Niedrigenergiehaus-Standard für Dienstleistungsgebäude

Zuletzt aktualisiert am 05.02.2017

Während bei Wohngebäuden eine Reduzierung des Heizenergiebedarfs auf Niedrigenergiehaus-Standard in der Praxis schon vielfach umgesetzt wurde, findet der Heiz- und Klimatisierungsbedarf von Gewerbeobjekten noch wenig Beachtung. Neben der Reduzierung des Heizwärmebedarfs müssen bei Dienstleistungsgebäuden auch interne und solare Wärmegewinne in die Betrachtung mit einbezogen werden. Während diese Wärmegewinne im Winter zur Reduzierung des Heizwärmebedarfs beitragen, führen sie im Sommer zu unerwünscht hohen Raumtemperaturen oder Kühlbedarf. Bisher fehlen in diesem Bereich praxisnahe Aussagen zu Heizenergie-, Strom- und Wasserverbrauch, Betriebskosten und den Nutzererfahrungen. Um diese Lücke zu schließen, wurde das Projekt "Niedrigenergiehaus-Standard für Dienstleistungsgebäude" initiiert.
Das Projekt teilt sich in Literaturrecherchen, Vor-Ort Messungen an zwei Dienstleistungsgebäuden sowie Konzeption und Aufbau eines Modellprüfstandes (Abbildung rechts) auf.

Energetische Analyse von zwei Dienstleistungsgebäuden

Im Rahmen des Projektes wurden je ein Dienstleistungsgebäude in Garching bzw. Würzburg analysiert. Über einen Zeitraum von mehreren Wochen wurden Stromverbrauch, Gasverbrauch, Raumtemperaturen, klimatische Rahmenbedingungen etc. erfasst. Um die unterschiedlichen Verhältnisse in einem Büroraum mit hohen solaren Gewinnen und einem Laborraum mit hohen internen Gewinnen zu quantifizieren, wurden detaillierte Messdaten erhoben und ausgewertet. Untenstehende Grafik zeigt, dass selbst im Januar in einem nach Süden orientierten Büroraum Raumtemperaturen bis zu 28 °C erreicht werden.

Aufbau eines Modellprüfstands mit anschließenden Messungen

Messungen in realen Gebäuden werden immer von den mehr oder weniger zufälligen Wetterbedingungen und dem unvorhersehbaren Nutzerverhalten beeinflusst. Ziel ist es, die realen Bedingungen in einem Raum bei vorgegebenen Rahmenbedingungen zu untersuchen.

Zu diesem Zweck wird in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Energiewirtschaft und Kraftwerkstechnik der TU München ein Modellraum aufgebaut, der es durch Simulation der klimatischen Gegebenheiten ermöglicht, die in der Realität auf ein Gebäude wirkenden Verhältnisse zuverlässig und reproduzierbar nachzubilden. Die sich beim Einsatz unterschiedlicher Raumheiz- und Kühlsysteme einstellenden Raumzustände werden messtechnisch erfasst und das Gesamtsystem auf einen geringen Energieverbrauch optimiert.

Der Modellraum mit den Innenmaßen 4 m x 3,5 m und einer Höhe von 2,6 m ist modular aufgebaut, so dass durch Austausch einzelner Raumelemente verschiedene Gebäudetypen leicht realisiert werden können. Er besteht aus einer Bodenplatte, einem Deckenelement, einer Außenfassade und drei Wandelementen. Die Wandelemente bilden die Trennwände zu temperierten Nebenräumen nach und werden zur Reduzierung von Wärmeverlusten mit einer 40 cm dicken Polystyrol-Dämmung versehen. Die Außenfassade, die mit einer 2 m2 großen Fensterfläche ausgestattet ist, wird - ähnlich einem Wintergarten - von einem klimatisierten Glasvorbau umgeben. Obenstehende Abbildung zeigt eine Planungszeichnung des Modellraumes mit Glasvorbau. Im Inneren des Vorbaus lassen sich mit Hilfe einer Kältemaschine bzw. eines Heizregisters Temperaturen einstellen, die den jeweiligen, auf die Gebäudefassade wirkenden Außentemperaturen entsprechen.

Zur Simulation der direkten Sonneneinstrahlung wird eine bewegliche Strahlerplattform (max. Lichtleistung 1,2 kW/m2 Fassadenfläche) außerhalb des Glasvorbaus eingesetzt, so dass der jahres- und tageszeitabhängige Azimut- und Elevationswinkel automatisch nachgefahren werden kann. Die Strahlerplattform ist zur Wiedergabe des solaren Strahlungspektrums mit Quecksilberdampf- und Halogenlampen bestückt. Die diffuse Himmelsstrahlung wird durch eine Leuchtenhemisphäre aus Leuchtstofflampen und blauem Licht modelliert. Um eine unzulässige Erwärmung der Glasoberfläche zu verhindern und die "kalte" atmosphärische Gegenstrahlung nachzubilden, wird der Glasvorbau doppelwandig ausgeführt und der ca. 10 cm schmale Zwischenraum mit einer, im Vergleich zum Kuppelinnenraum 5°C kälteren Luftströmung beaufschlagt.

Nach Aufbau des Modellprüfstandes sollen die technisch-physikalischen Wechselwirkungen zwischen der wärmeabgebenden Komponente unterschiedlicher Heizungssysteme und dem Raum untersucht und daraus Hinweise auf die optimale Betriebsweise und Auslegung von Heizungssystemen, unter besonderer Berücksichtigung wärmespeichernder Komponenten, abgeleitet werden.