschachtes hinzu geschaltet. Foto: [RIEHLE] 17 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 1.2.4. Lüftung Die Möglichkeiten durch bauliche Maßnahmen Einfluss auf das energetische Verhalten des Gebäudes zu nehmen, waren wegen des Sanierungshintergrunds eingeschränkt. Dennoch sollte das Lüftungsverhalten des Gebäudes verbessert und gesteuert werden. Darauf basierend wurde ein Konzept erarbeitet, welches die Beheizung der Büro- und Sozialräume mit Heizflächen im Fassadenbereich, eine mechanische Abluftanlage und eine passive Nachtauskühlung vorsah. Das Gebäude wurde mit einer Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung (WRG) über ein Kreislaufverbundsystem (KVS) ausgestattet. Die Zuluft strömt dabei dezentral über witterungs- und einbruchgeschützten Außenluft-Durchlasselemente mit elektronisch verstell- und verschließbaren Querschnitten in der Fassade ins Gebäudeinnere. Dort wird sie zur Vermeidung von Unbehaglichkeit durch Zugluft über Konvektoren erwärmt und mittels Abluftelementen in den Büros abgesogen. Bevor sie die wärmegedämmte Hülle verlässt, erwärmt sie mittels Wärmetauscher die Zuluft der Erdgeschossbüros und der Sanitär- bzw. Flurbereiche. Eine mechanische Belüftung vermeidet, dass unreine Luft nach dem Warmlaufen der Großfahrzeuge auf dem Hof in die Büros dringt. Bild 1.20) Ansicht eines Außenluftdurchlasselementes von innen (li) und außen (re) Innen strömt die Luft hinter dem Heizkörper ein, sodass in der Heizperiode direktes Anströmen von Personen mit kalter Luft vermieden wird. Die Lüftungselemente stellen bezüglich der luftdichten Gebäudehülle, eine definierte und in ihrer Wirkung einstellbare Undichtigkeit her. Die definierten Lufteinlässe sind erforderlich, um in Verbindung mit der Abluftanlage ganzjährig eine hohe Lufthygiene im Tagbetrieb (geringer Luftwechsel) sicherzustellen und die nächtliche Entwärmung des Baukörpers im Sommer über aktivierte Nachtlüftung (höherer Luftwechsel) zu gewährleisten. Ohne diese Öffnungen und die Abluftanlage wäre der Luftwechsel durch individuelle und manuelle Fensteröffnung bei tiefen Außentemperaturen erfahrungsgemäß zu gering. 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe 18 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss In detaillierten Untersuchungen wurden die Dimensionierung, Anordnung und Steuerung der Lüftungselemente bestimmt. Dabei galt es, die Lüftungselemente als passives Einbauteil, also ohne Ventilator oder Zulufterwärmung auszuführen. Diese aktiven Systeme entsprachen wegen ihrer Schallemissionen, hoher Investitions- und Unterhaltskosten sowie erhöhten Energieaufwendungen im Betrieb nicht den Vorgaben. Da marktübliche Lüftungselemente größtenteils bzgl. dieser Vorgaben nicht erhältlich waren, wurde ein handelsübliches Element entsprechend den Planungsvorgaben wie Wärmedämmeigenschaften, Dichtigkeit und variabler Volumenströme weiterentwickelt. Basierend auf Simulationen und Messungen wurde ein Lüftungselement mit drei Luftdurchlässen je Büro in die vorgefertigte Fassadentafel eingebaut. Kunststoffbögen der Ansaugöffnungen und Wetterschutzgitter wurden in die Laibung des Tafelbaus integriert (siehe Bild 1.21 und Bild 1.22). Bild 1.21) Exemplarischer Wandaufbau im Vertikalschnitt mit Kennzeichnung des Lüftungselementes mit den drei Außenluft-Durchlassöffnungen. Grafik: [ACMS] 19 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Bild 1.22) Exemplarischer Wandaufbau mit Lüftungselement im Horizontalschnitt und Darstellung des Lufteinlasses über das AußenluftDurchlasselement hinter dem Heizkörper. Grafik: [ACMS] Im Sozialtrakt kommt eine Lüftung mit Wärmerückgewinnung über ein Kreislaufverbundsystem zum Einsatz. Die Abluft wird direkt aus den Spinden der Mitarbeiter und den Trockenräumen für die Arbeitskleidung gesogen. Eine durchgehend gute Luftqualität sowie Entfeuchtung waren hierfür Installationsgrund. Allen Flächen im Verwaltungs- und Sozialtrakt ist jedoch eine nächtliche Erhöhung der Lüftungsvolumenströme zur passiven Kühlung (siehe Kapitel 1.2.5) gemein. In die Wagenhallen wird bedarfsweise Abluft aus dem Bürotrakt eingeblasen, um diese frostfrei zu halten. Durch diese effektive Abwärmenutzung konnte die drohende Unterschreitung der Grenztemperaturen umgangen und die flächendeckende Installation einer Heizung vermieden werden. Lediglich eine zusätzliche Notfall-Beheizung schließt das Frostrisiko aus. Das hydraulische Gerät zur Straßenreinigung bleibt somit über den gesamten Jahreszyklus einsatzbereit [DBU07]. Bild 1.23) Prinzip der Lüftung über die Fassadenelemente und des Einblasens der wärmen Luft in die Garagentrakte. Grafik: [ACMS] 1.2.5. Sommerlicher Wärmeschutz Zum umfassenden Energiekonzept des REB-Gebäudes gehört auch der Verzicht auf eine energetisch aufwendige Klimatisierung des Gebäudes. Interne Lasten sollen durch den sparsamen Einsatz von Beleuch1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe 20 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss tung (siehe Kapitel 1.2.3) und ein zentrales sowie aktiv gekühltes Serversystem in Kombination mit kleinen Rechnerkomponenten an den Arbeitsplätzen, externe Lasten durch die außenliegende bewegliche Verschattung der Südfenster sowie Sonnenschutzglas in der Fassade der Nordseite vermieden werden. Durch Erhöhung des Volumenstroms der Abluftanlage und Unterdruck im Gebäude solle ein 2-facher Luftwechsel eine Nachtlüftung über die automatisch regelbaren Öffnungsquerschnitte der AußenluftDurchlasselemente in den Fassaden ermöglichen. Bild 1.24) Prinzipdarstellung des passiven Kühlens über das Einbringen kalter Luft durch Unterdruck mittel der Lüftungsanlage und Nachströmen kalter Außenluft über die Nachströmelemente in der Fassade. Grafik: [ACMS] Die Konstruktion speichert dabei tagsüber Wärme und gibt diese zeitversetzt in den Nächten an die kalte Luft ab. Simulationen zeigten sehr unterschiedliche Voraussetzungen für das Raumklima im Gebäude auf. In den unteren, massiv gebauten Geschossen konnte über die im Bestand existierenden Speichermassen tagsüber Wärme gespeicherte werden, um diese mittels der Nachtlüftung abzutransportieren. Da das 2. Obergeschoss bei Erstellung in Leichtbaukonstruktion ausgeführt wurde, verfügte dieses kaum über Speicherpotenzial. Durch Einbringung von Latentspeicher aus PCM3 kann hier eine Speichermasse vergleichbar einer konventionellen Betonkonstruktion erreicht werden. So soll die Wärmekapazität der Räume erhöht und die sommerliche Erwärmung begrenzt werden. Es wurde dabei zwischen den Varianten PCM als Passiv-Putz, PCM als Passiv-Abhangdecke, und PCM als AktivAbhangdecke unterschieden. Letztere aktive Variante galt als grundsätzlich leistungsfähiger und wäre mit einer Kälteerzeugung nachrüst3 Phase Change Material, englisch für Phasenübergangsmaterial wie Salze oder Paraffine, die bei bei 23 – 26°C Lufttemperatur während des Phasenübergangs mit vielen Wiederholzyklen vom festen in den flüssigen Aggregatzustand übergehen und dabei Wärme speichern bzw. abgeben 21 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss bar gewesen. Sie hätte jedoch wesentlich höhere Investitionskosten bedeutet. Daher wurde die Ausführung einer passiven Variante weiter verfolgt. Letztlich wurden von Micronal (BASF) PCM-Materialien mit einem Phasenwechsel bei 24°C in die Deckenverkleidungen integriert und ein Estrich von 3cm Höhe eingebracht [DBU07]. 1.2.6. Warmwasser- und Wärmeversorgung Ein wichtiges Anliegen des Bauherrn war, solare Energien zu nutzen. Erreicht wurde dies durch eine auf dem Dach installierte, 30m² große thermische Flachkollektor-Solaranlage. Sie sollte den hohen Warmwasserverbrauch von ca. 1000 l/d im Duschbetrieb unterstützen und zu 60 % decken. Im Rahmen einer detaillierten Betrachtung der Energieverbräuche und der Systemauslegung der Heizung wurde eine solare Heizungsunterstützung als nicht effizient angesehen [MORH05B]. Eine zunächst angedachte fassadenintegrierte Systemlösung wurde daher im Rahmen der Planung verworfen. Sie wäre bei alleiniger Nutzung für die Warmwasserbereitung wirtschaftlich nicht vertretbar gewesen, da sich größere Kollektorflächen ergeben hätten. Ein neuer Gas-Brennwertkessel übernimmt die Raumheizung und ergänzt die nicht solar gedeckte Trinkwassererwärmung. Bild 1.25) Darstellung der im Gebäude verwendeten technischen Systeme und deren Bezug von Primärenergie sowie Verbindung zu Verbrauchern. Wegen der hohen Verbrauchsspitzen zu Dienstzeitende sowie der Nutzungsprofile ohne Wochenendnutzung ist die solare Warmwasserbereitung nicht mit Anlagen im Wohnungsbau vergleichbar. Es galt gem. DVGW Richtlinie W551 4/2004 [DVGW04] zu beachten, dass das gesamte Netz auf einer Temperatur von mindestens 60°C zu betrieben und eine Zirkulation installiert werden muss. Diese darf maximal 5 K Temperatur verlieren nur ein Drittel des Tages außer Betrieb sein. Au1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe 22 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss ßerdem sind Vorwärmstufen einmal täglich auf mindestens 60°C aufzuheizen. Dieses System wurde einer Parameterstudie unterzogen, mit der Software TRNSYS simuliert und unter Einfluss des Massenstromes, der Speichergrößen sowie des Gesamtertrages dimensioniert [MORH05B]. 1.3. Qualitätskontrolle Zur Qualitätssicherung aller durchgeführten Maßnahmen im Bereich Wärme- bzw. Kälteschutz und der Lüftung sowie zur Vermeidung von bauphysikalischen Mängeln durch Fehler in der Bauausführung wurden die Hilfsmittel Thermografie und Luftdichtheitsprüfung/Blower Door Messung eingesetzt. Beide Maßnahmen lokalisieren eventuell vorhandene Fehlstellen bzw. Undichtigkeiten der Gebäudehülle. Mit dem Differenzdruck-Messverfahren (Blower Door Test) wurde der n50 Kennwert als Maß für die Luftdichtheit der Gebäudehülle bestimmt sowie ungewollte Leckagen aufgespürt. 1.3.1. Thermografie Anfang 2007 wurden erstmals Thermografieaufnahmen in Form einer Außenthermografie durchgeführt. Dabei konnten keine großen Auffälligkeiten oder Schwachstellen festgestellt werden. Die an der Fassade hauptsächlich verwendeten Polykarbonat-Mehrfachstegplatten zeigten einen recht hohen Reflexionsgrad im Infrarotbereich. Über die Qualität des Wärmeschutzes selbst können somit nur begrenzt Aussagen gemacht werden, da die Oberflächentemperaturen je nach Neigungswinkel zur Kamera schwankten. Insgesamt wiesen die Fassadenoberflächen aber eine homogene Temperaturverteilung auf. Ein Hinweis auf ungewollte und irreparable Wärmebrücken war von außen nicht auszumachen. Kleinere Schwachstellen aufgrund von Ausführungsmängeln konnten aufgezeigt und später entsprechend korrigiert werden (siehe Bild 1.29). FL I R Sy s te m s 5.0 °C 4 3 Bild 1.26) Thermografische Aufnahme der Südfassade. Die Oberflächentemperaturen der Fassade zeigen eine homogene Temperaturverteilung. 2 1.0 Die Oberflächentemperaturen der Erdgeschossfassaden zeigten im Vergleich zu den Obergeschossen aber deutlich höhere Temperaturen, 23 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss dies zeigt den geringeren Wärmeschutz dieses Fassadenteils. Im Erdgeschossbereich sind die Polykarbonat-Mehrfachstegplatten nicht weiter hinterdämmt, so dass ein deutlich höherer U-Wert der Konstruktion vorliegt (siehe auch Tabelle 1.3). FL I R Sy s te m s 11.1 °C A r2 10 8 A r1 6 4 2 1.3 FL I R Sy s te m s A r1 13.0 °C 12 10 8 A r2 6 4.5 FL I R Sy s te m s Bild 1.27) Erdgeschoss und Obergeschosse der Südfassade. Im Erdgeschoss sind die Kunststoff- Stegplatten als transparente Fassadenelemente genutzt (UWand= 1,2 W/m²K), während sie in den Obergeschossen vor der Wärmedämmung sitzen (UWand= 0,44 W/M²K. Dies wird in den unterschiedlichen mittleren Oberflächentemperaturen deutlich. Bezeichnung Wert Ar1: Durchschnitt: 5.7 °C Ar2: Durchschnitt: 2.4 °C Bild 1.28) Aufnahme der Nordfassade. Hier ist im 2. OG ein offenes ALD deutlich zu erkennen (weißer Pfeil). Trotz des hohen Reflexionsanteils zeigt sich in den Teilen der Fassade, bei denen die semitransparenten Kunststoffstegplatten die Fassade bilden (EG - Fläche Ar2) erwartungsgemäß höhere Oberflächentemperaturen aufgrund des größeren U- Wertes der Wand. 9.7 °C 8 6 4 2 1.0 Bild 1.29) Hier ist eine Verletzung der Hülle zu erkennen – beim Fassadenbau wurde eine Stegplatte durchbohrt. Der Schaden zeigt sich deutlich im Infrarotbild – im Normalbild ist er kaum zu erkennen. Die schadhafte Stegplatte wurde ausgetauscht. Im Zuge von Dichtheitsprüfungen (siehe Kapitel 0) wurden auch thermografische Aufnahmen im Innern durchgeführt. Durch die Thermografie wurde Nachströmen von kalter Luft auf der Giebelseite des Flurs im 1. OG aus dem darunter liegenden Eingangsbereich sichtbar (siehe Bild 1.30 und Bild 1.31). 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe 24 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss F L I R Sy s te m s 26.0 °C Elektrokanal 24 22 Bild 1.30) Undichtigkeit an einem Elektrokanal im Flur des 1. OG. Es kommt zum Nachströmen von kühler Luft aus dem darunter liegenden Eingangsbereich. 20 19.0 F L I R Sy s t e m s 23.0 °C 22 20 Bild 1.31) Undichtigkeit im Wandbereich, Flur des 1. OG. Auch hier strömt an der Fußleiste Luft aus dem Eingangsbereich nach oben. 18.0 Die Aufnahmen zeigten zudem weitere Schwachstellen im Erdgeschoss. Dort waren kleinere Wärmebrücken über den Anschluss der Fassade an Vordach bzw. Deckenplatte auszumachen (siehe Bild 1.32). Aufgrund der bereits erfolgten Fertigstellung des Gebäudes konnte hier nicht nachgebessert werden, die Auswirkung ist jedoch als gering einzustufen. F L I R Sy s te m s Bild 1.32) Deckenbereich im EG, Raum 1.13. Hier sind kühle Bereiche zu sehen, die Wärmebrücken beim Anschluss der Fassadenkonstruktion zeigen. Die Aufnahmen wurden bei einer Dichtheitsprüfung gemacht. Zum Zeitpunkt der Aufnahme standen die Räume bereits seit ca. 60min unter Unterdruck, bei Außentemperaturen von 5°C. 17.4 °C 16 14 12 10 8.6 1.3.2. Prüfung der Luftdichtheit Erste Prüfungen der Luftdichtheit brachten keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Da aufgrund großer Volumina zunächst nur Teilbereiche des Gebäudes untersucht werden konnten (gemessen wurde zunächst ein Einzelbüro im zweiten OG, anschließend der östliche Brandab- 25 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss schnitt des zweiten OG), waren quantitative Aussagen schwierig, zumal mehrere interne Leckagen festgestellt wurden. 1.3.2.1. Interne Leckagen Bei ersten Messungen wurde zunächst eine Leckagesuche durchgeführt. Dazu wurde eine feste Druckdifferenz aufgeprägt (30 Pa) und mit Hilfe eines Nebelgenerators, mit dem lokal kleine Bereiche vernebelt werden können, potentielle Schwachstellen (Fenster, Türen, Zu-/ Abluftöffnungen, Steckdosen, Lampen) untersucht, um Luftströmungen sichtbar zu machen. Bild 1.33) Einbausituation der Messeinrichtung im Fenster des Büros 2.02. Bei der Messung des Büros wurde die Tür zum Flur abgeklebt, die anschließende Messung des Brandabschnitts erfolgte bei geöffneter Zimmertür ebenfalls über dieses Fenster. Ergebnis waren beispielsweise nicht dicht ausgeführte Brandschutzabschlüsse zwischen Brandabschnitten sowie zu den Treppenhäusern. Hier konnten Leckageströme im Bereich der abgehängten Decken der Flure mit Hilfe des Nebelgenerators sichtbar gemacht werden (siehe Bild 1.34 und Bild 1.35). In den Bereichen der Brandschutztüren zum Treppenhaus waren diese Effekte am stärksten. Bild 1.34) Detailaufnahme Nebeltest bei einer Deckenlampe im Flur bei Unterdruck im Gebäude. Der Nebel wurde deutlich in den Raum geblasen. An den Zuluftöffnungen konnten hingegen keine Strömungsbewegungen beobachtet werden. 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe 26 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Bild 1.35) Vor allem die Türen zu den Treppenhäusern schließen nicht dicht. Die Treppenhäuser sind wiederum nicht luftdicht nach außen verschlossen, sodass Luft hierüber in die Flure und letztendlich in die Büros nachströmt. Weitere interne Luftverteilung wurde in verschiedenen Installationsschächten nachgewiesen. Als problematisch haben sich Kabel- und Rohrdurchführungen erwiesen. Diese wurden bei Durchdringung von Brandabschnitten zwar brandschutztechnisch korrekt (rauchdicht), jedoch nicht luftdicht ausgeführt. Die Anforderungen an den Brandschutz schließen die Luftdichtheit im Gebäude nicht ein. Speziell Kabeldurchführungen sind nicht ausdrücklich luftdicht auszuführen, da es keine direkten Anforderungen an Differenzdrücke und daraus hergeleitete Volumenströme gibt. Andere Brandschutzvorrichtungen schließen erst unter Einwirkung von hohen Temperaturen (Feuer), sind aber im Normalzustand undicht. In diesem Zusammenhang waren daher mehrfach Nachbesserungsarbeiten erforderlich. Bild 1.36) Am Durchgang eines Abwasserrohrs zur Garage im Untergeschoss strömte fühlbar Luft nach. Im EG festgestellter Abgasgeruch kann durch diese Undichtigkeit hervorgerufen werden. Die Rohrdurchführungen wurden nachgebessert. Der Ursprung für festgestellter Nachströmungen von Luft konnte nur schwer lokalisiert werden, da sich interne Leckagen und Schwachstellen in der Gebäudehülle überlagerten. Undichtigkeiten zwischen den Geschossen oder zwischen unterschiedlichen Nutzungszonen sind energetisch und bauphysikalisch unkritisch, sofern in eine Zone ein27 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss strömende Luft auch durch Nachströmen aus einer weiteren internen Zone kommt und nicht durch Außenluft ersetzt wird. Trotzdem sollten im Hinblick auf die Rauchausbreitung im Brandfall und zur möglichen Bestimmung von Leckagen in der Hüllfläche die Ausführungen überprüft werden. Aufgrund von Undichtigkeiten einer Brandwand traten beispielsweise Abgase in ein an die Fahrzeughalle angrenzendes Erdgeschossbüro ein und führten zu Geruchsbelästigung. Auch dieser Mangel konnte behoben werden. 1.3.2.2. Luftdichtheit der Gebäudehülle Antrieb zur Lüftung bei Tagbetrieb und Nachtauskühlung des Verwaltungsbaus sind Druckdifferenz zwischen Innen- und Außenraum. Der Unterdruck im Gebäude wird über zentrale Ventilatoren erzeugt. Die in die Fassade integrierten Außenluftdurchlasselemente (ALD) lassen als passive Elemente das nachströmen von Außenluft zu. Wie sich bei ersten Messungen der Kennlinie der ALD zeigt, strömen die für einen planerisch zunächst vorgesehenen einfachen Luftwechsel nötigen 80 m³/h auch bei geringen Druckdifferenzen nach. Höhere Volumenströme erfordern zum Überwinden des Strömungswiederstands höhere Druckdifferenzen. Im Falle der für einen vorgesehenen zweifachen Luftwechsel bei der aktiven Nachtlüftung sollen 160 m³/h Außenluft nachströmen. Dazu muss im Raum ein Unterdruck von 22 Pa im Vergleich zum Außenraum geschaffen werden. m³/h 200 ALD 100% offen ALD 50% offen Nachtlüftung 160 120 80 Tagbetrieb 40 0 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Pa Bild 1.37) In einem Büro gemessene Kennlinie eines Außenluftdurchlasselements (ALD). Die für einen zweifachen Luftwechsel benötigten 160 m³/h Außenluft strömen erst bei Druckdifferenzen von 22 Pa durch das ALD. Ist der Differenzdruck geringer, strömt auch weniger Luft von außen nach. Im Tagbetrieb (geplant 80 m³/h, später reduziert auf 60 m³/h) ist ein ausreichendes Nachströmen auch bei geringen Druckdifferenzen gewährleistet. Erste Messungen der Druckdifferenzen offenbarten bei aktivierter Nachtlüftung nur Differenzdrücke von 10-12 Pa. Bei gleichzeitiger Messung der Abluftvolumenströme zeigte sich jedoch, dass diese planungsgemäß bei etwa 160 m³/h liegen. Die abgesaugte Luft kam also zu Teilen nicht durch die ALD, sondern aus anderen Gebäudebereichen, also über (bereits erkannte) Leckagen. 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe 28 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Nachdem interne Schwachstellen größtenteils nachgebessert waren, konnte der Differenzdruck bei einer erneuten Blower-Door-Messung auf 14 Pa gesteigert werden. Dies wies auf weitere Leckagen auch in der Außenhaut des Gebäudes hin. Diese wurde bei der Durchführung des Lüftungskanals zum Ventilator im Deckenbereich des 2. OG durch Untersuchung der Luftströmungen mit Rauch gefunden. Bei gezieltem Einblasen von Rauch in die Revisionsklappe des Nacht‐Abluftventilators, die oberhalb der luftdichten Ebene liegt, zeigte sich im darunter liegenden Geschoss massiver Raucheintritt. Nach entfernen der abgehängten Decke zeigte sich, dass dort ein großer Teil der Dampfbremse fehlte und somit kein luftdichter Anschluss zum Dach existierte. Der Mangel wurde Ende 2009 behoben. Bild 1.38) Die Undichtigkeit im Dach konnte mit Hilfe eines Nebelgenerators sichtbar gemacht werden. Nachdem Rauch in die Schutzhaube auf dem Dach eingeblasen wurde, kam es zu massivem Raucheintrag im darunter liegenden WC. Bei einer Ermittlung des Kennwerts für die Luftdichtheit der Gebäudehülle nach DIN EN 13829 [EN13829] wurde alle Lüftungswege im Gebäude durch die GLT verschlossen (Abschaltung der Lüftungsanlagen, Zufahren aller Brandschutzklappen, Verschluss der Außenluftdurchlasselemente und manuelles Abdichten von bekannten Öffnungen) und im Innern alle Türen geöffnet. Zur Aufnahme der nötigen Messpunkte erzeugten zwei Gebläse die gleiche Druckdifferenz. Dabei konnte eine maximale Druckdifferenz von 40 Pa aufgebaut werden. Trotz Unsicherheiten in der Messung kann davon ausgegangen werden, dass die normativen Grenzwerte der Anforderungen an die Luftdichtheit eingehalten werden. Aus den aufgenommenen Daten ergibt sich ein n50 Wert von ca. 1,2 h-1, die Anforderung der EnEV an die Luftdichtheit der Gebäudehülle beim Einsatz von Lüftungsanlagen (< 1,5 h-1) ist damit erfüllt. Für den hüllflächenbezogenen Kennwert q50 ergibt sich 2,4 m³/(h m²), auch dabei wird der in der DIN 4108-7 mit 3 m³/(h m²) angegebene Grenzwert für Gebäude > 1500 m³ Volumen eingehalten [DIN4108T7]. 29 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Bild 1.39) Einbau der Ventilatoren in Fenster und Tür zum Kopierraum im 2. OG (li), sowie Einbau eines Gebläses im Fenster eines EG- Büros (re). Volumenstrom [m³/h] 10000 ges. Gebäude EG 2.OG y = 1893.8x0.3935 R² = 0.9924 1000 10 ΔP 100 [Pa] Bild 1.40) Darstellung der aufgenommenen Messwerte in doppelt- logarithmischer Darstellung. Für eine normgemäße Berechnung des n50 Wertes sollte mindestens noch der Volumenstrom bei 50 Pa aufgenommen werden, höhere Druckdifferenzen verbessern die Genauigkeit des Ergebnisses. Die verwendeten Gebläse konnten nur Druckdifferenzen von 40 Pa aufbauen. Durch die drei Stützstellen kann dennoch eine exponentielle Trendlinie gelegt werden, aus deren Steigung der gesuchte n50 Wert näherungsweise berechnet werden kann. Fazit Dichtheitsprüfungen Abschließend zeigt sich, dass sich auch nach Schließen der gefundenen Leckagen der erforderliche Unterdruck für ein ausreichendes Nachströmen von Außenluft in den Büros nicht einstellt. Bei einem gemessenen Abluftvolumenstrom von 160 m³/h im Büro (Nachtlüftung) kommt es anteilig zum Nachströmen von Luft aus anderen Bereichen des Gebäudes. Dabei wurde festgestellt, dass es sich hier vor allem um interne Leckagen zwischen Bereichen die per Nachtlüftung entwärmt werden sollen (Büros) und Zonen ohne planmäßige Nachtlüftung (Treppenhäuser und Nebenräume) handelt. Für das Konzept der Nachtlüftung sind diese Schnittstellen kritisch zu bewerten, da interne Leckagen die Wirksamkeit der Nachlüftung verringern. Leckageströme (die in nicht zu kühlenden Bereichen vorgewärmt werden) reduzieren den Außenluft-Volumenstrom an den Überströmelementen und damit die zur Verfügung stehende Transportkapazität für abzuführende Wärme. Es ist mit Einschränkungen in Bezug auf das Konzept der Nachtlüftung zu rechnen, da die sich in den Büros einstellenden Außenluftwechsel von der Dichtheit der Gebäudehülle abhängig sind. 1 - Die Remscheider Entsorgungsbetriebe 30 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 2. Ermittlung Energiebedarfskennwerte nach DIN 18599 Im Rahmen des Masterstudiums Environmental Building Design an der Universität Wuppertal wurden im Jahrgang 2009 unter dem Titel „Bewertung der DIN V 18599 in ihrer Anwendung im Rechenwerkzeug Ennovatis EnEV+“ auch die REB untersucht. Gegenstand einer Researcharbeit unter gleichem Titel war die Überprüfung der Gesamtenergieeffizienz der REB anhand der 2005 eingeführten DIN V 18599 [DIN18599] und der dazu entwickelten Berechnungssoftware „Ennovatis EnEV+“ [ENE08] sowie ein späterer Vergleich mit real gemessenen Werten sowie ähnlichen Gebäuden. Die DIN 18599 setzt die Anforderungen der EU Richtlinie zur Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden um, die erstmals vorgibt, dass der Gesamtenergiebedarf von Gebäuden systematisch erfasst, in ein berechenbares Verhältnis zueinander gestellt und daraus eine Energiebilanz verfasst wird. Es werden zudem die Bereiche Kühlung und Lüftung neben Heizung, Warmwasseraufbereitung und Beleuchtung einbezogen. Neu ist auch die Aufteilung eines Gebäudes in Zonen, um den Einfluss der jeweiligen Nutzung und deren Randbedingungen auf den Energiebedarf zu berücksichtigen. Für jede Zone wird der Nutzenenergiebedarf für Heizen und Kühlen getrennt bestimmt. Die Versorgungseinrichtungen (Heizung, Trinkwasseraufbereitung, Lüftung, Kühlung, Beleuchtung) können von den Zonen abweichende Versorgungsbereiche umfassen. Diese können sich über mehrere Zonen erstrecken (zentrale Heizung für Wohn- und Geschäftshaus), eine Zone kann auch mehrere Versorgungsbereiche umfassen (zwei Arten der Lüftung innerhalb einer Zone). 2.1. Das Werkzeug EnEV+ Auf Grundlage der EnEV und deren Berechnungsverordnung DIN V 18599 wurden verschiedene EDV-Programme entwickelt. Sie ermöglichen die rechnergestützte Erstellung energetischer Nachweise für Altund Neubauten nach der bestehenden Norm. Im Masterschwerpunkt 2009 wurde die Software Ennovatis EnEV+ der Firma EnnovatisEnergiemanagement-Systeme verwendet. Das Programm richtet sich an Energieberater, Ingenieure und Architekten und erstellt Energieausweise sowie Grafiken zu allen in der Norm hinterlegten Energiebedarfskennwerten. Auf den Rechenweg selbst hat der Nutzer keinen Einfluss. Nach der objektbezogenen Dateneingabe stehen lediglich die daraus resultierenden Ergebnisse zur Verfügung. Eine Überprüfung des Rechenweges ist nicht möglich. Nach der Eingabe eines 3D-Gebäudemodells und der Baustoffauswahl aus der hinterlegten Materialliste berechnet das Programm die UWerte der Bauteile. Eine weitere Auswahl betrifft die Nutzungen, deren Beleuchtung samt Steuerung und Tageslichtnutzung, sowie deren 31 2 - Ermittlung Energiebedarfskennwerte nach DIN 18599 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss elektronische Geräte, die Anzahl der Personen pro Raum und die Trinkwarmwasserverwendung. Nutzungstypen werden im thermischen Modell in ihrer jeweiligen Zone nach den Kriterien räumliche Ausrichtung und verwendete Heizungssowie Abluftanlagen über die Vorgaben der DIN V 18599 zusammengefasst. Anlagen können nach der Dauer des Betriebes und der Quantität der vorgeschriebenen Luftwechselrate bzw. nach der Anlagennutzung sowie allen weiteren Einstellungen der Lüftungsanlage bestimmt werden. Ergebnis ist das größtmögliche Zusammenfassen aller Räume gleicher Ausrichtung und gleicher Lüftungsart in wenigen Zonen. Bild 2.1) Beispielhafte Darstellung der Zonierung innerhalb des Verwaltungsgebäudes REB anhand des Grundrisses 1.OG. Die Zone Sporthalle wird angesetzt für die Wasch-, Dusch- und Umkleideräume, die Zone Parkhaus umfasst die Garagen der Großfahrzeuge der Straßenreinigung. Grafik: [KAUF09] Es folgt die Einarbeitung der Anlagentechnik im Gebäudesystem. Hier ist die Art der Heizungsanlagen, RLT-Anlagen, Kühlsysteme sowie Art und Bedarf der Trinkwassererwärmung einzugeben. Beachtung finden hier auch Anlagen zur Kraftwärmekopplung und aus dem Bereich der erneuerbaren Energien. 2 - Ermittlung Energiebedarfskennwerte nach DIN 18599 32 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Tabelle 2.1) Übersicht über die getätigten Eingaben und Annahmen der Gebäudeanlagen in der Software Ennovatis EnEV+. [KAUF09] Zone Fläche in % Wärmeversorgung Raumheizung über Gasbrennwertkessel Büros Nord Büros Süd Büros Süd EG Aufenthalt Duschen Umkleiden Flur Treppenhaus Lager WC Server Fahrzeughalle Lüftungsanlage Solar unterstützte WWErwärmung WWErwärmung über Durchlauferhitzer Zuluftanlage Abluftanlage mit WRG 24 X X 14 X X 5 X X 5 X X 3 X 14 X 17 X 5 X 6 X 6 X 1 X 46 X Lüftungsanlage mit WRG Tageslicht und Beleuchtung LichtumTageslichtlenkende abhängige LamellenKunstlichtjalousien regelung X X X X X X X X X X X X Berechnungsergebnisse sind die Energiebilanz nach DIN V 18599 (Jahres- und Monatsübersicht nach Zonen), Aufteilung der Endenergie (Monatsübersicht nach Zonen), Aufteilung der Primärenergie (Monatsübersicht nach Zonen) sowie gesetzliche Nachweise wie der Energieausweis für Nichtwohngebäude. (siehe beispielhaft Bild 2.5). 2.2. Bedarfsberechnungen im Vergleich zu Energieausweis und Messwerten Mit Hilfe des Werkzeugs EnEV+ und den oben genannten Eingaben ließen sich die erzielten Bedarfswerte mit denen des Referenzgebäudes, des ursprünglichen Energieausweises (Das Gebäude war das erste Gebäude in Remscheid, für das ein Nachweis nach dem erweiterten Berechnungsverfahren der EnEV in Anlehnung an die DIN V 18599 geführt wurde) und den im Monitoring gemessenen Verbräuchen gegenüberstellen (siehe Analyse der Verbrauchsdaten in Kapitel 4). Die Berechnungsergebnisse für das sanierte Gebäude der REB weisen in den meisten Positionen deutlich geringere Werte aus, als das dazugehörige Referenzgebäude (siehe Bild 2.3). Ausgenommen ist hierbei der erhöhte Endenergiebedarf in der Warmwasseraufbereitung. Dieser Unterschied resultiert aus einer Eingabeabweichung in der vorgesehenen Zone der Duschen und Umkleiden im Sozialtrakt. Ausgewählt wur33 2 - Ermittlung Energiebedarfskennwerte nach DIN 18599 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss de hier die Zonierungsart „Sporthalle“, da die tatsächliche Nutzung des Sozialtraktes in der Software nicht hinterlegt war. Das Referenzgebäude wird jedoch nur mit Standardwerten ermittelt und bildet daher weder den realen Wert der Nutzung noch den der angenommenen Nutzung Sporthalle ab. Die zweite Ungenauigkeit entsteht durch die einbezogene Fahrzeughalle mit einer unbeheizten Fläche von ca. 2.000 m². Sie ist in Ennovatis EnEV+ nicht aus der Geometrie des 3D-Modells separierbar und führt bei der Gesamtbetrachtung des Gebäudes im Vergleich mit anderen Berechnungen zu verzerrten Ergebnissen. Der flächenbezogene Heizwärmebedarf im Gesamtgebäude sinkt durch die Einrechnung der Wagenhalle um rund 45%. Duschen u. Umkleiden 9% Wagenhalle 46% Server 1% Lager 3% Erschließung 12% Aufenthalt 3% WC 3% Büro 23% Bild 2.2) Verteilung der Zonen nach DIN 18599 mit Einbeziehung der Wagenhalle Letztlich wurde auch der Bedarf einer Kompressionskältemaschine für den Serverraum in den Bedarfsermittlungen nicht abgebildet. Der Bereich Kühlung wird daher in allen Berechnungen nicht aufgeführt und mindert den Gesamtprimärenergiebedarf im Vergleich zu realen Werten leicht. Da die REB in den 1960er Jahren errichtet und im Jahr 2006 saniert wurde, kann laut Regelwerk DIN V 18599 ein Sanierungszuschlag von 40% auf den Primärenergiebedarf des Referenzgebäudes aufgeschlagen werden (er wurde separat hinzu berechnet, da er von Ennovatis EnEV+ nicht ausgeführt werden konnte). 2 - Ermittlung Energiebedarfskennwerte nach DIN 18599 34 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss kWh/m²a 300 Lüftung Beleuchtung Warmwasser 33 250 Bild 2.3) Darstellung der Berechnungsergebnisse des Primärenergiebedarfs des REBGebäudes und des Referenzgebäudes mit und ohne Sanierungszuschlag aus Ennovatis EnEV+. [KAUF09] 200 150 100 50 0 Heizung 23 18 36 30 53 REB-Gebäude 63 88 28 20 95 Referenzgebäude 133 Referenzgebäude mit Sanierungszuschlag Bei der Darstellung der Bedarfswerte wird ersichtlich, dass für das sanierte Gebäude vor allem in den Bereichen Heizung und Beleuchtung große Einsparungen Im Vergleich zu den Referenzgebäuden ermittelt werden konnten. Beim Vergleich mit gemessenen Daten ist zu beachten, dass eine genaue Messung von zonenspezifischen Verbrauchsdaten im REBGebäude nicht möglich ist. Einzelne Bereiche und Zonen überschneiden sich stark und greifen in einander über. So ist die Lüftung des Sozialbereich teilweise in den Bürotrakt über und können Lager- und Verkehrsflächen nicht getrennt erfasst werden. Zudem werden die Flurbereiche im Bürotrakt zum Teil durch die überströmende Abluft aus den Büros mit geheizt (siehe auch Kapitel 4). Der Berechnung des Energiebedarfs für Warmwasser liegen unterschiedliche Annahmen zugrunde: Während sich im ursprünglichen Energieausweis auf den gängigen Warmwasserbedarf für Sanitäranlagen bezogen wurde, berücksichtigt die EnEV+-Berechnung den realen Warmwasserbedarf, ermittelt anhand der dort duschende Personenzahl. Daher ist der Energiebedarf für Warmwasser im ursprünglichen Energieausweis deutlich kleiner als der berechnete, welcher zudem dem tatsächlichen Verbrauch sehr nahe kommt. Hierbei ist jedoch anzumerken, dass die fehlerhafte Solaranlage (siehe Kapitel 4.5) im Messzeitraum lediglich 6% zur Wassererwärmung beisteuern konnte, während in der DIN-Berechnung die ursprünglich avisierten 60% angesetzt wurden (vergleiche Kapitel 4.5). Im Bereich der Lüftung ist in der Bedarfsrechnung ein geringerer Mindestluftwechsel für die die Umkleideräume voreingestellt. Die führt zu einem geringeren Strom- und Heizenergiebedarf als tatsächlich gemessen. 35 2 - Ermittlung Energiebedarfskennwerte nach DIN 18599 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Differenzen zwischen ursprünglich ausgestelltem Energieausweis und der Berechnung in EnEV+ bestehen auch in der Annahme des Gebäudevolumens und der Eingabe der technischen Anlagen. Neben der fehlenden Kühlung des Serverraums mittels vorhandener Kompressionskältemaschine wurde auch für die Fahrzeughalle die Lüftungsrate in EnEV+ höher angesetzt als im ausgestellten Energieausweis. Bild 2.4) Darstellung der unterschiedlichen Flächenverteilung bei der Zonierung des REB-Gebäudes nach DIN V 18599 mit dem Excel-tool des IBP (links) und Ennovatis EnEV+ (rechts) jeweils ohne Wagenhalle in Prozent. Quelle: [ENOB10]. Bild 2.5) Energieausweis des sanierten REB-Verwaltungsgebäudes gemäß EnEV bzw. DIN V 18599 unter Zuhilfenahme eines der ersten verfügbaren Rechenwerkzeugen. Mit den Sanierungsmaßnahmen wurde ein Primärenergiebedarf von 96,8 kWh/(m²a) berechnet. Im aufgeführten Energieausweis kann ausgewiesen werden, dass der Bedarf damit bzgl. des Bestandsgebäudes bei ca. 25 % und ungefähr bei der Hälfte des Anforderungswertes der EnEV 2007 im Nichtwohnungsbau für Neubau nach DIN V 18599 liegt. Quelle: [RIEDEL06] 2 - Ermittlung Energiebedarfskennwerte nach DIN 18599 36 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 2.3. Vergleich der zonenspezifischen Bedarfskennwerte Bei der Aufschlüsselung des Endenergiebedarfs nach thermischen Zonen wird deutlich, wie unterschiedlich der Energiebedarf der einzelnen Zonen ist: Die Südbüros haben aufgrund ihrer solaren Gewinne einen niedrigeren Heizwärmebedarf als die nordorientierten Büros. Die Erdgeschossbüros in Richtung Süden werden wegen Abgasbelastung der Großfahrzeuge auf dem Hof in dieser Einstellung tagsüber nicht wie die übrigen Büroräume über die Außenluftdurchlasselemente mit Zuluft versorgt, sondern mit einer Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung. Somit haben die Büros einen kleineren Heizwärmebedarf bei erhöhtem Strombedarf für die aufwendigere Lüftungstechnik. kWh/m²a 200 Warmwasser Kühlung Lüftung Beleuchtung Heizung 150 100 50 Büro WC/Waschen Umkleide Verkehrsfläche Lager Server Fahrzeughalle Gesamt EnEV+ Alt EnEV+ Alt EnEV+ Alt EnEV+ Alt EnEV+ Alt EnEV+ Alt EnEV+ Alt EnEV+: WC Alt EnEV+ Alt Aufenthalt EnEV+: Duschen Bild 2.6) Primärenergiebedarf nach Zonen, Quelle [KAUF09] EnEV+ Alt 0 ohne Halle Sowohl die Abluftanlage als auch die Zu- und Abluftanlage waren im Bezug auf Wärmerückgewinnung und Regelung der Zuluft nur annähernd sinngemäß abzubilden. Die innenliegenden Flure und Lagerräume werden über die Abwärme der umliegenden Büroräume indirekt erwärmt. Sie weisen daher wie auch das neue Treppenhaus und die Fahrzeughallen keinen Heizwärmebedarf auf. Beide Bereiche liegen außerhalb der direkt beheizten Gebäudehülle und werden über Heizkörper bei Bedarf minimal geheizt (Erschließungskern) bzw. über die Abluft des Sozialtraktes (Fahrzeughallen) frostfrei gehalten. Auch für den Serverraum ist keine Heizung vorgesehen. Er wird über die Abwärme der dortigen Geräte beheizt. Allerdings ist hier die Kompressionskältemaschine in der damaligen Berechnung nicht angegeben. Als Zonen mit verhältnismäßig hohem Endenergiebedarf fallen der Aufenthaltsraum und die Duschen auf. Der Aufenthaltsraum hat trotz seiner Südausrichtung einen höheren Heizwärmebedarf. Dies bewirkt die größere Raumhöhe im Bereich der Oberlichter und die Volumensteigerung im Vergleich zu anderen Zonen. Die Duschen haben wegen ihrer starken Frequentierung einen hohen Warmwasserbedarf. 37 2 - Ermittlung Energiebedarfskennwerte nach DIN 18599 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Der Endenergiebedarf des Gesamtgebäudes wird, wie bereits erwähnt, durch die Einbeziehung der Fahrzeughalle verzerrt abgebildet. kWh/m²a 200 Warmwasser Kühlung Lüftung Beleuchtung Heizung geht bis: 818 150 100 50 0 Büro Nord Büro Süd EG Typ 01 % Aufenthalt Typ 16 Typ 17 Treppenhaus Typ 19 Typ 01: Einzelbüro Typ 17: Sonstige Aufenthaltsräume Typ 20: Lager Typ 31: Sporthalle Server Typ 20 Typ 21 Umkleide Typ 31 Gesamt Typ 32 REB Bild 2.7) Endenergiebedarf nach Zonen, Typ 31 Sporthalle fasst Duschen und Umkleiden zusammen. Quelle: [KAUF09] Typ 16: WC und Sanitär in NWG Typ 19: Verkehrsfläche Typ 21: Serverraum/Rechenzentrum Typ 32: Parkhaus Büronutzung 100 80 60 40 20 0 Endenergiebedarf [%] Fläche [%] Endenergiebedarf [%] Mit Fahrzeuhalle Fläche [%] ohne Fahrzeughalle Bild 2.8) Verhältnis des Endenergiebedarfs zur Fläche in %, mit und ohne Fahrzeughalle. Quelle: [KAUF09] Übergreifend bleibt fest zu halten, dass die Berechnungsergebnisse auf Grund von Eingabe- und Abbildungsschwierigkeiten in der Software EnEV+ kaum als Vergleich gegen gemessene Werte gestellt werden können. Es lassen sich Tendenzen ausmachen, doch führen das komplizierte Lüftungskonzept sowie die Zonierung von Fahrzeughalle und Duschbereich zu verfälschten Werten. Daran zeigen sich die grundsätzlichen Defizite in der normgerechten Abbildung innovativer Gebäudekonzepte mit Forschungsprofil innerhalb von kommerziellen Softwaretools. 2 - Ermittlung Energiebedarfskennwerte nach DIN 18599 38 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 3. Datenerfassung und Auswertung 3.1. Zentrale Messtechnik Das Verwaltungs- und Betriebsgebäude der Remscheider Entsorgungsbetriebe ist an die zentrale Gebäudeautomation (GA) der Stadt Remscheid angeschlossen. Technisch setzt die Gebäudeleittechnik (GLT) auf dem Feld- Bus „Local Operating Network“ (LON) auf. Sämtliche im Zuge des Monitorings zusätzlich fest installierten Sensoren wurden in das bestehende LON System integriert. Zur Erfassung und Bewertung des Gebäudebetriebs werden 234 Datenpunkte aus der GLT in einem 10min Raster gespeichert und täglich als Datensatz exportiert. Der exportierte Datensatz wird anschließend automatisiert auf einen PC an der Uni Wuppertal kopiert. Die Daten werden im Format umgewandelt und in eine Datenbank eingelesen, auf die mit einer an der Uni Karlsruhe entwickelten Analyse- und Visualisierungssoftware zugegriffen werden kann. Die Software, Arbeitstitel „MoniSoft“, wird am Fachgebiet „Bauphysik und Technischer Ausbau“ am Fachbereich Architektur am Karlsruher Institut für Technologie entwickelt und im Rahmen des Forschungsprogramms EnOB gefördert. Es handelt sich um eine auf Java basierte Anwendung, die auf eine MySQL Datenbank zugreift und zur Auswertung der Daten umfangreiche grafische Analysetools, sowie Exportfunktionen zur Verfügung stellt. Bild 3.1) Screenshot der Anwendung „MoniSoft“, die bei der Analyse der über die GLT erfassten Daten eingesetzt wird. Neben unterschiedlichen Möglichkeiten der grafischen Darstellung und Analyse der Messdaten können einzelne Datenpunkte in verschiedener zeitlicher Aggregation exportiert werden. Im gleichen Format, in dem die Daten für „MoniSoft“ vorbereitet werden, werden sie auch dem Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg zur Verfügung gestellt. Dort werden die Daten in das System des EnOB- Langzeitmonitorings eingepflegt. 39 3 - Datenerfassung und Auswertung b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Bild 3.2) Beispielhafte Darstellung der Datenverfügbarkeit. Pro Datenpunkt wird auf einer Zeitachse symbolisiert, ob Daten vorhanden sind (grüner Balken) oder nicht (roter Balken). Die meisten Messwerte sind ab November 2008 verfügbar, die Aufschaltung der Energiezähler (Strom und Wärme) verzögerte sich bis Anfang 2009. Eine Systemumstellung im Frühjahr 2010 führte zu einem etwa einwöchigen Ausfall. In den folgenden Diagrammen wird noch einmal ein schematischer Überblick über die funktionalen Zonen und die darin installierte Versorgungstechnik für Lüftung und Heizwärme dargestellt. Damit sollen auch die über die zentrale Messtechnik erfassten Bereiche deutlich gemachen werden. Abluft Büro Nachtlüftung Abluft Sozial WC Büro 2.OG Büros 2.OG Nachströmung über Außenluftdurchlasselemente Flur 2.OG Büros 1.OG WC Büro 1.OG Nachströmung über Außenluftdurchlasselemente Büros EG, Tagbetrieb Zu- u. Abluft WC Büro EG Vorraum EG Umkleiden 2.OG Duschen / WC Trockenräume 1.OG 1.OG Umkleiden 1.OG Flur 1.OG Zuluft Sozial WRG über KVS Abluft Büro Taglüftung Zuluft Büro Außenluftdurchlasselemente nur bei Nachtlüftung offen 3 - Datenerfassung und Auswertung Duschen / WC Trockenraum 2.OG 2.OG Einblasen der Abluft Büro als Frostschutz Lüftung Garagen Bild 3.3) Vereinfachtes Versorgungsschema der Lüftung. Sowohl im Sozial- als auch im Verwaltungstrakt ist eine Wärmerückgewinnung über ein Kreislaufverbundsystem realisiert. Im Bürobereich strömt Außenluft über Fassadenelemente nach, die Zuluft im Erdgeschoss sowie der Kernebereiche in den Obergeschossen wurde 2009 außer Betrieb gesetzt. Erfasst wird der elektrische Hilfsstrombedarf für Lüftung und die Beleuchtung in den Büros, 40 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Abluft Büro Nachtlüftung Abluft Sozial WRG über KVS WC Büro 2.OG Büros 2.OG Duschen / WC Trockenraum 2.OG 2.OG Umkleiden 2.OG Duschen / WC Trockenräume 1.OG 1.OG Umkleiden 1.OG Flur 2.OG Bild 3.4) Vereinfachtes Versorgungsschema für die Heizwärme mit Einbeziehung der Position der Wärmemengenzähler (WMZ). Die WMZ befinden sich am Hauptverteiler im Heizungskeller, nicht dargestellt ist die Trinkwassererwärmung. Auch hier erfasst jeweils ein WMZ den Wärmeeintrag aus Gaskessel sowie Solaranlage. WC Büro 1.OG Büros 1.OG Flur 1.OG stat. Heizung Sozial Büros EG WC Büro EG Vorraum EG stat. Heizung Büro WRG über KVS Heizung RLT Sozial Heizung RLT Büro Einblasen der Abluft Büro als Frostschutz Gas- Brennwertkessel Wärmemengenzähler am Hauptverteiler Neben der Erfassung der Verbrauchszähler für Strom und Wärme werden Temperaturen als Soll- und gemessene Istwerte, Ansteuerungssignale für Ventile und Klappenstellungen sowie die lokalen Wetterdaten, mit Außentemperatur, Einstrahlung und Windverhältnissen gemessen. Die Datenerfassung lief weitestgehend störungsfrei, im Herbst 2009 sowie im Frühjahr 2010 kam es durch Systemumstellungen für einige Tage zu Datenlücken. Neben den systembedingten Ausfällen zeigten sich folgende Probleme: - Messung des Trinkwarmwasserverbrauchs: Die Zapfung von warmem Trinkwasser unterliegt großen Schwankungen – bei hoher Gleichzeitigkeit von Zapfungen kann der Durchfluss bis zu 16,5 m³/min betragen, zunächst wurde daher ein für diese Durchflussmengen ausgelegter Zähler eingebaut. Dieser erfasste geringe Zapfmengen aber nicht präzise. Der Zähler wurde daher gegen einen Split-Zähler ausgetauscht, der mit zwei getrennten Zählwerken sowohl hohe, als auch geringe Zapfmengen erfasst. - Erfassung der Zirkulationsverluste der Trinkwassererwärmung: Aufgrund der Netzhydraulik und eines defekten Rückschlagventils floss bei starker Warmwasserzapfung kaltes Wasser in den Zirkulations- Rücklauf. Das führte zu Fehlkalkulationen des installierten Wärmemengenzählers. Das Problem wurde Anfang 2009 behoben. - Stromzähler für den gesamten Strombezug defekt Durch einen Defekt im Stromzähler für das gesamte Gebäude lieferte der Zähler beim automatisierten auslesen durch die Gebäudeautomation zunächst fehlerhafte Werte. Durch Reparatur bzw. Austausch fiel die Erfassung 2009 für fünf Monate aus. 41 3 - Datenerfassung und Auswertung b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 3.2. Dezentrale Messtechnik Neben der zentralen Erfassung von Messdaten über die GLT und Einzelmessungen wie Thermografie und Dichtheitsprüfungen wurden in unterschiedlichen Messreihen auch dezentrale Messgeräte eingesetzt. Dabei handelt es sich in der Regel um Geräte, die mittels eigener Sensorik und einem Messwertspeicher autark und an neuralgischen Punkten Messdaten aufnehmen, welche später am PC ausgelesen und ausgewertet werden können. Bild 3.5) Eingesetzte dezentrale Datenlogger. Mit Hilfe der Geräte konnten in einzelnen Büros Parameter wie Lufttemperatur und Luftfeuchte, sowie interne Lasten aus elektrischen Geräten über einen begrenzten Zeitraum gemessen und ausgewertet werden. Dezentrale Kleinlogger wurden zur Erfassung und Bewertung des sommerlichen und winterlichen Komforts eingesetzt. Die dezentralen Messungen im Gebäudeinneren bezogen sich meist auf die Messung lokaler Parameter wie Temperatur und relativer Luftfeuchte. Der Einsatz erfolgte u.a. in Lüftungskanälen, an Zuluft- und Abluftelementen, in den Außenluftdurchlasselementen und an verschiedenen Punkten in den Büros. Dezentrale Strommessgeräte erfassten in kürzeren Messperioden den Stromverbrauch aller angeschlossenen Geräte in einzelnen Büros. Der Einsatz autarker Kleinlogger im Gebäudeinneren ermöglichte somit flexible und kurzweilige Messreihen bei verkürzten Auf- und Abbauzeiten. Allerdings mussten im Abstand von etwa 3 Wochen ggf. die Batterien gewechselt bzw. der Datenspeicher vor Ort mittels Laptop ausgelesen werden. Weitere dezentrale Messtechnik wurde im Zuge des Projekts „Dezentrale Lüftung in Bürogebäuden - Mikroklimatische und Baukonstruktive Einflüsse“ eingesetzt. Hier wurden speziell die mikroklimatischen Bedingungen an Fassade und an den passiven Außenluft- Durchlasselementen untersucht, in dem Temperaturen in verschiedenen Abständen von der Fassade, solare Einstrahlung auf die Fassade sowie lokale Wetterdaten erfasst wurden. 3 - Datenerfassung und Auswertung 42 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 4. Energieverbrauch Zunächst erfolgt eine Übersicht der Jahressummen der Verbrauchsdaten für Strom und Wärme. Bei der Angabe spezifischer Verbrauchswerte spiegeln sich die Schwierigkeiten der Flächen- und Zonenzuordnung wider: eine klare Trennung zwischen Bereichen einheitlicher Nutzung und deren Energieversorgung ist nicht immer gegeben. Am deutlichsten wird dies wie schon erwähnt bei der Lüftungsanlage des Sozialtrakts: über diese wird nicht nur der Bereich der Umkleiden und Sanitärräume be- und entlüftet, auch die WCs des Bürobereichs sind daran angeschlossen (die sich aber in einer anderen Nutzungszone befinden). Beim Vergleich der gemessenen Daten mit den Bedarfswerten der Zonen aus der Berechnung nach DIN 18599 ergeben sich die in Kapitel 2.2 genannten Schwierigkeiten des abweichenden Flächenbezugs sowie der Nutzungsprofile, speziell im Sozialtrakt. Zudem konnten die in der Norm definierten Verbrauchsarten (Heizung, Lüftung, Kühlung, Beleuchtung) nicht immer komplett getrennt erfasst werden. Nicht realisiert werden konnte beispielsweise eine komplett getrennte Messung des Energieverbrauchs der Beleuchtung, hier sind nur die Pendelleuchten in den Büros erfasst. Auch der Verbrauch der Kühlung für den Server Raum der EDV wird nicht einzeln gemessen. Bei der Gegenüberstellung von Wärmebedarf der Trinkwassererwärmung mit gemessenen Verbrauchsdaten verhindert die fehlerhaft arbeitende Solaranlage einen sinnvollen Vergleich von Bedarf und gemessenem Verbrauch (siehe auch Kapitel 4.5). Eine direkte Gegenüberstellung von Messwert und Verbrauch ist jedoch bei der Heizwärme und der Hilfsenergie für Lüftung möglich, siehe Bild 4.1. Bild 4.1) End- und Primärenergieverbrauch für Heizwärme und elektrische Hilfsenergie der Lüftung im Vergleich zu Bedarfswerten der DIN 18599 Berechnung [KAUF09], bezogen auf die gleiche Bezugsfläche (beheizte NGF, ohne Wagenhallen). Beim Vergleich mit den Kennwerten der einzelnen Funktionsbereiche (siehe Bild 4.2) zeigt sich, dass in erster Linie im Sozialtrakt Bedarfs- und Verbrauchswerte stark abweichen. 43 kWh/m²a 140 Lüftung Heizwärme 120 46.4 100 80 17.2 60 40 6.7 78.3 18.2 80.8 20 50.7 52.3 Endenergie DIN 18599 Primärenergie DIN 18599 0 Endenergie gemessen Primärenergie, Basis Messung 4 - Energieverbrauch b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Tabelle 4.1) Spezifische Verbrauchskennwerte des Wärmeverbrauchs eine Jahres. Der Flächenbezug ist die jeweilige Funktionsfläche, d.h. Verbrauch im Büro bezieht sich nur auf die Bürofläche, ebenso beim Sozialtrakt. Die Verbrauchswerte für Heizwärme sind jeweils klimabereinigt. Bei der Heizwärme Lüftung Büro sind noch einige Monate mit aktivierter Zuluftheizung enthalten, diese wurde im Frühjahr 2009 abgeschaltet, sodass der Verbrauch in den Folgejahren ganz wegfällt. Bezugsfläche 2008 2009 Heizgrad4 stunden Heizwärme Lüftung Büro [Kd] [kWh/m²a] 2031 m² 5,1 1,9 2737 2950 Heizwärme stat. Heizung Büro [kWh/m²a] 2031 m² 62,2 56,3 Heizwärme stat. Heizung Sozialtrakt [kWh/m²a] 512 m² 80,2 69,5 Heizwärme Lüftung Sozialtrakt [kWh/m²a] 512 m² 88,7 126,6 Trinkwassererwärmung [kWh/m²a] 512 m² 105,6 78,9 Tabelle 4.2) Spezifische Verbrauchskennwerte für den Strombezug. Beim Flächenbezug werden die gleichen Bezugsflächen verwendet, wobei es hier Überschneidungen von Nutzungszonen und installierter Technik gibt: die Lüftungsanlage des Sozialtrakts versorgt auch Bereiche, die flächenmäßig dem Bürotrakt zuzuordnen sind. Beim Stromverbrauch der Beleuchtung ist zu beachten, dass es sich nur um den Verbrauch der Pendelleuchten in den Büros handelt, die Beleuchtung der Verkehrsflächen geht nicht ein. Da der Gesamtstromverbrauch auch Verbrauch in den Garagen beinhaltet (Lüftung und Beleuchtung), wird er auf die gesamte NGF bezogen angegeben. Bezugsfläche 2008 2009 Gesamtstromverbrauch [kWh/m²a] 4719 m² 34,1 33,7 Beleuchtung Büro Lüftung Büro Tag Lüftung Büro Nacht Lüftung Sozialtrakt Lüftung 5 Garagen [kWh/m²a] 2031 m² 3,8 3,9 [kWh/m²a] 2031 m² 6,2 1,2 [kWh/m²a] 2031 m² 1,4 1,2 [kWh/m²a] 512 m² 79,5 67,4 [kWh/m²a] 2175 m² 0,9 0,6 Pumpen und Rege6 lung [kWh/m²a] 2543 m² 2,0 1,9 Heizung Lüftung Büro: 1,9 kWh/m²a Heizwärme Büro: 58,2 kWh/m²a stat. Heizung Büro: 56,3 kWh/m²a Heizung Lüftung Sozialtrakt: 88,7 kWh/m²a Heizwärme Sozialtrakt: 158,2 kWh/m²a stat. Heizung Sozialtrakt: 69,5 kWh/m²a TWW Gaskessel 78,9 kWh/m²a TWW Solar: 9,3 kWh/m²a TWW Zapfung: 29,8 kWh/m²a TWW Speicherverluste: 26,3 kWh/m²a TWW Zirkulation: 32,1 kWh/m²a Bild 4.2) Energieflussdiagramm für thermische Energie im Jahr 2009. Die Daten für den Heizwärmeverbrauch wurden klimabereinigt, der absolute Verbrauch wurde auf die jeweiligen Zonen umgerechnet, d.h. Bezugsgröße entweder 2013 m² Bürofläche oder 512 m² Sozialtrakt. Im Vergleich zum Vorjahr macht sich im Bürobereich die Abschaltung der Luftheizung bemerkbar, der Verbrauch an Heizwärme ging aufgrund des verringerten Abluftstroms um ca. 15% zurück. 4 Nach VDI 3807, Raumtemperatur 20°C, Heizgrenze 12°C, Referenz: 3058 Kd Bezugsfläche: nur Garagen 6 Bezugsfläche: Summe aus Büro- & Sozialtrakt 5 4 - Energieverbrauch 44 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Beleuchtung Büro: 3,9 kWh/m²a Lüftung Tagbetrieb Büro: 1,2 kWh/m²a Bild 4.3) Energiefluss für elektrische Hilfsenergie, ebenfalls für das Jahr 2009. Auch hier sind die einzelnen Verbräuche ihren Nutzungszonen zugeordnet, wobei es Überschneidungen kommt (Lüftung Sozialtrakt beinhaltet auch Abluft der WCs im Bürobereich). Es wurden dennoch die gleichen Flächenbezüge wie bei der Betrachtung der thermischen Energie gewählt. Nachtlüftung Büro: 1,2 kWh/m²a Pumpen / Regelung: 1,9 kWh/m²a Lüftung Garagen: 0,6 kWh/m²a Lüftung Sozialtrakt: 67,4 kWh/m²a 4.1. Wärmeverbrauch Büro Bei den Büroräumen gibt es sowohl auf der baulichen Seite, als auch bei der Wärmeversorgung deutliche Unterschiede in den Geschossen. Im EG bestehen die Außenwände aus einer Pfosten-Riegel Konstruktion, die Heizwärmeversorgung erfolgt über Unterflur- Konvektoren, anfänglich wurde auch über die Zuluft geheizt. Die Obergeschosse haben eine Holz- Leichtbaufassade, die Übergabe der Heizwärme erfolgt über Plattenheizkörper. Messtechnisch sind diese beiden Kreise der statischen Heizung jedoch nicht getrennt, d.h. ein WMZ erfasst sowohl die Wärmeabgabe über die Konvektoren als auch über die Radiatoren. Die Wärmeabgabe über die Lüftung wird separat gemessen. Der spezifische jährliche Heizwärmeverbrauch liegt wie in Tabelle 4.1 zu sehen über den berechneten Bedarfswerten. In diesem Abschnitt werden Gründe für die Abweichungen untersucht. 4.1.1. Heizwärme statische Heizung In Bild 4.4 ist zunächst der zeitliche Verlauf des Heizwärmeverbrauchs über die statischen Heizflächen auf Monatsbasis dargestellt. Der Verbrauch korreliert erwartungsgemäß mit der Außentemperatur, aufgrund der Änderungen im Bereich der Lüftung, speziell der reduzierten Luftwechsel seit Anfang 2009 wurde allerdings mit einer stärkeren Reduktion des Wärmeverbrauchs gerechnet, die sich nicht so ausgeprägt darstellt. 45 4 - Energieverbrauch b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss kWh/m² 20 Heizwärme stat. Heizung Verwaltung °C 25 Außentemperatur 16 20 12 15 8 10 4 5 0 0 -4 Mai Jul Sep 2008 Nov Jan Mrz Mai Jul Sep 2009 Nov Jan Mrz Mai -5 2010 Bild 4.4) Monatssummen des Heizwärmeverbrauchs der über die Konvektoren in den EG- Büros sowie über die Flächenheizkörper in den Obergeschossen abgegebenen Wärme. Auf der Sekundärachse aufgetragen die monatsmittlere Außentemperatur. Die Reduktion des Abluftvolumenstroms im Februar 2009 hat keinen signifikanten Einfluss auf den Heizwärmeverbrauch. In Bild 4.5 wird die tagesmittlere gemessene Heizleistung in Abhängigkeit des Tagesmittels der Außentemperatur untersucht. Um die Messwerte mit den Planungsdaten zu vergleichen ist zudem eine Gerade eingetragen, die die maximalen Wärmeverluste repräsentiert. Die Gerade bezieht sich auf den idealisierten linearen Zusammenhang zwischen Lüftungs- und Transmissionswärmeverlusten, gekennzeichnet durch die Wärmeverlustkoeffizienten HV und HT sowie die Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenraum. Die reale Heizleistung wird reduziert durch interne und solare Gewinne, zudem beeinflusst die Speicherung von Wärme im Gebäude die Dynamik der Heizleistung. Verlauf und Lage der Vergleichsgeraden sind abhängig von der Höhe der Verlustkoeffizienten (Änderung der Steigung) sowie der Bezugstemperatur im Innenraum (Parallelverschiebung nach oben oder unten). W/m² 35 Heizleistung stat. Heizung Verwaltung 30 Woche Wochenende theoretischer Wärmeverlust (HT+HV)ΔT, Ti=22°C 25 20 15 theoretischer Wärmeverlust Ti=20°C 10 5 0 -10 -5 0 5 10 15 20 25 °C Bild 4.5) Außentemperatur und Heizleitung stat. Heizung Verwaltung, getrennt nach Wochentag und Wochenende. Durch einen Absenkbetrieb am Wochenende ist die Heizleistung in dieser Zeit i.d.R. geringer. Bei tiefen Außentemperaturen kommt es jedoch auch am Wochenende häufig zum Einsatz des Winterdienstes, sodass auch Teile des Bürotrakts in Bereitschaftsbetrieb versetzt wurden. Wird beim Einzeichnen der theoretischen Verlust-Gerade eine mittlere Innenraumtemperatur von 22°C angenommen (wie sich in Messungen gezeigt hat, siehe Kapitel 5.1.1), bestätigt sich die Gerade (bis auf einzelne Ausreißer) als maximaler Wärmeverlust. Ein signifikanter Einfluss der Einstrahlung (und damit interner solarer Gewinne) auf die Heizlast lässt sich nicht erkennen (siehe Bild 4.6), 4 - Energieverbrauch 46 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss wobei zu beachten ist, dass sich die gemessene Heizleistung auf das gesamte Gebäude bezieht – solare Gewinne in der Heizperiode aber nur auf der Südseite wirksam werden. Aus der Südseite können hohe Einstrahlungen (mit hohem Direktstrahlungsanteil) – vor allem durch die im Winter flach stehende Sonne – zu Blendungen führen und damit zum Schließen des außenliegenden Sonnenschutzes. Auch das verringert die Wirksamkeit solarer Beiträge zur Reduktion der Heizlasten. Bild 4.6) Untersuchung der Korrelation zwischen Globalstrahlung und Heizleistung. Die Einstrahlung, also solare Gewinne, hat keinen signifikanten Einfluss auf die Heizleistung: Tage mit hoher tagesmittlerer Einstrahlung zeichnen sich nicht durch eine deutliche Reduktion der Heizleistung aus. Zusätzlich zum theoretischen Wärmeverlust ist die Reduktion der Heizlast um interne Gewinne eingezeichnet, die sich im Tagesmittel zu 2,8 W/m² ergeben7 eingezeichnet. W/m² 35 < 25 W/m² zwischen 25 und 90 W/m² > 90 W/m² 30 theoretischer Wärmeverlust, Ti=22°C 25 20 Abzug interner Gewinne, qi=2,8 W/m² 15 10 5 0 -5 0 5 10 15 20 25 °C 4.1.2. Heizwärme Lüftung Im Jahr 2008 summierte sich der Heizwärmeverbrauch im Lüftungsstrang auf 5,1 kWh/m²a (bezogen auf die gesamte Bürofläche). Da sich die Problematik mit Abgasbelastung in den Büros im EG nicht bestätigte (in erster Linie da die Nutzfahrzeuge hoch liegende Auspuffauslässe haben) wurde die komplette Zuluft im Verwaltungstrakt abgeschaltet. Die Belüftung der entsprechenden Räume erfolgt wie bei den anderen Büros über Nachströmöffnungen in der Fassade, die zum Zweck der Nachtlüftung auch in diesen Bereichen vorhanden sind. Die vormals belüfteten Kernbereiche werden nun zu Überströmzonen, die Luft aus den Büros in die Abluftbereiche, in erster Linie die WCs bringen (siehe auch Abschnitt 5.2). 7 Zur Bestimmung der internen Lasten siehe nachfolgendes Kapitel 4.1.3 47 4 - Energieverbrauch b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss kWh/m² 1.4 Heizwärme Lüftung Verwaltung 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Mai Jul 2008 Sep Nov Jan Mrz Mai Jul 2009 Sep Nov Jan Mrz Mai 2010 Bild 4.7) Monatssummen der über die Zuluft im Büro eingebrachten Wärme. Auch nach Abschalten des Zuluftgebläses geht der Verbrauch nicht komplett auf null zurück, da das entsprechende Heizregister nach wie vor von der Regelung aktiviert wird, was zu geringen Leitungsverlusten führt. 4.1.3. Abschätzung interner Gewinne Interne Wärmequellen in den Büros setzen sich zusammen aus den sich darin aufhaltenden Personen, sowie dem Betrieb elektrischer Geräte, deren Leitung nahezu vollständig in Wärme umgewandelt wird. Die über die Beleuchtung eingebrachte Energie wird (zumindest was die Pendelleuchten betrifft) zentral gemessen und in Kapitel 4.2.2 dargestellt. Der Energiebezug weiterer Arbeitsmittel in den Büros wurde über einen Zeitraum von fünf Wochen exemplarisch in vier Büros gemessen. Dabei ergaben sich unerwartet geringe Werte zwischen 60 und 70 W pro Arbeitsplatz – incl. PC und Monitor (Flachbildschirm). Großgeräte wie Drucker und Kopierer befinden sich geschossweise in getrennten Räumen – ihr Leistungsbezug geht in diese Betrachtung nicht mit ein. Mit Hilfe dieser Angaben, sowie weiterer Annahmen (sensible Wärmeabgabe eines Menschen bei Büroarbeit: 70 W [EN7730]) werden nun interne Lasten in den Büros abgeschätzt. Die Wärmeabgabe für Personen und Arbeitsmittel wird nicht nach Jahreszeiten getrennt betrachtet, wohl aber die der Beleuchtung (Sommer: Mittelwert der Monate Juni und Juli; Winter: die Monate Januar und Februar). Die Angaben werden jedoch für zwei getrennte Betrachtungszeiträume dargestellt: die mittlere Leistung während der Betriebszeit und umgerechnet auf ein 24h Mittel. Für die Wärmeeinträge von Personen wurde eine Belegschaft von 80 Personen angenommen. Ebenfalls getrennt betrachtet werden die Bezugsflächen: die eingebrachte Leistung wird einmal auf die reine Bürofläche bezogen (also ohne Verkehrsflächen und Nebenräume) sowie auf die bei den meisten anderen Betrachtungen genutzte NGF des gesamten Bürotrakts. 4 - Energieverbrauch 48 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Tabelle 4.3) Interne Wärmegewinne im Büro. Die hier angegebenen Werte beziehen sich auf gemessen oder angenommene Daten während der Betriebszeit (Annahme: 7:30 bis 16:00). Bei der Beleuchtung wird zwischen Sommer (Messdaten aus Juni und Juli 2009) und Winter (Messdaten Januar und Februar 2010) unterschieden. Arbeitsmittel (incl. PC) Personen Beleuchtung Sommer Beleuchtung Winter Summe Sommer Summe Winter Bezug reine Bürofläche [W/m²] 4,5 4,5 0,9 2,5 9,9 11,5 Bezug NGF Bürotrakt [W/m²] 3,1 3,1 0,7 1,9 6,9 8,1 In Tabelle 4.4 sind zusätzlich die sich als Tagessumme ergebenden internen Wärmegewinne angegeben. Sie fallen damit deutlich geringer aus, als die in der Normung angesetzten 144 Wh/m²d (vergleiche [DIN4108T2]) Tabelle 4.4) Interne Wärmegewinne im Büro als 24h Mittelwerte eines Arbeitstages. In einzelnen Büros können sich deutlich höhere Lasten ergeben, speziell dort wo leistungsfähigere PCs für CAD Arbeitsplätze aufgestellt sind. Die Mehrzahl der Büros entspricht aber den hier auf geführten Randbedingungen. Arbeitsmittel (incl. PC) Personen Beleuchtung Sommer Beleuchtung Winter Summe Leistung Sommer Summe Gewinne Sommer Summe Leistung Winter Summe Gewinne Winter [W/m²] [W/m²] [W/m²] [W/m²] [W/m²] [Wh/m²d] [W/m²] [Wh/m²d] Bezug reine Bürofläche 1,5 1,5 0,4 1,2 3,4 82 4,2 101 Bezug NGF Bürotrakt 1,0 1,0 0,3 0,8 2,3 55 2,8 67 4.2. Verbrauch elektrische Energie Bürotrakt Zur Beurteilung des elektrischen Leistungsbezugs im Verwaltungstrakt der REB wurden zentral der Stromverbrauch der Lüftung für den Tagbestrieb (beinhaltet die Abluftanlage Verwaltung, sowie den später deaktivierten Zuluftventilator), die Abluftanlage für den Betrieb der Nachtlüftung sowie geschossweise der Stromverbrauch der Beleuchtung erfasst. Zur Überprüfung interner Gewinne durch den Betrieb elektrischer Geräte wurden Stichprobenmessungen gemacht. Sie werden zusammen mit einer Abschätzung interner Lasten im vorangegangenen Kapitel (4.1.3) dargestellt. 49 4 - Energieverbrauch b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 4.2.1. Elektrische Hilfsenergie Lüftung Bei der Betrachtung des Hilfsenergieverbrauchs der Taglüftung machen sich vor allem die Reduktion des Abluftvolumenstroms und die Abschaltung der Zuluft bemerkbar. Der mittlere Leistungsbezug der Anlage reduzierte sich dabei von 3.550 W auf 730 W, bzw. die spezifische Leistungsaufnahme sank von 0,82 W/(m³/h) auf 0,33 W/(m³/h). kWh/m² 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 Mai Lüftung Verwaltung Tagbetrieb Lüftung Verwaltung Nachtlüftung Jul 2008 Sep Nov Jan Mrz Mai Jul 2009 Sep Nov Jan Mrz Mai 2010 Bild 4.8) Monatlich aufsummierter Stromverbrauch der Lüftung im Sozialtrakt. Im „Tagbetrieb“ der Lüftung ist sowohl die Leistung der Abluftanlage, als auch die des (später abgeschalteten) Zuluftventilators enthalten. Die Deaktivierung der Zuluft sowie die Reduktion des Abluftstroms haben den Leistungsbezug der Taglüftung enorm reduziert. Kapitel 0 weist auf die Probleme der Undichtigkeiten der Gebäudehülle, bzw. auf Nachströmen von Luft aus nicht für die Nachtlüftung vorgesehenen Bereichen hin. Die außentemperaturabhängige Aktivierung der Nachtlüftung verlief nahezu störungsfrei, d.h. es kam nicht zu ungeplantem Betrieb oder Überschneidungen von Heiz-und Kühlbetrieb innerhalb eines Tages. spezifische Leistung Nachtlüftung W/m² 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -10 -5 4 - Energieverbrauch 0 5 10 15 20 25 30 °C Bild 4.9) Spezifische Leistung der Nachtlüftung als 24h Mittelwert in Abhängigkeit der tagesmittleren Außentemperatur (Bezugsfläche: Bürofläche). Die Leistungsaufnahme der Nachtlüftung in Betrieb liegt bei 1,9 kW, bzw. 0,25 W/(m³/h), die Mittelwerte schwanken durch unterschiedlich lange nächtliche Laufzeiten. 50 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss COP 35 Bild 4.10) „Coefficient of Perfomance“ (COP) der Nachtlüftung in Abhängigkeit der Außentemperatur auf Basis von Mittelwerten der Betriebszeit (19:00 – 6:00Uhr). Man erkennt deutlich, dass erst ab nächtlichen Temperatur- Mittelwerten unter 20°C das Verhältnis zwischen entzogener Wärme und eingesetzter elektrischer Energie über Werte von 8 bis 10 hinausgeht. Sommer 2010 Sommer 2009 30 25 20 15 10 5 0 5 10 15 20 25 30 °C Kommt es zu länger anhaltenden Hitzeperioden, zeigen sich in den Messwerten aber auch die Grenzen des eingesetzten Systems. Bleibt es über mehrere Tage sommerlich heiß und fallen die Außentemperaturen in den Nachtstunden nicht ausreichend, steht der Nachtlüftung nur begrenzte Zeit und geringes Kühlpotential zur Verfügung. Allerdings sind während des gesamten Monitorings solche Hitzeperioden kaum aufgetreten (Bild 4.11 zeigt einen Ausschnitt aus 2010). In Kapitel 5.1.2 wird der thermische Komfort im Bürotrakt detailliert untersucht. °C 35 Bild 4.11) Verlauf von Temperaturen und Leistungen der Lüftungsventilatoren in einer sehr sommerlichen Woche im Juli 2010. Sinken die Außentemperaturen nachts nicht ausreichend, kann die Nachtlüftung nur begrenzt Wärme abführen. Der Ventilator wird erst ab Außentemperaturen <25°C eingeschaltet. Ablufttemperatur Außentemperatur Leistung Lüftung: Tagbetrieb Nachtbetrieb 30 25 20 15 10 kW 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Mo 05.07. Di 06.07. Mi 07.07. Do 08.07. Fr 09.07. Sa 10.07. So 11.07. 2010 Während des Betriebs der ALD fielen zwei Dinge als verbesserungsfähig auf: der Öffnungszustand der Lüftungselemente ist nicht erfassbar. Bei den Luftdichtheitsprüfungen fiel bei einzelnen Klappen auf, dass diese laut GLT geschlossen sein sollten, sich aber noch in geöffnetem Zustand befanden. Hier müsste also eine regelmäßige Überprüfung erfolgen, um beispielsweise über Nacht offen stehen klappen und damit unerwünschte Lüftungsverluste zu vermeiden. In den Simulationen während der Planungsphase wurde die Wichtigkeit dieses Punktes herausgearbeitet [VOß05]. Zum zweiten: bei der Installation der Elemente sollte darauf geachtet werden, dass diese bis zur Inbetriebnahme versiegelt bleiben. Durch 51 4 - Energieverbrauch b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Eindringen von Schmutz in der Bauphase kommt es zu Störungen der Schließmechanik, wodurch ein zuverlässiges Schließen der Klappen erschwert wurde. Durch die Einbausituation (hinter dem Heizkörper) sind die betreffenden Teile kaum noch zugänglich, eine anschließende Wartung, bzw. Reinigung nur mit großem Aufwand (Demontage der Heizkörper) möglich. 4.2.2. Elektrische Hilfsenergie Beleuchtung Die Reduktion der nötigen elektrischen Energie zur Beleuchtung ist nicht nur vor dem Hintergrund einer möglichst effizienten Beleuchtung wichtig, im Zuge der umfangreichen Reduzierung interner Lasten ist auch die Wärmeentwicklung der Leuchtkörper von großer Bedeutung. Bei der Planung der Sanierungsmaßnahmen wurde daher umfangreiche Untersuchungen zur Minimierung des elektrischen Hilfsenergiebedarfs für die Beleuchtung und möglichst hohe Tageslichtnutzung gemacht (siehe auch Kapitel 1.2.3). Leistung Beleuchtung W/m² 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Globalstrahlung W/m² Bild 4.12) Stundenmittelwerte der spezifischen Leistung für Beleuchtung in Abhängigkeit der Globalstrahlung. Die Werte sind nach Wochentag und Arbeitszeit gefiltert. Da nur die Leistung der Pendelleuchten in den Büros gemessen wird, wurde als Bezugsfläche auch nur die reine Bürofläche herangezogen, ohne Verkehrsflächen und Nebenräume. In Bild 4.12 zeigt sich die Abhängigkeit der elektrischen Leistung für die Beleuchtung von der Globalstrahlung, als Indikator für die Verfügbarkeit von Tageslicht. Dieser Zusammenhang wird auch in Bild 4.13 deutlich. Die tageszeitenabhängige Darstellung des Leistungsbezugs in einem Carpet Plot zeigt neben den Betriebszeiten ebenfalls deutlich die Witterungsabhängigkeit der der Beleuchtungsleistung. 4 - Energieverbrauch 52 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Bild 4.13) Carpet Plot der Leistungsaufnahme für Beleuchtung im 1.OG über ein Jahr. Auch hier lässt sich, neben den Betriebszeiten, die Verfügbarkeit von Tageslicht gut ablesen. (weiße Streifen: Datenlücken) 4.3. Wärmeverbrauch Sozialtrakt Die Nutzung des als „Sozialtrakt“ bezeichneten Gebäudeabschnitts, der Umkleiden, Sanitärräume und Garderoben für Arbeitskleidung (die im Bedarfsfall getrocknet werden muss) beinhaltet, unterscheidet sich signifikant von der Nutzung der Büroräume. Vor allem in Bezug auf die Lüftung ergeben sich völlig andere Anforderungen: die Räume sind kurzzeitig hohen Lasten ausgesetzt, in denen die planerischen Luftwechsel zwischen 15 und 20 h-1 liegen. Hohe (Außen-) Luftwechsel und Komfort- Anforderungen an Umkleiden und Duschräume verursachen einen deutlich höheren Heizwärmeverbrauch sowie Energieverbrauch der Hilfsaggregate, wie sich deutlich in den in Tabelle 4.1 und Tabelle 4.2 angegebenen Verbrauchsdaten zeigt. Im folgenden Abschnitt wird der Wärme- und Stromverbrauch der Haustechnik im Sozialtrakt analysiert. Dabei zeigten sich im Laufe des Monitorings große Optimierungspotentiale, die nicht alle voll umfänglich umgesetzt wurden. 53 4 - Energieverbrauch b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Bild 4.14) Getrennt im Volumenstrom geregelte Zonen im ersten Geschoss. Die beiden Trockenräume sind einzeln regelbar, Umkleide und Sanitärräume sind zu einer Zone zusammengefasst. Neben den dargestellten Zonen sind die WCs des Bürotraktes, sowie ein Waschraum im EG an die Lüftungsanlage Sozialtrakt angeschlossen. Trockenraum I Trockenraum II Trockenraum III Bild 4.15) Im zweiten Obergeschoss befindet sich der Trockenraum der Müllabfuhr, sowie deren Umkleide- und Sanitärräume, bei denen der Volumenstrom getrennt ansteuerbar ist. 4.3.1. Heizwärme statische Heizung Die Räume im Sozialtrakt sind mit den gleichen Heizkörpern ausgestattet wie der Bürobereich. Die Temperaturanforderungen sind in dieser Zone höher als im Büro, da sich in den Räumlichkeiten Mitarbeiter umziehen, bzw. duschen. Zudem fehlen interne Gewinne durch Abwärme aus Geräten – außer der Beleuchtung (und solaren Gewinnen) befinden sich keine weiteren Wärmequellen in diesem Bereich. 4 - Energieverbrauch 54 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss kWh/m²a 20 Bild 4.16) Monatssummen der statischen Heizung im Sozialtrakt. Der Verlauf entspricht weitestgehend dem Heizwärmeeintrag im Büroteil des Gebäudes. Heizwärme stat. Heizung Sozialtrakt °C 25 Außentemperatur 16 20 12 15 8 10 4 5 0 0 -4 Mai Jul Sep Nov Jan Mrz Mai 2008 Jul Sep Nov Jan Mrz Mai -5 2010 2009 Der Wärmeeintrag über die statischen Heizflächen zeigt keine Auffälligkeiten, er unterscheidet sich kaum vom Verbrauch im Bürotrakt. Bild 4.17) Abhängigkeit der Heizleistung von der Außentemperatur im Sozialtrakt. Durch die nutzungsabhängige starke Schwankung der Luftwechsel (und damit der Lüftungsverluste) wird auf das Einzeichnen der theoretischen Gerade maximaler Wärmeverluste verzichtet. Auch hier ist die Heizleistung am Wochenende i.d.R. geringer, bei tiefen Außentemperaturen wurde jedoch häufig der Winterdienst aktiv und damit das Gebäude auch am Wochenende genutzt. Heizleistung stat. Heizung Sozialtrakt W/m² 35 Woche Wochenende 30 25 20 15 10 5 0 -10 -5 0 5 10 15 20 25 °C 4.3.2. Heizwärme Lüftung Wie das Energieflussbild zu Beginn dieses Kapitel verdeutlicht, wird ein großer Teil der Heizwärme im Sozialtrakt über die Lüftung eingebracht. Für den hohen spezifischen Verbrauch spielen mehrere Faktoren eine Rolle, die im Folgenden aufgezeigt werden. Bild 4.18) Monatliche Verbrauchssummen der Heizwärmezufuhr über die Lüftung im Sozialtrakt. Man sieht, dass der Wärmeeintrag schlechter mit den Außentemperaturen skaliert, auch bei ausreichend hohen Temperaturen wird Heizwärme verbraucht. Bei tiefen Temperaturen erhöht zusätzlich anfallender Winterdienst die Heizlasten. kWh/m²a 25 Heizwärme Lüftung Sozialtrakt 20 20 15 15 10 10 5 5 0 -5 0 Mai Jul 2008 55 °C 25 Außentemperatur Sep Nov Jan Mrz Mai Jul Sep 2009 Nov Jan Mrz Mai -5 2010 4 - Energieverbrauch b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss In Bild 4.18 zeigt sich, dass es auch in Sommermonaten zu Heizwärmeeinträgen kommt. Hintergrund sind die hohen Außenluftwechsel in den Umkleiden (12 bis 15 h-1) und hohe Sollwerte der Zulufttemperatur, die bei 21 bis 22°C liegen, um Zuglufterscheinungen in den Umkleiden und Duschen zu vermeiden. Da die Wärmerückgewinnung (WRG) nur mit einem Wirkungsgrad von im Mittel 56 % arbeitet (siehe Bild 4.20), muss auch in Sommermonaten ein Teil dieser Wärme über den Heizkessel bereitgestellt werden (siehe Bild 4.21). Der recht geringe Wirkungsgrad der WRG ist bauartbedingt – da aus platzgründen Zuund Abluftanlage nur räumlich getrennt installiert werden konnten, kam ein Kreislauf- Verbundsystem (KVS) zum Einsatz, dessen Wirkungsgrad durch den mehrfachen Wärmeübergang (Luft – Wärmeträgermedium (Wasser-Glykol-Gemisch), Wärmeträgermedium – Luft) systembedingt geringer ist. Weitere Gründe liegen im Betrieb der Trockenräume. Um die Trocknung der bei Regenwetter nass gewordenen Arbeitskleidung der Mitarbeiter in der Müllabfuhr zu gewährleisten, wurden die Sollwerte der Zulufttemperaturen zeitweise zusätzlich angehoben, um die relative Feuchte der eingeblasenen Luft zu reduzieren. °C 30 Außentemperatur Zuluft nach WRG Zuluft nach Erhitzer Abluft 25 20 15 10 5 0 -5 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz -10 Bild 4.19) Temperaturverlauf der Luftströme in der Lüftungsanlage des Sozialtrakts als Stundenmittelwerte im Jahr 2008. Die hohen Sollwerte der Zulufttemperatur werden durch die WRG bei weitem nicht erreicht, fast ganzjährig wird die Zuluft zusätzlich erwärmt. ΔT Zuluft - Außenluft [K] 30 25 20 15 10 5 ΔT Abluft - Außenluft [K] 0 0 5 4 - Energieverbrauch 10 15 20 25 30 Bild 4.20) Zusammenhang der Erwärmung der Zuluft in Abhängigkeit der Temperatursenkung der Abluft (Tagesmittelwerte bei unterschiedlichen Volumenströmen). Die Diagonale entspricht der idealen Wärmerückgewinnung. Im Mittel ergibt sich ein Wirkungsgrad der WRG von 56,5 %. 56 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss °C 25 Außenlufttemperatur Zuluft nach WRG Zuluft nach HRG 20 15 10 5 0 00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 Bild 4.21) Ausschnitt des Temperaturverlaufs an drei Tagen im Juni 2009. Bei Außentemperaturen zwischen 10 und 16°C kann die Wärmerückgewinnung die gewünschten Sollwerte nicht bereitstellen – es wird zusätzlich geheizt. Sowohl in Bezug auf den Verbrauch von Heizwärme, als auch beim Verbrauch elektrischer Energie für den Betrieb der Lüftung (nächstes Kapitel) haben sich vor allem zu Beginn des Monitorings die Betriebszeiten der Lüftung erwiesen. Durch kaum an die Nutzung angepasste Laufzeiten wurden hohe Luftwechsel vorgehalten, ohne dass es einen Bedarf dafür gab. So werden die Trockenräume nachts immer mit hohen Luftwechseln gespült, unabhängig davon, ob es tatsächlich geregnet hat oder nicht. Im Winter kommt erschwerend hinzu, dass bei tiefen Außentemperaturen der Winterdienst aktiviert wird, d.h. Einsatz von Räum- und Streufahrzeugen. Dies hat zur Folge, dass Teile des Sozialtrakts (auch am Wochenende) 24h in Bereitschaft gehalten werden und damit sowohl Heizung als auch Lüftung. Der begrenzte Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung, hohe Volumenströme und tiefe Außentemperaturen führen gerade dann zu hohen Heizleistungen, wie sich im Heizkennfeld in Bild 4.22 zeigt. Bild 4.22) Korrelation von Außentemperatur und Heizleistung für die Luftheizung im Sozialtrakt. Vor allem bei tiefen Temperauren zeigt sich an Wochenenden keine Reduktion der Heizleistung, da durch Bereitschaft des Winterdienstes die Anlagen oft ganztägig in Betrieb sind. Im Vergleich zu den Heizkennlinien in Bild 4.5 und Bild 4.17 ist auch die deutlich höhere Heizleistung zu sehen. Heizleitung Lüftung Sozialtrakt W/m² 80 Woche Wochenende 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -5 0 5 10 15 20 25 °C Die hohen Außenluftwechsel der Lüftungsanlage führen in Kombination mit dem begrenzten Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung zu einem hohen Wärmeverbrauch der Lüftung. Die großen geförderten Luftmengen bedingen gleichzeitig auch hohen Verbrauch an elektri57 4 - Energieverbrauch b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss scher Hilfsenergie. Anpassungen an Sollwerten und Laufzeiten müssen hier aber auch besonders kritisch im Zusammenhang mit der Sicherstellung des Komforts für die Nutzer gesehen werden. Es darf nicht der Eindruck entstehen, es müssen Einbußen aufgrund von Optimierungen des Energieverbrauchs in Kauf genommen werden. Dennoch liegt gerade in der Lüftungsanlage des Sozialtraktes großes Potential für Einsparungen. Speziell die nächtliche Lüftung der Trockenräume verursacht hohen Stromverbrauch und selbst im Sommer Bezug von Heizwärme. Der Vorschlag, die Lüftung nachts generell Abzuschalten und nur im Bedarfsfall (Regen) die Lüftung nachts zu aktivieren wurde nicht umgesetzt, da befürchtet wurde, dass ein zuverlässiges manuelles aktivieren nicht durchführbar sei. Eine weitere diskutierte Alternative war der Einsatz von dezentralen Entfeuchtern (Kondensationsentfeuchter) in den Trockenräumen, die ebenfalls nur bei Bedarf eingeschaltet werden. Eine entsprechende Umrüstung ist geplant, wurde aber bisher nicht ausgeführt. 4.4. Verbrauch elektrische Energie Sozialtrakt Der Verbrauch elektrischer Hilfsenergie in Sozialtrakt wird dominiert vom Verbrauch der Lüftungsventilatoren. Durch eine bessere Anpassung der Lüfterlaufzeiten an tatsächliche Nutzung der Räume konnten Einsparungen bei Strom und Wärme erzielt werden, es besteht jedoch weiteres Optimierungspotential. 4.4.1. Elektrische Hilfsenergie Lüftung Hohe Luftwechsel führen zu hohen Lüfterleistungen und damit hohem Hilfsstromverbrauch im Sozialtrakt. kWh/m² 14 Stromverbrauch Lüftung Sozialtrakt 12 10 8 6 4 2 0 Mai Jul 2008 Sep 4 - Energieverbrauch Nov Jan Mrz Mai Jul Sep 2009 Nov Jan Mrz Mai 2010 Bild 4.23) Monatlicher Verbrauch elektrischer Hilfsenergie für die Lüftungsanlage des Sozialtrakts. Bis Sommer 2008 lief die Anlage teilweise ungeregelt mit voller Leistung durch, diese wurde im August 2008 festgestellt und behoben. Auch im April 2009 führte ein Fehler in der Ansteuerung zu erhöhtem Verbrauch. Vorgeschlagene Änderungen zur Reduktion des Verbrauchs wurden bis zum Ende des Monitorings vom Betreiber nicht voll umfänglich umgesetzt. 58 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Die Anlage selbst ist mit einer Konstantdruck- Regelung ausgerüstet, die Luftwechsel der in Bild 4.14 und Bild 4.15 dargestellten Lüftungszonen werden über Volumenstromregler bestimmt. Die Ansteuerung der Bereiche sah in der ursprünglichen Regelung im Wesentlichen einen Tagbetrieb (Lüftung der Umkleiden und Sanitärräume) und einen Nachtbetrieb (Spülung der Trockenräume) vor. Das Vorhalten hoher Luftwechsel deckt sich dabei nur zum Teil mit der tatsächlichen Nutzung der Räume. Eine erste Anpassung der Anlage erfolgte in Form einer Angleichung der Volumentröme an die Nutzung zu normalen Arbeitszeiten. In den Grafiken Bild 4.24 und Bild 4.25 sind ursprünglicher und geänderter Betrieb schematisch dargestellt. Bild 4.24) Prinzipielles Zeitschema der Aktivierung einzelner Lüftungszonen im Verlauf eines Tages. Anfänglich wurden Zonen wie Duschen und Umkleiden ganztätig mit hohen Volumenströmen durchspült. Bild 4.25) In einer ersten Anpassung wurden die Luftwechsel in Umkleiden und Sanitärräumen tagsüber an die tatsächliche Nutzung angepasst. Umkleide 2. OG m³/h 10 000 9 000 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 Duschen Waschraum WC 2.OG Duschen / Umkleiden 1.OG WC /Archiv Verwaltung Trockenraum 2. OG Trockenraum F 1. OG Trockenraum M 1. OG 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Uhrzeit Umkleide 2. OG m³/h 10 000 9 000 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 Duschen Waschraum WC 2.OG Duschen / Umkleiden 1.OG WC /Archiv Verwaltung Trockenraum 2. OG Trockenraum F 1. OG Trockenraum M 1. OG 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Uhrzeit Der Nachtbetrieb der Anlage verursacht jedoch nach wie vor einen hohen Stromverbrauch. Ein Abschalten der Anlage und manuelles aktivieren im Bedarfsfall wurde abgelehnt, da man Komforteinbußen befürchtete. 59 4 - Energieverbrauch b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Leistung Lüftung Sozialtrakt 00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 kW 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Bild 4.26) Gemessene Leistungsaufnahme der Lüftung an drei Tagen im Juni 2009. Deutlich sichtbar sind die Leistungsspitzen morgens und abends zur Spülung von Umkleiden und Duschen. Es zeigt sich aber auch, dass die Anlage vor allem auch nachts durchgehend über 3 kW Leistung bezieht – ohne einen zwingenden Bedarf. Wird in den Wintermonaten der Räum- und Streudienst benötigt, sieht die Regelung ein durchgehendes Vorhalten entsprechender Temperaturen und Luftwechsel vor. Bild 4.27) Carpet Plot der Leistungsaufnahme der Lüftung des Sozialtrakts. Die Nutzungszeiten wurden anhand des Dienstplans angepasst und mit Indikatoren wie dem zeitlichen Verlauf der Warmwasserzapfung abgeglichen. Es zeigen sich die typischen Wochenmuster (Mo – Do Müllabfuhr, Freitag Straßenreinigung, Wochenende). Am Sa, 15.05. waren ebenfalls Kehrmaschinen der Straßenreinigung in Betrieb. Bild 4.28) Leistungsaufnahme der Lüftung im Winter 2009/2010. Wird witterungsbeding der Einsatz des Winterdienstes nötig, werden die Zonen oft ganztätig in Bereitschaft versetzt. Hohe Luftwechsel, die wenig effiziente Wärmerückgewinnung und tiefe Außentemperaturen ziehen dann auch hohe Heizwärmeeinträge nach sich. 4 - Energieverbrauch 60 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 4.5. Energieverbrauch Trinkwassererwärmung Ein weiterer prägender Bedarf des Sozialtrakts ist der hohe Warmwasserverbrauch. Für die Anlagentechnik stellen sich zwei Herausforderungen: an Werktagen ein Verbrauch von 800 bis 1.000 l warmen Wassers, das in einem relative schmalen Zeitfenster gezapft wird. In der Vorplanung wurde zur Einbindung einer solarthermischen Unterstützung der Trinkwassererwärmung eingehend untersucht und basierend auf Simulationsstudien ein Vorschlag für ein Anlagenkonzept erarbeitet [MORH05B]. In der Umsetzung wurde jedoch eine andere Anlagentechnik verwendet. Dabei zeigen sich im Betrieb regelungstechnische Schwierigkeiten, die einen effizienten Einsatz solar gewonnener Wärme in den ersten Betriebsjahren verhindern. Bild 4.29) Tagessummen der gezapften Warmwassermengen am Beispiel des Monats August 2009. Am Wochenende finde keine oder nur sehr geringe Zapfung statt, im Wochenbetrieb werden 800 bis 1000l warmes Wasser verbraucht. Damit decken sich die gemessenen Verbrauchswerte mit dem in der Vorplanung angenommenen Bedarf. Warmwasserzapfung l/d 1200 1000 800 600 400 200 0 01.08. 08.08. 15.08. 22.08. 29.08. Bild 4.30) Carpet Plot der Warmwasserzapfung. Mo bis Do ist ein deutliches „Verbrauchsband“ zwischen 15:00 und 17:00 Uhr zusehen, freitags liegt der Hauptverbrauch eher um die Mittagszeit. Im Bild 4.31 ist die gesamte Wärmemenge zur Trinkwassererwärmung von Januar 2008 bis Juli 2009 dargestellt. Auffällig sind zwei Phänomene: 61 4 - Energieverbrauch b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Im Verhältnis zum tatsächlichen Nutzwärmeverbrauch des TrinkWarmwassers ist der Anteil von Speicher- und Zirkulationsverlusten enorm hoch. Nur ein Viertel der in der Trinkwassererwärmung aufgewendeten Energie wird tatsächlich als Nutzwärme verbraucht. Der solare Deckungsanteil ist sehr gering. Bezogen auf den gesamten Wärmeverbrauch der Trinkwassererwärmung hat die Solaranlage einen Anteil von 8%, selbst wenn nur der Anteil gezapfter Nutzwärmebetrachtet wird, liegt die solare Deckungsrate umgerechnet bei 34% also weit unter dem geplanten Deckungsanteil von 60%. Nutzwärme TWW 18,4 MWh 23% Speicher und Zirkulationsverluste 6,4 MWh 8% Anteil Gaskessel Anteil Solaranlage 74,2 MWh 92% 62,2 MWh 77% Bild 4.31) Von Januar 2008 bis Juli 2009 wurden 80,6 MWh Wärme in der Trinkwassererwärmung verbraucht. Durch hohe Zirkulationsund Speicherverluste beträgt der Anteil Nutzwärme mit 18,4 MWh nur 23% dieser Wärmemenge (linkes Diagramm). Gedeckt wurde diese Wärme zu 92% vom Gaskessel, lediglich 8% durch die Solaranlage (linkes Diagramm). Eine zeitlich höher aufgelöste Analyse einzelner Messpunkte im System der Trinkwassererwärmung zeigt Gründe für die geringen solaren Erträge – dargestellt in Bild 4.33 und Bild 4.34. Solaranlage und Gaskessel speisen einen gemeinsamen Pufferspeicher, aus dem externe Wärmeübertrager gespeist werden, die das Trinkwasser im Durchlaufverfahren erwärmen. Bild 4.32) Anlagenschema der ausgeführten Anlage. Hier arbeiten Kessel und Solaranlage auf einen gemeinsamen Speicher. Durch die Anforderungen an die hohen Speichertemperaturen lädt der Kessel häufig nach. Im Speicher bildet sich daher keine ausreichende Schichtung aus, sodass die Solaranlage kaum Beiträge bringen kann. 4 - Energieverbrauch 62 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Bild 4.33) Leistung von Kessel, (hellblau, linke Achse) Solaranlage (orange, linke Achse) sowie Einstrahlung(hellorange, rechte Achse) an drei Tagen (Mo, Di, Mi) im Juni. Erst bei hohen Einstrahlungswerten (am 16.06.) liefert die Solaranlage nennenswerte Erträge. Trotz solarem Beitrag wird der Speicher auch über den Gaskessel beladen (siehe 16.06.) Bild 4.34) Temperaturverlauf der beiden Fühler „oben“ und „mitte“ des Pufferspeichers. Der obere Teil des Speichers wird konstant auf 70°C gehalten, die Energie dazu kommt fast ausschließlich aus dem Gaskessel. Im hier betrachteten Zeitraum wurde die Ladepumpe des Kessels von 18:00 bis 24:00 Uhr deaktiviert. Durch die Wärmeentnahme der Zirkulation fällt die Speichertemperatur rasch ab. kW 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 00:00 °C 80 Leistung Kessel 12:00 15.06. Leistung Solaranlage 00:00 12:00 16.06. Speichertemperatur oben solare Einstrahlung 00:00 W/m² 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 12:00 17.06. Speichertemperatur Mitte 75 70 65 60 55 50 15.06. 16.06. 17.06. 18.06. 19.06. 20.06. 21.06. Der bei der Ausführung der Solaranlage zugesicherte Betrieb konnte bis Abschluss des Monitorings nicht hergestellt werden, was letztendlich zu einem noch andauernden Rechtsstreit mit den ausführenden Firmen führte. 4.6. Energieverbrauch Garagen Im alten Bestandsgebäude führte vor allem die Beheizung der Fahrzeughallen zu enorm hohem Wärmeverbrauch. Die Heizwärme ist nötig, da die Garagen durch technische Ausrüstungen verschiedener Fahrzeuge frostfrei gehalten werden sollen. Im Rahmen der Sanierung wurde zunächst simulatorisch überprüft, ob die Frostfreihaltung der betreffenden Bereiche durch das Einblasen der Abluft aus dem Bürotrakt erfolgen kann [MORH05A]. Die Simulation zeigte ein positives Ergebnis, die Maßnahme folglich so umgesetzt. Um die Gefahr von Frostschäden sicher auszuschließen ist im Lüftungskanal der Büro- Abluft vor dem Eintreten in die Garagen noch ein Heizregister installiert, das im Bedarfsfall zusätzlich Wärme einbringen kann. Während der messtechnischen Begleitung war dieses Heizregister allerdings nie in Betrieb, d.h. die Sicherstellung einer frostfreien Fahr- 63 4 - Energieverbrauch b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss zeughalle konnte alleine durch die Abluft aus den Büros erreicht werden. Auch im Winter 2009/2010, in dessen Verlauf deutlich ausgeprägtere Frostperioden als der Winter des Vorjahres auftraten, zeigten sich keine temperaturbedingten Probleme an den Fahrzeugen, eine zusätzliche messtechnische Überprüfung erfolgte nicht. 5. Nutzung und Komfort Nach der Bewertung von Anlagentechnik und Energieverbrauch steht in diesem Kapitel die Sanierung aus Sicht der Nutzer im Vordergrund. Zum einen wird der Komfort mit Hilfe messtechnisch erfassbarer Größen aufgenommen und bewertet. Zusätzlich fanden auch Nutzerbefragungen statt, um auch das subjektive Empfinden der Mitarbeiter in den Räumlichkeiten erfassen und auswerten zu können. 2008 wurden die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter zu ihrer Bewertung verschiedener Komfortbedingungen am Arbeitsplatz und zum Gebäude allgemein mittels eines schriftlichen Fragebogens befragt. Für einen jahreszeitlichen Vergleich der raumklimatischen Komfortbedingungen wie Temperatur, Luftqualität oder Lichtverhältnisse fanden die Untersuchungen sowohl im Winter als auch im Sommer statt. Die Datenerhebungen erfolgten im Rahmen von EnOB durch das Fachgebiet Bauphysik und Technischer Ausbau des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT, ehemals Universität Karlsruhe). Die Messungen zum thermischen Komfort beziehen sich ausschließlich auf den Bürobereich. Neben der Befragung wurde auch die messdatenbasierte Analyse für den Sommer- als auch für den Winterfall durchgeführt. 5.1. Messungen zum thermischen Komfort Zunächst erfolgt eine Analyse auf Basis gemessener Parameter, in erster Linie Innenraumtemperaturen und relativer Luftfeuchte in den Büros. Diese werden vor dem Hintergrund des Winter-, bzw. des Sommerfalls mit jeweils geeigneten Bewertungskriterien untersucht. 5.1.1. Thermischer Komfort im Winter Im Winter 2008 und 2009 wurden in verschiedenen Büroräumen mit Hilfe dezentraler Messgeräte Raumlufttemperaturen und relative Luftfeuchte gemessen. Die Daten wurden in einem Intervall von 5min aufgenommen und abgespeichert. 5 - Nutzung und Komfort 64 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Bild 5.1) Platzierung der Messgeräte beispielhaft am Grundriss des 1. OG. Es wurden insgesamt 12 Logger verteilt, vier Geräte pro Etage mit jeweils zwei Loggern je Ausrichtung. Die Geräte wurden abseits der Schreibtische, i.d.R. auf einem Schrank positioniert. Durch die aufgenommenen Messwerte soll das Gebäude hinsichtlich des winterlichen Komforts untersucht werden. Das betrifft in erster Linie die Temperaturen: werden ausreichende Mindestwerte eingehalten bzw. kommt es zu unnötiger Überwärmung von Räumen? Als weiterer Parameter der thermischen Behaglichkeit wurde die relative Luftfeuchte gemessen. Diese dient auch als Indikator für eventuell zu hohe Luftwechsel und der damit, vor allem im Winter, auftretenden Problematik von zu trockener Luft. Außentemperaturverlauf und Witterung Im Winter 2007/08 gab es kaum ausgeprägte Frostperioden. In Bild 5.2 ist der Verlauf der Außentemperatur währen des Messzeitraums dargestellt. Länger anhaltende Temperaturen unter 0°C gab es nur in der 7. sowie in der 13. KW (Woche nach Ostern). °C 25 Außentemperatur 20 15 Bild 5.2) Verlauf der Außentemperaturen während des Messzeitraums Anfang 2008. Es gab nur wenige, kurze ausgeprägt kalte Perioden. Minusgrade wurden nur in der 7ten KW, sowie in der Woche nach Ostern (21.- 24.03.) erreicht. 10 5 0 08.02. 15.02. 22.02. 29.02. 07.03. 14.03. 21.03. 28.03. -5 Bild 5.4 zeigt noch einmal die klimatischen Randbedingungen, als Ausschnitt aus der 7. KW. Bei tagsüber recht milden Temperaturen und hoher Einstrahlung kühlte es nachts bis an den Gefrierpunkt und darunter ab. 65 5 - Nutzung und Komfort b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss °C 20 Temperatur Einstrahlung W/m² 800 15 600 10 400 5 200 0 -5 0 -200 So 10.02. Mo 11.02. Di 12.02. Mi 13.02. Do 14.02. Fr 15.02. Sa 16.02. So 17.02. Bild 5.3) Temperatur und Einstrahlung in der 7. KW2008. Die 7. KW gehört zu den Abschnitten des Messzeitraums mit kalten Nächten, aber auch recht sonnigen Tagen mit milden Außentemperaturen. Im Winter 2008/2009 gab es zwar einige ausgeprägte kalte Zeiträume, die sich jedoch nicht mit dem Messzeitraum überschnitten. Bild 5.4) Darstellung des Sonnenverlaufs am 13.02.. Um diese Jahreszeit kommt noch keine Sonne auf die Nordostfassade, auf der Südwestseite kann es bei klarem Wetter durch die tiefstehende Sonne bereits zu hohen solaren Einträgen kommen. Grafik Ecotect, Vers.5.5 5.1.1.1. Das Erdgeschoss Im Erdgeschoss zeigt sich, dass die Temperaturen recht stark schwanken, d.h. die Büros kühlen nachts teilweise bis 18°C aus. Tagsüber erreichen vor allem die Südwestbüros Temperaturen über 24°C. Bei der Auskühlung wirkt sich der weniger starke Wärmeschutz im EG aus – die darunterliegende Kellerdecke wurde nachträglich gedämmt, durch die beibehaltene Konstruktion des Bestandsgebäudes ergeben sich jedoch eine Vielzahl von Wärmebrücken. Im Raum E04 konnte bei einer Dichtigkeitsmessung eine Leckage zur daneben liegenden Garage nachgewiesen werden. Da hierüber auch Abgasgerüche in das Büro dringen wurde dort verstärkt zusätzlich über die Fenster gelüftet. Die- 5 - Nutzung und Komfort 66 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss ser Raum kühlt auch am Wochenende signifikant stärker aus, als die anderen Räume. Wie in Kapitel 1.2.2 beschrieben, besteht die Fassade im EG aus einer Pfosten- Riegel- Konstruktion mit großen Glasflächen und semitransparenten Kunststoff- Mehrfachstegplatten (U-Wert Stegplatten: 1,2 W/m²K). Damit ist der Wärmeschutz deutlich geringer als in den darüber liegenden Etagen mit vorgesetzter Holz- Leichtbaufassade (UWert opake Fassade Obergeschosse: 0,16 W/m²K). Durch die großen transparenten Flächen kommt es auch zu höheren passiv-solaren Einträgen. Bild 5.5) Gemessen Raumlufttemperaturen in Räumen des Erdgeschosses. Die rötlich gefärbten Linien sind nach Süden ausgerichtete Büros, die blauen nach Norden. Es fällt auf, dass die Temperaturen in den Räumen nachts und an Wochenenden deutlich absinken. Entsprechend muss morgens stärker nachgeheizt werden. Baulich unterscheiden sich die Räume im EG von den anderen Geschossen durch die darunterliegenden Garagen und die Außenwände, die hier als Pfosten- RiegelKonstruktion mit PolycarbonatMehrfachstegplatten ausgeführt sind. °C 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 08.02. Raum E.01 22.02. 07.03. Raum E.04 21.03. Raum E.05 04.04. Raum E.07 18.04. Bei der Betrachtung eines zeitlichen Ausschnitts werden diese Effekte noch einmal deutlich (Bild 5.6). Während die Sonne an der Nordostseite um diese Jahreszeit noch nicht zu sehen ist (siehe auch Bild 5.4), kommt es im Südwesten zu solaren Einträgen. Diese werden an den Spitzen der Raumlufttemperaturen in den Südwestbüros deutlich. °C 28 Bild 5.6) Im Wochenverlauf ist deutlich die Nachabsenkung des Heizbetriebs zu erkennen. Die Temperaturspitzen sind auf solare Einträge zurückzuführen. Wie in Bild 5.3 zu sehen, gab es an einem Großteil der Tage recht hohe solare Einstrahlung. Das starke auskühlen von Raum E04 kann durch die Leckage zur angrenzenden Garage verstärkt werden. 67 Raum E.01 Raum E.04 Raum E.05 Raum E.07 26 24 22 20 18 16 14 12 10 So 10.02. Mo 11.02. Di 12.02. Mi 13.02. Do 14.02. Fr 15.02. Sa 16.02. So 17.02. 5 - Nutzung und Komfort b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 5.1.1.2. Das erste Obergeschoss Im 1. OG schwanken die Temperauren nur ein einem sehr begrenztem Band. Die Speichermassen reagieren träger auf Temperaturänderungen, die Amplitude der Temperaturschwankungen ist deutlich geringer. °C 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 08.02. Raum 1.02 22.02. Raum 1.14 07.03. 21.03. Raum 1.03 04.04. Raum 1.11 18.04. Bild 5.7) Verlauf der Temperaturen im 1. OG. Hier schwanken die Temperaturen deutlich weniger, die Räume kühlen im Absenkbetrieb (nachts, Wochenende) kaum unter 20°C ab. Dieses Verhalten wird auch bei der zeitlich höher aufgelösten Betrachtung der 7. KW deutlich (siehe Bild 5.8). Die Ausrichtung hat nur wenig Einfluss auf die Temperaturen, lediglich in Raum 1.02 erkennt man Temperaturspitzen, die auf solare Einstrahlung zurückzuführen sein können. °C 28 Raum 1.02 Raum 1.14 Raum 1.03 Raum 1.11 26 24 22 20 18 16 14 12 10 So 10.02. Mo 11.02. Di 12.02. Mi 13.02. Do 14.02. Fr 15.02. Sa 16.02. So 17.02. Bild 5.8) Wie schon im Gesamtverlauf zu sehen, schwanken die gemessenen Lufttemperaturen im 1. OG kaum. Die Orientierung (Nordost oder Südwest) zeigt sich in einem leicht höheren Temperaturniveau auf der Südseite. 5.1.1.3. Das zweite Obergeschoss Im zweiten OG zeigen sich wieder deutlichere Schwankungen der Lufttemperaturen. Im Verlauf der gesamten Messung (Bild 5.9) sieht man neben der Tag/Nacht Abfolge auch deutlich die Absenkung im Wochenendbetrieb. 5 - Nutzung und Komfort 68 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Bild 5.9) Im 2. OG schwanken die Innenraumtemperaturen wieder stärker, auch hier fallen Räume, insbesondere am Wochenende, unter 18°C. °C 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 08.02. Raum 2.02 22.02. 07.03. Raum 2.12 21.03. Raum 2.01 04.04. Raum 2.09 18.04. Da das 2. OG als Leichtbaugeschoss ausgeführt ist, sind hier kaum Speichermassen, die dämpfend auf den Temperaturamplitude einwirken. Die in die Gipskartonplatten eingearbeiteten Latentspeicher sind bei diesem Temperaturniveau noch nicht aktiv, sie ‚schalten‘ erst ab 26°C. Bild 5.10) Temperaturverläufe im 2.OG. Hier zeigt sich insbesondere in den Südbüros der Leichtbaucharakter des Geschosses. °C 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 Raum 2.02 Raum 2.12 Raum 2.01 Raum 2.09 So 10.02. Mo 11.02. Di 12.02. Mi 13.02. Do 14.02. Fr 15.02. Sa 16.02. So 17.02. 5.1.1.4. Untersuchung der Luftfeuchte Neben der Raumlufttemperatur wurde in den Räumen auch die rel. Luftfeuchte gemessen. Speziell im Winter kann es durch den Luftaustausch mit frischer, aber wenig Feuchtigkeit enthaltender Außenluft zu Komfort- Einbußen durch trockene Luft kommen. Unterschreitet die relative Luftfeuchte über längere Zeiträume Werte von 30% rH, kann es zu Reizungen der Schleimhäute kommen. Bei der Betrachtung der Messewerte ist zu beachten, dass die Messgeräte die Luftfeuchte nur bis zu einer Untergrenze von 15% rH messen, geringere Werte werden also nicht erfasst. 69 5 - Nutzung und Komfort b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Bild 5.11) Einfluss von Temperatur und relativer Luftfeuchte auf das Behaglichkeitsempfinden des Menschen. Werte unter 30% rH empfinden viele als zu trocken, es kann zu Komfort- Einbußen wie Reizungen der Schleimhäute kommen, Grafik [PIST03] In Bild 5.12 ist der Verlauf der relativen Luftfeuchte im 2. Obergeschoss exemplarisch dargestellt. Die Messungen in den anderen Geschossen unterscheiden sich in Bezug auf die Luftfeuchte kaum. Es zeigt sich, dass die Luftfeuchte fast durchgehend unter 40% rH liegt, auch 30% rH werden häufig unterschritten. Ein Weg, um Problemen mit zu trockener Raumluft entgegenzuwirken, wäre eine Reduktion des Luftwechsels. Zum Zeitpunkt der dargestellten Messung wurde aus den Büros im Tagbetrieb mit 80 m³/h Abluft abgesaugt, die als Außenluft (mit geringem Feuchtegehalt) nachströmt. Dies entspricht einem Luftwechsel von 1 h-1. Raum 1.02 rH% 80 Raum 1.03 Raum 1.11 Raum 1.14 70 60 50 40 30 20 10 0 08.02. 22.02. 07.03. 21.03. 04.04. 18.04. Bild 5.12) Verlauf der relativen Luftfeuchte in Räumen des 2. OG. Messungen in den anderen Etagen liefern sehr ähnliche Verläufe. Das Niveau der rel. Luftfeuchte liegt fast durchgehend unter 40% rH. In Bild 5.13 ist die kumulierte Häufigkeitsverteilung der Luftfeuchte als Mittelwert aus den jeweiligen Geschossen aufgetragen. Hier wird deutlich, dass sich die relative Luftfeuchte die meiste Zeit in einem „noch behaglichen“ Bereich befindet. Etwa 60% der Messwerte liegen 5 - Nutzung und Komfort 70 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss über 30%rH. Die Zeiträume, in denen extrem geringe Werte erreicht werden, liegen Anteilig unter 5%. EG %rH 70 1.OG 2.OG 60 50 40 30 20 10 Bild 5.13) Häufigkeitsverteilung der gemessenen Luftfeuchte. 0% 20% 40% 60% 80% 100% 5.1.1.5. Fazit der Messreihen zum winterlichen Komfort Die Stichprobenhaften Messungen der Lufttemperatur in den Büros während der Heizperiode zeigen keine unplausiblen Auffälligkeiten. Im EG wird der im Vergleich zu den anderen Geschossen geringere Wärmeschutz durch schnellere Auskühlung der Räume deutlich. Im 2.OG zeigt sich der Leichtbaucharakter des Geschosses, während das 1.OG in den Temperaturverläufen deutlich träger reagiert. Die Temperaturen während der Nutzungszeiten wiesen weder deutliche Über- noch Unterschreitungen der Behaglichkeitsparameter auf. Dies zeigt sich auch die Ergebnisse der in Kapitel 5.3 beschriebenen Nutzerbefragung. Die Messung der Luftfeuchte zeigt jahreszeitentypisch Probleme mit geringen Luftfeuchten. Durch den nötigen Luftaustausch mit wenig Feuchte enthaltender Außenluft und Aufheizung dieser Luft auf die geforderten Temperaturen stellen sich geringe relative Luftfeuchten ein. Der zunächst planerisch vorgesehen Luftwechsel von 1 h-1 pro Büro wurden im Frühjahr 2009 reduziert. Die Einhaltung von Grenzen zu Raumluftqualität wurde durch CO2 Messungen überprüft (siehe Kapitel 5.2). Die Änderungen haben dabei vor allem Auswirkungen auf den Stromverbrauch der Lüftung, siehe auch Kapitel 4.2.1. 71 5 - Nutzung und Komfort b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 5.1.2. Thermischer Komfort im Sommer Im Sommer 2007 und 2008 wurden in verschiedenen Büroräumen des Verwaltungstraktes der REB Raumlufttemperaturen und relative Luftfeuchte gemessen. Bild 5.14) Platzierung der Messgeräte beispielhaft am Grundriss des 1. OG. Es wurden insgesamt 20 Logger verteilt, im EG zwei pro Ausrichtung, in den Ober-geschossen jeweils vier Gräte auf jeder Flurseite. Die Geräte wurden abseits der Schreibtische, i.d.R. auf einem Schrank positioniert. Als Referenz für Außentemperatur und solare Einstrahlung wurde auf die Temperaturmessungen an der Klima- Messstation der Uni Wuppertal am Standort Haspel, sowie auf die vor Ort installierten Sensoren zurückgegriffen. Mit Hilfe der Messung wurde das sommerliche Gebäudeverhalten untersucht, vor allem die Funktionalität der passiven Klimatisierung über Nachtlüftung. Zu beachten ist, dass in beiden Jahren die Nacharbeiten zur Verbesserung der Luftdichtheit des Verwaltungstraktes noch nicht in vollem Umfang durchgeführt waren. Bei der Planung und Auslegung der passiven Klimatisierung über Nachtlüftung wurden als Komfortkriterien die Grenzwerte der DIN 1946-2 [DIN1946] herangezogen [MORH05A], die in Abhängigkeit von der Außentemperatur einen bestimmten „Behaglichkeitsbereich“ definieren. Zur Beurteilung des thermischen Komforts bei der Auswertung der Messdaten wird die Europäische Norm EN 15251 [EN15251] in der aktuellen Fassung herangezogen. Im Unterschied zur DIN 1946-2 liegt zur Beurteilung des thermischen Komforts ein adaptives Komfortmodell zu Grunde. Das Modell setzt voraus, dass der Nutzer an seinem Arbeitsplatz direkten Einfluss auf Lüftung (Fensteröffnung) und Sonnenschutz hat, sowie sich in gewissen Grenzen in Bezug auf Kleidung an die Temperaturen anpassen kann. Die gemessenen Temperaturen werden einem gleitenden Tagesmittel gegenübergestellt, in das auch die Temperaturen der Vortage eingehen. Bei natürlich belüfteten Gebäuden (schließt auch Nachtlüftung ein) werden drei Komfortklassen definiert, die in Abhängig vom gleitenden Mittel der Außentemperatur eine Aussage über die Nutzerakzeptanz der entsprechenden Raumtemperaturen geben (siehe auch [BBR07]). 5 - Nutzung und Komfort 72 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Bei der Darstellung der aufgenommenen Messwerte ist zu beachten, dass die Grenzen nach EN 15251 auf die „operativen Temperaturen“ bezogen sind, die das Mittel aus Raumlufttemperatur und Strahlungstemperatur der umschließenden Flächen definiert ist (auch als „empfundene Temperatur“ bezeichnet). Gemessen wurde nur die Raumlufttemperatur. Die Abweichung ist in gut gedämmten Innenräumen jedoch klein, solange keine direkte solare Einstrahlung die Messung beeinflusst. Für eine Auswertung der gemessenen Temperaturen werden die meteorologischen Randbedingungen in den Messzeiträumen verglichen. Die Sommer 2007 und 2008 hatten kaum ausgeprägte, längere Hitzeperioden, stellten also vom Außenklima keine echte Belastung für das passive Kühlkonzept dar. Bild 5.15) Darstellung der Häufigkeitsverteilung von Stundenmittelwerten der Außentemperatur, bezogen auf die Messzeit. Die Jahre 2007 und 2008 unterscheiden sich kaum – 10% der Temperaturen liegen über 23°C, 26°C werden an weniger als 4% der Stunden überschritten. Zum Vergleich sind Messwerte aus dem Jahr 2006 eingetragen. In diesem Jahr war der Sommer wesentlich wärmer – hier lagen 15% der Messwerte über 26°C. °C 34 Häufigkeit Außentemperatur Messzeitraum 2006 Häufigkeit Außentemperatur Messung 2007 30 Häufigkeit Außentemperatur Messung 2008 26 22 18 14 10 0% 20% 40% 60% 80% 100% Um die Reaktion des Gebäudes auf steigende Außentemperaturen zu untersuchen, wird zunächst beispielhaft der mittlere zeitliche Temperaturverlauf der Südseiten der jeweiligen Geschosse über mehrere besonders warme Tage dargestellt. Bild 5.16) Verlauf der Temperaturen im Gebäude (Mittelwerte der Südbüros in den jeweiligen Etagen) und der Außentemperatur. Zum einen wird deutlich, dass das 1. OG deutlich träger auf Temperaturänderungen reagiert, es zeigt sich aber auch, dass wenn nachts kühle Außentemperaturen zur Entwärmung fehlen, sich die Innenraumtemperaturen „hochschaukeln“. 73 °C 35 Außentemperatur Mittelwerte EG Mittelwerte 1.OG Mittelwerte 2.OG 30 25 20 15 10 5 0 29.06. 30.06. 01.07. 02.07. 03.07. 04.07. 5 - Nutzung und Komfort b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss °C 35 30 Außentemperatur Mittelwerte EG Mittelwerte 1.OG Mittelwerte 2.OG Schmelzbereich PCM 25 20 15 10 5 0 21.07. 23.07. 25.07. 27.07. 29.07. 31.07. 02.08. Bild 5.17) Das 1. OG reagiert eher träge auf Änderungen der Außentemperatur, die beiden anderen Geschosse zeigen deutlichere Tagesschwankungen. Im Verlauf der Temperaturen im 2. OG zeigt sich, dass wenn die Raumlufttemperaturen in den Bereich des Schmelzpunktes des PCM Materials kommen, diese Temperaturen nachts kaum unterschritten werden, ein „entladen“ der PCM Platten also nicht unbedingt gewährleistet ist. Dabei kommt hinzu, dass die Temperaturschichtung im Raum eher höhere Temperaturen im Deckenbereich erwarten lässt. 5.1.2.1. Ergebnisse im Erdgeschoss: Raumlufttemperaur [ C] 30 Messung 2007 Messung 2008 28 26 24 22 20 gleitendes Mittel der Außentemperatur θrm [ C] 18 10 12 14 16 Raumlufttemperaur [ C] 30 18 20 Messung 2007 22 24 Bild 5.18) Darstellung der gemessenen Raumlufttemperaturen (Mittelwert aus 2 Räumen) über dem gleitenden Mittelwert der Außentemperaturen nach EN 15251 für die Nordseite. Die Komfortklasse I (entspricht 94 % Akzeptanz) wird an einigen Tagen überschritten. Das Unterschreiten der Kennlinie ist auf Stoßlüftung zurückzuführen und für den Sommerfall unkritisch. Messung 2008 28 26 24 22 20 gleitendes Mittel der Außentemperatur θrm [ C] 18 10 12 14 16 18 20 22 24 Bild 5.19) Darstellung der Messwerte gemäß EN 15251 für die Südseite im EG (Mittelwerte aus 2 Räumen). Bei der Nordostfassade ergeben sich vor allem morgens höhere Temperaturen als auf der Südseite. Dies erklärt sich primär durch den Sonnenstand: durch die Ausrichtung kommt es morgens zu deutlichen solaren Einträgen, die durch die auf der Nordseite installierte Sonnen5 - Nutzung und Komfort 74 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss schutzverglasung zwar deutlich reduziert werden, durch die großen transparenten Flächen (zusätzlich Einträge durch die transparente Kunststofffassade) jedoch nennenswerte Wärmeeinträge nach sich ziehen. Bild 5.20) Zusammen mit den Temperaturdaten ist die Einstrahlungsleistung auf die entsprechenden Fassaden aufgetragen. Deutlich erkennbar ist die schnelle Erwärmung der Nordbüros in den Morgenstunden, während die maximale Strahlungsleistung im Süden deutlich später erreicht wird. Hinzu kommt, dass die Sonne im Süden deutlich höher steht – und hier durch einen außenliegenden Sonnenschutz besser abgehalten wird. °C 35 Mittelwert Südseite EG [°C] Einstrahlung südwest [W/m²] Mittelwert Nordseite EG [°C] Einstrahlung nordost [W/m²] W/m² 700 30 600 25 500 20 400 15 300 10 200 5 100 0 0 13.07. 14.07. 15.07. 16.07. 17.07. 18.07. 19.07. Bild 5.21) Darstellung des Sonnenverlaufs für ein Jahr. Der dargestellte Sonnenstand entspricht dem 15. April um 7:00. Ab etwa dieser Zeit steht die Sonne morgens lange genug auf die Nordostfassade, um nennenswerte solare Einträge zu bringen. Grafik: Ecotect, Vers. 5.5 5.1.2.2. Ergebnisse erstes Obergeschoss: Bei der Betrachtung der gesamten Messperiode fällt auf, dass das erste OG die geringste Schwankungsbreite bei den Messwerten aufweist, was auf guten Sonnenschutz und große Speichermassen schließen lässt. 75 5 - Nutzung und Komfort b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Raumlufttemperaur [ C] 30 Messung 2007 Messung 2008 28 26 24 22 20 gleitendes Mittel der Außentemperatur θrm [ C] 18 10 12 14 16 Raumlufttemperaur [ C] 30 18 20 Messung 2007 22 24 Bild 5.22) Plot der Messdaten der Nordseite in Anlehnung an die EN 15251. Die Komfortkriterien der Klasse I werden im gesamten Zeitraum nicht überschritten. Messung 2008 28 26 24 22 20 gleitendes Mittel der Außentemperatur θrm [ C] 18 10 12 14 16 18 20 22 24 Bild 5.23) Darstellung der Südseite des 1. OG. Auch hier liegen die Messwerte nie oberhalb der Grenzen der Komfortklasse I, wobei die Schwankungsbreite größer als auf der Nordseite ist. Die Maximalwerte der Raumlufttemperatur werden erst in den frühen Abendstunden erreicht, sie liegen etwa um 18:30 / 19:00 Uhr. Bei der Betrachtung der reinen Büro- Arbeitszeiten von 6:00 bis 18:00 sind diese also unkritisch – es findet keine Überhitzung während der Arbeitszeiten statt. 5.1.2.3. Ergebnisse zweites Obergeschoss: Bei der Betrachtung der Temperaturverläufe im 2. OG fällt auf, dass die Werte hier wesentlich stärke schwanken, d.h. stärker der Außentemperatur folgen. Da das 2. OG in Leichtbauweise aufgestockt wurde, fehlen hier die Betonmassen als thermischer Puffer. Aus diesem Grund wurden hier in der Sanierung PCM Materialien eingebracht – in Gipsfaserplatten eingelagerte Paraffin- Kügelchen schmelzen bei 24-27°C und nehmen dabei Wärme auf, die Kristallisation und Wärmeabgabe erfolgt bei ca. 24°C. 5 - Nutzung und Komfort 76 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Raumlufttemperaur [ C] 30 Messung 2007 Messung 2008 28 26 24 Bild 5.24) Darstellung der Messwerte der Nordseite des 2.OG gemäß EN 15251. Die Komfortkriterien der Klasse I werden im Messzeitraum eingehalten. 22 20 gleitendes Mittel der Außentemperatur θrm [ C] 18 10 12 14 16 Raumlufttemperaur [ C] 30 Bild 5.25) Auf der Südseite kommt es zu deutlichen Überschreitungen der Komfortgrenzen. Diese Übertemperaturen treten allerdings erst in den frühen Abendstunden auf. Bei einer angenommenen Nutzungszeit von 6:00 bis 18:00 reduziert sich die Überschreitung auf 6 Überhitzungsstunden, bzw. einem Anteil von 0,8 %. 18 20 Messung 2007 22 24 Messung 2008 28 26 24 22 20 gleitendes Mittel der Außentemperatur θrm [ C] 18 10 12 14 16 18 20 22 24 Bei der Betrachtung der Messwerte im 2. OG zeigt sich der Leichtbaucharakter des Geschosses. Schaltpunkte und Wärmeaufnahme der PCM- Platten müssen zusätzlich genauer untersucht werden. Prinzipiell ergibt sich das Problem, dass nach Aufschmelzen der Paraffinkügelchen die Speicherkapazität der Baukonstruktion stark zurückgeht. Kann die in den PCM- Materialien gespeicherte latente Wärme über Nacht nicht abgeführt werden, d.h. bleibt das Wachs in geschmolzenen Zustand, steht nur ein geringer Puffer als Wärmespeicher zur Verfügung. In der zeitlichen Betrachtung der einzelnen Räume wäre das als „hochschaukeln“ der Temperaturen dadurch erklärbar (siehe Bild 5.26). Für genauere Analysen muss das Verhalten der PCM Elemente nachträglich untersucht werden. Wärmeaufnahme, Schalttemperaturen und Speicherverhalten können mit Hilfe von Temperatur- und Wärmeflusssensoren, sowie Thermografieaufnahmen untersucht werden. Eine entsprechende Messung ist in Vorbereitung. 77 5 - Nutzung und Komfort b+tga °C 35 Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Raum 3.17 Raum 3.18 Raum 3.20 Raum 3.14 Außentemperatur [°C] 30 25 20 15 10 12.07. 13.07. 14.07. 15.07. 16.07. 17.07. 18.07. 19.07. Bild 5.26) Zeitlicher Verlauf der Temperaturen in Südwestausgerichteten Räumen des 2. OG. Eine quasi isotherme Wärmespeicherung latenter Wärme in den PCMs ist nicht zu erkennen. Die Räume wärmen sich immer stärker auf, ein absenken der Temperatur geschieht morgens durch Fensterlüftung der Nutzer. In Bild 5.27 und Bild 5.28 wurde untersucht, wann prozentual am häufigsten die tiefsten Raumlufttemperaturen gemessen wurden. Wäre dies morgens zwischen 6:00 und 7:00 Uhr, wäre ein hohes Maß an Nutzereinfluss wahrscheinlich: Öffnen der Fenster und Stoßlüften der Büros würde das Absinken der Temperatur erklären. Die Minimalwerte wurden aber am häufigsten um 5:00 Uhr erreicht, waren also eher Folge der nächtlichen Lüftung. 35% Häufigkeit Minima EG nord 30% 24:00 Bild 5.27) Häufigkeitsverteilung des Auftretens der geringsten Raumlufttemperaturen an einem Tag, während der Messung. Die größte Häufung der Minima liegt bei 5:00 Uhr, es ist also anzunehmen, dass das beim Vergleich zur Messung 2007 festgestellte Sinken der Temperaturminima größtenteils durch die Nachtlüftung hervorgerufen wird, nicht durch Fensterlüftung der Nutzer. 24:00 Bild 5.28) Auch bei den südausgerichteten Büros treten die geringsten Raumlufttemperaturen am häufigsten um 5:00 Uhr auf. Wobei der Verlauf der Häufigkeiten zumindest im 1. und 2. OG nahe legt, dass ein gehäuftes Auftreten bis 9:00 Uhr durch Fensterlüftung verursacht wird. Häufigkeit Minima 1. OG nord 25% Häufigkeit Minima 2. OG nord 20% 15% 10% 5% 0% 00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 35% Häufigkeit Minima EG süd 30% Häufigkeit Minima 1. OG süd 25% Häufigkeit Minima 2. OG süd 20% 15% 10% 5% 0% 00:00 03:00 06:00 5 - Nutzung und Komfort 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 78 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 5.1.2.4. Vergleich Messung und Simulation Bei der Bewertung des sommerlichen Komforts ergibt sich auch die Frage, wie sich die in der Planung durchgeführten Simulationen im Vergleich zu gemessenen Daten aus dem realen Betrieb darstellen [MORH05A]. Zur Bewertung des Komforts der Simulationsergebnisse wurde die mittlerweile zurückgezogene DIN 1946 Teil 2 zurückgegriffen. Ein Vergleich von gemessenen und berechneten Daten erfolgt daher in gleicher Weise: mit Hilfe der Auftragung von Stundenmittelwerten der (operativen) Innentemperaturen über Stundenmitteln der Außentemperatur. In Tabelle 5.1 sind die Annahmen für interne Gewinne aufgelistet. In der Simulation wurde mit etwas geringeren internen Gewinnen durch elektrische Geräte gerechnet, bei der Belegung mit Personen wurde von einem zweier- Büro ausgegangen. Bei der Bestimmung der tatsächlichen Lasten geht ein Mittelwert aus allen Büros ein – die teilweise nur mit einer Person belegt sind. In Summe sind die internen Gewinne im realen Gebäude im Mittel leicht höher als in der Simulation. Tabelle 5.1) Vergleich der Annahmen zu internen Gewinnen zwischen Simulation und basierend auf gemessenen Werte, bzw. realem Betrieb. Simulation Wh/m²d realer Betrieb Wh/m²d int. Gewinne Personen 43,1 36,0 int. Gewinne elektr. Geräte 29,5 43,2 Summe int. Gewinne 72,6 79,2 Ein weiterer Unterschied in den Randbedingungen ergibt sich durch die tatsächliche Einströmtemperatur der Zuluft durch die Fassadenelemente. Hierzu wurden im Rahmen eines ebenfalls am Lehrstuhl Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung der Bergischen Universität Wuppertal durchgeführten Forschungsprojekts umfangreiche Untersuchungen durchgeführt – unter anderem auch am Gebäude in Remscheid (siehe nächstes Kapitel). Aufgrund der in Kapitel 0 beschriebenen Schwierigkeiten bezüglich internen Luftleckagen und Dichtheit der Gebäudehülle ist der Außenluftwechsel in den Büros weniger stark, als in der Simulation angenommen. Diese fußt zusätzlich auf der Annahme, dass zu Betriebsbeginn das Büro durch die Nutzer für 15 min stoßgelüftet wird. Eine Annahme, die aber auch in der Praxis zu finden ist – die meisten Nutzer geben an, bei betreten des Büros zunächst über die Fenster zu lüften. 79 5 - Nutzung und Komfort b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Raumtemperatur [ C] 28 Messung Nordbüro 1.OG Simulation Nordbüro 26 24 22 20 Außentemperatur [ C] 18 5 10 Raumtemperatur [ C] 28 15 20 25 Messung Südbüro 1.OG 30 Bild 5.29) Vergleich gemessener Temperaturen und simulierter Werte für ein nach Norden ausgerichtetes Büro. Bei der Mittelwertbildung der Messwerte gehen nur die Obergeschosse ein, da der Simulationsaufbau nur diese Bürotypen abbildet – das EG mit der Pfosten- Riegelfassade wurde nicht simuliert. 35 Simulation Südbüro 26 24 22 20 Außentemperatur [ C] 18 5 10 15 20 25 30 35 Bild 5.30) Im Fall der Südbüros stimmen die gemessenen Temperaturen (Mittelwerte aus den Obergeschossen, Grundlage: Messung 2008) weitgehend mit den Ergebnissen der Simulation überein. Ergebnisse aus Simulation und Messung liegen dennoch nahe beieinander, d.h. die prinzipiellen Mechanismen der Reduktion interner und externer Lasten, deren Pufferung in baulicher Masse sowie die nächtliche Abfuhr der Wärme können im realen Betrieb nachgewiesen werden. 5.1.2.5. Einfluss des Mikroklimas der Fassade auf die Zuluft Das Mikroklima an einer Fassade ist beeinflusst durch die lokale Einwirkung des Außenklimas (Lufttemperaturen, Windgeschwindigkeiten und Solarstrahlung) auf die Gebäudehülle sowie durch das Oberflächenmaterial und dessen Farbe. An der Fassade bildet sich eine Temperaturgrenzschicht (i.d.R. ca. 4cm vor der Fassade), aus welcher die Zuluft bei dezentralen Nachströmöffnungen entnommen wird. Deren Zustand kann sich signifikant vom in der Umgebung herrschenden Makroklima unterscheiden und damit Auswirkungen auf das Innenraumklima haben. Im Rahmen des Forschungsprojektes „Dezentrale Lüftung in Bürogebäuden - Mikroklimatische und Baukonstruktive Einflüsse“ wurde das Mikroklima an Fassaden in Bezug auf seine Auswirkungen für die dezentrale Zuluftansaugung untersucht. In einer vergleichenden Mess5 - Nutzung und Komfort 80 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss reihe unterschiedlicher Verwaltungsbaufassaden war auch das Mikroklima im Bereich der Außenluftdurchlasselemente des REB-Gebäudes Untersuchungsgegenstand. Während zweier Messphasen in den Jahren 2008 und 2009 wurden im Bereich der Außenluftdurchlasselemente Messungen zu Temperatur, Windgeschwindigkeit und Einstrahlung gemessen. Dabei traten in der ersten Messphase (10.07. bis 04.08.2008) an 14 der 26 Messtage hohe solare Wärmeeinträge auf, die sich kritisch auf die Zulufttemperatur und damit das Innenraumklima auswirken könnten. Die Umgebungslufttemperaturen stiegen selten über 25°C, blieben aber stets unter 30°C. Bei Gesamtstrahlungsintensitäten an der Fassade von 300 bis 400W/m² und Windgeschwindigkeiten zwischen 1 und 2m/s erwärmte sich die Oberfläche der hell-grünen, transluzenten PolycarbonatMehrfachstegplatten auf bis zu 43°C. Der zeitliche Verlauf der Oberflächentemperaturen korreliert dabei direkt mit dem Verlauf der solaren Einstrahlung an der Fassade. Ursache hierfür ist die sehr geringe thermische Speicherkapazität des Fassadenmaterials. Temperaturen [°C] Luftgeschw. [m/s] Lufttemp. an Wetterstation Frischlufttemperatur Windgeschwindigkeit Fassadenoberflächentemp. Grenzschichttemperatur (4cm) Zulufttemperatur Globalstr. auf Horizontale Gesamtstr. auf Süd-Fassade Solarstr. [W/m²] 50 1000 45 900 40 800 35 700 30 600 25 500 20 400 15 300 10 200 5 100 0 25.7.08 26.7.08 27.7.08 28.7.08 0 29.7.08 Datum Bild 5.31) Zeitlicher Verlauf relevanter Messgrößen während einer Schönwetterphase: Bei hohen Globalstrahlungsintensitäten und Windgeschwindigkeiten von 1 bis 2m/s erwärmen sich die Polykarbonat-Mehrfachstegplatten der Südwest-orientieren Fassade auf bis zu 43°C. Die Grenzschichttemperatur ist 4K und die Ansaugtemperatur bis zu 9K höher als die Umgebungstemperatur. Der geringe Unterschied zwischen Ansaug- und Umgebungstemperatur am 26.7. ist auf die Verschattung der Ansaugöffnung durch heruntergefahrene Jalousien zurückzuführen. Auf Grund des geringen Absorptionsgrades des Fassadenmaterials und des stetig wehenden Windes, erwärmt sich die Grenzschicht gegenüber der Umgebungsluft lediglich um maximal 4,5K. Die Außenluft wird durch ein 1m hohes und 7cm breites Lüftungsgitter in den west-orientierten Fensterlaibungen angesaugt. Von dort wird sie durch 3 ca. 30cm lange Luftkanäle und ein passives Lüftungselement hinter dem Heizkörper angesaugt und der Raumluft zugeführt (siehe Bild 5.32). 81 5 - Nutzung und Komfort b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Bild 5.32) Luftansaugung und Zuluftelement im Rohbau (li). Luftansaugung und durch Heizfläche verdecktes Lüftungselement im endgültigen Montagezustand (re). Entsprechend der Länge des Weges durch die Fassade ist die thermische Beeinflussung der Luft hoch. Wird das Lüftungselement durchströmt, weicht die Zulufttemperatur von der Ansaugtemperatur um bis zu 4K ab. Ein direkter Zusammenhang von Mikroklima an der Außenhaut des Gebäude und Büroinnenklima kann somit nur schwerlich hergestellt werden. Die Luftansaugung in den west-orientierten Fensterlaibungen, die erst ab ca. 13:30Uhr (Winterzeit) direkt besonnt werden, lässt während eines Großteils der Büroarbeitszeiten Ansaugtemperaturen auf dem Niveau der Grenzschichttemperaturen steigen. Ab 13:00 Uhr (Winterzeit) steigen die Ansaugtemperaturen deutlich über die Grenzschichttemperaturen an. Ursache hierfür ist die Aufheizung der dunkel lackierten Lüftungsgitter zunächst in Folge diffuser und ab 13:30 Uhr auch direkter Solarstrahlung. Lufttemperaturen [°C] 40 35 30 25 20 15 Frischluft bei Tag 10 Zuluft bei Tag 5 Abluft bei Tag 0 0 5 10 15 20 25 30 Lufttemperatur an der Wetterstation [°C] 5 - Nutzung und Komfort 35 40 Bild 5.33) Lufttemperaturen am untersuchten Raum in Relation zur Lufttemperatur der Umgebung: Bei hohen solaren Strahlungsintensitäten ist die aus der Fassadengrenzschicht angesaugte Frischluft um bis zu 12K wärmer als die Luft an der Wetterstation. Beim Durchströmen der Fassade wird die Zuluft um 3 bis 4K abgekühlt. Nachts sind die Ansaugtemperaturen etwa 1,5K höher als die Umgebungstemperaturen. Im Lüftungselement wird die Zuluft weiter um 1K erwärmt, so dass sie mit einem Temperaturzuwachs von ca. 2,5K in den Raum einströmt. 82 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Temperaturdifferenz TZuluft - TAbluft [K] Bild 5.34) Temperaturdifferenz zwischen Zu- und Raumluft: Bei geringer Einstrahlung und kühler Witterung ist die Zuluft im Mittel 4K kälter, bei starker Einstrahlung und hohen Ansaugtemperaturen ist sie bis zu 6K wärmer als die Raumluft. 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 R2 = 0,4203 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Gesamtstrahlung an der Fassade [W/m²] Die Temperaturunterschiede zwischen Umgebungs- und Zuluft streuen im Messzeitraum stark um einen Mittelwert von 3K. Eine Korrelation zur solaren Einstrahlung an der Fassade ist nicht erkennbar. Hier heben im Mittel Kühleffekte beim Durchströmen der Fassade den strahlungsbedingten mittleren Temperaturzuwachs zwischen Umgebungs- und Ansaugtemperatur auf. Auf Grund der sehr kurzen Wärmeperioden während der Messzeiträume in 2008 und 2009 kann keine genaue Aussage zum Zusammenhanf zwischen Mikrofassadenklima im Bereich der Außenluftdurchlasselemente und Innenraumklima gemacht werden. Hierzu bedürfte es einer längeren Wärmeperiode durch die die unterschiedlichen durchströmten Elemente (Lüftungsgitter Luftkanäle, passive Lüftungselemente, Auslasselemente und vor allem angeströmter Heizkörper) ihre Wärmekapazitäten aufladen könnten. 5.1.2.6. Fazit der Messung zum sommerlichen Komfort Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass je nach Geschoss unterschiedliche Phänomene zu beobachten sind: Im EG kommt es prozentual gesehen am häufigsten zur Überschreitung der Komfortklasse I gemäß EN 15251, bedingt durch die höheren solaren Einträge durch größere Fensterflächen. Hier sind die Nordbüros stärker betroffen als die der Südseite, die (flach stehende) Sonne zieht im Sommer in den Morgenstunden rasche Temperaturerhöhungen nach sich. Im 1. OG werden die Komforttemperaturen weitestgehend eingehalten. Die Büros der Südseite erreichen ihr Temperaturmaximum erst am frühen Abend, i.d.R. zusammen mit dem Maximum der Außentemperatur. Solaren Wärmeeinträgen könnte durch die Regelung des Sonnenschutzes entgegengewirkt werden, der ab einer gewissen Uhrzeit 83 5 - Nutzung und Komfort b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss schließt. Wärmeeinträge über die abends voll solar bestrahlten ALD werden derzeit untersucht – durch eine vor kurzem durchgeführte Trennung der Ansteuerungsmöglichkeit der ALD nach Nord und Süd könnte dem Effekt im Bedarfsfall entgegengewirkt werden. Im 2. OG muss sichergestellt werden, dass die PCM Elemente in vollem Leistungsumfang genutzt werden, d.h. dass die eingespeicherte Wärme nachts auch wieder abgegeben werden kann, da sonst kein ausreichender thermischer Puffer zur Verfügung steht. Dazu werden weitere Messungen durchgeführt. Die Auswertung der Temperaturmessung im Sommer 2008 zeigt, dass bei ähnlicher Witterung wie im Vorjahr, das Temperaturniveau in den Büros etwas gesenkt wurde. Dies kann auf eine verbesserte Nachtlüftung zurückzuführen sein, eine Überlagerung durch angepasstes Nutzerverhalten ist aber ebenfalls möglich. Die Messungen aus 2008 zeigen insgesamt, bis auf wenige Ausnahmen, keine Probleme mit überhöhten Innenraumtemperaturen. Allerdings stellte auch der Sommer 2008 keine Belastungsprobe für das passive Kühlkonzept dar, da es wie eingangs erwähnt- nur wenige Zeiträume mit hohen Außentemperaturen gab. Steigen die Außentemperaturen, zeigt sich, dass sich das Erdgeschoss sowie das zweite Obergeschoss rasch erwärmen. Im Erdgeschoss liegt dies vermutlich an den größeren transparenten bzw. transluzenten Flächen. Ein weiterer Einfluss kann der geringere bauliche Wärmeschutz sein - so wie sich auch bei der Wintermessung eine größere Streuung der Innenraumtemperaturen zeigte (siehe nachfolgendes Kapitel), so steigen auch im Sommer hier die Temperaturen schneller als in den übrigen Geschossen. Allerdings funktioniert auch hier die nächtliche Wärmeabfuhr besser, sodass insgesamt die Komfortkriterien eingehalten werden. Im zweiten Obergeschoss zeigt sich trotz des Einsatzes der PCMMaterialien der Leichtbaucharakter des Geschosses. Da die PCMPlatten in der Decke unter der Schalttemperatur des Phasenwechselmaterials zwischen 24°C und 26°C nur eine eingeschränkte Speicherfähigkeit haben, erwärmen sich die Räume entsprechend schneller als im Geschoss darunter. Die prinzipielle Wirkung der Wärmespeicherfähigkeit des Materials konnte durch Messungen nachgewiesen werden, sie ist jedoch in hohem Maße von der nächtlichen Entwärmung anhängig. Kann die tagsüber eingelagerte Wärme über Nacht nicht an die Luft abgegeben und damit aus dem Gebäude heraus getragen werden, steht nur ein begrenzter Teil der theoretischen Speicherfähigkeit zur Verfügung. 5 - Nutzung und Komfort 84 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Kritisch bleibt die bei der Nachtlüftung nach wie vor die nicht erreichte Druckdifferenz zwischen Büros und Außenraum. Durch den geringeren Differenzdruck strömt die abgesaugte Luft in den Büros nicht wie geplant über die Außenluftdurchlasselemente in der Fensterlaibung nach und kann in den Büros kein zweifacher Außenluftwechsel sichergestellt werden, welcher Grundlage bei der Auslegung des passiven Kühlkonzepts war. 5.2. Messungen zu Lüftung und Luftqualität Da man im EG mit Geruchsbelästigungen durch Abgase der vorbeifahrenden Fahrzeugflotte rechnete, wurde die Lüftung als Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung konzipiert. Mit Hilfe der Anlage wurden die Südbüros im EG, sowie die Flure in EG und den Obergeschossen belüftet. In den Fluren der Obergeschosse strömte die Menge Frischluft nach, die in den WCs (die an die Lüftungsanlage des Sozialtrakts angeschlossen sind) abgesaugt wurde. Die restlichen Büros sind wie in Kapitel 1.2.4 beschrieben nur an die Abluftanlage angeschlossen, die Nachströmung von Frischluft erfolgt über fassadenintegrierte Überströmöffnungen. Da es im Winter aufgrund der geringen relativen Feuchte der Raumluft zu negativen Rückmeldungen der Nutzer kam, die dazu führten, dass einige die Abluftventile in ihren Büros verschlossen, wurde eine Verringerung des Abluftvolumenstroms in den Büros umgesetzt, um den Außenluftwechsel zu reduzieren. Zusammen mit der Reduktion des Abluftvolumenstroms wurde auch die Belüftung der EG Büros und der Kenbereiche abgestellt, sodass diese nun als Überströmzonen für die in den WCs vorhandene Abluft dienen. Um die Einhaltung ausreichender Luftwechsel sicherzustellen erfolgte eine Überprüfung der Raumluftqualität mit Hilfe von CO2 Konzentrationsmessungen als Indikator. Es erfolgten Messungen der Konzentration im Tagesverlauf sowie Luftwechselmessungen mit CO2 als Spurengas nach [VDI 4300]. Bild 5.35) Messung der CO2 Konzentration in zwei verschiedenen Zweier- Büros im Tagesverlauf. Fenster und Tür blieben während der Messung geschlossen. Trotz reduziertem Volumenstrom der Abluftanlage kann jederzeit eine gute Raumluftqualität sichergestellt werden. Halten sich mehr als zwei Personen im Raum auf, kann zusätzlich auf Fensterlüftung zurückgegriffen werden. 85 ppm 1400 Besprechung: drei Personen anwesend 1200 1000 DIN EN 13779: hohe Raumluftqualität 800 600 400 200 0 0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00 5 - Nutzung und Komfort b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Bei den Konzentrationsmessungen in den Büros zeigen sich keine Beeinträchtigungen der Raumluftqualität. Der Abluftstrom aus den Abluftzonen wie WCs verteilt sich auf die Büros, sodass bei einem auf 5055% reduzierten Volumenstrom der Abluftanlage Büro der Luftwechsel in den Räumen von 1,0 h-1 auf 0,65 h-1 sinkt. ppm 2000 Messung Taglüftung exponentielle Regression 1800 1600 1400 y = 1921.4e-0.11x n≈0,65 h-1 1200 1000 800 600 14:42 14:52 15:2 15:12 15:22 15:32 15:42 15:52 Bild 5.36) Mit Hilfe der Konzentrations- Abkling- Methode bei Verwendung von CO2 als Tracergas ergibt sich ein mittlerer Luftwechsel von 0,65 h-1, der geringer ist als der planerisch vorgesehen Luftwechsel von 1,0 h-1. Da CO2 Messungen im Betrieb keine Beeinträchtigung der Raumluftqualität zeigten, wurde der reduzierte Betrieb beibehalten. Bei einer erneuten Messung der relativen Luftfeuchte im Winter 2009 zeigt sich kein wesentlich anderes Bild der relativen Luftfeuchte. Die geringeren Luftwechsel wurden dennoch positiv bewertet – so gingen in erster Linie Beschwerden über Zuglufterscheinungen in den Übergangszeiten (in denen die Heizung noch nicht oder nicht mehr aktiv ist) zurück. Die Änderung der Leistung der Lüftungsanlage macht sich aber vor allem beim Stromverbrauch der Anlage bemerkbar, siehe auch Abschnitt 4.2.1. 5.3. Nutzerbefragung Im Januar und August 2008 fand jeweils eine schriftliche Befragung der Nutzer statt. Die Befragung wurde, wie zu Beginn des Kapitels erwähnt, am Karlsruher Institut für Technologie (KIT, ehemals Universität Karlsruhe) vorbereitet, durchgeführt und ausgewertet [SCHAKIB10]. Die Beteiligung der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter fiel mit 89% (N = 42) im Winter und 75% (N = 34) im Sommer sehr hoch aus. Die Analysen der Angaben der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter ergaben überwiegend positive Ergebnisse für die zusammenfassende Bewertung der meisten Komfortbedingungen am Arbeitsplatz. Mit den räumlichen Bedingungen zeigten sie sich vorwiegend zufrieden, es ergaben sich aber auch von den Nutzern empfundene Mängel, beispielsweise in Form von Blendung auf der Nordseite. Hier steht kein Blendschutz zur Verfügung, durch die leichte Nordost- Orientierung kann es in den Morgenstunden zu direkter Sonneneinstrahlung kom5 - Nutzung und Komfort 86 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss men (vergleiche auch Kapitel 5.1.1.1. bzw. Bild 5.21). Ebenso können je nach Bürogröße und Sonneneinstrahlung das Material und die Farbwahl der Möbel (sehr helle und glänzende Oberfläche, weiße Wände) zu unangenehmen Effekten führen. Individuell zeigten mögliche freie Kommentare auch, dass die Glaselemente zum Flur unterschiedlich bewertet werden und zu Maßnahmen zur Schaffung von mehr Privatsphäre führen. Die Tages- und Kunstlichtverhältnisse wurden besonders positiv bewertet, mit Ausnahme des Sonnen-Blendschutzes auf der Nordseite. Auch wenn die messtechnische Auswertung wenig direkten Handlungsbedarf für Änderungsmaßnahmen aufzeigt, werden vor allem im Bereich raumklimatischer Bedingungen wie Temperatur und Luftqualität sowie bei der der Einflussnahme hierauf Änderungswünsche geäußert. Vor allem im Winter wurde die Luft als zu trocken bewertet. Als problematisch wurde auch der Aspekt Akustik / Geräuschpegel erlebt, die Büros sind sehr hellhörig, zudem gibt es Lärm von außen. 5 hoch Luftqualität Temperatur Geräusche Handlungsbedarf 4 Bild 5.37) Bewertungsmatrix, die individuelle Wichtigkeit und empfundenen Handlungsbedarf einander gegenüberstellt. Bei der Ausleuchtung wird der geringste Handlungsbedarf gesehen. Geräusche, Innentemperatur und Luftqualität werden häufiger als verbesserungswürdig betrachtet. 3 Lichtverhältnisse 2 1 gering hoch 1 2 3 Wichtigkeit 4 5 Insgesamt wird das Gebäude gut angenommen, im Winter sind deutlich mehr als die Hälfte der Mitarbeiter „zufrieden“ bis „sehr zufrieden“ mit dem ihnen zur Verfügung gestellten Arbeitsplatz. Im Sommer sinkt der Anteil leicht, er liegt dann bei etwa der Hälfte (siehe Bild 5.38). Bild 5.38) Zufriedenheit der Mitarbeiter mit den Gesamtbedingungen am Arbeitsplatz, getrennt jeweils für den Sommer- und Winterfall. Während im Winter 69% zufrieden oder sehr zufrieden sind, sinkt deren Anteil im Sommer auf 47%. % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Befragung im Winter sehr unzufrieden 87 unzufrieden Befragung im Sommer teils/teils zufrieden sehr zufrieden 5 - Nutzung und Komfort b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Der thermische Komfort wird wenig beanstandet, das Temperaturempfinden wird sowohl im Winter als auch im Sommer überwiegend als „neutral“ bezeichnet. % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Befragung im Winter Befragung im Sommer Bild 5.39) Bei der Frage nach dem Temperaturempfinden unterscheiden sich Sommerund Winterbefragung nur wenig. Die überwiegende Mehrheit empfindet di Umgebung als thermisch „neutral“. kalt kühl leicht zu kühl neutral leicht warm warm heiß Bei der empfundenen Luftqualität weichen Messung und Empfindung am ehesten voneinander ab. Während Probleme mit geringen Raumluftfeuchten im Winter durch Messungen bestätigt werden konnten (aber physikalisch ohne aktive Luftbefeuchtung nicht zu vermeiden sind), konnten im Sommer objektiv keine Defizite festgestellt werden. Auch die im vorangegangenen Kapitel dargestellten Messungen zur Luftqualität, bei denen CO2 als Indikator genutzt wurde, zeigten zwar ausreichende Luftwechsel, die Luftqualität wird von den Nutzern jedoch individuell sehr unterschiedlich bewertet (von sehr gut bis sehr schlecht). % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Befragung im Winter Befragung im Sommer Bild 5.40) Ein etwas häufiger genannter Kritikpunkt ist die empfundene Luftqualität. Speziell im Winter, aber auch in den Sommermonaten, wird die Luft tendenziell als zu trocken empfunden. sehr trocken 5 - Nutzung und Komfort trocken neutral eher feucht sehr feucht 88 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Bild 5.41) Bei der direkten Frage nach der empfundenen Luftqualität zeigt sich ein gemischtes Bild, die individuellen Meinungen gehen hier weiter auseinander als bei anderen Parametern. Befragung im Winter sehr schlecht schlecht Befragung im Sommer teils/teils gut sehr gut Weitere Felder, in denen die Nutzer Handlungsbedarf sehen, finden sich vor allem im Bereich Licht/Blendschutz, sowie Akustik. Siehe dazu [SCHAKIB10]. 6. Ökonomische Bewertung 6.1. Investitionskosten Trotz der umfassenden Modernisierung unter Berücksichtigung einer starken Steigerung des Nutzerkomforts, sowie der weit über die gesetzlichen Vorschriften hinausgehenden energetischen Zielsetzung konnte die Sanierungsmaßnahme des REB-Verwaltungsgebäudes in einem kostengünstigen Rahmen gehalten werden. Ca. 3,6 Mio. € netto umfasst die komplette von 2005 bis 2007 erfolgte Baumaßnahme in den Kostengruppen 300 Baukonstruktionen (Großteils Sanierungsmaßnahmen) und 400 technische Anlagen (Großteils neue Komponenten) [ACMS]. Tabelle 6.1) Netto Investitionskosten der Sanierungsmaßnahmen nach DIN 276 bezogen auf die Bruttogrundfläche (BGF) nach DIN 277 in den Kostengruppen 300 und 400 KG 300 480,00 €/m² BGF KG 400 201,00 €/m² BGF Summe 681,00 €/m² BGF Grundlage für die kosteneffiziente Umsetzung im Vergleich zu ähnlich ausgestatteten Gebäuden war der Erhalt der Altbausubstanz als kostendämpfender Faktor. Im Vorfeld der Sanierungsmaßnahme stellten die Architekten Berechnungen und Analysen auf, inwieweit ein Kostenvorteil durch die Sanierung gegenüber einem Abriss und anschließendem Neubau entstünde. In der Machbarkeitsstudie wurde unter Berücksichtigung der KGR 200 bis 700 aufgezeigt, dass ein Neubau mit gleichem Ausführungsstandard ca. 40 % teurer gewesen wäre (siehe Kapitel 0). 89 6 - Ökonomische Bewertung b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Des Weiteren führten vor allem die umfangreichen Überlegungen und Abwägungen im Bereich der Fassadenplanung zu Kostenersparnissen. Die Fassade wurde in der Umbaumaßnahme alternativ in zwei Ausführungsvarianten geplant und ausgeschrieben. Vor einem identischen Hinterbau als vorelementierte Holztafelkonstruktion wurden jeweils gebäudehohe U- Profilbaugläser bzw. Polycarbonat-Mehrstegplatten geplant. Die Ausführungsvariante mit Polycarbonat-Mehrstegplatten wurde dabei durchgehend deutlich preisgünstiger angeboten und später entsprechend ausgeführt. Es ergab sich eine mittlere Einsparung in Höhe von 23% zur alternativ ausgeschriebenen Fassadenvariante [KUGEL07], [DBU07]. Bild 6.1 zeigt die Kosten der REB im Vergleich zu den Referenzgebäuden und den BKI Werten für „Bürogebäude, mittlerer Standard“ [BKI04]. Zwar fällt ein direkter Vergleich zu diesen Referenzen auf Grund der besonderen Nutzungskombination der REB (Verwaltung, Sozialtrakt, Wagenhalle) schwer, doch kann als Tendenz eine vergleichsweise kostengünstige Umsetzung ausgemacht werden. Die Kosten liegen sowohl für die KGR 300 als auch KGR 400 im unteren Bereich nach BKI und auch im Vergleich zu Gebäuden mit ähnlichem Ausführungsstandard [KUGEL07]. 2000 KGR 300 Kosten brutto in €/m² NGF KGR 400 1750 1500 1250 1000 750 500 250 0 BKI 2004 BKI 2004 "von" "bis" REB BOB Lindenberg Lindenberg Barnim Barnim wie gebaut Referenz Dezernat I Landrat Bild 6.1) Gegenüberstellung der Erstellungskosten der Kostengruppen 300 und 400 für REB in Remscheid, und die ebenfalls im Eyob Programm untersuchten Referenzgebäude Balanced Office Building BOB in Aachen, Werkstätten für Menschen mit Behinderung in Lindenberg und Dienstleistungs- und Verwaltungszentrum Barnim in Eberswalde sowie nach Baukosteninformationszentrum BKI „von“ „bis“ , Quelle [KUGEL07] 6.2. Baunutzungskosten Neben den reinen Investitionskosten für Erstellung bzw. Sanierung sind im Bereich des Verwaltungsbaus die verbrauchsabhängigen und betriebsbedingten Nutzungskosten eine entscheidende ökonomische Größe. Die Kosten für Strom, Wärme, Wasser und Abwasser sowie Hausmeister, Reinigung, Winterdienst, Wartungen und Instandsetzungen sind Gegenstand des Forschungsprojektes EnOB:MONITOR Begleitforschung zu den Demonstrationsprojekten innerhalb des Förderkonzepts Energie Optimiertes Bauen. Sie werden nach einer ano6 - Ökonomische Bewertung 90 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss nymisierten Baunutzungskostenanalyse nach DIN 18960 [DIN18960] in einer exklusiven Erstveröffentlichung mit dem Titel „Energiekonzepte und ihre Auswirkungen auf ausgewählte Nutzungskosten von EnOBBürogebäuden“ zum 3. Internationalen Facility Mangement Kongress am 25./26. November 2010 an der TU Wien veröffentlicht. Im monetären Bereich wird der Aspekt der Nutzerqualität kaum berücksichtigt. Die Attraktivität der neu geschaffenen Büro- und Sozialräume hätte direkten Einfluss auf ein Mietausfallrisiko, bzw. Leerstände der Immobilie, wenn diese nicht Eigentum der Stadt Remscheid und direkt durch stadteigene Betriebe genutzt werden würde. Durch die Sanierung wurde die Nutzqualität erheblich gesteigert (siehe Kapitel 5.3). Ein ebenfalls nicht monetär bewertbarer Effekt ist die große Öffentlichkeitswirkung der Sanierung, einerseits durch die hohe architektonische Qualität und die in diesem Zusammenhang gewonnenen Preise, aber auch die Signalwirkung durch die hohe Zielsetzung bei der energetischen Qualität des Gebäudes. Für den Betreiber, die Stadt Remscheid und den Nutzer, die städtischen Entsorgungsbetriebe ist dies auch unter dem Hintergrund der in Kapitel 1.2 formulierten Ziele zur Imagepflege ebenfalls ein wichtiger Faktor. 6.3. Lebenszykluskosten Im Rahmen des Masterschwerpunktes Ressourcen optimiertes Bauen im Architekturstudium der Universität Wuppertal wurde im Jahrgang 2007 „Optimierung von ökonomischen und ökologischen Bauwerkslebenszyklen“ auch das Gebäude der REB untersucht. Ziel einer Abschlussarbeit mit dem Titel „Lebenszyklusbetrachtungen als ökonomisches und ökologisches Einsparpotential in der Gebäudeplanung und bewirtschaftung“ war es, eben diese Einsparpotentiale durch eine Gesamtbewertung über den vordefinierten Lebenszyklus von 80 Jahren am Beispiel der REB aufzuzeigen. In diesen Betrachtungen sind neben den üblichen Betriebsgrößen Senkung des Primärenergiebedarfs im Gebäudebetrieb, damit einhergehende Kosteneinsparung und Minderung der CO2-Emissionen auch Aspekte wie Gebäudeerstellung, Instandsetzung, Reinigung und Wartung sowie der Abriss des Gebäudes einbezogen. 91 6 - Ökonomische Bewertung b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Herstellung Baustoffe Abbau Rohstoffe Erstellung Gebäude Recycling Nutzung Instandsetzung Beseitigung Deponierung Rückbau Abriss Bild 6.2) Lebenszyklus eines Gebäudes vom Abbau der Rohstoffe bis zur Beseitigung oder Alternativ dem Recycling, Quelle [KUGEL07] 6.3.1. Analyse der Lebenszykluskosten Mittels der Analysesoftware Legep und der sirAdos-Baudatenbank (siehe www.legep.de) wurde die Evaluierung von Kosten, nicht erneuerbarer Primärenergie und klimarelevanter Treibhausgase (CO2 äq. Emissionen) erfasst und ausgewertet. Die Analysen des Verwaltungsgebäudes REB und aller Kostenbereiche über den Lebenszyklus von angenommenen 80 Jahren zeigten auf, dass die Kosten außerhalb der Erstellung nahezu 80% betragen. Aus Bild 6.3 werden die einzelnen Verteilungen ersichtlich. 5.000 Kosten brutto in €/m² NGF 4.000 3.000 2.000 1.000 10% Energiebezug 0 0 10 20 30 40 Nutzungsjahre 50 Bild 6.3) Der Lebenszyklus und dessen Kosten dargestellt über Betrieb ohne 64% Betrieb ohne 64% 80 Jahre. Die Kosten für ErstelEnergiebezug lung (KGR 300 +400) liegen bei Energiebezug 20%. Der Energiebezug weist aufgrund des guten Energiestandards lediglich 10% aus. Dies setzt sich aus Wärmeer20% Erstellung zeugung, Warmwasserbedarf 21% Erstellung undEnergiebezug elektrischen Strom für 10% Beleuchtung, Geräte sowie Rückbau 6% Rückbau 6% Hilfsenergien (nach [Din 18599]) zusammen. Der Abriss 60 70 80 am Ende der Lebensdauer macht 6% der Gesamtlebenszykluskosten aus. Der Betrieb ohne Energiebezug beläuft sich auf 64% der Kosten. Quelle: [KUGEL07] Größter Belastungspunkt ist dabei der „Betrieb ohne Energiebezug“, bestehend aus Instandsetzung, Reinigung und Wartung. Er beläuft sich auf 64% der Gesamtkosten und wurde daher genauer betrachtet: Die 6 - Ökonomische Bewertung 92 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Instandsetzungskosten der Kostengruppen 300 und 400 machen einen Großteil der Baunutzungskosten aus. Dies ist abhängig von der Lebensdauer der eingesetzten Materialien. Nach jeweils 25 Jahren ist ein starker Kostenanstieg durch die komplette Erneuerung der Fassadenstegplatten, Sonnenschutz, Dachabdichtungen, Brennwertkessel samt Abgasanlage, Solaranlage, Sanitärgegenstände und Elektroinstallationen zu verzeichnen. Darüber hinaus fallen weitere Kosten für die Instandsetzungen von Türblättern und Trockenbauwänden mit einer Lebensdauer von 50 Jahren an. Den größten Aufwand im Bereich der technischen Anlagen (KGR 400) weisen die Starkstromanlagen auf, während im Bereich der Baukonstruktionen (KGR 300) ein Großteil auf die Außenraffstores zurückzufällt. Weitere Instandhaltungskosten entfallen auf Fenster, Außentüren und Dachabdichtungen. Die Reinigungskosten sind bedingt durch die Nutzung als Entsorgungsbetriebe und die großen sanitären Einrichtungen, wie Duschen, Waschbereiche, Umkleiden und WCs mit sowohl Fliesen- als auch Kautschukböden sehr hoch. Hinzukommen die Kosten für die Reinigung der übrigen Bodenbeläge außerhalb der sanitären Einrichtungen sowie der Kunststofffassade plus Fenstern. Reinigung Sanitärbereich 26% Reinigung übrige Bereiche sowie Fassade 14% Wartung 5% Instandsetzung KGR 300 und 400 55% 93 Bild 6.4) Aufstellung der unterschiedlichen Kostenpunkte in der Lebenszyklusbetrachtung. 6 - Ökonomische Bewertung b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Bild 6.5) Verhältnis von Erstellung, Betrieb (Instandsetzung, Reinigung und Wartung), Energiebezug und Rückbau über den Lebenszyklus von 80 Jahren. Es werden die einzelnen Instandsetzungszyklen gezeigt (alle 25 Jahre eine größere Sanierung) – bedingt durch die Lebensdauer vieler Bauteile und technischer Anlagen. Die Kosten für den Rückbau von auszutauschenden Elementen wurden der Instandsetzung angerechnet (ohne Anrechnung siehe dünne Linie), da dies unmittelbar zusammenhängt. Die Abrisskosten des Gebäudes werden durch den kleinen Sprung nach 80 Jahren wiedergegeben. Kosten brutto KGR 300 und 400, Quelle [KUGEL07] Die Kosten für Instandsetzungen liegen nach 50 Jahren über der Summe, die für die Erstellung aufgebracht wurde. Hier sollte erstmals darüber nachgedacht werden, ob das Gebäude noch weitere 25 Jahre betrieben werden soll, da sich ein vorzeitiger Abriss nach 5 oder 10 Jahren nicht rentieren würde. Der dargestellte Instandsetzungsaufwand bei 75 Jahren ist genauso kritisch zu hinterfragen. Anhand dieser prägnanten Preisverläufe wird deutlich, wie wichtig eine detaillierte Betrachtung aller über einen Lebenszyklus anfallenden Kosten und die Bestimmung der Dauer des Lebenszyklus ist [KUGEL07]. 6.3.2. Alternativen zum Erreichen einer Kostensenkung Die Nutzungen innerhalb des REB-Baus lassen vor allem im Bereich der sanitären Einrichtungen kaum Änderungen und Einsparpotenziale erkennen. Geprägt werden die Kosten der REB jedoch auch durch Erstellung, Instandsetzung und Reinigung der großen Flächenanteile der Fenster- und der Polykarbonat-Mehrfachstegplatten. Da zumindest die Glasflächen anhand mehrerer Kriterien bestimmt (optimale Tageslichtausbeute, solare Einstrahlung) wurden, können auch hier keine pauschalen Kostenoptimierungen angesetzt werden. Lediglich die Außenwandverkleidungen mit Stegplatten als Wetterschutz könnten zu Einsparungen im Bereich Erstellung, Instandsetzung und Reinigung führen. Hierzu wurde die Alternative eines Wärmedämmverbundsystems (WDVS) mit Mineralwolle berechnet. 6 - Ökonomische Bewertung 94 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss €/m² NGF 1500 Rückbau Betrieb Erstellung Wartung Reinigung Instandhaltung 1250 Bild 6.6 Gegenüberstellung der Lebenszykluskosten der beiden Fassadenvarianten. Der graue Bereich zeigt die Unterteilung des Betriebs, bei dem die Instandhaltung wie auch bei den Gesamtkosten den größten Unterschied ausmacht. 1000 750 500 250 0 Mehrfachstegplatten WDVS Mineralwolle Die Instandsetzungskosten der Außenwände mit WDVS sind deutlich günstiger, als bei der Ausführung mit Holzständerkonstruktion und Stegplatten. Dies ist auf höhere Erstellungskosten in Kombination mit einer kürzeren Lebensdauer zurückzuführen. Während das WDVS in 80 Jahren nur einmal komplett erneuert wird, werden die Stegplatten dreimal ausgetauscht. Einen weiteren Kostenfaktor stellt die Reinigung der Stegplatten dar, welche bei WDVS nahezu entfällt. Lediglich für den Rückbau fällt die Ausführung mit dem WDVS teurer aus. Die Diskrepanzen beginnen erst infolge des ersten größeren Instandsetzungszyklus’ nach 25 Jahren. Mit jedem weiteren Instandsetzungssprung nach weiteren 25 Jahren steigt die Differenz und lässt die Vorteile langlebiger Materialien bei langer Nutzung des Gebäudes offensichtlich werden. Allerdings ist hier der nicht monetäre Vorteil der gewählten Fassade entgegen zu stellen (siehe Kapitel 6.2). Bild 6.7 Lebenszyklus kumuliert 80 Jahre KGR 300 und 400 – Vergleich Variante mit Stegplatten und mit WDVS Mineralwolle – Kosten brutto. [KUGEL07] Über die Überlegungen von Bauerstellungskosten im Bereich der Fassadenbekleidung hinaus wurden Möglichkeiten zur Senkung der Betriebskosten angestellt. Der Einsatz einer 3-fachWärmeschutzverglasund (WSG) an Stelle des 2-fach-WSG, eine Solarstromanlage, der Bezug von „Grünem“ Strom und ein möglicher Emis95 6 - Ökonomische Bewertung b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss sionshandel im Gebäudesektor erwiesen sich auch im Hinblick auf die Wechselwirkungen zwischen ökologischen und ökonomischen Motiven als interessant. Die Optimierung von 2-fach auf 3-fach WSG würde, bedingt durch den verbesserten Energiestandard, bei einem Kostenmehraufwand von ca. 40 € brutto/m²NGF (ca. 16%) eine Einsparung im Energiebezug (70 € brutto/m²NGF) erzielen. Über den Lebenszyklus betrachtet könnten parallel rund 15% Einsparungen sowohl bei Primärenergie als auch bei den CO2 Emissionen erzielt werden. Die reine Investition in eine Solarstromanlage ohne finanzielle Gutschriften der Einspeisevergütung (Umlage der Kosten der PV-Anlage auf Bereiche außerhalb der Investitionsgrenzen) stellt die unwirtschaftlichste der analysierten Maßnahmen dar. Der Kostenaufwand zum vollständigen Ausgleich aller im Lebenszyklus anfallenden Emissionen (324 kWp-Anlage) liegt bei knapp 50% der Gesamtlebenszykluskosten des Gebäudes ohne Solarstromanlage und wäre dabei rein aus Marketing oder Imagegründen oder ihm Rahmen eines contractings interessant. Der Umstieg vom städtischen Strommix zu „Grünem“ Strom stellt indessen eine kostengünstige Maßnahme dar. Bei einem Kostenmehraufwand gegenüber dem üblichen Strommix von einem Cent brutto je kWh lägen die hieraus resultierenden Einsparungen für die Primärenergie und den CO2 Emissionen bei ca. 30%. Kosteneinsparung könnten jedoch nicht erzielt werden. €/m²NGF 2.100 1.600 1.100 600 40 100 -400 15 -360 WDVS 3-fach WSG PV-Anlage Grüner Strom Bild 6.8 Mehrkosten brutto in €/m²NGF der Maßnahmen über den Lebenszyklus von 80 Jahren., [KUGEL07] 6.3.3. CO2-Vermeidungskosten Um die untersuchten Maßnahmen ökologisch und ökonomisch einordnen zu können, wurde das Hilfsmittel der CO2-Minderungskosten eingesetzt. Mehrkosten für eine Maßnahme zur Vermeidung von Energieaufwand und damit bedingten CO2-Emissionen wurden durch die eingesparte Menge an CO2 dividiert. Die Analyse hat gezeigt, dass eine genaue Betrachtung der Materialien über einen gesamten Lebenszyk6 - Ökonomische Bewertung 96 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss lus Kosten senken und zugleich ökologische Einsparungen erzielen kann. Darüber hinaus ist es deutlich einfacher, Einsparungen im Energiebezug zu erzielen, um Umweltbelastungen zu reduzieren. €/t CO2 1000 890 800 Bild 6.9 CO2Vermeidungskosten brutto in €/t CO2 der betrachteten Maßnahmen. Das WDVS ist aufgrund von Kosteneinsparungen (negativen Kosten) nicht darstellbar. [KUGEL07] 600 400 200 0 negativer Wert nicht darstellbar 130 WDVS 3-fach WSG 20 PV-Anlage Grüner Strom Der Einsatz eines Wärmedämmverbundsystems stellt von den betrachteten Maßnahmen die weitaus kosteneffizienteste Maßnahme dar. Hierdurch könnten sowohl Kosten als auch CO2-Emissionen vermieden werden. Doch wie eingangs bei den Sanierungsmaßnahmen beschrieben, waren neben den Kostenüberlegungen auch weitere Faktoren von Bedeutung (siehe Kapitel 1.2.1 und 6.2). Imagegründe fanden ebenso eine Betrachtung wie ästhetische und funktionale Aspekte. Eine Unterzeichnung eines neuen Stromliefervertrages verlagert den Handlungsbedarf auf einfache Weise auf andere. Sie erzeugt zudem die geringsten CO2-Vermeidungskosten ohne Einfluss auf die architektonische Gestalt. Die Optimierung von 2-fach auf 3-fach WSG zeigt großes Einsparpotential im Energiebezug auf. Würden für die abgebildeten Maßnahmen die Kosteneinsparungen beim Energiebezug mitberücksichtigt, könnten die Einsparungen den Kostenmehraufwand über den Lebenszyklus ausgleichen. Darüber hinaus könnten monetär nicht quantifizierbare Faktoren, wie eine größere Behaglichkeit durch besser gedämmte Fenster einen weiteren Vorteil bringen. Bei Betrachtung der PV-Anlage wird offensichtlich, dass diese Investition die weitaus unwirtschaftlichste Maßnahme darstellt. Dies ist auf die nicht eingerechneten Gutschriften aus der Einspeisevergütung zurückzuführen. Der symbolische Hintergrund, ein nachhaltiges Image zu wahren, kann nicht monetär bilanziert werden. Im Gegensatz zur Nutzung von Grünem Strom, wird hier der Handlungsbedarf nicht auf andere verschoben. Die zur Verfügung stehende Fläche des REBVerwaltungsbaus (Dach und/oder Fassade) würde jedoch zudem nicht ausreichen, um die nötige Leistung von 324 kWp zu installieren. Es könnten lediglich 41 kWp Platz finden. 97 6 - Ökonomische Bewertung b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Als Fazit dieser Betrachtungen lässt sich ableiten, dass Lebenszyklusbetrachtungen und das Abwägen von Alternativen ökologische und ökonomische Vorteile birgt. Erst die Betrachtung aller Parameter von der Wiege bis zur Bahre zeigt den wirklichen „Fußabdruck“ des Gebäudes und die finanziellen Gesamt-Auswirkungen auf und lässt ein die einzelnen Abhängigkeiten sichtbar und folglich anpassbar werden. 6 - Ökonomische Bewertung 98 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 7. Publikationen und Wissenstransfer Vorträge: Frankfurt 2008: Energy Focus 2008 – Deutscher Energieberatertag: Sanierung eines Bürogebäudes zum Niedrigenergiehaus mit Passiver Kühlung, REB Remscheid Dresden 2008: EnOB Symposium: auf dem Weg zu Nullenergie- Gebäuden: Remscheider Entsorgungsbetriebe: Sanierung eines Bürogebäudes zum Niedrigenergiehaus mit Passiver Kühlung Bad Staffelstein 2008: 2. Internationales Anwenderforum Energetische Sanierung von Gebäuden: Sanierung eines Bürogebäudes zum Niedrigenergiehaus mit Passiver Kühlung, REB Remscheid Bad Staffelstein 2009: 3. Internationales Anwenderforum Energetische Sanierung von Gebäuden: Remscheider Entsorgungsbetriebe, Sanierung eines Bürogebäudes zum Niedrigenergiehaus mit Passiver Kühlung (Posterpräsentation) Berlin 2009: 30th AIVC Conference: Trends in High Performance Buildings and the role of Ventilation”: Office Building with Passive Cooling, REB Remscheid Frankfurt 2010: IEECB’10 - Improving Energy Efficiency in Commercial Buildings: Retrofit of an Office Building with Passive Cooling – REB Remscheid Publikationen und Artikel: Metamorphose: Projekt 03: Blau statt grau, Verwaltungs- und Betriebsgebäude der Remscheider Entsorgungsbetriebe, Ausgabe 01/08; Konradin Medien GmbH LeinfeldenEchterdingen Deutsche Bauzeitschrift: Umbau als Maßanzug; Verwaltungs- und Betriebsgebäude aus den 60er Jahren, Remscheid, Ausgabe 01/2010 - Energie Spezial; Bauverlag BV GmbH Gütersloh deutsche bauzeitung; von 440 auf 160 – Energieeffizienz von Nichtwohngebäuden, Ausgabe 07/2010; Konradin Medien GmbH Leinfelden-Echterdingen Bauphysik-Kalender 2010: Schwerpunkt: Energetische Sanierung von Gebäuden; Energetische Sanierung von Gebäuden – Beispielhafte Erfahrungen und Ergebnisse aus Demonstrationsprojekten des Nichtwohnungsbaus; Wilhelm Ernst & Sohn Verlag Berlin 99 7 - Publikationen und Wissenstransfer b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 8. Literatur und Quellenangaben [ACMS] [ACMS08] [BBR07] [BKI04] [DBU07] [DIN18599] [DIN18960] [DIN1946] [DIN4108T2] [DIN4108T7] [DVGW04] [EN13829] [EN15251] [EN7730] Architektur Contor Müller Schlüter; Hofaue 55, 42103 Wuppertal Müller, Michael und Schlüter, Christian; REB Remscheider Entsorgungsbetriebe, Umbau und Sanierung eines Bürogebäudes aus den 60er Jahren; Wuppertal, 2008 Voss, Karsten und Pfafferoth, Jens; Energieeinsparung contra Behaglichkeit; Schriftenreihe des Bundesamts für Bauwesen und Raumordnung, Nr. 121; Bonn, 2007 Baukostenindex BKI; Baukosteninformationszentrum Deutscher Architektenkammern GmbH; Stuttgart, 2004 Müller, Michael et al. ; Ökologische/ökonomische Bewertung zweier Fassadenkonzepte - Glasfassade versus Kunststofffassade - zur Sanierung eines Verwaltungsgebäudes der 1960er Jahre; Deutsche Bundestiftung Umwelt; Osnabrück, 2007 Energetische Bewertung von Gebäuden – Berechnung des NutzEnd- und Primärenergiebedarf für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung; Beuth Verlag; Berlin, Februar 2007 Nutzungskosten im Hochbau; Beuth Verlag GmbH; Berlin, Februar 2008 DIN 1946 Teil 2, Raumlufttechnik: Gesundheitliche Anforderungen; Beuth Verlag; Berlin, Januar 1994. Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden, Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz; Beuth Verlag; Berlin 2001. Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden, Teil 7: Luftdichtheit von Gebäuden; Beuth Verlag; Berlin 2001. Planung, Errichtung, Betrieb und Sanierung von Trinkwasser Installationen : Arbeitsblatt W 551: Technische Maßnahmen zur Vermeidung des Legionellenwachstums; Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches e. V.; Bonn, April 2004 Bestimmung der Luftdurchlässigkeit von Gebäuden; BeuthVerlag, Berlin, 2000 Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden – Raumluftqualität, Temperatur, Licht und Akustik; Beuth Verlag; Berlin, August 2007 Analytische Bestimmung und Interpretation der thermischen Behaglichkeit durch Berechnung des PMV‐ und des PPD Indexes und der lokalen thermischen Behaglichkeit; Beuth Verlag; Berlin, 2003. 8 - Literatur und Quellenangaben 100 b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss [ENE08] [ENEV09] [ENOB10] [KAUF09] [KUGEL07] [MIPS] [MORH05A] [MORH05B] [PIST03] [RIEDEL06] [RIEHLE] [SCHAKIB10] [VOß05] 101 Ennovatis EnEV+. EDV-Berechnungswerkzeug für die DIN 18599; Ennovatis-Energiemanagement-Systeme, ennovatis GmbH; Großpösna, 2008 Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden; Berlin, Oktober 2009 Voss, Karsten, et al.; Ergebnisbericht über die Anwendung des Nachweisverfahrens nach DIN V 18599 an acht ausgewählten EnOB-Demoprojekten; Karlsruhe, Juli 2010 Kaufhold, A. und Froese, S.; Für die Zukunft fit gemacht - Bewertung der DIN V 18599 in ihrer Anwendung im Rechenwerkzeug Ennovatis EnEV+ am Beispiel der Remscheider Entsorgungsbetriebe; Researcharbeit im Masterstudiengang Architektur; Bergische Universität Wuppertal, Lehrgebiet Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung; Wuppertal, 2009 Kugel, Daniela; Lebenszyklusbetrachtungen als ökonomisches und ökologisches Einsparpotential in der Gebäudeplanung und – bewirtschaftung, Masterarbeit; Bergische Universität Wuppertal, Lehrgebiet Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung; Wuppertal, 2007 Mips Haus Institut GmbH Hofaue 55, 42103 Wuppertal Dr. Morhenne, Joachim; Überprüfung der Wagenhallen auf Frostfreiheit, Bestimmung des sommerlichen Wärmeschutzes im Verwaltungsbereich und Bewertung von Maßnahmen zur Verbesserung des Komforts – Abschlussbericht; Wuppertal, 2005 Dr. Morhenne, Joachim; Auslegung der solartechnischen Anlage, Bauvorhaben REB Remscheid; Wuppertal, 2005 Pistohl, Wolfram; Handbuch der Gebäudetechnik, Band 2, 4. Auflage; Werner Verlag; München, 2003 Riedl, Dirk; Energieausweis nach DIN V 18599 für das REB Gebäude, Remscheid, Masterarbeit; Bergische Universität Wuppertal, Lehrgebiet Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung; Wuppertal, 2006 Riehle, Tomas; Fotodesigner BFF DFA DWB, Gemarkenweg 4, 51467 Bergisch-Gladbach Schakib-Ekbatan, Karin; NutzerInnenzufriedenheit im sanierten Bürogebäude der Remscheider Entsorgungsbetriebe; Karlsruher Instituts für Technologie, Lehrgebiet Bauphysik und Technischer Ausbau; Karlsruhe, Juli 2010 Voß, Tjado und Voss, Karsten; Wärmeverluste durch Lüftungsgitter in der Fassade, Aktennotiz Sanierung Remscheider Entsorgungsbetriebe; Bergische Universität Wuppertal; Wuppertal, 2005 8 - Literatur und Quellenangaben b+tga Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 9. Anhang I) Experimental Results and Experience from the Retrofit of an Office Building with Passive Cooling – REB Remscheid, 30th AIVC Conference: Trends in High Performance Buildings and the role of Ventilation”, Berlin 2009 II) Sanierung eines Bürogebäudes zum Niedrigenergiehaus mit Passiver Kühlung – REB, Remscheid, 2. Internationales Anwenderforum Energetische Sanierung von Gebäuden, Bad Staffelstein 2008 III) Retrofit of an Office Building with Passive Cooling – REB Remscheid, IEECB’10 - Improving Energy Efficiency in Commercial Buildings, Frankfurt 2010 IV) Energetische Sanierung von Gebäuden; Energetische Sanierung von Gebäuden – Beispielhafte Erfahrungen und Ergebnisse aus Demonstrationsprojekten des Nichtwohnungsbaus, Bauphysik-Kalender 2010, Berlin, 2010 V) Referenzwerte aus bisherigen Feldstudien des Fachgebietes für Bauphysik und Technischer Ausbau (fbta) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) VI) INKA - Instrument für NutzerInnenbefragungen zum Komfort am Arbeitsplatz, Ergebnisse für die Remscheider Entsorgungsbetriebe 9 - Anhang 102
