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Sparpotenzial in der energetischen Gebäudeplanung – weniger ist mehr.

DIN-Normen und VDI-Richtlinien sind formal für die energetische Gebäudeplanung bindend. Es ist Usus, sich nach ihnen zu richten. Trotzdem haben wir uns für einen anderen Weg bei der Planung unserer Neubauten entschieden. Denn eine neue Art der energetischen Simulation der Bürogebäude hat uns aufgezeigt, wie groß das Sparpotenzial bei der Dimensionierung der Anlagen wirklich ist.


Standards und Richtlinien in der Theorie.


Das Jahr hat 8.760 Stunden – das ist, was Andreas Lahme, geschäftsführender Gesellschafter der alware GmbH, seit Jahren in Richtung Gebäudeplaner und Bauherren postuliert. Dafür erntet er keine große Anerkennung. Denn er mag ja Recht haben, aber was hat das mit der energetischen Planung von Gebäuden zu tun? Herr Lahme sagt: „Vieles.“ Die Planer sagen: „Wenig.“ Dieser Widerspruch liegt in dem unterschiedlichen Planungstiefgang begründet. Geht es um die Themen Heizen und Kühlen, orientieren sich die Fachingenieure seit Jahrzehnten überwiegend an den Normen, Regeln, Standards und Richtlinien von DIN und VDI. Die dort empfohlene Spitzenleistung liefert den Planern Orientierung. Das ist die gelebte Praxis. Die Planer gehen also davon aus, dass die Anzahl der Stunden eines Jahres hierfür völlig irrelevant ist. Herr Lahme kennt diese Denkweise natürlich. Er stellt das Vorgehen aber infrage. Eine einzige Leistung von Heizlast oder Kühllast ist seiner Meinung nach kein Abbild der Praxis und deshalb der falsche Ansatz. 
 

Normen – wie sie zum Beispiel von der DIN für die Heizlastberechnung definiert sind – erheben einen Anspruch auf Allgemeingültigkeit. Deshalb dürfen sie nicht nur Standard-Temperaturen abdecken. Spitzen im hohen und niedrigen Temperaturbereich müssen ebenso berücksichtigt sein. Dazu ein kurzes Beispiel: Wenn für Wuppertal eine Norm-Außentemperatur von minus zwölf Grad für das ganze Jahr definiert ist, dann hat das einen Grund. Denn es sorgt dafür, dass die Heizungs-Anlage tatsächlich dauerhaft für bis zu minus zwölf Grad ausgelegt ist. Eine Form der Absicherung für alle Beteiligten, denn der absolute Extremfall ist mit inbegriffen. Aber: Diese großzügige Dimensionierung der Anlage kostet natürlich Geld. 
 


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Der Praxistest.


„Was einen Punkt angeht, sind wir mit den Erstellern dieser Norm einer Meinung“, erklärt Bernd Bostelmann von LIST Ingenieure. „Das Gebäudeklima darf auch bei extremeren Bedingungen nicht leiden. Klare Sache. Aber: Müssen bei der Dimensionierung der Heizung wirklich 365 Tage im Jahr mit einer Außentemperatur von minus zwölf Grad gerechnet werden?“ Und wie passt das damit zusammen, dass im Gegenzug auch noch eine Kühllastberechnung für die heißen Tage im Jahr gemacht wird? Der TGA-Fachmann, der sich in den letzten Monaten intensiv mit dieser Frage auseinandergesetzt hat, ist sich sicher: „Wir machen zwar, was wir schon immer machen, aber es lohnt sich, den gewohnten Weg zu hinterfragen.“ Normen und Richtlinien würden zwar gar nicht den Anspruch erheben, die Realität abbilden zu können, würden aber genau so verwendet. Und das bringe ein überraschend großes Potenzial für Einsparungen mit sich – sowohl in monetärer Hinsicht als auch bei der Energiebilanz. Denn bei jeder neuen Anlage sind die Anschaffungskosten deutlich höher, als sie sein müssten. 
 

Vor diesem Hintergrund scheint die Alternative von Herrn Lahme einen Gedanken wert. Also haben sich der Planer und sein Team auf die Methodik eingelassen. Und als erster, ganz konkreter Anwendungsfall dienen wir als Unternehmensgruppe dabei selbst. So dimensionieren wir die energetischen Anlagen der Neubauten für unsere Standorte in Nordhorn und Bielefeld gemeinsam mit der alware GmbH aktuell vollständig nach dem 8.760-Stunden-Prinzip. Das heißt: standardisierte Werte ade. Und das verändert vieles. „Das Wichtigste ist, dass wir mit der Simulation nun eine neue Möglichkeit für den Einzelnachweis erhalten“, erklärt ‣ Bernd Bostelmann. „Die darin verarbeiteten Zahlen sind eindeutig und nachvollziehbar – eine gute Argumentationsgrundlage für jedes Gespräch und auch jedes Genehmigungsverfahren.“  
 




Der Unterschied ist gravierend.


„Jedes Gebäude unterliegt Umwelt- und Nutzungsbedingungen. Das berücksichtigen VDI und DIN leider nur oberflächlich. Vor allem können die Normen und Richtlinien nicht abbilden, dass sich äußere Bedingungen stetig verändern“, erklärt Lahme. „Aber zwischen Sommer und Winter, Tag und Nacht oder auch mit weitestgehend besetzten oder unbesetzten Arbeitsplätzen gibt es so viel Spielraum, dass man ihn einfach nicht unbeachtet lassen darf.“ Deshalb ziehen der Physiker und sein Team von den tatsächlichen Wetterdaten über die geplante Nutzung und Auslastung des Gebäudes bis hin zur entstehenden Abwärme durch Menschen und Geräte alles zur energetischen Bedarfsermittlung heran. Stündlich versteht sich. Die ermittelten Werte werden dann mit der Gebäudearchitektur und den geplanten Materialien übereinandergelegt. „So ist für den geplanten Neubau in Bielefeld ein Gebäudemodell entstanden, aus dem wir für 8.760 Stunden im Jahr für die insgesamt 38 definierten Raumzonen nachschauen können, wie viel Kühl- oder Heizenergie gerade gefragt ist“, führt der Physiker weiter aus. Und dies bringt nun zum Vorschein, was bislang im Verborgenen lag: „Zieht man einen Strich darunter, dann ist der summierte tatsächliche Energiebedarf gerade einmal etwas mehr als die Hälfte von dem Ergebnis der VDI- und DIN-konformen Bedarfsrechnung“, zeigt sich Lahme sicher. Das kann sich sehen lassen. Zumal die Kehrseite der Medaille erkennen lässt: Das Planungsteam vermeidet dank der neuen Herangehensweise in diesem Projekt eine Überdimensionierung der technischen Anlagen von fast 100 Prozent. 
 



Und das lässt sich an einem weiteren Beispiel konkret aufzeigen. „Aus Erfahrung wissen wir, dass grundsätzlich eine Geothermieanlage für unsere Büro-Neubauten die wirtschaftlichste Lösung ist. Wir können mit ihr nicht nur heizen, sondern auch kostengünstig kühlen. Einen Gasanschluss wird man bei uns nicht finden“, erklärt der TGA-Spezialist Bostelmann. Also sei es seine Aufgabe, die benötigte Länge an Erdsonden für den Heizenergiebedarf zu definieren. DIN- und VDI-konform wäre er bei 3.800 Metern gelandet. Dem Modell von alware zufolge bedarf es nur 1.600 Meter. Dabei werden sowohl der Wärmeentzug im Winter als auch der Wärmeeintrag im Sommer berücksichtigt. Das sorgt für eine echte Ersparnis.
 

Und das Modell bietet noch weitere Möglichkeiten. Zum Beispiel haben sich die TGA-Planer gefragt, ob sie wirklich ausschließlich auf Geothermie setzen sollen. Die Simulation kann diese Frage beantworten, denn sie bietet die Möglichkeit, genau zu ermitteln, wie das Verhältnis von Investitions- und Betriebskosten am attraktivsten gestaltet werden kann. „Wir haben die Menge an benötigter Wärme- und Kälteenergie herausgearbeitet, die konstant über längere Zeiträume erforderlich ist. Die Erdsonden werden die Wärme im Winter und die Kühle im Sommer vollständig bereitstellen können – Stand jetzt. Aber ein günstiger sogenannter Schwimmbad-Kollektor auf dem Dach dient als Sicherheit und kann im Winter tagsüber Wärme für die Büroflächen und in klaren Sommernächten Kühle im Erdreich regenerieren. Das ist nachhaltig und auch wirtschaftlich. Denn viel hilft nicht immer viel“, ergänzt Bostelmann mit einem Augenzwinkern.  
 


Auch für Überraschungen gut.


Neben der Transparenz bei einzelnen Faktoren im Gesamtkonzept profitieren die Beteiligten davon, dass auch physikalische Zusammenhänge zum Beispiel zwischen verschiedenen Anlagen und die Auswirkungen untereinander abgebildet werden können. „Die Sonne beziehungsweise der Schutz davor sind für uns ein wichtiges Thema“, erklärt Bostelmann. „Aus architektonischen Gründen möchten wir gerne auf außenliegenden Sonnenschutz verzichten. Innenliegenden Sonnenschutz finden wir zwar optisch schöner, aber der hält die Wärme nicht draußen und ist somit aus energetischer Sicht keine Alternative. Also sind wir gedanklich bei getönten Sonnenschutzfenstern gelandet.“ So richtig glücklich war mit dieser Lösung aber keiner. Deshalb haben die Beteiligten weiter nach Alternativen gesucht und sind auf Glas gestoßen, dessen Tönung sich im Verlauf verändert. Der untere Bereich ist so gestaltet, dass 39 Prozent Lichttransmission stattfindet und nur 21 Prozent der Sonnenenergie durchkommt. Im oberen Bereich haben wir 63 Prozent Transmission, aber damit natürlich auch etwas mehr Gesamt-Energieeintrag. Um entscheiden zu können, ob das Glas mit „Verlauf“ eine echte Alternative ist, wurden beide Varianten energetisch durchsimuliert – in dem Modell ist die unterschiedliche Ausgestaltung der Gläser schließlich mit ein paar Klicks erledigt. Und das Ergebnis ließ die Beteiligten nicht schlecht staunen: Der energetische Mehraufwand für Kühlen ist tatsächlich fast null. Und zwar dann, wenn man einen innenliegenden Blendschutz einsetzt, der transluzent ist und das Licht zur Decke leitet. Denn in diesem Fall kann im Vergleich zu den bekannten Sonnenschutzfenstern an Beleuchtung gespart werden, die ja ebenfalls Wärme produzieren würde.
 


Testreferenzjahre vom Deutschen Wetterdienst

Für die Gebäudesimulation greift alware auf die sogenannten Testreferenzjahre (kurz: TRY) vom Deutschen Wetterdienst zurück. Diese Datensätze sind speziell für die Simulationen und Berechnungen im heizungs- und raumlufttechnischen Bereich zusammengestellt. Sie enthalten für alle Orte in Deutschland für jede Stunde eines Jahres verschiedene meteorologische Daten, die auf echten Messungen basieren. Es werden das extreme Klima heute und die Prognose für das Jahr 2035 verwendet. Ebenfalls sind die sich verändernden klimatischen Verhältnisse sowie zusätzliche Funktionalitäten wie die Bewertung des Stadteinflusses auf Lufttemperatur und -feuchte berücksichtigt.



Aber kommen wir dann beim nächsten „Super-Sommer“ ins Schwitzen?

Andreas Lahme: „Die Frage kenne ich nur zu gut. Wir sicherheitsbewussten Deutschen wollen uns eben nicht ganz ins Risiko begeben und bei Wetter-Extremen mit einem schlechten Raumklima leben. Aber das berücksichtigen wir natürlich. Der Deutsche Wetterdienst hat zusätzlich Datensätze je ein Jahr mit einem sehr kalten Winterhalbjahr (Oktober bis März) und einem sehr warmen Sommerhalbjahr (April bis September) erstellt. Wenn gewünscht, berücksichtigen wir diese bei unserer Simulation mit, indem wir den Jahres-Wetter-Datensatz aus dem ‚extremen‘ Sommer, dem ‚extremen‘ Winter sowie sechs ‚normalen‘ Frühjahr- und Herbstmonaten zusammenstellen. Das würde ich als unsere Sicherheitsvariante bezeichnen. Und außerdem muss man natürlich immer im Hinterkopf behalten, dass das Wörtchen ‚extrem‘ überhaupt nicht definiert ist. Dazu ein Beispiel: Wenn wir in einem Sommer sehr hohe Außenlufttemperaturen haben und deshalb von extremem Wetter sprechen, kann es trotzdem sein, dass wir eine geringere Sonneneinstrahlung als im Vorjahr haben. Und das wäre wiederum für die Gebäude der LIST Gruppe, die viele Glasflächen haben, damit kein extremes Jahr.“



Foto: Mumemories, iStock



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