lehrstuhl für energiewirtschaft prof. dr. christoph weber 21.09.2010 bena - nachhaltigkeit an der...

Lehrstuhl für Energiewirtschaft

Prof. Dr. Christoph Weber

21.09.2010

BENA - Nachhaltigkeit an der UDE – auf dem Weg zu einem green urban campus

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Alexander Wiegel

Volker Eickholt


Verbesserung der Gebäudeenergieeffizienz - Beispielhafte Untersuchung eines Gebäudes am

Campus Essen

[Ergebnisse einer Diplom-Arbeit im WS 09/10]



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Hintergrund der Arbeit

• Der Gebäudebestand in Deutschland umfasst:

– Zirka 17,3 Millionen Wohngebäude mit ungefähr 40 Millionen Wohneinheiten

– Zirka 1,5 Millionen private und öffentliche Nichtwohngebäude• Darunter 40.000 Schulen• 315 staatliche oder staatlich anerkannte

Hochschulen• Rund 40% des Endenergieverbrauchs entfallen in Deutschland auf

den Gebäudebereich

– Raumwärme, Warmwasser, Raumlufttechnik (RLT) etc.

• Großteil der Bestandsgebäude ist vor 1978 gebaut worden und erfüllt nicht die Anforderungen der ersten Wärmeschutzverordnung von 1977



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Fragestellungen der Diplomarbeit

• Wie ist die energetische Qualität des untersuchten Gebäudes (technische Aspekte)?

• Welche energiesparenden Maßnahmen können für das Gebäude sinnvoll sein?

• Welche Auswirkungen haben die Modernisierungsmaßnahmen auf den Energiebedarf, die CO2-Emissionen (ökologischer Aspekt) und die Energiekosten (ökonomischer Aspekt)?



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Betrachtetes Gebäude

R11 T-Gebäude (Baujahr 1976), ca. 25.500 m²



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Datenlage

• Datenlage in Bezug auf Energieverbräuche und Energieverbraucher am Campus Essen grundsätzlich unzureichend

• Notwendigkeit der eigenen Datenaufnahme durch mehrfache Gebäudebegehungen inklusive eigener Zählungen, Messungen, Fotoanalyse

– Aufnahme von Fenstermaßen und Heizkörpern – Zählung von Fenstern, Beleuchtung, Heizung,

elektrischen Geräten– stichprobenartige Kontrollmessungen von

Raumumfang und Raumhöhe• Analyse von etlichen CAD-Plänen• Expertengespräche mit Mitarbeitern der Betriebstechnik, des

Gebäudedezernats, Ingenieuren• Entwicklung eines Excel-Modells zur eigenen Berechnung



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Zuordnung von Räumen zu Nutzungsprofilen

Nr. (DIN V 18599-10)

Nutzungsprofil NGF m² Anteil %

1 Einzelbüro 773 3%2 Gruppenbüros 2.273 9%4 Besprechung, Seminar, Sitzung 3.623 14%9 Hörsaal 360 1,4%

14 Küchen in NWG 31 0,12%16 WC/Sanitär in NWG 704 2,8%17 Sonstige Aufenthaltsräume 210 0,8%18 Nebenfläche 181 0,7%19 Verkehrsfläche 6.015 24%20 Lager, Technik, Archiv 5.830 23%28 Bibliothek-Lesesaal 4.260 17%29 Bibliothek-Freihandbereich 1230 5% Summe 25.500 100%



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Ermittelte Verbrauchskennwerte für das R11 T-Gebäude

• Energiekennwerte und die Vergleichswerte in

• R12 verbraucht zirka 80% mehr Wärme als R11

– Stahlkonstruktion versus Stahlbetonkonstruktion

– Warmwassernutzung in R12 (Labors, Duschen, Cafeteria)

• Heizwärmeverbrauch der R11-Liegenschaft liegt knapp 40 % unter dem EnEV-Vergleichswert und beim Stromverbrauch knapp 41 % drüber

– Interne Gewinne– Lüftung als zusätzlicher Stromverbraucher und

gleichzeitiger Wärmeproduzent

R11-Komplex (selbst ermittelt)

R12-Komplex (selbst ermittelt)

Vergleichswert EnEV 2009

Vergleichswert Mischnutzung

Heizung 61 110 85 82

Strom 60 58 35 41



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Komplexitätsreduktion

• Aufgrund der enormen Komplexität konnte in der Diplomarbeit nur ein Teil des Gebäudes näher analysiert werden

• Modernisierungsmaßnahmen nehmen Bezug auf einen virtuellen Komplex bestehend aus den Etagen R11 T03 bis T07

• Aussagekraft der ermittelten Ergebnisse dadurch entsprechend begrenzt

• Zudem nur Nutzung einer Demo-Modellierungssoftware zur Verbrauchsberechnung



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Betrachtete Modernisierungsmaßnahmen

• Austausch der Isolierglasscheiben mit dem U-Wert von 2,7 kWh/m²K durch Wärmeschutzglasscheiben mit einem U-Wert von 1,6 kWh/m²K und neue Fensterdichtungen.

– U-Wert-Verbesserung ergibt ∆U=1,1 kWh/m²K. Die benötigte Glasgesamtfläche beträgt 1.722 m².

• Anbringen eines Wärmedämmverbundsystems

– Die Gesamtfläche beträgt 2.329 m².• Austausch der Vorschaltgeräte von KVG (konventionelle

Vorschaltgeräte) zu EVG (elektronisch) bei der Beleuchtung in den Seminarräumen.

– 1.868 paarweise betriebene Leuchtstofflampen– 934 EVG werden benötigt.

• Austausch alter 2K-Thermostate gegen moderne 1K-Thermostate• Maßnahmenpaket: eine Kombination der vier Einzelmaßnahmen



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Berechnete Einsparungen für den virtuellen Komplex

MaßnahmeNutzenergie kWh/m²a

Endenergie kWh/m²a

Primärenergie kWh/m²a

CO2 kg/m²a

IST-Zustand Gebäude

91 113 102 23

Wärmeschutzglas

78 (-16%) 98 (-16%) 96 (-5%) 21 (-11%)

Wärmedämm-verbundsystem

80 (-15%) 99 (-15%) 97 (-5%) 21 (-10%)

Elektronische Vorschaltgeräte

89 (-11%) 111 (-1,3%) 94 (-8%) 22 (-4%)

Mod. Thermostat-ventile

91 (+0,1%) 112 (-1,1%) 101 (-0,4%) 22,7 (-0,8%)

Kombination

∆ absolut

65 (-41%)

-170.000 kWh/a

81 (-40%)

-207.000 kWh/a

83 (-22%)

-118.000 kWh/a

18 (-31%)

-35.100 kg/a



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• Dynamische Berechnung• Annahme: Mittlerer zukünftiger Wärmepreis = 3,57 ct./kWh• Annahme: nur Mehrkosten bei sowieso anstehender Erneuerung werden

berücksichtigt (Kopplungsprinzip)

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Wirtschaftlichkeit

Wärmeschutzglas WDVS

Vorschalt EVG

Thermostat-ventil

Kombination aller Maßn.

Einsparkosten Ct/kWh 2,22 1,87 14,9 1,67 2,63

Wirtschaftlichkeit gegeben? ja ja nein ja ja



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Fazit

• Die Betrachtung der Wirtschaftlichkeit zeigte, dass die einzelnen Maßnahmen „Wärmeschutzglas“, „Wärmedämmverbundsystem“ und „Thermostatventile-Wechsel“ vorteilhaft sind

Aber: • Nur Betrachtung eines virtuellen Gebäudes• Viele Annahmen, Abschätzungen und Hochrechnungen aufgrund

schlechter Datenlage• Gilt zunächst nur bei sowieso anstehender Sanierung

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