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Energieeffizientes Bauen in Theorie und Praxis Erfahrungsbericht aus 10 Jahren
Forschung und Planung
25.03.2009
Dipl.-Ing. Jörg Baumgärtner
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 2
• Büro 1990 gegründet
• 37 Mitarbeiter
28 Dipl.-IngenieureMaschinenbau, Versorgungstechnik, Bauphysik, Architektur
Techniker, Zeichner, Sekretariat, Praktikanten, Diplomanden
Wer sind wir ?
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 3
IGS – Institut für Gebäude- und Solartechnik TU Braunschweig• Forschung und Entwicklung, Lehre in der Architektur• Energie- und Komfort-Monitoring
STZ – Steinbeis-Transferzentrum Energie-, Gebäude und Solartechnik, Stuttgart• Pilotprojekte• Energiekonzeption für Siedlungen und Gebäude
EGS plan – Ingenieurgesellschaft Stuttgart• Planung HLSK – Technik, • Bauphysik und Energiekonzeption
Die Verbundpartner
Stuttgart
Braunschweig
Innovations-verbund:
Universität+ Praxis
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 4
Energiekonzeption
Energieversorgungssysteme
HLSK-Planung
Bauphysik
Betriebsoptimierung
Schwerpunkte STZ und EGS-plan
Integrale Betrachtung
Gebäudehülle und Technik
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 5
Warum ein Energiekonzept?
Ziel: kostengünstige und ressourcen-schonende Energieversorgung(Emissionen, Kosten, Abhängigkeit reduzieren)
...viele mögliche Wege
erneuerbare Energien
Solarenergie
Holz
Abwärme
effiziente Systeme
Lüftung mit WRG
BHKW
Wärmepumpe
Bedarf reduzieren
Wärmeschutz
passiv-solare Gewinne
à Rahmenbedingungen klärenà optimalen Weg auswählen
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 6
> Aufzählung> Fließtext> …
Source for figures: Price et al., 2005
Residential Buildings Energy-Related Carbon Dioxide Emissions
-
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001
MtC
O2
Middle East and North AfricaSub Saharan AfricaLatin AmericaOther AsiaCentrally Planned AsiaFormer Soviet Union Central and Eastern EuropeWestern EuropeNorth AmericaPacific OECD
Commercial Buildings Energy-Related Carbon Dioxide Emissions
-
500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001
MtC
O2
Middle East and North A fricaSub Saharan AfricaLatin AmericaOther AsiaCentra lly P lanned AsiaFormer Soviet Union Centra l and Eastern EuropeW estern EuropeNorth AmericaPacific OECD
CO2 Emission
Wohngebäude
Nichtwohngebäude
CO2 Emissionen – Gebäude
Ø Zunahme ähnlich den
anderen Sektoren
Ø Nichtwohngebäude sehr
viel stärker
(North-America, Asia, MENA,..)
USA / CA
EU
ASIA
MENA
Gebäude Sector (IPCC report, 2007)CO2 Emission trends 1971-2002
Weshalb Nichtwohngebäude?
Südostasien
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0
50
100
150
200
250
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350
400
450
Jähr
l. H
eizw
ärm
ebed
arf[
kWh/
(m2 ·a
)] DIN DIN 41084108
1970 1980 1990 1995 2000 2020
WschVoWschVo
EnEVEnEV20022002--20092009
Anforderungen Energiestandard - Entwicklung
- Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz (KWKG)
- Erneuerbare-Energien-Wärme-Gesetz(EEWärmeG)
- Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)
- Heizkostenverordnung (HkVO)
- Energieeinsparungsgesetz (EnEG)
- Energieeinsparverordnung (EnEV)
Energie- und Klimapaket Meseberger Beschlüsse August 2007
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0
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250
300
350
400
450
Jähr
l. H
eizw
ärm
ebed
arf[
kWh/
(m2 ·a
)] DIN DIN 41084108
1970 1980 1990 1995 2000 2020
WschVoWschVo
EnEVEnEV20022002--20092009
Nichtwohn- Gebäude?
Strombedarf !
Anforderungen Energiestandard - Entwicklung
Gesamt- EnergieeffizienzEnEV 2008 / DIN V 18599
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Primärenergie
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 10
Primärenergiebilanz (PE) für NichtwohngebäudeEnEV 2008 / DIN 18599
V e
r l u
s t
e
Gew
inne
Strombedarf PE-Bedarf
Strom
Kühlung
Lüftung
Beleuchtung
Heizwärmebedarf PE-BedarfWärme
Gas
Fern-
wärme
Hei
zwär
meb
edar
f
Ener
gieb
edar
f (kW
h/(m
2 a))
Strom
öfftl.
Netz
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 11
Bedarf und Verbrauch
0
100
200
300
400
500
600
700
018 019 008 014 017 012 002 004 001
Jahres-Primärenergiebedarf nach DIN V 18599[kWh/(m²*a)]
Jahres-Primärenergieverbrauch[kWh/(m²*a)]
EnOB- Standard + Betriebsoptimierung
?
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 12
Ziel
• Netto- Nullenergie
• Netto- Plusenergie
• CO2- neutral
• „Netto-Null-Emission“
Weitergehende Konzeptansätze
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 13
•
Forschungsschwerpunkt EnOB –Energieoptimiertes BauenForschungsfelder
Demo-Gebäude Neubau
Demo-Gebäude Sanierung
Technologieschwerpunkt Low ExergyTechnologieschwerpunkt Vakuumisolierung
Energetische Betriebsoptimierung
www.enob.info
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 14
Frage: Wenn innovative Demonstrationsprojekte nur mit zusätzlichem Aufwand in der Planung und anschließendem Monitoring funktionieren,
wie funktionieren dann neue Gebäude mit innovativen Technologien ohne Förderung?
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 15
EnBau
Ausgangspunkt:
• Ziele: > 20 Demonstrationsgebäude < 100 kWhPE/(m²NGFa) und guter Nutzerkomfort- Fensterlüftung- Keine mechanische Kühlung
• Ergebnis:• Ziele überwiegend erreicht!• Keine signifikanten Zusatzkosten!• Aber: Integrale Konzept
> neue Anforderungen anPlanung, Errichtung und Betrieb
EnergieForum BerlinArchitekten: BRT
Berufsschule BiberachArchitekten: Elwert-Stottele-Rädle
© Lichtbildner Albrecht Immanuel Schnabel
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 16
Welche Potenziale (Energieverbrauch, Nutzerkomfort,..) können mit wirtschaftlichen Mitteln erschlossen werden?
Kosten / Nutzen - Verhältnis für Primärenergieeinsparung von 30 % bei Nichtwohngebäuden
Energiekosteneinsparung je Investitionsmehrkosten
9,00
2,25
7,50
1,80
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00
Betrieb
Bau
[ [€Einsp/(m²a)] / [€Inv/(m²a)] ]
Kosten / Nutzen
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 17
Energetische Betriebsoptimierung
Ziel: Evaluierung der Energiekonzepte von rund 20 innovativen Bürogebäuden
• Energieeffizienz?• Nutzerkomfort?• Optimierungspotenziale?
Umsetzung:Phase 1: Bestandsaufnahme, KennwertbildungPhase 2: Monitoring Energie + Komfort,
Betriebsanalyse, Nutzerbefragungen
Neumühlen 4Architekten: BRT
Braun GmbHArchitekten: Schneider+Schuhmacher
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 18
Ergebnisse:• Energieverbrauchskennwerte liegen z. T. deutlich
über den der EnBau-Demonstrationgebäude (Faktor 2-3)
• Komfort überwiegend gut, Ausnahme: sommerliche Überhitzung
• Signifikante Optimierungspotenziale im Betrieb
Erfahrungen:• Ziele werden nicht präzise bzw. prüfbar dokumentiert
(„Grünes Hochhaus“, ECO- Buildung, …)• Keine effektive Qualitätssicherung, Überprüfung der
Energieverbrauchswerte sind die Ausnahmen, ……..0
100
200
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Messräume
Jähr
liche
Übe
rhitz
ungs
stun
den
[h/a
]
Überhitzungsstunden in der Nutzungszeit (Mo.-Fr., 8-18 Uhr)
Grenzwert Überhitzungsstunden (10 % der Nutzungszeit > 26°C) *
< 50 % 50-70 % > 70 %
* DIN 4108 gibt je nach Klimazone unterschiedliche Grenzwerte für Überhitzung zwischen 25 und 27 °C vor.
0
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003 011 013 018 006 005 019 016 008 014 007 017 012* 010 002 004 009 015 001
Jahr
es-P
rimär
ener
giev
erbr
auch
kW
h/(m
² NG
Fr*a
)
Wärmeanteil StromanteilEVA-Gebäude
Mittelwert: 349 kWh/(m²NGFra)
EVA – Evaluierung von Energiekonzepten im BetriebIGS in Zusammenarbeit mit fbta Universität Karlsruhe u.a.
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Personalkosten
Ausstattung (IT, TK)
Raumkosten 8%
12%
80%
0 20 40 60 80 100[%]
Abschätzung:
- Bei 10 % Überhitzungsstunden (ca. 260 h/a > 26 °C)--> 15 % geringere ArbeitseffizienzZusätzliche Personalkosten ca. 45 €/(m²a)
Raumkosten spielen eine „untergeordnete Rolle“
Arbeitsplatz – Vollkosten!!!!
Bau 4,8 %Wärme/Kälte/Licht 1,5 %
Bauunterhalt 0,9 %Reinigung 0,8 %
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 20
Konzept
Entwurfsplanung
Ausführung
Umsetzung
Qualitätssicherung
Performance Audit
Monitoring Evaluierung Betriebsoptimierung
Planen, Bauen und Betreiben
Innovationskreislauf
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EnEV / DIN V18599 / Energieausweis
DGNB (2009)
Energielabels weltweit
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 22
Nachhaltigkeitszertifikat für Bauwerke
Ecologicalquality 22,5%
Economical
quality 22,5%Sociocultural
and functional
quality 22,5%
Technical quality 22,5%
Process quality 10,0%
Quality of the location
mark certificatePerformance
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Erste DGNB-Zertifizierung
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 24
Übertragung auf Kliniken
Krankenhaus spezielle Randbedingungen, viele technische und betriebliche Anforderungen
Bisher 3 Kliniken im Bestand bearbeitet, ein großer NeubauDatenanalyse, Energieflüsse, Optimierungspotentiale (Planung und Bau), Varianten der Energieversorgung, Betriebsoptimierung und Monitoring
Normalerweise Lüftung, Kälte und Dampf für Primärenergie und Kosten entscheidend
In EnBau Clusterbildung für Gebäudekategorien angestrebt.Auch Kliniken! Erste Gespräche haben stattgefunden. Teilnehmer / Interessenten werden gesucht.
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 25
Strom
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2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
M W h
0
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200.000
300.000
400.000
500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
1.000.000
Euro
E uroMW h
W ärme
0
2.000
4.000
6.000
8.000
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1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
M W h
0
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500.000
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1.000.000
Euro
E uroM W h
Wasser / Abwasser
0
10.000
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30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
m 3
0
100.000
200.000
300.000
400.000
500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
1.000.000
Euro
Eurom3
Bez ugskosten gesamt
0
500.000
1.000.000
1.500.000
2.000.000
2.500.000
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
Euro
W asser/Abw
W ärme
S trom
Energie/ Kosten Unfallklinik
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Kennwerte
Heizenergieverbrauchskennwert nach VDI 3807 Blatt 2 (1998)
0
5.000
10.000
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20.000
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35.000
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0 200 400 600 800 1.000 1.200
Bettenzahl
kWh/
a pr
o Pl
anbe
tt
Richtw ert Mittelw ert BGU
Stromverbrauchskennw ert nach VDI 3807 Blatt 2 (1998)
0
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15.000
20.000
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BettenzahlkW
h/a
pro
Plan
bett
Richtw ert Mittelw ert BGU
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Statische Heizung44%
RLT - Luf ter hi tzer31%
War mwasser10%
Beckenwasser2%
Desinf ektion6%Küche
4%Bef euchtung
3%
Energieverteilung Wärme
Beleuchtung u. Kleinverbraucher
28%
Heizung2%
Kälte5%
KG-Schule5%Küche
2%Med. Technik8%
RLT43%
Aufzug1%Technik
6%
Energieverteilung Strom
Energieverteilungoft nur ein Hauptzähler vorhanden
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 28
Fazit
Innovative Gebäude erreichen im Betrieb oft nicht ihre Performance - Ziele
• Erhöhte technische Standards→ erhöhte Sensibilität
• Präzisere Planungswerkzeuge→ geringere Reserven
• Zunehmende Integration→ bessere Abstimmung
• Zunehmende Komplexität→ Qualitätssicherung im
Lebenszyklus
• Vernetzte Energieversorgung→ kontinuierliches Management
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 29
Zusammenfassung
Entscheidend ist ein abgestimmtes Energiekonzept für Gebäudehülle und Anlagentechnik in einer frühen Planungsphase
In Nichtwohngebäuden ist Strom (Primärenergie) entscheidend
Energieeffizienz und Nutzerkomfort ergänzen sich in gelungenen Projekten, Innovative Konzepte können in der Praxis bestehen
Betriebsoptimierung ist notwendig und hochwirtschaftlich
Evaluierung beschleunigt Innovation
Ohne Monitoring kein nachhaltiger Betrieb
Den „Königsweg“ gibt es leider nicht
Klinergie 2009 – Energieeffizientes BauenFolie 30
Nutzung innovativer Technik oft einseitig zugunsten neuer architektonischer Optionen!
Gropiusplatz 10 70563 Stuttgart www.egs-plan.de
Steinbeis-Transferzentrum EGSEGS-plan GmbH
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Tel. 0711/99007-5Fax 0711/99007-99
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!