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Energiekonzept für ein bestehendes Verwaltungsgebäude - Was sollte

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effizienz.forum 2007
Energiekonzept für ein bestehendes Verwaltungsgebäude Was sollte genutzt, was ausgetauscht werden?
Dr.-Ing. Architekt Alfred Kerschberger. RK-Stuttgart Architekten und Ingenieure
Pflasteräckerstr. 88, D-70186 Stuttgart, Tel.: +49 (0)711/28 51 613
rk-stuttgart@t-online.de, www.rk-stuttgart.de
Maximaler Effekt bei möglichst geringem Aufwand – das stand im Vordergrund des
Leuchtturmprojekts DEGEWO-Bürogebäude, Berlin. Innovative Techniken zu
demonstrieren, gut Funktionierendes zu erhalten, eine hohe Energieeinsparung zu
erzielen und das Raumklima zu verbessern, waren die Ziele des Projektes.
Abbildung 1: Fallstudie für ein innerstädtisches Bürogebäude aus den 60er Jahren
Viele Bürogebäude der Nachkriegsjahrzehnte stehen nach 30 – 50 Jahren Nutzungszeit
zur Modernisierung an. In der Regel muß dabei sowohl die Gebäudehülle verbessert, als
auch die vorhandene Haustechnik modernisiert werden. Bürohäuser dieser Baujahre
verbrauchen um 125 kWh/m2a an Heizenergie, der Stromverbrauch für Lüftung,
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effizienz.forum 2007
Klimatisierung und Beleuchtung liegt bei etwa 50 kWh/m2a [1]. Dadurch entstehen
Primärenergieverbräuche von knapp 300 kWh/ m2a. In Einzelfällen wird durchaus auch
das Doppelte bis Dreifache verbraucht [2]. Bei energieeffizienten Büroneubauten sind
dagegen schon Werte unter 100 kWh/ m2a gemessen worden. Dies ist mit ambitionierten
Konzepten auch im Bestand die Orientierungsmarke: Neue Technologien und innovative
Materialien machen es möglich, sanierungsbedürftige Bürogebäude in zukunftsfähige
Liegenschaften mit höchster Arbeitsplatzqualität zu transformieren – bei Betriebskosten,
die deutlich unter den bisherigen liegen. Genau diese Zielsetzung verfolgt das
Bundeswirtschaftsministerium mit dem Förderkonzept Energieoptimiertes Bauen (ENOB).
Es werden modellhafte Sanierungen mit innovativen Komponenten bezuschusst, um neue
Technologien zu demonstrieren und in den Markt zu bringen. Mit ENOB-Förderung konnte
ein interdisziplinäres Planungsteam ein 100 kWh-Primärenergie-Konzept für ein
bestehendes Bürogebäude entwickeln und die Planung bis zur Bauantragsreife
voranbringen [3].
Das siebengeschossige Bürohaus liegt im Zentrum Berlins an einer vielbefahrenen
Hauptstraße. Es wurde 1967 in Betonskelettbauweise errichtet und bietet rund 6500 m2
Nutzfläche. Die Grundrisse zeigen den typischen Mittelflur mit südöstlich zur Straße und
nordwestlich zum Innenhof orientierten Büroräumen. Sowohl Baukonstruktion als auch
Haustechnik befinden sich noch auf dem energetischen Standard der späten 60er Jahre.
Obwohl das Gebäude über die Jahrzehnte kontinuierlich instand gehalten wurde, machen
sich Verschleißerscheinungen bemerkbar, die eine Grundsanierung anraten.
Leider wurde der innovative energetische Ansatz des Sanierungskonzeptes letztlich nicht
umgesetzt. Dennoch: Die einzelnen Komponenten des Energiekonzeptes und vor allem
die übergeordneten Leitlinien sind auf die große Anzahl von Bürogebäuden der 50er bis
70er Jahre übertragbar und adaptierbar.
Als Planungsgrundsätze galten:
- Zunächst winterliche Verluste und sommerliche Kühllasten durch Verbesserung der
Gebäudehülle verringern
- Dann durch energieeffiziente Haustechnik den spezifischen Energieaufwand für die
Energiedienstleistungen Heizung, Kühlung, Lüftung und Beleuchtung minimieren
- Mit einer intelligenten und komplexen Regelung, in der alle Energiedienstleistungen
verknüpft werden, eine bedarfsorientierte Regelung der Systeme realisieren
- Keine spektakulären Einzel-Lösungsansätze anstreben, sondern Synergieeffekte,
wo sich viele, auch unspektakuläre Komponenten ergänzen, um das Ziel einer
kostenoptimierten funktionssicheren Niedrigenergiesanierung zu erreichen.
Innovative Besonderheit 1: Einsatz einer Fassade mit Vakuumisolation
Zur Straßenseite wurde eine Fassade mit ca. 600 m2 Vakuumisolation vorgesehen. Die
VIP-Paneele selbst sind 40 mm dick und erbringen einen Dämmwert entsprechend 35 cm
Polystyrol. Eine derart geringe Aufbaudicke erlaubt den Anschluß an die Nachbargebäude
ohne sichtbare Vor- und Rücksprünge. Eine innere Dämmebene aus 30 mm Mineralfaser
dient zum Oberflächenausgleich der bestehenden Waschbeton-Wetterschale und zum
Schutz der empfindlichen Vakuumisolationspaneele. Die Außenbekleidung der Fassade
besteht aus 4 mm dicken Alucobondplatten.
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effizienz.forum 2007
Innovative Besonderheit 2: Einsatz von Latentspeichermaterial
Die thermisch wirksame Masse wird in den südostorientierten Räumen, wo die höchsten
thermischen Belastungen stattfinden, durch PCM-Deckensegel erhöht. PCM oder Phase
Change Materials nehmen beim Phasenwechsel von fest zu flüssig eine enorme
Wärmemenge auf. Nachts wird die Wärme abgeführt durch die Nachtlüftung und die PCM
kristallisieren wieder aus. Ein in das Deckensegel integrierter Radialventilator verbessert
die kritische nächtliche Wärmeausspeicherung.
Innovative Niedrigenergiesanierung DEGEWO
Passiv-hybride Nachtlüftung
Natürliche Klimatisierung
Sommer Nacht:
Lüftungsflügel geöffnet für freie
Konvektion; Raum kühlt aus
Kühle Raumluft wird gezielt
über Latentspeicher geführt
Latentspeicher geben Wärme
ab und härten aus
Ggf. Unterstützung durch
mech. Lüftung
Lüftungsflügel
geöffnet
Radialventilator
Luftwechsel bei ∆Tinnen-außen=6K: ca. 4•1/h
Okt-07
R K - Stuttgart
Architekten + Ingenieure
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Abbildung 2: Anordnung des PCM im Deckensegel [3]
Konventionelle Wärmeschutzkomponenten
Die Fassadenflächen zur Hofseite, werden mit 20 cm dicken WDVS gedämmt. Der U-Wert
der Außenwand beträgt hier 0,15 W/m2K. Dreifach verglaste Superfenster mit Uw < 0,9
W/m2K und hohem Schalldämmwert ersetzen die alten isolierverglasten Holzfenster. 20
cm Dachdämmung und 12 cm Kellerdeckendämmung erbringen den Wärmeschutz nach
oben und nach unten.
Tages- und Kunstlichtoptimierung
Jalousien mit getrennt ansteuerbarem, oberem Behangteil sorgen für optimale
Tageslichtnutzung, für Verteilung des Tageslichtes bis tief in den Raum und für geringen
Beleuchtungsstromverbrauch. Eine zonale Tageslicht-Ergänzungsbeleuchtung in
Abhängigkeit der Außenhelligkeit und der Nutzeranwesenheit bringt hohe
Beleuchtungsqualität und reduziert den Stromverbrauch weiter. Die optimale
Beleuchtungsanordnung und der Einsatz stromsparender Leuchtmittel vervollständigen
das Konzept.
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effizienz.forum 2007
Optimaler Sonnenschutz des Gebäudes
Es werden hochselektive Verglasungen mit hoher Tageslichttransmission und geringem gWert eingesetzt. Dadurch verringern sich die sommerlichen solaren Lasten bei gleichzeitig
optimiertem Tageslichtangebot (Lichttransmission 60 %, g-Wert 30 %). Eine kombinierte
Wärme-Sonnenschutzverglasung des voll verglasten Treppenhauses kann dessen
sommerliche Überwärmung drastisch vermindern. Automatische Jalousieregelungen nach
Temperatur und Sonneneinstrahlung sind für fortschrittliche Bürogebäudekonzepte schon
fast selbstverständlich.
Hocheffiziente, energiesparende Lüftung und Klimatisierung
Eine schlank dimensionierte Zu- und Abluftanlage mit intelligenter Regelung, niedrigen
Luftwechselraten, geringer Luftgeschwindigkeit im Kanalnetz, hocheffizienter
Wärmerückgewinnung und raumweise präsenzabhängiger Regelung ermöglicht höchste
Lüftungseffizienz bei geringstem Energieeinsatz. Durch Austausch aller Röhrenmonitore
gegen TFT-Monitore und durch energieeffiziente Beleuchtung werden die den Kühlbedarf
bestimmenden inneren Lasten maßgeblich verringert. Für den Sommerfall kommt eine
adiabate Kühlung der Zuluft zum Einsatz. Die Auskühlung der Räume in der
Sommernacht
übernimmt
ein
BUS-gesteuertes
Nachtlüftungssystem.
Im
Fensterbandbereich liegende Lüftungsflügel öffnen sich nachts automatisch, so dass die
Räume durch natürliche Konvektion auskühlen. Während extrem heißer Sommerperioden
kommt unterstützend die mechanische Lüftungsanlage als Einkanal-Zuluftsystem zum
Einsatz.
Optimierung des Heizungssystems
Der Anschlusswert der Fernwärmestation kann um 80 % zurückgenommen werden. Die
Verteilungsstränge und Heizkörper werden entsprechend neu einreguliert. Durch die
Wärmebedarfsreduzierung läßt sich das vorhandene System als Niedertemperaturheizung
betreiben. Eine programmierbare Heizungsregelung umfasst die elektronische
Optimierung der Vorlauftemperatur, die Fernablesung aller Energieverbräuche sowie
automatisierte Störungsmeldungen und Verbrauchsanzeige in jeder Nutzeinheit sowie in
der Verwaltung.
Hochwertige Gebäudeautomation (BUS-System)
Heizung, Lüftung und Beleuchtung werden abhängig von Nutzeranwesenheit, Zeitschaltprogrammen, äußeren Randbedingungen und Nutzerwunsch gesteuert. Koppelrechner
ermöglichen die bedarfsgeführte Steuerung der Heizungs-Vorlauftemperatur abhängig von
der Stellung der Heizkörperventile sowie die Regelung der Lüftungsventilatoren abhängig
von der Lüftungsanforderung in jedem Raum. Der Haustechniker / facility manager besitzt
volle Überwachungs- und Eingriffsmöglichkeit für alle haustechnischen Komponenten am
Steuerungs-PC.
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Photovoltaik
Zur Abrundung des Konzeptes kommt eine in die Dachhaut integrierte PV-Anlage zum
Einsatz, die dem Projektanspruch: „Hoher Nutzen bei geringem Aufwand“ genügt.
Aufgrund der im EEG festgeschriebenen Einspeisevergütung amortisiert sich die Anlage
auch ohne Pilot-Förderung in 10 bis 15 Jahren.
Ergebnisse
Die Sanierung ist so konzipiert, dass sie in genutztem Zustand erfolgen kann. Im Ergebnis
wird der Primärenergiebedarf für Heizen, Kühlen, Beleuchten von 300 auf 100 kWh/m2a
gesenkt. Die Lüftungsanlage erlaubt es, auch im Sommer die Fenster zur Straße
geschlossen zu halten. Eine sanfte Kühlung mit minimalem Energieverbrauch bringt die
Zuluft auf bis zu 10 K unter Außentemperatur. Die Lichtqualität entspricht den neuesten
Normen für Bildschirmarbeitsplätze. Konventionelle Klimaanlagen mit hohem
Stromverbrauch kommen nicht zum Einsatz, dennoch findet eine nachhaltige
Komfortverbesserung, sowohl im Sommer, wie auch im Winter statt. Dies betrifft nicht nur
den thermisch-hygrischen Komfort, sondern auch die Luftqualität, den Schallschutz und
die natürliche und künstliche Beleuchtung.
Die energierelevanten Kosten des Vorhabens belaufen sich auf 565 €/m2. Eine Sanierung
nach EnEV würde rund 270 €/m2 kosten, jeweils einschl. Mehrwertsteuer, jedoch ohne
Baunebenkosten, für die weitere 12 – 15 % einzukalkulieren sind. Kosten für
nichtenergetische Maßnahmen, wie z.B. die Modernisierung der Sanitärbereiche oder des
Foyers, sind hierin nicht enthalten. Die jährlichen Betriebskosteneinsparungen belaufen
sich auf rund 65.000 € pro Jahr. Unter Berücksichtigung einer Pilotförderung im Rahmen
des BMWT-Förderprogrammes ENOB konnte eine Amortisationszeit von 13 Jahren
abgeschätzt werden. Als positiver Nebeneffekt kommt die Wertsteigerung des Gebäudes
hinzu, aufgrund der hochwertigen Gebäudehülle in Verbindung mit modernster
Haustechnik und aufgrund der niedrigen Betriebs- und Instandhaltungskosten.
Dieses Projekt mit dem Förderkennzeichen 0329750 W wurde im Rahmen des
Förderkonzeptes Energieoptimiertes Bauen (ENOB) gefördert durch das
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie. Die Abwicklung lag in den
Händen des Projektträgers Jülich (PTJ) beim Forschungszentrum Jülich GmbH.
Literatur:
[1] Voss u.a. (Hrsg): Bürogebäude mit Zukunft, TÜV Verlag Köln, 2005
[2] U. Schnaars, H. Schiller: Energetische Gesamtoptimierung der Staats- und
Universitätsbibliothek Bremen GOSUB . download von www.gosub.uni-bremen.de, Nov.
2006
[3] A. Kerschberger u.a.: INES Innovative Niedrigenergiesanierung des DEGEWOBürogebäudes Potsdamer Str. 60 – 66 in 10785 Berlin. Schlußbericht zum BMWT-EnSanVorhaben 0329750W
[4] A. Kerschberger, M. Brillinger, M. Binder: Energieeffizient sanieren – Mit innovativen
Techniken zum Niedrigenergiestandard. Verlag Solarpraxis, Berlin, Januar 2007
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