Elektrotechnik
Berliner SolarBau-Symposium 2001 - Energieeffizienz und Solarenergienutzung in Zweckbauten
ep9/2001, 3 Seiten
Aktueller Stand im Wohnungsbau Energieeinsparung und Einsatz umweltfreundlicherer Energiequellen im Gebäudebereich sind seit mehreren Jahrzehnten ein Dauerthema, denn rund ein Drittel des von Menschen verursachten klimabedrohenden CO2-Treibhausgases entstehen dort. Im Ergebnis der bisherigen Entwicklung neuer Bauformen, Materialien und CO2-armer Energiesysteme wird voraussichtlich ab 2002 der „Niedrigenergiehaus-Standard“ im neu errichteten Wohnungsbau Pflicht (vgl. ep 8/2001, S. 612). Testphase im Nichtwohnungsbau bis 2005 Parallel dazu fordert die Bundesregierung von 1995 bis 2005 die Errichtung ähnlicher Gebäude im Nichtwohnungsbau. Die Gesamtverantwortung, Koordination und Information liegt beim Frauenhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE), das bereits l998 in Freiburg ein erstes Status-Seminar veranstaltete (vgl. ep 1/1999, S. 6-8). Das Zweite (am 24. und 25. Juni dieses Jahres im noch nicht bezogenen Neubau des Berliner Technik-Museums durchgeführte) setzte den Erfahrungsaustausch fort (unterstützt durch den Besuch zweier Gebäude und einer Präsentation informativer Poster). Dieses Symposium vermittelte Architekten, Energieplanern und Bauherren eine Übersicht über die bereits errichteten und noch geplanten Gebäude für verschiedene Nutzerkreise. Dabei wurden zwölf Gebäudeobjekte vorgestellt, die sich von zahlreichen anderen modernen Gebäuden im Nichtwohnungsbau unterscheiden. Eine intensive Planung aus energetischer Sicht und eine anschließende mehrjährige Testphase kennzeichen diese Objekte. Dazu musste eine umfangreiche Messtechnik installiert werden (nur diese Leistungen werden vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie durch finanzielle Beihilfen gefördert). Für bereits abgeschlossene, noch in der Realisierungsphase befindliche und noch nicht entschiedene weitere Bauten aus dem Nichtwohnungsbereich gelten folgende, auf die beheizte Nettogrundfläche bezogenen jährlichen Endenergie-Grenzwerte: · Nutzenergie für Heizung/Warmwasserbereitung 40 kWh/m2, · Summe der Nutzenergie aus Wärme und elektrischer Energie für die technische Gebäudeausrüstung 70 kWh/m2, · Summe Primärenergie 100 kWh/m2 und · Summe CO2-Emissionen 23 kg/m2. Sie zu erfüllen setzt zunächst voraus, dass die Wärmeschutzmaßnahmen dem heutigen technischen Stand entsprechend und vor allem qualitätsgerecht realisiert werden. Notwendig ist eine nutzer- und standortspezifische Bewertung des Gebäudes, eine hohe Energieeffizienz der eingesetzten Energiewandler und -verbraucher sowie nicht zuletzt die objektspezifische Auswahl umweltfreundlicher Energiequellen. Auf dem Weg zum „schlanken“ Bürogebäude Das größte Energieeinsparpotential im Nichtwohnungsbau liegt beim Bürogebäude. Die höhere Dichte an Personen und technischen Geräten sowie die strengeren Anforderungen an die Arbeitsplatzbeleuchtung steigern gegenüber Wohngebäuden den Strombedarf erheblich. Große Baukörper im Nichtwohnungsbau haben ein günstiges Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Die durch den hohen Stromverbrauch vorhandenen Wärmequellen und im Vergleich zu Wohngebäuden geringere Hauptnutzungszeit verringern die Bedeutung des Heizwärmebedarfs. Energie für die Warmwasseraufbereitung spielt meist nur eine untergeordnete Rolle. Bild zeigt, dass die bisher errichteten Büro- und Verwaltungsgebäude mehr elektrische Energie als Wohngebäude verbrauchen. Das ändert sich erst bei den neuen „schlanken“ Gebäudekonzepten - so die Bezeichnung der Insider für die Demonstrationsobjekte. Wärmeversorgung mit zahlreichen Varianten Wie Tafel zeigt, werden drei Demonstrationsbauten mit Nah-oder Fernwärme versorgt. Die Wärmeenergie der übrigen Bauten liefern erdgasversorgte Geräte bzw. Blockheizkraftwerke (BH KW). Zwei Systeme werden durch Wärmepumpen (WP) und weitere fünf durch Solarkollektoren (SK) ergänzt. Letztere übernehmen die Warmwasseraufbereitung. Lediglich der Solarkollektor des Passivhauses „Wagner“ ist auch zur Deckung von 50 % der Heizenergie ausgelegt (Bild ). Wegen der geringen Abnahmedichte wird in den restlichen Demonstrationsobjekten dezentral elektrisch Warmwasser aufbereitet. Voraussetzung für die solare Erwärmung ist ein zentrales Warmwassernetz, dessen Abnahmestellen über ein kurzes Leitungsnetz miteinander verbunden sind oder das zentrale Abnehmer wie Kantinen oder Duschräume versorgt. Andernfalls sind die Wärmeverluste größer als der Nutzwärmeverbrauch. Unabhängig davon sind jahreszeitlich bedingt für Solarkollektoren (wie im Wohnungsbau) zusätzliche Wärmelieferanten erforderlich. Eigenstromerzeugung und passive Kühlung Drei der vorgestellten Gebäude nutzen mit BHKW im Leistungsbereich zwischen 5,5 kWe1 und 111 kWe1 die günstige CO2-Bilanz dieser Systeme. Ihr Strom, wie der von vier PV-Anlagen, ist CO2-gemindert bzw. CO2-frei. Durch Verzicht auf konventionelle aktive Klimaanlagen wird bis auf eine Ausnahme Strom gespart. Als Ersatz für die aktive Klimatisierung dominiert in der Mehrzahl der Demonstrationsgebäude die passive Kühlung. Dabei handelt es um Systeme, die Elektropraktiker, Berlin 55 (2001) 9 682 Branche aktuell Berliner Solar Bau-Symposium vom 24. bis 25. Juni 2001 Energieeffizienz und Solarenergienutzung in Zweckbauten Seit 1995 wird die Reduzierung der CO2-Emissionen im Nichtwohnungsbau erforscht. Die vorliegenden Teilergebnisse zeigen, dass die Energieplanung neuen Anforderungen genügen muss (im Vergleich zum Wohnungsbau). Ein gutes Ergebnis setzt insbesondere die enge und kompromissbereite Zusammenarbeit zwischen Architekten, Fachingenieuren für Gebäudetechnik und den Bauherren/Nutzern voraus. 400 kWh/m2a 300 200 100 Wohngebäude Bürogebäude Wärme Strom Primärenergie Passivhaus mit Saisonspeicher von 85000 Liter Volumen (Foto: Fa. Wagner) Vergleich des Energieverbrauch für Gebäude Zahlen für Wohngebäude aus einer Verbrauchsstatistik (Deutschland); Zahlen für Bürogebäude aus einer Querschnittsstudie von 100 Gebäuden (Schweiz) (Quelle: Solar Bau Journal) · Erdreich, · Grundwasser oder · Nachtluft als Kältequelle nutzen und mit Lüftern oder allein durch Auftriebskräfte (Kaminwirkung) kühlen. In der Regel werden Erdreichwärmetauscher eingesetzt, deren unterirdisch verlegten Rohre im Winter die Außenluft vorwärmen und diese im Sommer kühlen (Bild ). Unverzichtbar ist außerdem die Nachtluftkühlung, die im Sommer die tagsüber in den Betonmassen gespeicherte Wärme abführt. Reicht die passive Kühlung nicht aus, kann beispielsweise für Labor-und EDV-Räume eine CO2-geminderte aktive Kühlung/Klimaanlage genutzt werden. Sie „transformiert“ entweder die Abwärme von BHKW mit thermisch angetriebenen Kältemaschinen oder die solar gewonnene Wärmeenergie mittels eines „Sorptionsrades“ auf ein niedrigeres Temperaturniveau, so dass der Strombedarf erheblich sinkt (vgl. ep 1/1999, S. 50-55). Erst wenn wie im Neubau des ISE die so erzeugte Kühlung nicht ausreicht, ist eine elektrisch angetriebene Kältemaschine unverzichtbar (Bild ). Wie in diversen Krankenhäusern, Schwimmhallen, Einkaufzentren und Bürobauten bereits in der Vergangenheit nachgewiesen wurde, senken BHKW mit Verwendung der Abwärme zur Gewinnung von Nutzenergie für Heizung und Kühlung die Betriebs- und Investitionskosten. Das wird möglich, weil die BHKW · praktisch im Dauerbetrieb die Klimatisierung sichern und · gleichzeitig als unverzichtbare Notstromaggregate ständig netz -gekoppelt Strom liefern. Tageslicht und weitere Reibungspunkte Nach den vorliegenden Erfahrungen ist das Strom-Einsparpotential der Kunstlichtbeleuchtung vielfach noch größer als das von Kühlung/ Klimatisierung. In mehreren Beiträgen des ep wurde gezeigt, dass durch · Einsatz von Energiesparlampen und · Installation einer tageslicht- und nutzerabhängigen Kunstlichtregelung der Stromverbrauch deutlich gesenkt werden kann. Bestandteil einer solchen Entwicklung sind Sonnen- und Blendschutzsysteme. Sie lassen sich notfalls nachrüsten, genauso wie eine effektive farbliche Gestaltung der Decken und Wände. Das Einsparpotential ist aber vom Gebäude abhängig und deshalb begrenzt. Eine optimale Lösung muss, ähnlich wie bei der Klimatisierung/Kühlung, schon bei den ersten Grobplanungen des Neubaus beginnen. Schon die Strukturierung und Orientierung des Baukörpers hat Einfluss auf den Bedarf an Wärme, Kühlung und Kunstlicht. · Raumtiefe, · Raumhöhe, · Fenstergröße, · Fensterglas etc. bestimmen die Wärmedämmung und den Kunstlichtbedarf. Die Gestaltungsmerkmale des Nichtwohnungshaus haben aber auch Einfluss auf · eine ansprechende Architektur, · Investitionskosten und · Vermietbarkeit. Gebiete, bei denen der Bauherr und in einigen Fällen auch der spätere Nutzer ein Mitspracherecht beanspruchen. Damit sind Zielkonflikte und Kompromisse nicht zu vermeiden. Fazit Es bleibt zu hoffen, dass sich kosten- und zeitaufwendigen Arbeiten vermeiden lassen, wenn die angestrebte integrale Gebäudeplanung Grundlage des ganzheitlichen Handelns wird. Noch ist sie Gegenstand der Erprobung und der Präzisierung. Sie soll rechnergestützt Entscheidungsprozesse objektivieren und damit Planung wie Realisierung vereinfachen. Den Fachplaner wird sie wohl kaum ersetzen können. Er ist Mitglied eines Teams, das vermutlich auch in Zukunft der Architekt leitet. H. Kabisch Elektropraktiker, Berlin 55 (2001) 9 684 Branche aktuell Tafel Wärmeversorgungssysteme Projekt Energieträger Wärmeerzeuger Heizleistung pro Wärme- Warm- Solarkolm2 beheizter verteilungs- wasser lektoren NGF in W/m2 ECOTEC Fernwärme/Strom WP 50 Wasser/Luft zentral SK Wagner Erdgas BHKW 6 1) Luft zentral SK Hübner Nahwärme - 37 Wasser zentral SK FhG-ISE Erdgas BHKW/Kessel 81 2) Wasser dezentral 4) SK DB Erdgas BW-Kessel 77 Wasser dezentral - FH-BRS Erdgas BHKW/BW-Kessel 47 Wasser dezentral 4) - GIT Erdgas/Strom BW-Kessel, WP 65 5) Wasser k. A. - Lamparter Erdgas BW-Kessel 18 Luft zentral SK TU-B Fernwärme - 35 Wasser dezentral - Sur Tec Erdgas BW-Kessel 18 3) Luft zentral - ZUB Fernwärme - Wasser ohne - WP Wärmepumpe; BW-Kessel Brennwertkessel 1) großvolumiger Pufferspeicher der Kollektoranlage vorhanden 2) inkl. Leistung für die thermische Kälteerzeugung und Prozesswärme 3) inkl. Prozesswärmeerzeugung 4) Küche zentral 5) inkl. benachbartem Gästehaus (Quelle: Solar Bau Journal2000/Kb) Generator elektrische Kältemaschine Sorptionsrad thermische Kältemschine Solarkollektor Heizkessel BHKW Erdwärmetauscher Wärmerückgewinnung Netzstrom Erdgas Strom Kälte Wärme Energieversorgungsschema im Frauenhofer ISE Erdreich-Wärmetauscher aus Betonrohren zur Vorerwärmung von Frischluft (bereits in 2 m Tiefe ist die Temperatur des Erdreichs mit etwa 10 °C (im Sommer und Winter) nahezu konstant) (Foto: Fa. Wagner)
Autor
- H. Kabisch
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