Energieeffizienzklassen für Gebäude
Ein Beitrag von Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Kabitzsch, TU Dresden, Institut für Angewandte Informatik
Der Klimawandel und die strategische Unabhängigkeit von fossilen Rohstoffimporten rücken die Nachrüstung der Energieeffizienz von Gebäuden in den Fokus der aktuellen Förderpolitik des Bundes. Hier müssen alle Gewerke bei ganzheitlichen Konzepten zusammenwirken. Um mit diesen die gewünschte Effizienzklasse A bis D zu erreichen, hilft ein frei verfügbarer Konfigurator im Internet.
Schon bisher forderte der Klimawandel einen ökologisch sparsamen Umgang mit fossilen Rohstoffen. Aktuell erinnert wachsender Preisdruck aber auch ökonomisch daran, uns in Zukunft von solchen Importen politisch unabhängig zu machen. Staatliche Förderungen und regulatorische Vorgaben sollen auch Maßnahmen voranbringen, die nur geringen Zeit- und Kostenaufwand erfordern. Alternative Energiequellen (Solar, Wind, Wärmepumpen usw.) und die dafür notwendigen Speicher führen im Gebäudebestand aber meist zu "großen Baumaßnahmen".
Deutlich niederschwelliger sind Nachrüstungen, die den Verbrauch reduzieren. Ohnehin ist jene Energie am "regenerativsten", die gar nicht erst benötigt wird. Besonders niederschwellig nachrüstbar ist Energieeffizienz durch Nachrüstung der Gebäudeautomation (kaum sichtbare Sensoren, Funkprotokolle ohne Kabel). Deren Einspareffekte lassen sich durch genormte Effizienzklassen A bis D quantifizieren (EN 15232, ISO 52120) und erlauben Einsparungen bis zu 30%. Um diese Einsparungen zu erreichen, müssen jedoch spezielle Automatisierungskonzepte alle Gewerke und Energieformen so zielgerichtet miteinander verknüpfen, dass alle Verschwendungen vermieden werden. Damit sind jene Energieverbräuche gemeint, die keinen Beitrag zum Nutzungszweck leisten. Effizienz soll also nicht durch Verzicht (z. B. auf Komfort) erreicht werden.
Um die richtigen Konzepte zu finden, sind folgende Voraussetzungen notwendig:
- Alle Gewerke müssen beim Energiemanagement zusammenwirken und dazu die gleiche "Sprache" verwenden.
- Diese gewerkeübergreifenden Konzepte müssen frühzeitig (HOAI-Leistungsphase LPH 1) festgelegt und bis zur Bauabnahme eingehalten werden. Spätere Änderungen verringern die Energieeffizienz und erhöhen die Baukosten.
- Da der Energieverbrauch stark vom Nutzerverhalten abhängt, müssen Bauherren und Architekten von Beginn an in die Konzepte einbezogen werden und die o. g. "Sprache" verstehen.
Gebäudeautomation – Vermittler zwischen allen Gewerken
Die Gebäudeautomation ist mit ihrem Energiemanagement Vermittler zwischen allen Gewerken. Ihre "Sprache" besteht aus standardisierten Funktionen (VDI 3813, VDI 3814, ISO 16484), die zu sinnvollen Konzepten zusammengefügt werden. Man kann diese in vereinfachter Form so erklären, dass sie auch der Bauherr versteht. Die Gebäudeautomation kann damit vor allem "zeitabhängige Verschwendungen" reduzieren, zum Beispiel:
- Zeitveränderliche Benutzung: So wird ein Raum nur vollständig benutzt, wenn sich Menschen darin aufhalten. Gelingt eine Messung oder gar Vorhersage dieser Präsenz, können sich Beleuchtung, Heizung, Kühlung, Sonnenschutz, Lüftung, Be-/Entfeuchtung usw. darauf einstellen. Sie fahren dann z. B. in einen sparsamen Standby-Betrieb, sobald sich keine Personen im Raum aufhalten.
- Zeitveränderliche Umgebungsbedingungen: Gelingt eine Messung von Außentemperatur, Windgeschwindigkeit, Feuchte, Sonneneinstrahlung usw., können sich Heizung, Kühlung, Beleuchtung usw. angepasst verhalten.
- Zeitweise Speicherung "kostengünstiger" (z. B. regenerativer) Energie: So könnte der Baukörper vorübergehend Kälte speichern ("freie Nachtkühlung") oder ungenutzte Räume thermisch aufladen bzw. vorausschauend lüften. Die Erträge von Solaranlagen können in Batterien (elektrisch) oder thermischen Speichern temporär aufbewahrt werden, bis ein Optimierungsalgorithmus den günstigsten Abgabezeitpunkt berechnet hat.
Je mehr der o. g. Konzepte und Funktionen im Gebäude eingebaut sind, umso höher ist das erreichbare Einsparpotenzial. Zur Klasse A gehören also die smartesten Funktionen mit dem höchsten Sparpotenzial. Gerade für die o. g. gewerkeübergreifende Kommunikation zwischen allen Beteiligten fehlte aber bisher ein Instrument, um alle Funktionen und resultierenden Effizienzklassen systematisch und anschaulich zu erläutern, so dass alle die Konsequenzen ihrer Entscheidungen nachvollziehen können.
Konfigurator zur Beratung und Kommunikation
Der in jedem Browser kostenfrei nutzbare Konfigurator www.AUTERAS.de unterstützt diese gewerkeübergreifende Kommunikation, ist aber so einfach gehalten, dass er von Laien auch autark genutzt werden kann.
Er stellt dem Nutzer schrittweise Fragen zu seinen funktionalen Wünschen für jedes einzelne Gewerk (Bild 1) und zeigt nach jeder Antwort die bereits erreichte Energieeffizienzklasse (A bis D) an. Jede Funktion wird bei Bedarf durch Texte und Videos erläutert, so dass man den Konfigurator auch als Lernplattform für Raumautomation nutzen könnte (E-Learning). Alle funktionalen Kundenwünsche werden dann in Standardfunktionen nach der VDI-Richtlinie 3813 [2] übersetzt, so dass sie eindeutig und rechtssicher definiert sind, den anerkannten Regeln der Technik entsprechen und bei der Bauabnahme überprüft werden können. Auch alle Konzepte werden dafür protokolliert (Bild 2).
Tipp: Bundesweiter Digitaltag am 24. Juni 2022
Digitaler Dialog am 24.06.2022 10 – 11 Uhr
Beim Digitalen Dialog können Sie Fragen zum Entwurfswerkzeug zur Automatischen Planung von Smart Buildings oder auch zur VDI 3813 an das Team hinter AUTERAS® stellen.
Weitere Informationen erhalten Sie unter www.auteras.de
Weiterleitung in die folgenden Bauphasen
Im Zeitalter von BIM (Building Information Modeling) darf der Konfigurator nicht in der LPH 1 stehenbleiben, sondern muss alle Entwurfsentscheidungen und –daten durchgängig an die folgenden Leistungsphasen weitergeben (exportieren). Bei Bedarf wird deshalb das Gesamtkonzept der Automatisierung für die LPH 3 von der Software des Generators generiert. Dies ist nach VDI-Richtlinie 3813 (künftig auch VDI 3814 neu) noch neutral bezüglich Technologie (z.B. KNX, ZigBee, EnOcean) oder Fabrikat (Hersteller). Diese Grafik beschreibt alle notwendigen Funktionen sowie die notwendigen Informationsflüsse zwischen ihnen. Sie wird durch einen ebenfalls automatisch generierten Funktionsbeschreibungs-Text ausführlich erläutert. Der Konfigurator erkennt auch, ob diese Funktionen noch durch eine konventionelle Elektroinstallation realisiert werden können oder ob man dafür smarte Komponenten braucht. In diesem Falle werden beispielhaft passende Produktkombinationen gezeigt, die alle funktionalen Kundenwünsche erfüllen könnten (Bild 3). Damit macht der Konfigurator auch erste Kostenschätzungen.
Alle Kundenwünsche, resultierenden Standardfunktionen, Konzepte, Effizienzklassen und Produktvorschläge werden protokolliert und können als Text oder Tabelle heruntergeladen werden. Die dadurch festgelegten Raumtypen kann man auch in Raumbücher exportieren, wie sie Architekten und Ausführende benutzen. In Zukunft wird es auch einen datendurchgängigen Export zur Ausführungsplanung (endgültige Produktauswahl in LPH 5) sowie zur Baustelle und den dortigen Integrations-Tools geben (z.B. als ETS-Projekt für KNX).
Literatur
[1] DIN EN ISO 52120-1 Energieeffizienz von Gebäuden – Einfluss von Gebäudeautomation und Gebäudemanagement – Teil 1: Module M10-4, 5, 6, 7, 8, 9, 10; Entwurf Dezember 2019
[2] VDI-Richtlinie 3813 Blatt 2 Raumautomationsfunktionen (RA-Funktionen), Verein Deutscher Ingenieure, Mai 2011
[3] VDI 3814 Blatt 3.1 Gebäudeautomation (GA) – GA-Funktionen – Automatisierungsfunktionen; Verein Deutscher Ingenieure Januar 2019
[4] DIN EN ISO 16484-3 Systeme der Gebäudeautomation (GA) – Teil 3: Funktionen; Dezember 2005
[5] DIN EN 15232 Energieeffizienz von Gebäuden – Einfluss von Gebäudeautomation und Gebäudemanagement; November 2007
