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Energieeinsparpotential durch Gebäudeautomation in Wohngebäuden

Bachelorarbeit 2010 54 Seiten

BWL - Allgemeines

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Hintergrund der Arbeit
1.2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit

2 Analyse des Energieverbrauchs der Haushalte in Deutschland und Europa
2.1 Anteil der Haushalte am Energieverbrauch
2.2 Hohe Heizenergiewerte in deutschen Haushalten
2.3 Energieeinsparpotenzial im Gebäudesektor

3 Wichtige Normen, Gesetze und Richtlinien der Gebäudeautomation
3.1 Die Europäische Richtlinie 2002/91/EG über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden
3.2 Die Norm EN 15232
3.3 Die Energieeinsparungsverordnung (EnEV) 2009
3.4 DIN V 18599
3.5 DIN EN ISO 16484 und VDI 3814
3.6 Studie zur Analyse der DIN V 18599 und EN 15232 bezogen auf deren Anwendbarkeit

4 Gebäudeautomation - Begriffserklärung und Funktion
4.1 Bedeutung und Entwicklung der Gebäudeautomation
4.2 Geräteebenen eines Gebäudeautomationssystems
4.2.1 Managementebene
4.2.2 Automationsebene
4.2.3 Feldebene

5 Gebäudeautomation - Anwendung in der Praxis
5.1 Anforderungen an Gebäudeautomationssysteme in Wohngebäuden
5.1.1 Nutzerakzeptanz
5.1.2 Benutzerfreundlichkeit und Funktionalität
5.2 Anwendungsfelder der Gebäudeautomation
5.2.1 Gebäudesicherheit
5.2.2 Komfort und Energieersparnis
5.2.3 Multimedia und Entertainment
5.3 Amortisation eines Gebäudeautomationssystems

6 Zusammenfassung und Ausblick

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 2.1: Energieflussbild 2008 für die Bundesrepublik Deutschland in Petajoule (alle Zahlen vorläufig geschätzt)

Abbildung 2.2: Endenergieverbrauchsanteil der Haushalte am Primärenergieverbrauch 2008

Abbildung 2.3: Energieverbrauch in deutschen Haushalten im Jahr 2007 unterteilt nach den einzelnen Verwendungsbereichen

Abbildung 2.4: Endenergieverbrauch aller Mitgliedsländer der EU 2007 in Prozent unterteilt nach Sektoren

Abbildung 3.1: Zertifizierungsverfahren für die europäische Richtlinie zur Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden

Abbildung 3.2: Parameter und Funktionen der Raum- und Gebäudeautomation in den einzelnen Teilen von DIN V 18599

Abbildung 4.1: Funktionsumfang der Gebäudeautomation/ -information Quelle: [Schneider, 1997]

Abbildung 4.2: Technologischer Wandel in der Gebäudeautomation Quelle: [Merz, Hansemann, Hübner, 2009]

Abbildung 4.3: Genormte Bussysteme und Netze in der Gebäudeautomation Quelle: [Merz, Hansemann, Hübner, 2009]

Abbildung 4.4: LON-Busankoppler (links) mit KNX-Bedienoberteil (rechts) Quelle: [Merz, Hansemann, Hübner, 2009]

Abbildung 4.5: Informationstechnische Vernetzung von Geräten der Gebäudesystemtechnik mit KNX Quelle: [Merz, Hansemann, Hübner, 2009]

Abbildung 4.6: Maximalwerte eines KNX-Diagramms zur Reduzierung des Energieverbrauchs durch den Einsatz von Haus- und Gebäudesystemtechnik

Abbildung 5.1: Prinzipielle Struktur eines Energiemonitoringsystems Quelle: [Binternagel, 2003]

Abbildung 5.2: Touchscreen im Cibek-Musterhaus in Limburgerhof, Rheinland-Pfalz Quelle: [Cibek technology + trading GmbH, 2009]

Abbildung 5.3: Visualisierungsdesign für Senioren Quelle: [Cibek technology + trading GmbH, 2009]

Abbildung 5.4: Wind-, Sonnen-, und Regensensor der Maintronic GmbH Quelle: [Maintronic GmbH, 2007-2009]

Abbildung 5.5: Typische Wärmeverluste eines Einfamilienhauses (Baujahr von 1984) Quelle: [Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit, 2005]

Tabellenverzeichnis

Tabelle 3.1: GA-Effizienzklassen gemäß EN 15232

Tabelle 3.2: GA-Effizienzfaktoren zur thermischen Energie in Wohngebäuden

Tabelle 3.3: GA-Effizienzfaktoren zur elektrischen Energie in Wohngebäuden

Tabelle 5.1: Gruppen der Alarm- und Ereignispriorität - Zuordnung zur Netzwerkpriorität

Tabelle 5.2: Funktionen zur Einsparung von Beleuchtungsenergie

Tabelle 5.3: Funktionen zur Einsparung von Heiz-/Kühlenergie

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Im Folgenden soll der Hintergrund, sowie die Zielsetzung und der Aufbau der Arbeit kurz vorgestellt werden.

1.1 Hintergrund der Arbeit

Steigende Energiepreise, eine Zunahme des Weltenergieverbrauchs, sowie eine höhere Konkurrenz um knappe Ressourcen haben allgemein zu einem Umdenken in der Klimapolitik geführt.[1] Die Bundesregierung hat hierzu am 5. Dezember 2007 einen umfassenden Bericht für ein Integriertes Energie- und Klimaprogramm vorgelegt, mit dem Ziel, bis zum Jahr 2020 den Ausstoß von Treibhausgasen gegenüber dem Basisjahr 1990 um 40 % zu senken.[2] Das Thema der Gebäudeautomation hat in diesem Zusammenhang auch unter betriebswirtschaftlichen Gesichtspunkten bereits einen hohen Stellenwert erreicht und wird zukünftig weiter an Bedeutung zunehmen. Unter dem Begriff Gebäudeautomation versteht man allgemein die Vernetzung und Steuerung verschiedener Haustechnikbereiche in Wohngebäuden mit den entsprechenden modernen Kommunikationssystemen. Durch die Automatisierungsvorgänge im Gebäude soll auf lange Sicht Energie - und damit auch Kosten - eingespart, wie auch ein Mehrwert im Lebenskomfort und persönlicher Sicherheit generiert werden. Somit leistet neben den Komponenten einer optimalen Gebäudegeometrie, der geografischen Ausrichtung der Gebäude, einer hochgedämmten Hülle und einem Anteil an regenerativer Energie, auch die Steuerung und Regelung der Gebäudetechnik einen wichtigen Beitrag zur Energieeffizienz.[3]

Die Technologie der Gebäudeautomation hat sich stetig weiterentwickelt und eine Qualität und Performance erreicht, die mit früheren Systemen nicht mehr zu vergleichen ist.[4] Im privaten Eigenheim hingegen, ist die Nutzerakzeptanz in der Breite noch vergleichsweise gering. Durch einheitliche Standards, Richtlinien und Normen soll diesem Trend entgegengewirkt werden.

1.2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit

Ziel der Arbeit ist es, die Art und Weise aufzuzeigen, mit denen Energieeinsparungen durch Intelligentes Wohnen erzielt werden können. Dem Leser soll hierdurch ein Verständnis für den Einsatz der Gebäudeautomation vermittelt, sowie Möglichkeiten in dessen Anwendung aufgezeigt werden.

Die nachfolgende Arbeit gliedert sich dabei in 6 Kapitel. Kapitel 1 soll den Leser durch einen einleitenden Überblick langsam an das Thema heranführen. In Kapitel 2 wird der Energieverbrauch in deutschen und europäischen Haushalten vorgestellt, woraus sich erste Schlüsse für den relativ hohen Energiebedarf ziehen lassen. Anhand vieler verschiedener Gesetze und Verordnungen, die in Zusammenhang mit dem Schlagwort Gebäudeautomation genannt werden, sollen in Kapitel 3 die aktuell relevantesten Normen und Richtlinien in übersichtlicher Form dargestellt werden. Hierbei wird zudem eine Studie aufgeführt, die zwei wichtige Normen auf ihre Anwendbarkeit prüft. Kapitel 4 bezieht sich auf die technische Funktionsweise der Gebäudeautomation und stellt die bekanntesten Kommunikationssysteme auf diesem Segment vor. Es wird erläutert, welchen Funktionsumfang die Gebäudeautomation aufweist und inwieweit sich der Stand der Technik verändert hat. In Kapitel 5 werden die Anforderungen an ein Gebäudeautomationssystem vorgestellt, sowie Vorteile im täglichen Umgang mit intelligenter Technik aufgezeigt. Hierbei werden die Automationsvorgänge in drei Anwendungfelder unterteilt und Energieeinsparungspotentiale in den Bereichen Heiz-/, Kühl-/ und Beleuchtungsenergie präsentiert. Darüber hinaus soll die Problematik für die Erstellung einer Amortisationsrechnung für den privaten Wohnungsbau in Bezug auf Gebäudeautomation herausgearbeitet werden. Das letzte Kapitel, das sich mit dem Schluss und Ausblick befasst, greift die Thematik der Arbeit analytisch noch einmal auf und stellt Zukunftsaussichten der Gebäudeautomation dar.

2 Analyse des Energieverbrauchs der Haushalte in Deutschland und Europa

Dieses Kapitel dient dazu, dem Leser einen Überblick zu verschaffen, wie viel und vor allem wofür Energie in deutschen und europäischen Haushalten verwendet wird. Der Gebäudesektor nimmt hierbei eine wichtige Rolle des Energieverbrauchs ein.

2.1 Anteil der Haushalte am Energieverbrauch

Abbildung 2.1: Energieflussbild 2008 für die Bundesrepublik Deutschland in Petajoule (alle Zahlen vorläufig geschätzt)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: [Arbeitsgesellschaft Energiebilanzen, 2009]

In vielen Zeitungen und Presseberichten wird behauptet, dass der „Gesamtenergieverbrauch der deutschen Haushalte" bei etwa 30 % liege. Aktuelle Daten hierzu liefert die AGEB, die Arbeitsgesellschaft Energiebilanzen. Abbildung 2.1 zeigt das im September 2009 veröffentlichte Energieflussbild für 2008.

Die Haushalte verbrauchen laut AGEB 2.502 Petajoule, was umgerechnet 27,4 % vom Endenergieverbrauch entspricht und knapp unter der häufig erwähnten 30 %-Marke liegt. Im Vergleich zum Energieflussbild 2007 ist der Wert um 1,8 % gestiegen.[5] Somit nehmen die Haushalte einen erheblichen Anteil des Energieverbrauchs in Deutschland ein. Mit 14.280 Petajoule liegt der Primärenergieverbrauch rund 56,5 % über dem Endenergieverbrauch. Abbildung 2.2 bezieht sich auf den Endenergieverbrauch der Haushalte am Primärenergieverbrauch 2008.

Abbildung 2.2: Endenergieverbrauchsanteil der Haushalte am Primärenergieverbrauch 2008

Quelle: [Eigene Darstellung in Anlehnung an Energieflussbild 2008 für die Bundesrepublik Deutschland, 2009]

Anhand dieser Darstellung beträgt der Endenergiebedarf der Haushalte nicht 30 %, sondern lediglich 18 %. Der Behauptung, dass der „Gesamtenergieverbrauch der deutschen Haushalte" 30 % betrage, kann somit nicht mehr zugestimmt werden. Es wird deutlich, dass die unterschiedlichen Werte auf verschiedenen Berechnungsgrundlagen basieren. Hierdurch besteht die Gefahr, dass in der Öffentlichkeit mit dem allgemein gehaltenen Begriff des „Gesamtenergieverbrauchs der Haushalte" ein falsches Bild erzeugt wird und die Hausbewohner als „verschwenderischer" dargestellt werden, als sie es eigentlich sind. Eine klare Abgrenzung der Begriffe des Primär- und Endenergiebedarfs findet sich diesbezüglich in der Energieeinsparverordnung 2007 (EnEV).[6] „Der Primärenergiebedarf bildet [demnach] die Gesamtenergieeffizienz eines Gebäudes ab. Er berücksichtigt neben der Endenergie auch die so genannte „Vorkette" (Erkundung, Gewinnung, Verteilung, Umwandlung) der jeweils eingesetzten Energieträger (z. B. Heizöl, Gas, Strom, erneuerbare Energien etc.). ..." „Der Endenergiebedarf gibt die nach technischen Regeln berechnete, jährlich benötigte Energiemenge für Heizung, Lüftung und Warmwasserbereitung an. Er wird unter Standardklima- und Standardnutzungsbedingungen errechnet und ist ein Maß für die Energieeffizienz eines Gebäudes und seiner Anlagentechnik. ."[7]

2.2 Hohe Heizenergiewerte in deutschen Haushalten

In privaten Haushalten wird Energie in unterschiedlichen Lebensbereichen verbraucht. Direkter Energieverbrauch entsteht beim Wohnen (z.B. Heizen, Gebrauch von Haushaltsgeräten) und der Nutzung privater PKW, während sich der indirekte Energieverbrauch auf den Konsum von Waren sowie der Bereitstellung von Dienstleistungen im In- und Ausland bezieht.[8] Der Anteil der Ausgaben für Wohnenergie an den gesamten Konsumausgaben der privaten Haushalte von 1995 bis 2007 ist um ein Prozent auf 4,7 % gestiegen. „Dagegen sind die verbrauchten Mengen an Wohnenergie zwischen 1995 und 2007 nahezu konstant geblieben. Das gilt insbesondere für Warmwassererzeugung und Beleuchtung."[9] Laut Initiative Erdgas pro Umwelt (IEU), einem Zusammenschluss führender Unternehmen der Heizgeräteindustrie, der Gaswirtschaft, des installierenden Fachhandwerks und des Großhandels, beanspruchen Heizung und Warmwasserbereitung mit insgesamt 89 % den größten Anteil des „Energiekuchens" im Haushalt (Abbildung 2.3). 9 % entfallen auf die elektrischen Geräte und lediglich 2 % wird der Beleuchtung zugerechnet.[10]

Abbildung 2.3: Energieverbrauch in deutschen Haushalten im Jahr 2007 unterteilt nach den einzelnen Verwendungsbereichen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: [Eigene Darstellung in Anlehnung an IEU, 2008]

Dieses Schaubild unterstützt eine Untersuchung für die Heizperiode 2005/06 des Energiedienstleisters Techem, ein Spezialist für die Erfassung von Heizkosten, nach der jedes fünfte Gebäude zu viel Heizenergie benötigt. Der Energieverbrauch für Heizzwecke der letzten 25 Jahre ist laut Techem witterungsbereinigt*[11] um etwa 30 % gesunken, jedoch sind die Verbrauchsunterschiede im Gebäudebestand immer noch zu hoch. Der Analyse zufolge benötigen 54 % aller Gebäude bis zu 16 Liter Heizöl pro Quadratmeter, wobei 19 % der Gebäude bereits unter 12 l/m2 verbrauchen. Der Anteil der „Energiefresser", die mehr als 20 Liter pro Quadratmeter verbrauchen, sei mit ebenfalls 19 % deutlich zu hoch. Nach Meinung des Techem-Vorstandsvorsitzendem Horst Enzelmüller müsse man die „Energieschleudern" schnellstmöglich sanieren, um die gewollte Trendwende beim Kohlendioxid einzuhalten.[12] Eine von der Techem GmbH (Eschborn) in Auftrag gegebene Repräsentativumfrage der forsa im Jahre 2007 befasst sich mit der Frage wie und wo deutsche Haushalte Energie sparen. Das Resultat der Umfrage war, dass deutsche Haushalte beim Energiesparen zunächst ans Benzin, dann an den Strom und zuletzt an die Heizkosten denken. In Zahlen ausgedrückt sparen 44 % aller Haushalte beim Benzinverbrauch, 40 % beim Strom und ein geringer Anteil von 9 % bei den Heizkosten. Positiv zu bewerten ist die Tatsache, dass rund drei Viertel der Bevölkerung die Absicht hat, beim Heizen zu sparen. Jedoch hat über die Hälfte aller Bundesbürger keine klare Vorstellung über die Heizkosten.[13]

Der von dem Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) in Auftrag gegebene CO2-Gebäudereport 2007 liefert über die Einstellung der Bevölkerung zur Energienutzung und Senkung des Energieverbrauchs im Vergleich zur forsa-Umfrage deutlich abweichende Werte. Demnach denken 42 % der befragten Wohnungseigentümer, Mieter und Vermieter, dass sie bei elektrischen Geräten am meisten Energie einsparen können. Das Einsparpotential bei der Beheizung von Räumen wird mit 33 % der Befragten noch hinter der Einsparung des Benzinverbrauchs mit 36 % an dritter Stelle gesehen. Grund für das zu geringe Einsparpotenzial bei den Heizkosten seien zum einen überschätzte Investitionskosten und zum anderen zu lange Amortisationszeiträume.[14]

2.3 Energieeinsparpotenzial im Gebäudesektor

„Dem Gebäudebereich kommt in Hinblick auf die Ziele der Energieeinsparung und des Klimaschutzes ... eine zentrale Rolle zu."[15] Der deutsche Gebäudebestand umfasst unter anderem 17,3 Millionen Wohngebäude mit 39 Millionen Wohneinheiten, wovon 75 % vor 1979 errichtet worden sind. Hinzu gezählt werden 1,5 Millionen Nichtwohngebäude, darunter etwa 40.000 Schulen.[16] Eine wesentliche Aufgabe besteht darin, Gebäude energieeffizient zu planen und zu bauen. Anschließend sollen sie auch während ihrer langen Lebensdauer möglichst energieeffizient betrieben werden können. Durch politische und gesetzliche Rahmenbedingungen, wie das CO2-Minderungsziel der Bundesrepublik Deutschland, soll der Trend hin zur Energieeinsparung gelegt werden.[17] Anhand der Abbildung 2.4 ist zu erkennen, dass der Bereich „Households and Services", der hier als Gebäudebereich verstanden werden kann, mit ca. 37 % den größten Anteil am Endenergieverbrauch in der EU ausmacht.

Abbildung 2.4: Endenergieverbrauch aller Mitgliedsländer der EU 2007 in Prozent unterteilt nach Sektoren

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: [European Union, 2010]

Laut Stiftung Wüstenrot stellt der Gebäudebereich in Deutschland mit einem Anteil von rund 40 % des Endenergiebedarfs den größten Verbrauchssektor dar. Der Gebäudebereich ist folglich der Handlungssektor in Deutschland - wie auch in der EU - mit dem größten Energieeinsparpotential.[18]

Anhand der Studie „Efficiency of Public Buildings" von Prof. Dr.-Ing. Rainer Hirschberg von der Fachhochschule Aachen (2004) wird deutlich, dass im Bereich der Nichtwohngebäude bei konstanter Ausnutzung aller Einsparpotentiale eine Reduzierung der CO2-Emissionen um 27 Millionen Tonnen realistisch ist. Mit Gebäudeautomation könne etwa ein Viertel dieses Einsparpotentials erreicht werden. Eine schnelle Realisierungsmöglichkeit und ein schnell erzielter Return on Invest machen die Gebäudeautomation vorteilhaft bzgl. der Möglichkeiten zur Senkung der Energiekosten.[19]

3 Wichtige Normen, Gesetze und Richtlinien der Gebäudeautomation

Experten der Gebäudeautomationsindustrie in Europa haben in den letzten Jahren durch intensive Arbeit ein Normenwerk geschaffen, mit dem Bauprojekte transparenter und konkreter ausgeführt werden können. Einige der relevantesten und aktuellsten Normen und Richtlinien sollen im Folgenden dargestellt und näher erläutert werden.

3.1 Die Europäische Richtlinie 2002/91/EG über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden

Eine entscheidende Rolle in Zusammenhang mit dem energieeffizienten Umgang in Gebäuden nimmt die am 16. Dezember 2002 vom Europäischem Parlament und dem Rat der Europäischen Union beschlossene Richtlinie 2002/91/EG ein. Ziel dieser Richtlinie ist es, die Verbesserung der Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden zu unterstützen. Im April 2010 ist eine Neufassung der Richtlinie 2002/91/EG erschienen, mit dem Ziel, den Energieverbrauch bis zum Jahr 2020 um 5-6 % und die CO2-Emissionen um bis zu 5 % zu reduzieren. Nach der neuen Verordnung müssen EU-Mitgliedsstaaten bis zum 31. Dezember 2018 sicherstellen, dass alle Neubauten so viel Energie produzieren, wie sie gleichzeitig verbrauchen. Die Zahl der so genannten „Netto-Nullenergiegebäude" soll demnach deutlich erhöht werden.[20] Folgende Anforderungen sind in der Richtlinie enthalten:

eine Methode zur Berechnung der integrierten Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden

die Festlegung von Mindestanforderungen an die Gesamtenergieeffizienz neuer, wie auch bestehender großer Gebäude oder Gebäudeteilen, die einer umfangreicheren Renovierung unterzogen werden sollen, wie auch gebäudetechnischen Systemen, wenn diese installiert, ersetzt oder modernisiert werden

nationale Pläne zur Erhöhung der Zahl der Niedrigstenenergiegebäude

die Erstellung von Energieausweisen für Gebäude

eine regelmäßige Inspektion von Heizkesseln und Klimaanlagen

unabhängige Kontrollsysteme für Ausweise über die Gesamtenergieeffizienz und Inspektionsberichte[21]

Abbildung 3.1 verdeutlicht das von der EU eingeleitete Zertifizierungsverfahren für die europäische Richtlinie zur Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EPBD). Durch das vorgegebene Ziel, die CO2-Emissionen um bis zu 20 % bis 2020 zu senken, hat die Europäische Union das European Committee for Standardization (CEN) beauftragt, die Berechnungsmethoden zur Verbesserung der Energieeffizienz zu standardisieren.

Abbildung 3.1: Zertifizierungsverfahren für die europäische Richtlinie zur Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: [Rader, 2008]

Das technische Komitee des CEN TC 247 entwickelt europäische und internationale Normen für Gebäudeautomations- und Gebäudemanagementsysteme. Hierbei wurde unter anderem die EN 15232 entworfen und verabschiedet, welche die Berechnungsmethoden definiert, mit denen die Energieeffizienz von Gebäuden durch die Anwendung integrierter Automationssysteme verbessert werden soll.[22] Eine andere von der CEN formulierte Norm ist die DIN EN 15500, welche Produktionsstandards mit Energieeffizienzkriterien umfasst.[23] Die European Building Automation and Controls Association (eu.bac) gestaltet dazu Zertifikate für Produkte und Systeme der Gebäudeautomation, welche von allen EU-Mitgliedern anerkannt werden. Sie wurde 2003 gegründet und vertritt heute bereits 95 % der Hersteller von Systemen und Komponenten der Haus- und Gebäudeautomation.[24] Ziel dieses Zertifizierungsprogramms besteht darin, dem Nutzer ein hohes Maß an Qualität für Geräte und Systeme der Haus- und Gebäudeautomation anzubieten. Produkte, die das Zertifizierungszeichen „eu.bacCert" tragen, drücken eine hohe Qualität, das Vertrauen in das Produkt und die Markttransparenz aus.[25]

3.2 Die Norm EN 15232

Die EN 15232: „Energieeffizienz von Gebäuden - Einfluss von Gebäudeautomation und Gebäudemanagement" ist Teil eines ganzen Satzes von CEN Normen. Sinn und Zweck dieser Norm ist es, Einsparungen durch Gebäudeautomation anhand so genannter Gebäu- deautomations-Effizienzfaktoren ein Stück berechenbarer zu machen. Diese europäische Norm legt Folgendes fest:

eine strukturierte Liste von Regel-, Gebäudeautomations- und technischen Gebäudemanagementfunktionen, die Auswirkung auf die Energieeffizienz von Gebäuden haben

eine Methode zur Definition der Mindestanforderungen hinsichtlich der Funktionen der Gebäudeautomation und des Gebäudemanagements, die in Gebäuden unterschiedlicher Komplexität umzusetzen sind

detaillierte Verfahren zur Bewertung der Auswirkung dieser Funktionen auf ein bestimmtes Gebäude. Diese Verfahren ermöglichen, die Auswirkungen dieser Funktionen in die Berechnung der Kennzahlen und Leistungsindikatoren der Energieeffizienz nach den entsprechenden Normen aufzunehmen

ein vereinfachtes Verfahren, um eine erste Abschätzung des Einflusses dieser Funktionen auf die Energieeffizienz typische Gebäude zu erhalten[26]

Einzelanlagen und Systeme der Gebäudeautomation bieten effektive Steuer- und Regelmechanismen für den HLK-Bereich, Trinkwassererwärmung, Beleuchtung usw. an, mit dem Ergebnis einer Steigerung der operativen und energetischen Effizienz.[27] Komplexe und integrierte Energie könne abhängig von den Nutzerbedürfnissen angepasst werden, sodass unnötiger Energieverbrauch und erhöhter CO2-Ausstoß vermieden werden kann. Das Gebäudemanagement liefert hierzu Informationen über den Betrieb, die Wartung und das Management des Gebäudes, die speziell für das Energiemanagement notwendig sind. Anforderungen bezüglich Dokumentation, Steuern und Regeln, Bedienen und Beobachten, Optimieren und Unterstützung von korrektiven und präventiven Maßnahmen werden von dem Energiemanagement gestellt, um die Energieeffizienz von Gebäuden zu verbessern.[28] Folgende Gruppen von Funktionen beeinflussen die Energieeffizienz von Gebäuden:

Automatische Steuer- und Regelfunktionen

Heizen und Kühlen

Lüftung und Klimaautomatik

Beleuchtung

Beschattung

Gebäudeautomationsfunktionen

Gebäudemanagementfunktionen[29]

Anhand dieser Funktionsgruppen werden die GA-Effizienzklassen eingeführt (siehe Tabelle 3.1).

Tabelle 3.1: GA-Effizienzklassen gemäß EN 15232

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: [Ris, 2009]

Insgesamt gibt es vier verschiedene Klassen (A, B, C, D), die sich wiederum in Wohnhäuser und Nicht-Wohnhäuser unterscheiden. Die niedrigste GA-Effizienzklasse ist D. In dieser Klasse ist das Gebäudeautomations-System nicht effizient und sollte schnellstmöglich modernisiert werden. Neue Gebäude dürfen mit einem System dieser Klasse nicht ausgestattet werden.[30] Die Klasse C entspricht dem heutigen Standard-GA-System und bildet somit den Bezugspunkt. Anhand der Tabellen 3.2 und 3.3 ist ersichtlich, dass der Klasse C immer der Faktor 1 zugewiesen wird. Ein Beispiel für diese Klasse wären Thermostatventile oder elektronische Regelgeräte, die die Wärmeabgabe regeln und die Raumtemperatur auf einem gewünschten Wert halten.[31]

Tabelle 3.2: GA-Effizienzfaktoren zur thermischen Energie in Wohngebäuden

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: [Fischer, 2009]

Tabelle 3.3: GA-Effizienzfaktoren zur elektrischen Energie in Wohngebäuden

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: [Fischer, 2009]

Klasse B steht für ein weiterentwickeltes GA-System mit einigen speziellen TGM-Funktionen. Hierbei können die einzelnen Regelgeräte mit dem Gebäudeautomationssystem kommunizieren und weitere Faktoren, wie beispielsweise die aktuelle Außentemperatur, mit in den Regelprozess einbeziehen. Die höchste Energieeffizienz wird bei GA-Systemen der Klasse A erreicht, wobei „... alle verfügbaren Informationen sowohl aus dem Raum, als auch aus dem gesamten Gebäude und der Umgebung benutzt werden, um den Prozess „Gebäude" optimal und energieeffizient zu steuern und zu regeln."[32] Die Regeleinrichtungen müssen demnach bedarfsgeführt sein und mit der übrigen Gebäudetechnik (Elektrik, Licht, Verschattung) kommunizieren können.[33] Um einen höchst möglichen Grad an Energie- und damit auch Kosteneinsparungen zu erlangen, ist es notwendig, dass alle Gewerke effizient zusammenarbeiten und die einzelnen Funktionen aufeinander abgestimmt werden.[34]

3.3 Die Energieeinsparungsverordnung (EnEV) 2009

Die EnEV 2009 ist eine durch die Bundesregierung verabschiedete Verordnung, die im Wesentlichen auf der EnEV 2007 - mit einigen Änderungen - basiert. Sie schreibt bautechnische Standardanforderungen zum effizienten Energieverbrauch in Gebäuden oder Gebäudeteilen vor und unterstützt das umfangreiche Konzept der Europäischen Union für mehr Energieeffizienz und Klimaschutz. Die EnEV gilt für Gebäude, die beheizt und gekühlt werden, sowie für Anlagen und Einrichtungen der Heizungs-, Kühl-, Raumluft- und Beleuchtungstechnik, sowie der Warmwasserversorgung dieser Gebäude.[35] Sie definiert Anforderungen für Wohngebäude, speziell für Neubauten und regelt folgende Bereiche:

Energieausweise für Gebäude (Bestand und Neubau)

Energetische Mindestanforderungen für Neubauten

Energetische Mindestanforderungen für Modernisierung, Umbau, Ausbau und Erweiterung bestehender Gebäude

Mindestanforderungen für Heizungs-, Kühl- und Raumlufttechnik sowie Warmwasserversorgung

Energetische Inspektion von Klimaanlagen

Durch eine Senkung der Obergrenze des zulässigen jährlichen Primärenergiebedarfs für Neubauten und modernisierte Altbauten um 30 %, wie auch durch eine 15 %-ige Erhöhung der energetischen Anforderungen an die Wärmedämmung für Neubauten, trägt die EnEV maßgeblich zu einer Verringerung des Energieverbrauchs bei.[36]

3.4 DIN V 18599

Die 10-teilige Normenreihe DIN V 18599 (Energetische Bewertung von Gebäuden) wurde in einem gemeinsamen Arbeitsausschuss der DIN Normenausschüsse Bauwesen (NABau), Heiz- und Raumlufttechnik (NHRS) und Lichttechnik (FNL) erarbeitet und im März 2005 verabschiedet.[37] Ziel dieser Norm ist es, die Richtlinie 2002/91/EG in Deutschland umzusetzen. Anhand der einzelnen Teile dieser Norm werden Berechnungsmethoden für eine umfangreiche Beurteilung der Energiemengen erstellt, welche durch Beheizung, Warmwasser, Klimatisierung, Luftaufbereitung und Beleuchtung von Gebäuden entstehen.[38] Abbildung 3.2 zeigt als Übersicht den Aufbau der DIN V 18599 mit den jeweiligen Parametern und Funktionen der Gebäudeautomation. Es lässt sich hiermit das Energieeinsparpotenzial durch Funktionen der Raum- und Gebäudeautomation bezogen auf die Energiebedarfe vergleichend darstellen.

Abbildung 3.2: Parameter und Funktionen der Raum- und Gebäudeautomation in den einzelnen Teilen von DIN V 18599

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: [Veit, Schmidt, 2010]

Die normativ dokumentierten Algorithmen der DIN V 18599 sind konzipiert für die energetische Bilanzierung von Wohn- und Nichtwohnbauten, sowie für Neubauten und Bestandsbauten.[39]

3.5 DIN EN ISO 16484 und VDI 3814

Die DIN EN ISO 16484 ist eine 7-teilige Weltnorm für Gebäudeautomation. Da in den ISO- und CEN-Arbeitspapieren bereits ca. 450 verschiedene Begriffe in Bezug auf Gebäudeautomation vorkommen, wird diese Begriffsanzahl im zweiten Teil der Norm grenzüberschreitend für alle Länder „verständlich" gemacht.[40] Die VDI Richtlinie 3814 gilt als eine wesentliche Vorlage für die DIN EN ISO 16484, da viele GA-Funktionen der VDI 3814 in den Teil 3 der Weltnorm aufgenommen wurden.[41] In letzterem werden unter anderem Definitionen und Anforderungen an ein GA-System aufgelistet, sowie Kommunikationsfunktionen für die Integration der Prozesse anderer Systeme vorgestellt. In Teil 5 und 6 der DIN EN ISO 16484 wird Bezug genommen auf das Datenkommunikationsprotokoll und die Datenkommunikati- ons-Konformitätsprüfung der Gebäudeautomation. Aus DIN EN ISO 16484-5 ergibt sich, dass sich das Datenkommunikationsprotokoll BACnet heutzutage als einziges, genormtes Protokoll in der Gebäudeautomation durchgesetzt hat.[42] Die DIN EN ISO 16484 und VDI Richtlinie 3814 leisten ihren Beitrag in Bezug auf Raum- und Gebäudeautomationsfunktionen für Klarheit zu sorgen, jedoch existieren bis heute noch keine eindeutigen Funktionsbeschreibungen. Der Richtlinienausschuss des VDI 3813 möchte dies ändern und zu einer weiteren Vereinheitlichung beitragen.[43]

3.6 Studie zur Analyse der DIN V 18599 und EN 15232 bezogen auf deren Anwendbarkeit

Anhand einer Studie, die im Auftrag von LonMark Deutschland durchgeführt wurde, ergaben sich Bewertungen und Verbesserungsmöglichkeiten der EN 15232 und der DIN V 18599 in Bezug auf ihre Anwendbarkeit in der Raum- und Gebäudeautomation. Die DIN V 18599 sei demnach ein guter Ansatz und grundsätzlich dazu geeignet, Einsparpotenziale durch Raum- und Gebäudeautomation, bezogen auf Nutz-, End- und Primärenergiebedarf zu berechnen. Desweiteren hat die Studie ergeben, dass teilweise große Einsparpotenziale durch Funktionen der Raum- und Gebäudeautomation erzielt werden können und dass die Wahl des Gebäudetyps und des Nutzungsprofils (Seminargebäude, Bürogebäude) einen starken Einfluss auf die Höhe der Einsparpotenziale haben. Demgegenüber fehlen teilweise noch wichtige regelungstechnische Parameter, sodass die Norm in der jetzigen Form noch keine konsistente und geschlossene Berechnung der Energieeinsparpotenziale durch Raum- und Gebäudeautomationsfunktionen erlaubt.

[...]


[1] Vgl. Kohler et al., 2006, S. 11.

[2] Vgl. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, 2009.

[3] Vgl. Staub, 2010, S. 11.

[4] Vgl. Palensky, Rössler, Dietrich, 2003, S. 104.

[5] Vgl. Bundeszentrale für politische Bildung, 2008.

[6] Bundesministerium der Justiz, 2007, S. 1554.

[7] Bundesministerium der Justiz, 2007, S. 1558.

[8] Vgl. Statistisches Bundesamt, 2008, S. 5.

[9] Flachmann, 2008, S. 1.

[10] Vgl. Initiative Erdgas pro Umwelt (IEU), 2008.

[11] *witterungsbereinigt: Berücksichtigung der allgemeinen Klimaveränderung wobei Gradtagszahleneines Vergleichszeitraums in Relation gesetzt werden und ein Klimakorrekturfaktor ermittelt wird.

[12] Vgl. Techem GmbH, 2007.

[13] Vgl. Techem GmbH, 2007.

[14] Vgl. co2online gGmbH, Fraunhofer-Institut für Bauphysik, 2007, S. 5.

[15] co2online gGmbH, Fraunhofer-Institut für Bauphysik, 2007, S. 4.

[16] Vgl. co2online gGmbH, Fraunhofer-Institut für Bauphysik, 2007, S. 4.

[17] Vgl. Veit, Schmidt, 2010, S. 162.

[18] Vgl. Kohler et al., 2006, S. 12.

[19] Vgl. Kieback&Peter GmbH & Co. KG, 2009, S. 4.

[20] Europäisches Parlament und Rat der Europäischen Union, 2010, Artikel 9 § 1.

[21] Europäisches Parlament und Rat der Europäischen Union, 2010, Artikel 1 § 2.

[22] european building automation and controls association, o. J., S. 6.

[23] Vgl. Deutsches Institut für Normung e.V., 2008, S. 6.

[24] european building automation and controls association, o. J, S. 2.

[25] Vgl. Fischer, 2009, S. 23.

[26] Vgl. Fischer, 2009, S. 17.

[27] Vgl. Fischer, 2009, S. 18.

[28] Vgl. Fischer, 2009, S. 18.

[29] Vgl. Fischer, 2009, S. 18.

[30] Vgl. Ris, 2009, S. 57.

[31] Vgl. Fischer, 2009, S. 22.

[32] Fischer, 2009, S. 22.

[33] Vgl. Ris, 2009, S. 57.

[34] Vgl. Fischer, 2009, S. 22.

[35] Bundesministerium der Justiz, 2009, S. 954ff.

[36] Vgl. Veit, Schmidt, 2010, S. 44.

[37] Vgl. Hegener, 2005, S. 5ff.

[38] Vgl. Veit, Schmidt, 2010, S. 175.

[39] Vgl. Erhorn, Balada, o. J., S. 1.

[40] Vgl. Kranz, 2006, S. 68.

[41] Vgl. Verein Deutscher Ingenieure, 2010.

[42] Vgl. Kranz, 2006, S. 33.

[43] Vgl. Veit, Schmidt, 2010, S. 181

Details

Seiten
54
Jahr
2010
ISBN (eBook)
9783640748242
ISBN (Buch)
9783640748464
Dateigröße
1.6 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v161305
Institution / Hochschule
Georg-August-Universität Göttingen
Note
1,3
Schlagworte
Gebäudeautomation Building Automation Intelligentes Wohnen Energieeinsparung Smart Home Intelligentes Haus Intelligent House

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Titel: Energieeinsparpotential durch Gebäudeautomation in Wohngebäuden