!Forschung an der Fakultät für Architektur
!!Energieeffiziente Sanierung von Büroobjekten

von


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__Univ.-Ass. Dipl.-Ing. Andreas Ampenberger__

__Vertragsprof. BSc. CEng MCIBSE Brian Cody__

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Institut für Gebäude und Energie

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[{Image src='0607_ARCH_Energieeffiziente_Sanierung_von_Büroobjekten1.jpg' alt='Univ.-Ass. Dipl.-Ing. Andreas Ampenberger' caption='Univ.-Ass. Dipl.-Ing. Andreas Ampenberger' width='94' height='110' popup='false'}]
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[{Image src='0607_ARCH_Energieeffiziente_Sanierung_von_Büroobjekten2.jpg' alt='Vertragsprof. BSc. CEng MCIBSE Brian Cody' caption='Vertragsprof. BSc. CEng MCIBSE Brian Cody' width='95' height='110' popup='false'}]
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''© Forschungsjournal WS 06/07''
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__Gebäude sind verantwortlich für 50 % des Weltenergiebedarfs, was
deutlich zeigt, wie wichtig eine Minimierung des Energiebedarfs
von Gebäuden für unsere Gesellschaft ist. Natürlich kann man ein
Gebäude aber nur dann insgesamt als nachhaltig für die nächsten
Generationen bezeichnen, wenn es architektonischen Ansprüchen
genügt, gut „funktioniert“ und auch behagliche Raumzustände
gewährleistet.__

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[{Image src='0607_ARCH_Energieeffiziente_Sanierung_von_Büroobjekten3.jpg' width='400' caption='Abb. 1: Entwurf mit Erweiterung durch Verlängerung des Baukörpers' class='image_right' height='241'}]

Die am Institut für Gebäude und [Energie|Thema/Energie] behandelten Fragestellungen
werden deshalb stets ganzheitlich unter Beachtung der Aspekte
Energieperformance, Raumklima und architektonischer Qualität
betrachtet.
Forschung am Institut reicht über Studien zur Energieeffizienz technischer
Gebäudeausrüstung über Fragestellungen, die sich mit dem
Thema Gebäudeform und Energie beschäftigen bis hin zu Projekten im
städtebaulichen Maßstab.
In Architekturwettbewerben werden immer öfter in der Auslobung
Anforderungen zur Minimierung von Herstell-, Betriebs-, und Rückbauenergie
formuliert. Diese Entwicklung resultiert aus der Erkenntnis,
dass eine Optimierung der Energieperfomance sehr wichtig ist und zu
einem frühen Zeitpunkt besonders effektiv.
Eine nachgeordnete Bewertung der angebotenen Wettbewerbskonzepte
durch Spezialisten ist ein wichtiges Instrument, das den Bauherren
zur Verfügung steht, um Sicherheit in seinen Entscheidungen
zu erhalten. Aufgrund der Komplexität der Aufgabe sollte diese Prüfung
unbedingt stattfinden. Natürlich sollte auch die Fortführung des
gewählten Entwurfs kontinuierlich durch Spezialisten begleitet werden.
In diesem Sinne wurde das Institut für Gebäude und Energie beauftragt,
die Energieeffizienz der Entwürfe des Architektenwettbewerbs
für die neue Konzernzentrale des Energieversorgers STEWEAGSTEG
GmbH in Graz zu beurteilen. Der Auftraggeber entschied
sich im Rahmen einer Restrukturierung für eine Sanierung ihres
Hochhauses am Leonhardgürtel, ein Gebäude aus den frühen 60er
Jahren. Zusätzlich wird der Standort um 150 Personen erweitert. Als
Resultat der Beratung konnte die STEWEAG-STEG GmbH letztlich
verschiedene Designoptionen bezüglich Energieeffizienz und Komfortaspekten
fundiert beurteilen.
Die Bewertung der Entwürfe umfasste beispielsweise die Auswirkungen
der Situierung und Orientierung auf dem Grundstück, den
Einfluss der Gebäudeform auf den Energiehaushalt, eine optimale
Gestaltung der Fassade sowie die Fragestellung, inwieweit natürliche
Lüftung möglich ist.
Abb. 1 zeigt einen Entwurf, der die Aufgabe der Erweiterung durch
Verlängerung des Baukörpers in der Längsachse löst.
Auffällig ist, dass sich derzeit die Bemühungen der Planer hinsichtlich
energetischer Verbesserungen auf eine Reduktion der
Wärmeverluste im Winter durch Verbesserung des Dämmstandards
konzentrieren. Verstärkt wird diese Tendenz dadurch, dass auch
Rechenvorschriften für den einzuführenden Gebäudeenergiepass
derzeit nur diesen Nachweis fordern. Viele andere Gesichtspunkte
werden dagegen oft nicht beachtet, wie eine gesamtenergetisch
optimale Fassadengestaltung. Hier gilt es Blendung und eine hohe
thermische Last im Raum durch Solarstrahlung zu vermeiden sowie
gleichzeitig eine gute Tageslichtversorgung zu ermöglichen.
Für viele Bauherren und Planer bringt die Aufschlüsselung des

[{Image src='0607_ARCH_Energieeffiziente_Sanierung_von_Büroobjekten4.jpg' width='400' caption='Abb. 2: simulierter Primärenergiebedarf für den unsanierten Bestand, sanierten Bestand und Neubau' class='image_left' height='256'}]

Energiebedarfs auf die einzelnen Verursacher überraschende
Erkenntnisse. Diese Kenntnis ist Voraussetzung, um die Relevanz
einzelner Aspekte vernünftig einschätzen zu können. Um hier
Klarheit zu schaffen, wurde eine computergestützte Simulationsrechnung
durchgeführt. Ein Simulationsmodell wird dabei sowohl mit den
auftretenden äußeren Lasten in Form von stündlichen Klimadaten als
auch mit inneren Lasten, wie Personenbelegung, Abwärme durch
Bürogeräte und Beleuchtung beaufschlagt.
Der Bestand wurde einem sanierten Bestand sowie einem Neubau
gegenübergestellt, der frei von sämtlichen Zwängen ist, z.B. Möglichkeit
einer anderen Gebäudeorientierung oder einer besonders
schlanken Gebäudeform. Folgende Eingabedaten liegen zugrunde:
Bestand unsaniert:
u-Wert Wand = 1 W/m2K, u-Wert Fenster = 3.2 W/m2K,
2-facher Luftwechsel, Wärmerückgewinnung 50%,
Effizienz der Luftförderung der RLT-Anlage = 3W/(ls)
Beleuchtung 15 W/m2 (ohne Steuerung), innenliegender [Sonnenschutz|Thema/Sonnenschutz]
Bestand saniert:
u-Wert Wand = 0.2 W/m2K, u-Wert Fenster = 1.3 W/m2K
1.5-facher Luftwechsel, Wärmerückgewinnung 70%,
Effizienz der Luftförderung der RLT-Anlage = 2.5
W/(ls), Beleuchtung 12 W/m2 tageslichtgesteuert, außenliegender
Sonnenschutz
Abb. 2 zeigt den Primärenergiebedarf der Varianten. Alle Wärmeverbraucher
wurden mit einem Primärenergiefaktor von 1, alle elektrischen
Verbraucher mit einem Primärenergiefaktor von 3 bewertet.
Der Wärmebedarf - rötlich eingefärbt - verschlingt in einem Verwaltungsbau
dieser Art nur einen Bruchteil der benötigten Energie.
Es ist zu erkennen, dass für die Transmissionsverluste über die Gebäudeoberfläche
die Sanierung der Fenster eine deutliche Einsparung
bringt. Die Sanierung der opaken Wandflächen verspricht isoliert
betrachtet ebenso eine deutliche Reduktion, nämlich um 400% von
rd. 12 kWh/m2
BGFa auf 3 kWh/m2
BGFa. Für den Gesamtenergiebedarf
ist dies jedoch eher von untergeordneter Bedeutung. Dies würde
– aus energetischer Sicht – sogar ein weiteres Nachdenken über das
Erhalten der bestehenden opaken Wandflächen erlauben.

Aus Abb. 2 ist weiterhin ersichtlich, dass auf eine ausreichende
Tageslichtversorgung geachtet werden muss. Der Anteil des
Primärenergiebedarfs, der für Kunstlicht aufgewendet wird, liegt im
unsanierten Fall mit 31% vom Gesamtbedarf höher als der des Wärmebedarfs
des Gebäudes. Durch eine entsprechende Ausbildung der
Fassade mit ausreichenden Fensterflächen, einem effektiven Sonnenund
Blendschutz, der selbst im geschlossenen Zustand noch eine
gute Belichtung erlaubt sowie mit Tageslicht lenkenden Maßnahmen
lässt sich der Kunstlichtbedarf signifikant senken.
Im Verwaltungsbau erkennen Unternehmen immer häufiger die enorme
Bedeutung eines optimierten Raumklimas für das Wohlbefinden
und damit die Leistungsfähigkeit der Mitarbeiter. Kleine Verbesserungen
zeigen hier große ökonomische Wirkung.
Umso erstaunlicher ist, dass in fast keinem Entwurf Stellung bezogen
wurde, ob Fenster geöffnet werden dürfen. Der Luftwechsel soll in
erster Linie weiterhin über eine bestehende mechanische Anlage erfolgen.
Dabei ist erwiesen, dass eine weitgehend natürliche Belüftung
das Wohlbefinden deutlich zu steigern vermag. Auch ist ein Öffnen
von Fenstern aufgrund unserer gemäßigten Klimaverhältnisse ohne
Behaglichkeitseinbußen häufig möglich.
In einem Grundlagenforschungsprojekt am Institut für Gebäude und
Energie (~[COD 01] und ~[COD 02]) wurde gezeigt, dass durch ein
geeignetes Konzept mit hybrider Betriebsweise von Fenster und
mechanischer Anlage (mixed mode), nochmals eine Energieersparnis
gegenüber einem reinen Betrieb mit mechanischer Anlage möglich ist.
Dies beruht u.a. auf dem für Bürogebäude großen Potenzial zur freien
Erwärmung der Außenluft, da hohe interne Lasten vorhanden sind.
Die mechanische Lüftung wird erst bei Überschreitung bzw. Unterschreitung
bestimmter Grenzwerte der Außentemperatur eingeschaltet,
typischerweise bei Außentemperaturen unter 5°C und oberhalb 22°C.
In der verbleibenden Zeit werden die Büros über Fenster natürlich
gelüftet. Wesentlich dabei ist, dass der in Abb. 2 ausgewiesene Energiebedarf
für die Luftförderung der mechanischen Anlage dadurch
nochmals drastisch reduziert werden kann.
Im Anschluss an dieses Forschungsprojekt wurde die Aufgabenstellung
in die Lehre des Wintersemesters 2006 eingebunden. Vier eigenständige
Lehrveranstaltungen werden angeboten, die sich allesamt
mit dem Projekt beschäftigen. Die folgenden Themen werden in den
Lehrveranstaltungen bearbeitet: architektonischer Entwurf, Aufstellen
eines Klima- und Energiekonzepts, konzeptionelle Planung der
Gebäudetechnik, thermische und energetische Computersimulation.
Alle Lehrveranstaltungen sind miteinander vernetzt, so dass am Ende
jeweils eine Gesamtlösung für die Aufgabe als Teamprodukt entsteht.

Quellenhinweis:

~[COD 01] Energieeffiziente Lüftung von Bürogebäuden (1) in HLH
Bd.56 (2005) Nr. 12, Brian Cody, Springer-VDI-Verlag, 2005, Düsseldorf
~[COD 02] Energieeffiziente Lüftung von Bürogebäuden (2) in HLH
Bd.57 (2006) Nr. 1, Brian Cody, Springer-VDI-Verlag, 2005, Düsseldorf

Website: [www.ige.tugraz.at|http://www.ige.tugraz.at]

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