TGA-Planung 2002/1

„Energieaspekte“ – Revitalisierung von Altbauten

Ing. Johann Leibl, TGA-Planung 2002, WEKA-Verlag Wien, Seiten 14 bis 17

Bei der Revitalisierung einer Immobilie wird man sich zwangsläufig auch mit dem Energie- und Medienbedarf und folglich mit der technischen Gebäudeausrüstung auseinandersetzen müssen. Die Verbesserung der Funktionalität, die Reduzierung der Folgekosten (2. Miete), aber auch veränderte Sicherheitsstandards, Umweltschutzregeln sowie Wartungs- und Bedienungsstandards etc. spielen dabei eine wichtige Rolle.

Ein wesentlicher Faktor ist, ob die Gebäude mit einer zu öffnenden oder einer geschlossenen Fassade ausgestattet sind. Gebäude, die vor 1965 erstellt wurden, weisen in der Regel eine öffenbare Fassade auf, während Gebäude, die von 1965 bis 1985 erstellt wurden, oft mit einer geschlossenen Fassade versehen sind. Erst seit 1985, als die Auswirkung der Energiekrisen und ein sich stark artikulierendes Bedürfnis der Raumnutzer nach öffenbaren Fenstern deutlich wurde, konzipierte man Gebäude – selbst Hochhäuser – mit öffenbaren Fassaden.

Bewertung des Energiebedarfes

Der Energie- und Medienbedarf einer Immobilie lässt sich unschwer an Hand der Monats- und Jahresabrechnungen der Energie- und Medien-versorgung feststellen. Leider fehlen oft Messeinrichtungen, um den Energiebedarf von Spezialeinrichtungen, wie Rechenzentren, Hausdruckereien, etc. nachweisen zu können. Dieser muss in jedem Fall separat erfasst und vom Gesamtverbrauch abgezogen werden, damit kein verfälschtes Bild entsteht.

Darüber hinaus werden die Energiemengen für Wärme und elektrischen Strom getrennt erfasst, da ein unterschiedlicher Primärenergieeinsatz für die einzelnen Energiearten erforderlich ist.

Die Primärenergie einzelner Energiearten erhält man ganz pragmatisch dadurch, indem man die jeweilige Energieart mit zugehörigen Faktoren multipliziert. Diese geben an, wieviel Primärenergie (Öl, Gas, Kohle) aufgewendet werden muss, um 1 kWh dieser Energieart zu erhalten. Bei Wärmeenergie aus Verbrennungsprozessen ist dieser Faktor z.B. 1, bei Elektroenergie erzeugt aus Kohle, Öl bzw. Gas ist dieser Faktor 3.

Auf diese Art lassen sich auch verschiedene Energiearten addieren und die Jahresverbräuche auf 1 m2 Nutzfläche (bezogen auf die Primärenergiekennzahl) bewerten.

Primärenergiekennzahl

Die Primärenergiekennzahl gibt den Einsatz der Primärenergie bezogen auf die Nutzfläche an, wobei als Nutzfläche am besten die geheizte Gebäudefläche anzusetzen ist, die in der Regel auch identisch mit der Hauptnutzfläche (HNF) des Gebäudes ist.

Die Primärenergiekennzahl errechnet sich aus der Formel:

Energieklassifizierung der Gebäude

In verschiedenen inländischen und ausländischen Normenwerken und Regeln ist eine Energieklassifizierung durchgeführt worden, die jedoch teilweise sehr akademisch und daher unpraktikabel ist und zum Teil auch zu oberflächlich dargestellt wird. Wir haben deshalb versucht, eine einfache Klassifizierung der Gebäude durchzuführen. Diese erfolgt an Hand der errechneten Primärenergiekennzahl E [kWh/a].

A bis 150 niedriger Engergieverbrauch
B 150 – 250 geringer Engergieverbrauch
C 250 – 400 hoher Engergieverbrauch
D 400 – 700 sehr hoher Engergieverbrauch
E über 700 extrem hoher Engergieverbrauch

Mittels der berechneten Primärenergiekennzahl und der Klassifizierung in obiger Matrix lässt sich sehr leicht der energetische Zustand eines Gebäudes bestimmen. Schwieriger wird es natürlich, die Ursachen für einen zu hohen Energiebedarf zu erkennen. Nachstehend einige Hauptursachen:

Geschlossene Fassaden

Wie bereits dargestellt, führen geschlossene Fassaden zu höheren Technisierungsgraden in Gebäuden und somit auch zu höherem Energieverbrauch. Klimaanlagen müssen ganzjährig betrieben werden. Die in den 60er und 70er-Jahren eingesetzten Reflexions- oder Absorptionsgläser reduzieren den Tageslichteinfall um bis zu 60%, so dass auch die Vollbetriebsstundenzahl der Beleuchtungsanlage sehr hoch liegt.

Zu öffnende Fassaden

Ein gewaltiger Schritt zur Reduktion der Energieaufwendungen liegt deshalb in der Veränderung der Fassade – von der geschlossenen hin zur öffenbaren Fassade. Mit dieser Änderung (also praktisch neuen Fassade) sind aber auch Veränderungen an den technischen Einrichtungen vorzunehmen. Klimaanlagen in den Außenzonen können ganz entfallen oder werden zu unterstützenden Lüftungsanlagen reduziert. Je nach Gebäudeform reichen natürlich nicht nur Maßnahmen im Fassadenbereich aus.

Bei Großraumbüros werden z.B. zur natürlichen Belüftung der Großräume zusätzliche Innenhöfe ausgeführt, so dass kein Arbeitsplatz weiter als 7,5m von der Fassade entfernt liegt. Je nach Lage des Gebäudes zum Straßen- oder Flugverkehr, aber auch bei Hochhäusern, reicht eine einfache Fassade mit zu öffnenden Fenstern nicht aus.

Bei hohen Gebäuden, bei Gebäuden in verkehrsbelasteten Zonen wie auch bei Hochhäusern mit erheblichen Winddrücken muss die Fassade mit einem weiteren Schutzschild versehen werden. Hier wurden Doppelfassaden konzipiert, die das Öffnen der Fenster hinter einem Lärm- und Wetterschutzschild ermöglichen. Nach etlichen missglückten Versuchen, Doppelfassaden zu erstellen, wurden die Kriterien Raumdurchströmung, Luftein- und -auslasswiderstand sowie Rezirkulationsgröße in Modellversuchen untersucht sowie Auslegungs- und Berechnungsgrundlagen geschaffen. Heute konzipierte Doppelfassaden (siehe Bild) können als funktionsfähig angesehen werden.

Kostengegenüberstellung

Verschiedene Sanierungsbeispiele lassen erkennen, dass erhebliche Investitionsmittel für die Revitalisierung der Gebäude aufgewendet werden müssen. Die in der Tabelle ersichtliche Gesamtkosten-Gegenüberstellung der Investitionskosten, Wartungskosten und Energiekosten zweier Gebäude (A mit geschlossener Fassade, B mit Doppelfassade) zeigt, dass bei höheren Investitionskosten die Jahreskosten gleich sind.

Berücksichtigt man darüber hinaus, dass diese Berechnung nicht statisch ist, sondern dass sich einige Komponenten wie die Energie- und Wartungspreise dynamisch verhalten, ergibt sich eine Kapitalrückflusszeit von wenigen Jahren (über einen Zeitraum von 50 Jahren kann man mit einer Energiepreissteigerung von ca. 5% pro Jahr rechnen).

Die Energiekosten je m² Nutzfläche werden praktisch von 30,9 auf 14,8 Euro/m²/a halbiert. Ähnliches gilt für die Primärenergiekennzahl, die von 379,8 auf 179,9 kWh/m²/a abgesenkt wird. Die äquivalente CO2-Belastung reduziert sich von 119,6 auf 56,3 kg/m²/a.

Durch den Einsatz einer Doppelfassade mit natürlicher Belüftung kann die Laufzeit einer unterstützenden Lüftungsanlage gegenüber einer Klimaanlage bei geschlossener Fassade um 60-70% der Jahresarbeitszeit reduziert werden. Darin ist im wesentlichen die Reduktion der Primärenergiemenge begründet. Ein Gebäude, das mit solchen Maßnahmen umgerüstet wurde, ist somit bestens für die Zukunft gerüstet.

Klimaanlagen

Auf die Verknüpfung der Fassade mit den klimatechnischen Anlagen wurde bereits mehrfach hingewiesen. Ein weiterer Aspekt bei der Betrachtung der Sanierung von klimatechnischen Anlagen stellen die Analysesysteme selbst dar.

Vor 1960 wurden fast ausschließlich Niederdruck-Lüftungsanlagen eingesetzt. Der Energietransport erfolgte ausschließlich durch Luft. Erst allmählich setzten sich Hochgeschwindigkeitsanlagen durch. Zur Reduktion des Luftvolumens wurden sogenannte Induktionsanlagen eingesetzt, die einen Teil der Energiemenge über Wasser transportieren. Diese Induktionsanlagen wurden im wesentlichen im fensternahen Bereich platziert.

Später wurden auch Deckeninduktionsanlagen für Innenzonen von Großräumen entwickelt. Für Großraumbüros wurden früher Nur-Luft-Anlagen, sogenannte volumengeregelte Ein- oder Zweikanalanlagen eingesetzt, welche die Energie ausschließlich über die Luft transportierten. Bei den Induktionsanlagen wurde ein etwa vierfacher Luftwechsel eingesetzt, der Gesamtraumluftwechsel lag zwischen 12 und 20 mal je Stunde.

Bei den volumengeregelten Nur-Luft-Anlagen erfolgte der Luftwechsel 5- bis 15fach. Diese Anlagentypen sind heute noch in Betrieb und stellen einen beträchtlichen Sanierungsbedarf dar (regenerative und rekuperative Energierückgewinnungsanlagen wurden erst in den 70er Jahren eingesetzt).

Aus Gründen der Energieeinsparung und des besseren Komforts trennt man heute die hygienische Luftversorgung durch Luft von der Energieversorgung. Die Abführung der Wärme erfolgt mittels Wasser über Fan Coils, Kühldecken, Kühlbalken oder andere statische Kühleinrichtungen. Gleichzeitig werden die Luftwechsel drastisch gesenkt – sie liegen in der Regel bei 3-mal je Stunde, bei Gebäuden mit offenen Fassaden sogar in der Größenordnung von 1,5 bis 2-mal je Stunde.

Die transportierte Luftmenge ist reine Frischluft, die optimal gefiltert wird. Die dem Gebäude entnommene Energie wird durch Wärmerückgewinnung wieder der Anlage zugeführt.

Für Neuanlagen und Sanierungen werden zur Zeit Fassadenlösungen entwickelt, welche die technische Versorgung komplett über ein eingebautes Lüftungsgerät mit Wärmerückgewinnung und -regelung gewährleisten. Diese Lösungen eignen sich vorzüglich für Sanierungsfälle.

Beleuchtungsanlagen

Durch die Verwendung von Leuchten mit hohem Indirektanteil wurde eine Reduktion der Leuchtdichteunterschiede erzielt, womit die Beleuchtungs-stärken gesenkt werden konnten.

Die Entwicklung der elektronischen Vorschaltgeräte führte ebenfalls zur Reduktion des Energiebedarfes von mehr als 30%, bei gleichzeitig verbessertem Beleuchtungskomfort.

Eine weitere Entwicklung ergab sich im Bereich der Verbesserung der Tageslichtquotienten. Wie bereits erwähnt wurden durch statische Sonnenschutzeinrichtungen über Reflexions- und Absorptionsgläser die Gebäude ganzjährig verdunkelt. Auch modernere, außenliegende Sonnenschutzanlagen verdunkelten die Gebäude bei Sonnenein-strahlung. Daher stieg die Vollbetriebsstundenzahl für die Beleuchtung an.

Bei einer Fassadensanierung werden die vorgenannten Gläser nicht mehr verwendet. Die außen liegenden Sonnenschutzeinrichtungen werden so konzipiert, dass bei geschlossenem Sonnenschutz ein Teil des Zenitlichtes zur natürlichen Belichtung der Räume genutzt werden kann.

MSR-Anlagen + Gebäudeautomation

Neben der Sanierung der technischen Anlagen sollte auch die gesamte MSR-Anlage überarbeitet werden. Das neue, computergesteuerte DCC-Regelsystem erfasst Regelabweichungen exakter, reagiert schneller und kann Nutzungsänderungen besser angepasst werden.

Darüber hinaus bietet das Gebäude mit seinen speichernden Bauteilen durch das Entgleitenlassen der Raumtemperatur weitere Energieeinsparungspotenziale.

Durch die datentechnische Verknüpfung, ganz gleich welche Bus-Technologie und -protokolle eingesetzt werden, schafft man Gebäude, die „mitdenken“. Diese intelligenten Systeme kennen ihre Nutzer, wählen selbständig die richtige Temperatur, die gewünschte Beleuchtungsstärke, steuern den Sonnenschutz und die Klimaanlage. Sie gehen äußerst sparsam mit Energie um, schonen so unsere Natur und das Budget des Nutzers.

Dank der intelligenten Gebäudesystemtechnik von heute wird es möglich, dass die bisher einzeln agierenden Gewerke, wie Heizung, Klima, Beleuchtung zu einem homogenen Ganzen werden.

Energieversorgung

Durch die Reduktion des Energiebedarfes bzw. die integrale Betrachtung der einzelnen Energieverbraucher muss auch die Energieversorgung neu konzipiert werden.

In der Regel ist die vorhandene Energieversorgung zu groß dimensioniert – zur Erzielung optimaler Wirkungsgrade muss sie also reduziert werden. Gleichzeitig besteht die Möglichkeit, das Temperaturniveau der Wärmenergie abzusenken, beispielsweise in den Niedertemperaturbereich.

Das Temperaturniveau der Kälteenergieversorgung wird erhöht, da durch Flächenkühlung eine Kaltwassertemperatur von 18°C ausreicht. Durch diese Maßnahmen können Umweltenergien (z. B. Kühlung durch Grundwasser, Beheizung durch Sonnenenergie) mit einbezogen werden.

Ebenfalls sollten die Energielieferverträge überdacht werden. Durch den entstehenden Wettbewerb der Energielieferanten lassen sich günstigere Konditionen erreichen. In den Gebäuden bereits vorhandene Energie-Erzeugungsanlagen können direkt von den Energielieferanten betrieben werden, wodurch der eigene Wartungsaufwand stark gesenkt werden kann