443 KB - Energetische Sanierung der Bausubstanz - EnSan
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<strong>Energetische</strong> Gesamtoptimierung <strong>der</strong> Staats- und Universitätsbibliothek<br />
Bremen GOSUB<br />
För<strong>der</strong>kennzeichen: 0327292A<br />
Dipl.-Ing. Arch. Ursula Schnaars<br />
Dipl.-Ing. Heiko Schiller,<br />
Universität Bremen<br />
schiller engineering, Hamburg<br />
1 Projektsteckbrief<br />
Bauherr:<br />
Wissenschaftliche<br />
Begleitung:<br />
Generalplaner:<br />
TGA-Planer:<br />
Architekten:<br />
Projektstart:<br />
Baubeginn:<br />
Inbetriebnahme:<br />
Projektende:<br />
Gesamtfläche<br />
HNF gesamt:<br />
Bibliotheksflächen<br />
Büroflächen<br />
Werkstätten, EDV, sonst.<br />
Saal<br />
NNF:<br />
VF:<br />
FF:<br />
<strong>Energetische</strong> <strong>Sanierung</strong><br />
Inhaltliche Mo<strong>der</strong>nisierung<br />
Universität Bremen<br />
Hochschule Bremerhaven + TTZ Bremerhaven<br />
schiller engineering, Hamburg<br />
Hochschule Bremen<br />
RCI GmbH, Berlin<br />
RCI GmbH, Berlin<br />
HJW+Partner, Hannover<br />
15.08.2001<br />
01.10.2002<br />
31.12.2004<br />
31.12.2006<br />
25.011 m 2<br />
20.794 m 2<br />
16.194 m 2<br />
1.978 m 2<br />
2.354 m 2<br />
307 m 2<br />
388 m 2<br />
1.698 m 2<br />
2.132 m 2<br />
7,245 Mio. EUR<br />
3,990 Mio. EUR
2 Architektonische und städtebauliche Einordnung <strong>der</strong> SuUB<br />
Der Gebäudebestand <strong>der</strong> Universität Bremen besteht aus einem zentralen Kern aus<br />
Bauten <strong>der</strong> frühen 70-er Jahre. Dazu gehören neben <strong>der</strong> Staats- und Universitätsbibliothek<br />
und Mensa jeweils ein großes geisteswissenschaftliches und naturwissenschaftliches<br />
Mehrzweckgebäude, das Mehrzweckhochhaus und das Sportzentrum.<br />
Diese werden fußläufig erschlossen über die Ebene +1 des Boulevards, <strong>der</strong> unterseitig<br />
die Verteilung <strong>der</strong> gesamten technischen Erschließung übernimmt.<br />
Abbildung 2-1: Lageplan <strong>der</strong> Universität Bremen mit <strong>der</strong> SuUB im Zentrum<br />
In den 80er und 90er Jahren erfolgte <strong>der</strong> weitere Ausbau insbeson<strong>der</strong>e in den Ingenieur-<br />
und Naturwissenschaften, unter an<strong>der</strong>em auch im höchstinstallierten Chemielabor-<br />
und Reinraumbereich. Hierbei wurde jedoch die Haupterschließung in die E-<br />
bene 0 verlegt.<br />
Das Gebäude <strong>der</strong> Staats- und Universitätsbibliothek stammt aus <strong>der</strong> Gründungszeit<br />
<strong>der</strong> Universität. Nach ausgiebiger Recherche und Studienreisen in die USA erfolgte<br />
Ende <strong>der</strong> 60er Jahre seitens <strong>der</strong> Universitätsplaner die Entscheidung zugunsten einer<br />
großzügigen Präsenzaufstellung nach Vorbild <strong>der</strong> großen amerikanischen Bibliotheken.
Die Architekten Kaiser und Kutzky des damaligen Universitätsbauamtes entschieden<br />
sich für einen nahezu quadratischen Grundriss über 5 Ebenen als Stahlbetonskelettbauweise<br />
mit einer Aluminium/Glas Vorhangfassade ab <strong>der</strong> Ebene +1.<br />
Die Ebene 4 wurde als Staffelgeschoss ausgebildet mit einem großen umlaufenden<br />
Dachgarten als Äquivalent für die Vollklimatisierung. Die breite Beton-Attika wird als<br />
Sichtschutz und Brüstung des Dachgartens genutzt.<br />
Das Gebäude liegt in <strong>der</strong> Ebene +1 am Boulevard <strong>der</strong> Universität, als Haupterschließungsebene<br />
für alle in <strong>der</strong> Gründungszeit entstandenen Gebäude. In direkter Zuordnung<br />
zum Zentralbereich <strong>der</strong> Universität mit Bus- und Bahnhaltestellen ist das<br />
Gebäude nicht nur für Universitätsangehörige son<strong>der</strong>n auch für sonstige Nutzer aus<br />
<strong>der</strong> Stadt gut erreichbar.<br />
Aus gestalterischer Sicht stellt u. E. das Bibliotheksgebäude einen positiven Beitrag<br />
<strong>der</strong> Beton- / Glasarchitektur <strong>der</strong> frühen 70er Jahre dar.<br />
Die feinteilig senkrecht geglie<strong>der</strong>te<br />
Stahl-Glas-Fassade bietet Aus-, Einund<br />
Durchblicke nach drinnen und<br />
draußen. Die gestaltete Sichtbetonfassade<br />
steht in einem gut proportionierten<br />
Spannungsverhältnis zur<br />
Glasfassade.<br />
Das Gebäude gilt als gestalterischer<br />
Höhepunkt in einem bestehenden<br />
Ensemble von Gebäuden <strong>der</strong> 70er<br />
Jahre. Die Universität möchte diese<br />
Fassade weitestgehend erhalten<br />
damit <strong>der</strong> Charakter und die Identität<br />
nicht verloren gehen.<br />
Abbildung 2-2: Fassadendetail
3 Projektbeson<strong>der</strong>heiten<br />
3.1 Finanzierung<br />
Unter Einbeziehung <strong>der</strong> För<strong>der</strong>mittel aus dem ENSAN-Projekt kann die energetische<br />
<strong>Sanierung</strong> durch die erwarteten Energiekostenreduzierungen in einem Zeitraum von<br />
ca. 15 Jahren refinanziert werden. Die ursprüngliche Idee eines Performance Contractings<br />
wurde nach gründlicher Abwägung zugunsten einer Kreditfinanzierung verworfen.<br />
3.2 Parallelprojekt „Inhaltliche Mo<strong>der</strong>nisierung“<br />
Parallel zur energetischen <strong>Sanierung</strong> findet die sogenannte „Inhaltliche Mo<strong>der</strong>nisierung“<br />
statt. Hierbei kommt es u. a. zu einer architektonischen Aufwertung des Eingangsbereiches<br />
sowie zur Installation zusätzlicher Bildschirmarbeitsplätze.<br />
3.3 Kostendeckelung<br />
Alle Planungsbeteiligten haben sich nach einer vorangegangenen Machbarkeitsstudie<br />
eine Zielvereinbarung verpflichtet, die vereinbarten Projektziele bei Einhaltung<br />
<strong>der</strong> Kostenobergrenze zu erreichen. Die Kostensituation führt dazu, dass im Rahmen<br />
<strong>der</strong> <strong>Sanierung</strong> zahlreiche Komponenten und Teilsysteme aufgearbeitet, gereinigt und<br />
intelligent wie<strong>der</strong>verwendet werden. Nur auf diese Weise sind die relativ niedrigen<br />
spezifischen Projektkosten möglich. Die Einsparungen bei den Investitionskosten<br />
gehen mit einem erhöhten Aufwand bei den Ingenieurleistungen einher.<br />
3.4 Bauen im laufenden Betrieb<br />
Die Staats- und Universitätsbibliothek hat ihre Aufgaben während <strong>der</strong> gesamten<br />
Bauphase nahezu uneingeschränkt zu erfüllen. Seit Planungsbeginn ist eine Arbeitsgruppe<br />
„Bauablaufplanung“ unter Einbeziehung <strong>der</strong> Nutzer mit <strong>der</strong> Erstellung detaillierter<br />
Zeitpläne beschäftigt.
4 Bibliotheksnutzung<br />
Die Nutzung <strong>der</strong> Bibliothek setzt sich aus dem eigentlichen Betrieb als Präsenzbibliothek<br />
sowie <strong>der</strong> angeschlossenen Verwaltung, Werkstätten und eines Vortragssaals<br />
zusammen. Diese Bereiche haben stark unterschiedliche Nutzungszeiten. So hat die<br />
Bibliothek werktags bis 22.00 Uhr und an Samstagen bis 18.00 Uhr geöffnet.<br />
Das festangestellte Personal besteht aus insgesamt 162 Mitarbeitern. Weiterhin war<br />
bekannt, dass täglich ca. 1.000 Besucher die Bibliothek nutzen. Zur Ermittlung <strong>der</strong><br />
Gleichzeitigkeit und Anwesenheitsdauer wurden Personenzählungen an drei verschiedenen<br />
Tagen vorgenommen.<br />
Temporäre Anwesenheit von Bibliotheksnutzern<br />
250<br />
225<br />
200<br />
175<br />
150<br />
125<br />
100<br />
75<br />
50<br />
Zählung am 11.01.2002<br />
Zählung am 05.07.2001<br />
Zählung am 21.08.2001<br />
25<br />
0<br />
8 oo 9 oo 10 oo 11 oo 12 oo 13 oo 14 oo 15 oo 16 oo 17 oo 18 oo 19 oo 20 oo 21 oo 22 oo 23 oo<br />
Tageszeit<br />
Abbildung 4-1: Ergebnisse <strong>der</strong> Personenzählung (Besucher)<br />
An den betrachteten Tagen ergab sich ein maximaler Stundenmittelwert für die<br />
gleichzeitige Anwesenheit von 205 Nutzern. Dies entspricht einer Flächenzuordnung<br />
von ca. 65 m 2 Bibliotheksfläche je Person.<br />
Dementsprechend gering ist die thermische Belastung durch innere Wärmequellen<br />
einzustufen. Perspektivisch wird sowohl mit einer Zunahme von Nutzern als auch mit<br />
einer Verschiebung von Lese- zu Bildschirmarbeitsplätzen gerechnet.<br />
Seit Bestehen <strong>der</strong> Bibliothek kam es zu Klagen <strong>der</strong> Mitarbeiter über das Raumklima.<br />
Insbeson<strong>der</strong>e die fehlenden Möglichkeiten zur Fensteröffnung, die Klimamonotonie<br />
und <strong>der</strong> permanente Geräuschpegel wurden kritisiert. Die Möglichkeiten Verän<strong>der</strong>ungen<br />
herbeizuführen waren in <strong>der</strong> Vergangenheit nicht gegeben.
5 <strong>Energetische</strong> Ausgangssituation<br />
5.1 Gebäudehülle<br />
Die fehlenden Fenster-Öffnungsflügel sind bei hochwertigen Gebäuden aus den 70er<br />
Jahren sehr typisch, weil die frühere Betrachtung von Komfort und thermischer Behaglichkeit<br />
von einer rein physikalischen Sichtweise geprägt war.<br />
Die Pfosten-Riegel-Konstruktion <strong>der</strong> Fassade besteht aus thermisch entkoppelten<br />
Aluminiumprofilen und Zweifachverglasung. Es wird für den Ist-Zustand von einem<br />
Gesamtwärmedurchgangskoeffizienten k > 3,2 W/(m 2 K) ausgegangen.<br />
Positiv hervorzuheben ist ein aufwendiger äußerer Sonnenschutz, <strong>der</strong> gleichzeitig ein<br />
markantes Gestaltungsmerkmal bildet. Dieser setzt sich aus starren Horizontallamellen<br />
sowie beweglichen Außenjalousien zusammen, die fassadenweise motorisch gesteuert<br />
werden.<br />
Von <strong>der</strong> Glasfassade ausgenommen sind Betonelemente die teils mit gedämmten<br />
Aluminiumprofilen verkleidet sind – teils aber auch als Sichtbeton zur architektonischen<br />
Wirkung beitragen. Die Sichtbetonelemente sind im Bereich von Technik- und<br />
Verkehrsflächen sowie als Sturzelemente im Bereich <strong>der</strong> Zwischendecken angeordnet.<br />
Geschossüberstände sind nach unten mittels geschlossenen Aluminiumplatten<br />
verblendet.<br />
Aufgrund von unterschiedlichen Geschossgrundrissen ergeben sich zahlreiche Dachflächen,<br />
so z. B. in <strong>der</strong> Ebene 0, Ebene 1 und Ebene 4. Davon ist die Fläche in Ebene<br />
4 als Dachgarten ausgebildet. Laut Planungsunterlagen ist hier die Wärmedämmung<br />
geringer ausgeführt (k-Wert 0,84 W/(m 2 K); sonst 0,48 W/(m 2 K)).<br />
Aufgrund <strong>der</strong> großen Raumtiefen und des quadratischen Grundrisses verfügt das<br />
sehr kompakte Bibliotheksgebäude über ein günstiges A/V-Verhältnis von 0,20 m -1 .<br />
Sämtliche Deckenhohlräume sind für technische Installationen genutzt und mit abgehängten<br />
Decken verkleidet. Dies sind Metall-Lamellen-Decken sowie Metall-Akustik-<br />
Langfeldplatten-Decken. Beide Decken sind nahezu vollständig geschlossen und mit<br />
mineralischen Schallabsorptionseinlagen belegt.
Die ungedämmte Bodenplatte Ebene 0 liegt ungefähr auf dem Niveau des umgebenden<br />
Erdreiches.<br />
Auf <strong>der</strong> SO-Seite schließt das eingeschossige „Neue Magazin“ direkt an das Bibliotheksgebäude<br />
an. Aufgrund des sehr guten baulichen Zustandes besteht keine Notwendigkeit<br />
zur Einbeziehung des „Neuen Magazins“ in das <strong>Sanierung</strong>sprojekt.<br />
5.2 Beleuchtung<br />
Die <strong>der</strong>zeitige Beleuchtung mit künstlichem Licht sowohl <strong>der</strong> Lesebereiche mit Bücherregalen<br />
wie auch <strong>der</strong> Büroräume basiert größtenteils auf dem Ursprungskonzept<br />
von Anfang <strong>der</strong> 70er Jahre.<br />
Über 90% aller Lampen sind Leuchtstofflampen mit einer Leistungsaufnahme zwischen<br />
38W und 65W, wovon die 38W-Lampen allein 70% ausmachen. Alle Leuchtstofflampen<br />
werden mit konventionellen Vorschaltgeräten betrieben. Die Leuchten<br />
bestehen überwiegend aus Abluftleuchten für den Deckeneinbau.<br />
In den mit Leuchtstofflampen ausgerüsteten Bereichen liegt die installierte elektrische<br />
Leistung für die Beleuchtung bei über 20 W/m 2 . Ein geschätzter Anteil von 15 % aller<br />
Leuchten ist defekt.<br />
Der Ist-Zustand <strong>der</strong> Beleuchtungsstärken in den Bibliotheksflächen wurde durch<br />
Messungen protokolliert. Die Messung für den ungünstigsten Bereich (Innenzone mit<br />
geringem Tageslichtanteil - zwischen den Buchregalen) ergab folgende mittleren Beleuchtungsstärken<br />
(horizontal):<br />
- 20 cm Höhe: 148 lx<br />
- 85 cm Höhe: 218 lx<br />
- 120 cm Höhe: 293 lx.<br />
Damit liegt die Beleuchtungsqualität unter den DIN 5035 - Anfor<strong>der</strong>ungen von 300 lx<br />
für Bibliotheksräume, die vom Arbeitssicherheitsbeauftragten auf eine Höhe von 85<br />
cm bezogen werden bzw. 200 lx für Leseanfor<strong>der</strong>ungen in <strong>der</strong> unteren Regalreihe.
Die äußeren Fensterbereiche werden vorwiegend als Arbeits- und Lesezonen genutzt<br />
und sind mit Tischen und Stühlen bestückt. Während <strong>der</strong> beobachteten Nutzungszeiten<br />
waren auch hier die Leuchtenbän<strong>der</strong> durchgängig eingeschaltet. Als<br />
Folge davon wurden auf den Arbeitsflächen Beleuchtungsstärken von 1000 lux gemessen,<br />
was deutlich über <strong>der</strong> gefor<strong>der</strong>ten Nennbeleuchtungsstärke liegt.<br />
Gleiches gilt für die Verkehrsflächen innerhalb <strong>der</strong> Bibliothekszonen, wo die Anfor<strong>der</strong>ungen<br />
geringer sind und die Absorption <strong>der</strong> Regale fehlt.<br />
Die Ursachen liegen in dem einheitlichen Leuchtenraster, das keine individuelle Anpassung<br />
zuläßt, und den fehlenden Steuerungsmöglichkeiten.<br />
Die Stromversorgung <strong>der</strong> Beleuchtungsanlage orientiert sich an den vorliegenden<br />
Versorgungsschächten <strong>der</strong> Bibliothek. Die vier Versorgungsschächte sind jeweils im<br />
Innenbereich <strong>der</strong> in vier Quadranten unterteilten Grundfläche angeordnet. Daher<br />
können die Leuchten nicht tageslichtabhängig bzw. entsprechend den Lichtverhältnissen<br />
an den jeweiligen Außenbereichen gesteuert o<strong>der</strong> geregelt werden.<br />
Abbildung 5-1: Typische Beleuchtungssituation Freihandbereich
5.3 Heizung, Lüftung, Klimatechnik<br />
Die Beheizung, Kühlung, Be- und Entfeuchtung sowie Belüftung erfolgt ausschließlich<br />
über das Trägermedium Luft.<br />
Für die Luftaufbereitung befinden sich in Ebene 0 insgesamt 10 RLT-Zentralgeräte<br />
mit Auslegungsvolumenströmen von 4.000 - 91.000 m 3 /h je Anlage. Keine dieser Anlagen<br />
weist ein Wärmerückgewinnungssystem auf. Die dazugehörigen Abluftanlagen<br />
befinden sich überwiegend in Dachzentralen.<br />
Vollklimaanlage Innenzone Vollklimaanlage Aussenzone Fensterblasanlage<br />
Abbildung 5-2: Prinzipschema Raumlufttechnik<br />
Die Raumtemperaturregelung wird gemäß Bild 5-2 unterschiedlich realisiert:<br />
1. Innenliegende Räume, <strong>der</strong>en Lastschwankungen gering sind, werden mittels<br />
Einkanal-Anlagen versorgt, wobei über zonenweise Kanal-Nacherhitzer eine<br />
Feinregulierung erfolgt.<br />
2. Außenliegende Zonen, die witterungsbedingt stärkeren Lastschwankungen<br />
unterliegen, werden mit Zweikanal-Anlagen versorgt, d. h. die Temperaturregelung<br />
erfolgt in einem größeren Regelbereich durch Mischung <strong>der</strong> Zuluft aus<br />
einem Warmluft- und Kaltluftstrang.<br />
3. Eine Fensterschleieranlage bläst die Glasfassade direkt an, um die Scheiben-<br />
Innentemperatur aus Gründen <strong>der</strong> Behaglichkeit und des Kondensationsschutzes<br />
anzuheben.<br />
Alle Anlagen werden mit konstanten Volumenströmen durchgängig betrieben.
Zweikanal-Anlagen sind ein äußerst repräsentatives Beispiel für die sanierungsbedürftigen<br />
Klimatisierungssysteme, die häufig auch in Büro- und Verwaltungsgebäuden<br />
<strong>der</strong> Jahre 1960 – 1980 anzutreffen sind.<br />
Ein Teil <strong>der</strong> Anlagen verfügt über Mischkammern zur Umluftbeimischung. Allerdings<br />
ist keine kontinuierliche (z. B. enthalpiegesteuerte Regelung) mit den vorhandenen<br />
Klappen aufgrund <strong>der</strong> Regelcharakteristik möglich. Vielmehr existieren nur zwei Betriebszustände:<br />
1. ca. jeweils 25 % Umluft bei Außentemperaturen >+5 °C und < 20 °C<br />
2. ca. 60 % Umluft bei extremen Außenluftzuständen.<br />
Für das Gesamtgebäude waren laut Planungsunterlagen folgende Luftmengen projektiert:<br />
- Zuluft SOLL: 405.000 m3/h<br />
- Abluft SOLL: 339.080 m3/h<br />
- Außenluftrate SOLL: ca. 85 % bei Normalbetrieb.<br />
Der durchschnittliche Luftwechsel beträgt ca. 5 1/h.<br />
Die tatsächlich geför<strong>der</strong>ten Luftvolumenströme weisen starke Abweichungen zum<br />
Planungsstand auf. So ergaben die detaillierten Messungen Absenkungen in <strong>der</strong><br />
Summe <strong>der</strong> Zuluftvolumenströme von 27%.<br />
Die Druckverhältnisse sind unabgestimmt und führen zu Geräuschproblemen.<br />
Mit Ausnahme <strong>der</strong> RLT-Anlagen für die Eingangsbereiche sind alle Zuluftanlagen mit<br />
Dampfbefeuchtern ausgerüstet. Für die Feuchteregelung sind Sollwerte für Taupunkttemperaturen<br />
von mindestens 11 °C, d. h. ca. 50 % rel. Feuchte bei einer<br />
Raumtemperatur von 22 °C vorgegeben.<br />
Die Mess-, Steuer- und Regelungstechnik besteht aus pneumatisch gesteuerten<br />
Komponenten. Damit sind die Betriebsführungs- und Optimierungsmöglichkeiten<br />
stark eingeschränkt.
5.4 Energieversorgung<br />
Die Energie für die Universitätsgebäude auf dem Campus wird vollständig<br />
zentral erzeugt.<br />
Aus <strong>der</strong> nahegelegenen Müllverbrennungsanlage wird Wärme in Form von<br />
Heißwasser 130 °C / 90 °C (8bar) durch die zentrale Medienübergabestelle <strong>der</strong><br />
Universität über ein ursprünglich oberirdisches Netz (unter dem Boulevard) und in<br />
Energiekanälen für die neueren Gebäude auf dem Campus verteilt. Die Versorgung<br />
<strong>der</strong> SuUB wird oberirdisch unter dem Boulevard in die Technikzentrale geführt.<br />
Die Kälteerzeugung wird in <strong>der</strong> universitätseigenen Energiezentrale vorgenommen<br />
und analog zur Fernwärme verteilt. Die Grundlast wird über LiBr-Absorptionskältemaschinen<br />
erzeugt, <strong>der</strong>en Beheizung ebenfalls aus dem Fernwärmenetz erfolgt.<br />
In 1998 wurden Spitzenlast-Turbokältemaschinen (R 134 a) nachgerüstet, um dem<br />
wachsenden Gebäudebestand gerecht zu werden. Das Fernkältenetz wird mit dem<br />
Temperaturniveau 6 / 15 °C betrieben.<br />
Über einen eigenen Dampferzeuger wird <strong>der</strong> für die Luftbefeuchtung erfor<strong>der</strong>liche<br />
Dampf innerhalb des Bibliotheksgebäudes erzeugt.<br />
Die Gebäude-Anschlusswerte für die Energieversorgung setzen sich wie folgt zusammen.<br />
Heizleistung<br />
Kälteleistung<br />
Dampfleistung (in Heizleistung enthalten)<br />
Elektrische Anschlussleistung<br />
5.000 kW<br />
3.200 kW<br />
2.250 kg/h<br />
ca. 3.000 kW<br />
Tabelle 5-1: Anschlussleistungen Energieversorgung Ist-Zustand
6 Energieverbrauch im Ist-Zustand<br />
Der Energieverbrauch <strong>der</strong> gesamten Universität wird über ein M-Bus-System erfasst<br />
und verursachungsgerecht auf die einzelnen Gebäude umgelegt.<br />
Betrachtet man die Entwicklung 1996 – 2001 nach Tabelle 6-1, wird deutlich, dass<br />
eine sehr deutliche Energiepreissteigerung stattgefunden hat. Ab 2000 wurden einige<br />
Ad-hoc-Maßnahmen zur Energieeinsparung wirksam, die aus den intensiven Voruntersuchungen<br />
zum GOSUB-Projekt resultierten.<br />
Verbrauch Strom Wärme Kälte<br />
SuUB<br />
Energiekosten Energiekosten<br />
real Preisbasis 2001<br />
[MWh] [MWh] [MWh] [DM/a] [DM/a]<br />
1996 4.486 8.343 802 977.997 1.216.639<br />
1997 4.708 6.686 1.753 974.146 1.206.557<br />
1998 4.901 7.644 686 919.573 1.242.357<br />
1999 4.799 6.168 978 822.803 1.159.625<br />
2000 4.422 5.248 953 942.142 1.047.596<br />
2001 4.479 6.901 888 1.142.358 1.142.291<br />
Mittelwert 4.633 6.832 1.010 963.170 1.169.178<br />
Tabelle 6-1: Energieverbrauchsdaten 1996-2001<br />
Bezogen auf die Nutzfläche ergibt sich ein Primärenergieverbrauch von ca. 871<br />
kWh/m 2 . Da eine verursachungsgerechte Verbrauchserfassung bisher nicht stattfand,<br />
wurden die durchschnittlich gemessenen Verbrauchsdaten <strong>der</strong> Tabelle 2-1 per Computersimulation<br />
nachvollzogen und gemäß Bild 6-1 aufgeteilt.<br />
Abbildung 6-1: Aufteilung <strong>der</strong> Energieverbräuche nach Simulationsmodell
7 <strong>Sanierung</strong>skonzept<br />
7.1 Integrale Planung<br />
Beispielhaft wird in einem interdisziplinären Planungsteam ein energetisches Gesamtoptimum<br />
angestrebt, das gleichzeitig stringenten Kosten-, Termin- und Bauablaufvorgaben<br />
zu genügen hat.<br />
Planerische Grundsatzentscheidungen werden durch den Einsatz mo<strong>der</strong>ner Planungshilfsmittel<br />
wie <strong>der</strong> Gebäude- und Anlagensimulation flankiert. Wesentliche Fragestellungen<br />
sind:<br />
- <strong>der</strong> sommerliche Wärmeschutz von Bürobereichen bei Entfall <strong>der</strong> Klimatisierung<br />
- Systemoptimierung für die notwendigerweise zu klimatisierenden Bereiche<br />
- Entscheidungshilfen bei <strong>der</strong> Fassadensanierung.<br />
Simulationswerkzeuge werden planungsbegleitend als Controllinginstrument, bezogen<br />
auf das zu erreichende Energiesparziel, eingesetzt.<br />
Von <strong>der</strong> Grundlagenermittlung bis hin zur Inbetriebnahme sind die energetisch relevanten<br />
Entscheidungsschritte weitgehend objektiv zu begründen. Dafür steht ein interdisziplinäres<br />
Team von Architekten, Planern, Son<strong>der</strong>fachleuten sowie die wissenschaftliche<br />
Begleitung bereit. Neben dem Bauherren, <strong>der</strong> Universität Bremen, sind<br />
die Gebäudenutzer von Beginn an in den Planungsdialog eingebunden.<br />
Auch aus konstruktiver Sicht vollzieht sich eine hohe Planungsintegration, da aufgrund<br />
<strong>der</strong> Kostenvorgaben die Wie<strong>der</strong>verwendung und Aufarbeitung vorhandener<br />
Komponenten und Anlagenteile erfolgen wird.<br />
Eine Beson<strong>der</strong>heit von <strong>Sanierung</strong>sprojekten gegenüber Neubauvorhaben ist die<br />
Möglichkeit, Messungen am Bestand durchführen zu können. Dadurch können viele<br />
Randbedingungen, insbeson<strong>der</strong>e das Nutzerverhalten betreffend, genauer bestimmt<br />
werden. Das messtechnische Begleitprojekt wird genutzt, planungsrelevante Erkenntnisse<br />
zu erbringen.
7.2 Beleuchtung<br />
Der künstlichen Beleuchtung kommt in Bibliotheksprojekten eine beson<strong>der</strong>e energetische<br />
Bedeutung zu. Die Gründe dafür sind:<br />
1. Aufgrund <strong>der</strong> Öffnungszeiten ist die Anzahl von jährlichen Stunden mit Anfor<strong>der</strong>ungen<br />
an die Beleuchtungsstärke ca. doppelt so hoch wie in vergleichbaren<br />
Bürogebäuden.<br />
2. Bei einem Verhältnis von Fassaden- zu Bibliotheksfläche von ca. 1:7 kann in<br />
großen Teilen <strong>der</strong> Gesamtfläche keine Tageslichtnutzung stattfinden.<br />
3. Durch die Regalaufstellung wird die Verteilung sowohl von Tageslicht als auch<br />
von Kunstlicht erheblich beeinträchtigt, was vergleichsweise hohe elektrische<br />
Anschlussleistungen zur Folge hat.<br />
4. Aufgrund <strong>der</strong> geringen Belegung mit Personen und EDV stellt die Beleuchtungswärme<br />
in den Innenzonen den größten Kühllastanteil. Eine Senkung des<br />
Strombedarfs wirkt sich daher auch min<strong>der</strong>nd auf den Kühlbedarf aus.<br />
Das Planungskonzept sieht eine dreistufige Vorgehensweise vor.<br />
1. Erhöhung <strong>der</strong> Systemlichtausbeute mittels vollständigem Ersatz <strong>der</strong> Altleuchten<br />
durch den Einsatz<br />
- mo<strong>der</strong>ner Spiegelrasterleuchten<br />
- T5-Leuchtmittel<br />
- elektronischer Vorschaltgeräte mit geringeren Verlusten<br />
2. Optimierung <strong>der</strong> Leuchtenanordnung durch<br />
1. Einsatz einer Gipskartondecke, die Abweichungen vom früheren Dekkenraster<br />
erlaubt<br />
2. Berücksichtigung <strong>der</strong> Neuordnung von Regalaufstellflächen und Verkehrswegen<br />
in <strong>der</strong> Leuchtenbestückung<br />
3. Tageslichtabhängige Leuchtensteuerung durch Einsatz eines Bussystems in<br />
den Außenzonen.<br />
Die möglichen Energieeinsparpotentiale gegenüber dem <strong>der</strong>zeitigen Ist-Zustand werden<br />
gemin<strong>der</strong>t durch die Tatsache, dass in <strong>der</strong> Vergangenheit Defizite hinsichtlich<br />
<strong>der</strong> vorhandenen Beleuchtungsstärken bestanden. Im Rahmen <strong>der</strong> Neuplanung sind<br />
diese aufgrund von Arbeitssicherheitsauflagen auszugleichen.
Trotzdem wird erwartet, dass die installierte Beleuchtungsleistung auf durchschnittlich<br />
10 – 12 W/m 2 abgesenkt werden kann.<br />
7.3 Heizung, Lüftung, Klimatechnik<br />
Ein überproportionaler Beitrag zur Gesamtenergieeinsparung wird durch die Neustrukturierung<br />
<strong>der</strong> heiz- und raumlufttechnischen Anlagen geleistet.<br />
Das ursprünglich monovalente Konzept wird durch ein System aus drei unabhängig<br />
voneinan<strong>der</strong> funktionierende Anlagen zum Lüften, Heizen und Kühlen ersetzt.<br />
Außenliegende Räume geringer Raumtiefe mit Büronutzung werden natürlich beund<br />
entlüftet.<br />
Die zukünftigen Lüftungsanlagen werden konsequent nach den Anfor<strong>der</strong>ungen zur<br />
Raumluftqualität dimensioniert und betrieben. Demzufolge wird auf Umluft verzichtet.<br />
Ein Heizungssystem, bestehend aus konventionellen Heizkörpern an <strong>der</strong> Fassade<br />
und elektronischen Heizkörperventilen wird nachgerüstet. In den Büroräumen werden<br />
Heizkörperventile und die geplanten Fenster-Öffnungsflügel gegeneinan<strong>der</strong> verriegelt.<br />
Analog erfolgt die Nachrüstung von wassergestützten Raumkühlgeräten in den Bereichen<br />
mit höheren inneren Wärmelasten, basierend auf Systemtemperaturen, die<br />
sich nahe <strong>der</strong> Umgebungstemperatur befinden.<br />
Hierdurch werden folgende Effekte erzielt.<br />
1. Mit Ausnahme von Son<strong>der</strong>flächen können die RLT-Anlagen in <strong>der</strong> Nebenzeit<br />
abgeschaltet und die Flächen gleichzeitig temperiert werden.<br />
2. Gegenüber <strong>der</strong> Ursprungsplanung werden die Außenluftvolumenströme um<br />
56% abgesenkt.<br />
3. Die Fensterblasanlage kann entfallen. Die Komfortsteigerung in Fassadennähe<br />
wird durch verbesserten Wärmeschutz und örtliche Heizflächen erzielt.<br />
4. Der Energietransport für Heizung und Kühlung wird vom energieintensiven<br />
Medium Luft auf das Medium Wasser verlagert.
Für die verbleibenden RLT-Anlagen werden leistungsfähige Systeme zur Enthalpierückgewinnung<br />
nachgerüstet.<br />
Aufgrund <strong>der</strong> verhältnismäßig geringen Anzahl von Regelzonen, werden Variabel-<br />
Volumenstromregler vorgesehen. Alle Ventilatoren werden durch die Neustrukturierung<br />
<strong>der</strong> Anlagen in optimale Betriebspunkte gebracht und mit Frequenzumformern<br />
versehen.<br />
Durch die daraus entstehenden VVS-Anlagen ergeben sich zukünftig zahlreiche<br />
Möglichkeiten <strong>der</strong> weiteren energiesparenden Betriebsoptimierung:<br />
1. Raumluftqualitätsregelung in Räumen mit schwankenden stofflichen Lasten<br />
(Saal, Schulungsräume)<br />
2. Variable Außenluftrate zur „freien Kühlung“ in <strong>der</strong> Übergangszeit.<br />
Für die Kaltwassererzeugung <strong>der</strong> Raumkühlflächen werden Wärmeübertrager zur<br />
freien Kühlung installiert, wobei die Abwärme <strong>der</strong> Außenluftvorwärmung zugute<br />
kommt.<br />
7.4 Gebäudehülle<br />
Aufgrund <strong>der</strong> kompakten Bauweise des Bibliotheksgebäudes spielt die Wärmetransmission<br />
an die Umgebung gegenüber dem Lüftungswärmebedarf eine geringere Rolle<br />
im Gesamtenergiehaushalt.<br />
Trotzdem sprechen sowohl energetische Gründe als auch Aspekte <strong>der</strong> thermischen<br />
Behaglichkeit für eine Fassadensanierung.<br />
Ca. 1/3 <strong>der</strong> spezifischen Transmissionsverluste errechnen sich aus dem erdreichanliegenden<br />
Fußboden. Hierfür gibt es keine wirtschaftlich vertretbaren <strong>Sanierung</strong>sansätze.<br />
An <strong>der</strong> Fassade stellen sich durch verbesserten Wärmeschutz im Winter höhere innere<br />
Oberflächentemperaturen ein, was die Strahlungstemperatur-Asymmetrie und<br />
den Kaltluftabfall im Fassadenbereich verringern. Damit entfällt die Rechtfertigung für<br />
die Fensterblasanlage, die zukünftig entfällt. Neben <strong>der</strong> Absenkung <strong>der</strong> Transmissionsverluste<br />
ergibt sich eine spürbare Energieeinsparung im Bereich thermische<br />
Luftaufbereitung und Lufttransport.
Für die überwiegend nach Westen orientierten Verwaltungsräume, die einer büroähnlichen<br />
Nutzung unterliegen, werden Öffnungsflügel in die Fassade integriert, die eine<br />
natürliche Be- und Entlüftung gestatten. Die betreffenden Räume, die ca. 10 % <strong>der</strong><br />
Hauptnutzfläche repräsentieren, werden zukünftig nicht mehr klimatisiert. Zum<br />
Schutz vor zu hohen sommerlichen Raumtemperaturen, wird hier parallel ein neutralgraues<br />
Sonnenschutzglas (g = 0,38) vorgesehen. In Kombination mit dem starren<br />
und dem beweglichen Sonnenschutz lässt sich dadurch <strong>der</strong> „Nachweis sommerlicher<br />
Wärmeschutz“ (ENEV 2002, DIN 4108-2) erfüllen.<br />
Eine weitere Verbesserung des winterlichen Wärmeschutzes wird durch die <strong>Sanierung</strong><br />
des Daches erreicht, bei <strong>der</strong> die Dämmstoffstärke auf 100 bzw. 140 mm erhöht<br />
wird.<br />
Hüllflächen<br />
spezifischer Transmissionsverlust<br />
H T<br />
Ist-Zustand Sanierter Zustand<br />
m 2 W/K W/K<br />
Außenwände 3.964 5.877 5.877<br />
Dach 7.805 4.695 2.411<br />
Fußboden 7.805 11.212 11.212<br />
Fenster 2.954 10.413 5.227<br />
Summe 22.528 32.196 24.726<br />
Tabelle 7-1: Spezifische Transmissionsverluste vor und nach <strong>der</strong> <strong>Sanierung</strong> (erdreichanliegen<strong>der</strong><br />
FB mit F x = 0,5 bewertet)
8 Prognose Energieeinsparung<br />
Resultierend aus den vorgenannten Maßnahmen ergab die Projektstudie ein theoretisches<br />
Primärenergie-Einsparpotential von 65 %. Gewisse Unsicherheiten waren<br />
nicht zu vermeiden, weil sich in den vergangenen 30 Jahren die Betriebsweise von<br />
dem Ursprungszustand entfernt hat (Sollwerte, Luftvolumenströme).<br />
Die Projektzielstellung lautet daher, den Primärenergieverbrauch um mindestens 50<br />
% zu senken.<br />
1.000<br />
Jahres-Primärenergiebedarf [kWh/m2]<br />
900<br />
800<br />
700<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
-<br />
IST-Zustand<br />
Simulation<br />
Potential<br />
<strong>Sanierung</strong><br />
Raumtemperierung<br />
Thermische Luftaufbereitung<br />
Sonstige<br />
Ventilatoren<br />
Beleuchtung<br />
Abbildung 8-1: Theoretisches Primärenergie-Einsparpotential
9 Wissenschaftliche Begleitung<br />
Die energetische <strong>Sanierung</strong> wird mit einem ausführlichen Messprogramm begleitet,<br />
das ein eigenständiges Projekt im Verbund darstellt. Hier wird auf die geson<strong>der</strong>te<br />
Vorstellung des Begleitprojektes verwiesen.<br />
Benchmarks zum Energieverbrauch komplexer klimatisierter Gebäude wurden in <strong>der</strong><br />
Vergangenheit kaum veröffentlicht, eine Zuordnung von Verbrauchs-Messwerten zu<br />
Einzelanlagen ist in <strong>der</strong> Regel nicht möglich.<br />
Das Projekt GOSUB bietet die Chance, hierfür einen Beitrag zu leisten. Durch die<br />
detaillierte messtechnische Begleitung, Simulationsrechnungen des Ist- und des Planungszustandes<br />
sowie Sensitivitätsanalysen bietet sich ein hervorragendes Potential,<br />
Energieverbrauchsprognosen zu validieren.<br />
Das Überleiten <strong>der</strong> Projekterkenntnisse in verallgemeinerte Praxishilfen stellt eine<br />
generelle Herausfor<strong>der</strong>ung dar. Das Projekt GOSUB ist in hervorragen<strong>der</strong> Weise geeignet,<br />
einen Praxisbezug herzustellen. Die Erfahrungen bei <strong>der</strong> Konzeptentwicklung,<br />
Begleitung <strong>der</strong> Detailplanung und späteren Umsetzung werden verallgemeinert<br />
und entsprechend aufgearbeitet.<br />
Es ist ein <strong>Sanierung</strong>sleitfaden für den Praktiker geplant, <strong>der</strong>en Schwerpunkt auf <strong>der</strong><br />
Problematik Raumlufttechnische Anlagen liegt. Eine Koordinierung / Abstimmung im<br />
Verbund mit an<strong>der</strong>en Schwerpunktthemen auf dem Gebiet <strong>der</strong> <strong>Sanierung</strong> wäre möglich.<br />
Ziel eines <strong>der</strong>artigen Leitfadens ist in erster Linie die Systematik <strong>der</strong> ingenieurmäßigen<br />
Vorgehensweise. Der spätere Anwen<strong>der</strong> wird während <strong>der</strong> Planung gezielt<br />
dazu geführt werden, sich bewusst mit wesentlichen Fragestellungen auseinan<strong>der</strong><br />
zusetzen.<br />
Bestandteil <strong>der</strong> Projektziele von GOSUB ist das Erreichen von Multiplikatoreneffekten<br />
hinsichtlich <strong>der</strong> Energieeinsparung von ähnlichen Gebäudetypen.<br />
Aufgrund <strong>der</strong> Kubatur, <strong>der</strong> bauphysikalischen Eigenschaften und <strong>der</strong> technischen<br />
Anlagen ist das Gebäude repräsentativ für die Zeit seiner Errichtung.
Hinsichtlich <strong>der</strong> Nutzung bestehen Analogien zu Gebäuden mit Großraumbüronutzung<br />
aus den 60 - 70er Jahren, wie z. B. Versicherungsgesellschaften, Banken, Unternehmensverwaltungen.<br />
Analogien bestehen ebenso in <strong>der</strong> immer stärkeren Nutzung <strong>der</strong> neuen Medien und<br />
<strong>der</strong> damit einher gehenden Ausstattung mit Informationstechnik.<br />
Stellvertretend soll für den Bereich von Bildungsgebäuden das Potential von Gebäuden<br />
mit ähnlichen Energieeinsparungseffekten ermittelt werden.<br />
Dazu ist eine Studie zu typologischen Aspekten von Bildungsgebäuden geplant.<br />
Die Ergebnisse dieser Studie liefert einen Beitrag zur deutschen Beteilung am:<br />
IEA Annex 36<br />
„Retrofitting in Educational Buildings – Energy Concept Adviser for Technical<br />
Retrofit Measures“<br />
Subtask A:<br />
„Selection and Analysis of Existing Information“.<br />
Weitere Projektinformationen: www.gosub.uni-bremen.de