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Energieoptimiertes Bauen - Netzwerk von Forschern, Planern
Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Energieoptimiertes Bauen – Ein Netzwerk von Forschern, Planern, Bauherren und der Wirtschaft ……………… Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Folie 1 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Inhalt Kontext Demonstrationsprojekte Monitoring Technologieforschung Werkzeuge & Lernnetzwerk EnOB International Fazit & Ausblick Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Folie 2 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Klimaschutz und Gebäudebestand Im Gebäudesektor entstehen etwa 1/3 der CO2-Emissionen. Etwa die Hälfte entstehen vor Ort, die andere Hälfte in den Kraft- und Heizwerken zur Energieversorgung durch die Netze. (nur Eigenverbrauch und Verluste) Quelle: Kosten und Potenziale zur Vermeidung von Treibhausgasen in Deutschland – Sektorbericht Gebäude, McKinsey, 2007 Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Folie 3 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Energiekonzept 2010 / Energieforschungsprogramm 2011 Mit der Novelle der EnEV 2012 wird das Niveau „klimaneutrales Gebäude“ für Neubauten bis 2020 auf der Basis von primärenergetischen Kennwerten eingeführt. Der daran ausgerichtete Sanierungsfahrplan für Gebäude im Bestand beginnt 2020 und führt bis 2050 stufenweise auf ein Zielniveau einer Minderung des Primärenergiebedarfs um 80 Prozent. Das geltende Wirtschaftlichkeitsgebot ist dabei einzuhalten. Energiekonzept 9/2010 Energieforschung ist Bauforschung! Quelle: BMWi Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Folie 4 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Demonstrationsprojekte Zwischen 1995 und 2012 wurden rund 70 Demonstrationsprojekte realisiert und einem mindestens 2-jähringen Monitoring unterzogen. Daran waren zahlreiche Bauherren, Planer, Hochschulen und Institute beteiligt. Typologie Wohnen Verwaltung Produktion Institute, Schulen Verkaufsstätten Bäder Krankenhäuser Wohnheime Museen Experimantalbauten Summe Laufende Projekte EnBau EnSan 0 0 1 0 0 1 3 5 1 0 2 0 0 1 0 0 0 0 3 0 10 7 Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Abgeschlossene Projekte EnBau EnSan 0 10 16 5 4 0 4 6 0 0 0 0 0 0 0 2 1 0 5 0 30 23 Summe 10 22 5 18 1 2 1 2 1 8 70 Folie 5 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Energiekennwerte aus der Praxis 250 Büro-/Verwaltungsgebäude kWh/m²a Primärenergie Endenergie 200 90 150 Strom Wärme Nutzer ! 82 35 100 TGA 53 110 Nutzer TGA 20 50 74 55 46 2005 85 0 EnOB Primärenergie Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 EnOB Endenergie EnBop Endenergie BMVBS EnEV 2009 Folie 6 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Stromverbrauchskennwerte im Detail Langzeitprofile aus FhG ISE Datenbank http://enob.ise.fraunhofer.de/website/enob/EnOB-Datenbank/Willkommen.html Stromverbrauch nach Verbrauchern [kWh/m²a] Burse, PH Heizung Burse, NEH Wärmepumpe EuB Lüftung REB Licht KFW HH Kälte Thiepvalareal SDH 2007 HdR Barnim UBA SIC Verwaltung BOB TMZ EnerGon KfW Ost Pollmeier 119 Lamparter DB Netz Lindenberg Produktion Solvis SurTec Quelle: Uni Wuppertal GMS ZUB Institut NIZ 0 Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 20 40 60 Folie 7 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Raumklima Monitoring Detailanalysen im Kennfeld der DIN EN 15251 30 Raumtemperatur [°C] 28 26 24 22 20 18 Quelle: Fraunhofer ISE 0 5 10 15 20 25 30 gleitendes Tagesmittel Außentemperatur [°C] Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Folie 8 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Akustischer Komfort versus Raumklima Um die Geschoßdecken frei thermisch aktivieren zu können, ist oft eine akustische Bedämpfung erforderlich. Die notwendige Reduzierung der Nachhallzeiten wird durch Breitbandabsorber an den Wänden erreicht. Foto: IBUS Architekten, Berlin Quelle: Dr. D. Hennings Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Folie 9 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Die Nutzer mitnehmen: POE – Post Occupancy Evaluation Gebäudereport Ergebnisse Nutzerbefragungen im Sommer (2850 Fragebögen) üblicher Standard (N ~ 650) EnOB-Standard (N ~ 1.200) Gesamtbedingungen (alles in allem) Tageslicht im Raum Sonnen- / Blendschutz Temperatur Nutzereinfluss auf Temperatur Luftqualität Quelle: KIT Nutzereinfluss auf Luftqualität -2 Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 -1 0 1 2 Folie 10 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Monitoring und Betriebsoptimierung Innovative Werkzeuge für Planung, Qualitätssicherung und Betriebsoptimierung MoniSoft (Universität Karlsruhe) EnSim (Universität Stuttgart) datastorage (Fraunhofer ISE, Freiburg) Energie-Navigator (TU Braunschweig), ………u.a. Ergebnisse Unterschiede zwischen Planung und Praxis sind erheblich (5-10% bei Heizungsanlagen, >30% bei Lüftungsanlagen) Hauptursache: Qualitätsdefizite in allen Leistungsphasen Koordination: IGS, TU Braunschweig Evaluierungen zur Leistung von Komponenten und Anlagen in der Praxis erfolgen bisher nur stichprobenartig Kaum strukturierte Dokumentation von Qualitätsmängeln und Maßnahmen Webservice EnBop-Netzwerk Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Folie 11 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Erfahrungsaustausch EnOB:Monitor Monitoring Workshop, Kassel, 2012 EnOB:Monitor Monitoring Leitfaden, update 2012 EnBop-Foren: Moderierte Diskussionsrunden mit 30 Experten aus Forschung und Praxis EnBop-Netzwerk: Webservice zur Dokumentation von Optimierungsmaßnahmen (www.enbop.info) Austausch mit Eneff:Stadt (www.eneff-stadt.info ) Kooperation mit Europäischen Partner-Projekten Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Folie 12 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Kostenmonitoring und Kostenkennwerte Wachsendes Interesse an „nachhaltigen & energieoptimierten Objekten“ am Immobilienmarkt durch institutionelle Anleger (Investoren, Fonds,...), aber auch Verunsicherung durch Begriffsvielfalt und mangelnde Transparenz. Die investiven Kosten der EnOB-Projekte sind unauffällig oder liegen höchstens 5 % über denen marktüblicher Gebäude. Büro-/Verwaltungsbauten Vergleichsbasis Oscar 2009 Quelle: Uni Wuppertal / KIT Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Folie 13 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Baunutzungskosten Dieses neue Themenfeld bedingt zeitintensive Recherchen und ein hohes Maß an Vertrauen zwischen der Begleitforschung und dem Bauherren. Erste Ergebnisse liegen für 15 Büro- und Verwaltungsbauten vor. Bauübliche Kostenschätzungen aus der Planungsphase werden meist unterschritten. Beispielauswertung N4 S1 S2 N1 S5 N9 Wartungskosten Klima/Lüftung N8 Wartungskosten Heizung N9 N4 0 S1 S2 0,2 0,4 0,8 0,6 1,0 1,2 1,4 1,6 [€ / m²NGF Jahr, netto] EnBau Gebäude EnSan Gebäude Mittelwert OSCAR 2009 Quelle: Uni Wuppertal / KIT Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Folie 14 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Energieoptimierter Discounter in Rastatt, 2010 Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Architektur: Ingenieur- und Planungsbüro Finzel Forschung/Evaluierung: Fraunhofer ISE Foto: Aldi Süd GmbH Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Folie 15 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Freizeitbad in Passivhausbauweise in Bamberg, 2011 Architektur: pbr-Planungsbüro Rohling Forschung/Evaluierung: Passivhaus Institut Foto: Stadtwerke Bamberg Bäder GmbH Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Folie 16 45 3-Liter-Haus-Schule Marktoberdorf 44 Energie-Spar-Schule Cottbus 43 Plusenergieschule Rostock 42 Sporthalle Dormagen 41 Schulsanierung Olbersdorf 39 Supermarkt 36 Science College 32 Regionshaus Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss 40 Statdbibliothek Nürnberg 38 Plusenergie-Grundschule 37 Sport- und Wellnessbad 35 Campus energy 21 34 Solar Decathlon Winner 33 Dienstleistungszentrum 31 Wohngebäude in Hofheim 30 KfW-Haupthaus 29 San. Gründerzeithaus 28 REB 27 Druckerei E&B 26 KITA Plappersnut 25 Umweltbundesamt 24 Museum Ritter 23 Lebenshilfe 22 Bibliothek Brenen 21 3-Liter-Haus Mannheim 20 Gebhard-Müller-Schule 19 Neue Burse 18 Bürosanierung im Passivhausstandard 17 Käthe-Kollwitz-Schule Aachen 16 Altenpflegeheim Sonnenb. 15 Forschungslabor Jülich 14 Solar-Infocenter 13 Energon Pollmeier 12 KfW-Ostarkade Fraunhofer ISE 9 11 Solvis ZUB 8 10 BOB SurTec 7 FH Bonn-Rhein-Sieg 4 6 DB Hamm 3 Lamparter Wagner 2 5 Hübner 1 Technologie Projekte Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Schaumglas-Granulat Vakuum-Dämmung kapillaraktive Innendämmung Transparente Wärmedämmung 3-fach Verglasung 4-fach Verglasung Fensteraufdopplung (Kastenfenster) therm. optimierte Balkenköpfe Wärmebrückenoptimierung Passivhaus-Standard vorgehängte Leichtkonstruktionsfassade Folien-Membrandach PCM Nachtlüftung therm. Bauteilaktivierung Lichtlenkende Systeme Technologien schallabsorbierende Bauteile lichtlenkende/-streuende Verglasungen Lichtdecke Micro-Raster-Dachverglasung windfester außenliegender Sonnenschutz lichtlenkender Sonnenschutz schaltbare elektrochrome Verglasung präsenz-/tageslichtabh. Lichtregelung LED Luft-Erdreich-Wärmetauscher Sole-Erdreich-Kollektor Kompaktlüftungsgerät mit WRG Solarthermie Saisonalspeicher Photovoltaik Windkraftanlage Holzpellet-Kessel Wärmenutzung aus Fernwärme-Rücklauf regenerative Nah-/Fernwärme BHKW/ Holzpellet, Rapsöl, Stirling Kraft-/Wärme-/Kälte-Kopplung ORC-Anlage mit Fernwärme Prozesswärmenutzung Wärmepumpe Absorptions-Kältemaschine/Wärmepumpe Adsorptions-Kältemaschine geothermisch gestützter CO2-Kälteverbund Schwerkraftkühlung Jahre Frequenzumformer-Regelung für Ventilatoren und Pumpen dezentrale Heizungspumpen 1995 2000 Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 2005 2010 2012 Folie 17 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Technologien – Trendanalyse Gebäudekonditionierung Während anfänglich verstärkt (große) Luft-Erdreich-Wärmetauscher zur Kühlung der zentralen Zuluft und/oder (freie) Nachtlüftung im Rahmen einer passiven Kühlung eingesetzt wurden, dominieren heute thermoaktive Bauteilsysteme in Verbindung mit geothermischen Wärmesenken. Ausgehend von dem Vorhandensein der Wärmesenke ist der Einsatz von Wärmepumpen zur Gebäudeheizung naheliegend. Eine wachsende Zahl von EnOB-Projekten sind daher sogenannte >Nur-Strom-Gebäude<. „Demand side management” und die „Netzinteraktion“ bilden dabei neue Forschungsfelder. Technologie 2000 2005 2010 2012 PCM Nachtlüftung therm. Bauteilaktivierung Luft-Erdreich-Wärmetauscher Wärmepumpe Photovoltaik EnBau Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 EnBau / Eneff:Schule EnSan EnSan/ Eneff:Schule Folie 18 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Nullenergiehaus, Plusenergiehaus, Passivhaus+, Effizienzhaus+,… EnOB-Projekte zählen zu den Pilotprojekten auf dem Weg zum >Nearly Zero Energy Building< (EBPD Fortschreibung 2010). Neben hoher Energieeffizienz ist das Merkmal die gebäudeeigene Stromerzeugung durch PV oder KWK Anlagen Gemessene Bilanz aus Primärenergiebezug und – gutschriften für eigene Stromerzeugung für 80 Projekte weltweit. Primary energy credits [kWh/m²NFA y] 250 Small residential buildings new Small residential buildings ren. Apartment buildings new Apartment buildings ren. Settlements new 200 150 Settlements ren. Office buildings new 100 Office buildings ren. Educational buildings new Factories new 50 Hotels ren. 2011 0 0 50 Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 100 150 200 250 Primary energy consumption [kWh/m²NGFy] Quelle: Uni Wuppertal Folie 19 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Plusenergieschule in Hohen Neuendorf, 2011 Architektur: IBUS Architekten & Ingenieure Forschung/Evaluierung: HTW Berlin Plusenergie bei der Schulsanierung: EnSan Projekte in Rostock und Stuttgart, Begleitforschung Fraunhofer IBP: http://www.eneff-schule.de/ Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Folie 20 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Planungswerkzeuge http://www.enob.info/de/software-und-tools/ EnerCalc - DIN 18599 leicht gemacht Quelle: Uni Wuppertal / M. Lichtmeß WufiPlusTherm - Gebäudesimulation Quelle: Fraunhofer IBP TEC – Teilenergiekennwerte für Bestandsgebäude Quelle: IWU Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Folie 21 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss EnOB für Studierende Dissertationen, Diplomarbeiten, Hiwi-Jobs, Solar Decathlon, ….. Sommerakademien „Architektur mit Energie“ Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Folie 22 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Lernnetz Bauphysik & Architektur Aufbau einer webbasierten Lehr- und Lernplattform zur hochschulübergreifenden, freien Nutzung. Neben EnOB basierten Lehr- und Lernmodulen werden ein zentraler Gebäude- und Bauteileditor und eine Ausgabeplattform bereitgestellt. Aktuelle Entwicklungen binden die Gebäude- und Lichtsimulation ein. Offene Schnittstellen erlauben weitere Applikationen. http://www.lernnetz-bauphysik.de/ Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Folie 23 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Das Forum „Internationale Energieagentur IEA“ SHCP Task 40 / ECBCS Annex 52: Towards Net Zero Energy Solar Buildings SHCP Task 41: Solar Energy in Architecture ECBCS Annex 49: Low Exergy Systems for High Performance Buildings and Communities ….. Arbeitstreffen in Wuppertal, 2009 Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Folie 24 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Internationalisierung: Deutsche Schule Madrid Preisträger BMWi Preis 2011: Architektur mit Energie Baubeginn 2013, Fertigstellung 2015 Architektur: Grüntuch Ernst Architekten, Berlin Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Folie 25 Bergische Universität Wuppertal Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss Fazit & Ausblick Erst die Energieeffizienz schafft die notwendige Flexibilität für die Energiewende hinsichtlich Energieträgern und zeitlicher Verfügbarkeit. Für eine nachhaltige Entwicklung im Gebäudebereich gehören Energieeffizienz, Energiewende und Klimaschutz zusammen. Wirtschaftliche Vorteilhaftigkeit ist mehr als eine kurze Amortisationszeit: Lebenszykluskosten, Wertstabilität, …. Die Potenziale der energetischen Betriebsoptierung bleiben oft ungenutzt: Monitoring und Analyse ist ein Geschäftsbereich mit Zukunft! Unsere internationale Reputation im Gebäudebereich ist hoch. Die Wertschöpfungskette erscheint noch nicht ausgeschöpft. Demonstrationsprojekte mit überzeugender Architektur kommunizieren auch weiterhin besonders erfolgreich die Strategie- und Technologieforschung im Bauwesen. Der Schwerpunkt liegt bei der Transformation von Bestandsgebäuden. Energieoptimiertes Bauen – Berliner Energietage 2012 Folie 26
