Effiziente Gebäudeinfrastruktur

Teil 1 >  Ressourceneffizienz, Anwendungsbereich, Grenzen
Teil 2 >  Wege der Umsetzung und Beispiele

EFFIZIENZTE GEBÄUDEHÜLLE

Die Effizienz einer Gebäudehülle setzt sich aus verschiedenen Teilbereichen zusammen: der Reduzierung der Wärmeverluste über die Gebäudehülle, dem sommerlichen Wärmeschutz, der passiven Nutzung erneuerbarer Energien und der Ressourceneffizienz der Baustoffe/-produkte.

Dämmwirkung der Gebäudehülle

Zur Reduzierung der Wärmeverluste über die Gebäudehülle kann der Wärmeschutz/die Dämmwirkung der Hülle erhöht werden. In der Herstellungsphase beinhaltet die Dämmung zunächst einen erheblichen zusätzlichen Materialaufwand und damit einhergehend eine erhöhte Inanspruchnahme von Ressourcen. Die Einsparungen in der Nutzungsphase können diese Aufwendungen jedoch deutlich kompensieren, da die energetische Amortisation von Dämmmaßnahmen bei weniger als einem Jahr liegt [1]. Eine Ausnahme stellen sehr große Dämmschichtdicken dar. Die Dämmmaßnahmen der Gebäudehülle sollten dabei immer mit der TGA abgestimmt werden. Vielfach werden zur Dämmstoffherstellung nicht erneuerbare Energien genutzt und zur Energiebereitstellung im Gebäude zunehmend erneuerbare Energien. Das führt dazu, dass sich der Grenznutzen einer Dämmung verschiebt und eventuell nur eine begrenzte Dämmschichtdicke sinnvoll ist.

Wärmebrücken

Bei einer Gebäudehülle können geometrische oder konstruktive und materialbedingte Wärmebrücken entstehen. Wärmebrücken sind Bereiche in der Gebäudehülle mit einem veränderten Wärmefluss, meist ist dieser erhöht. Ein veränderter Wärmefluss kann durch geometrische Veränderungen (z. B. Ecken), durch konstruktive Veränderungen (z. B. von einer lichtundurchlässigen Wand zu einem Fenster) oder bei einem Materialwechsel mit verschiedenen Dämmeigenschaften (z. B. bei einem Ringanker) entstehen. Durch den erhöhten Wärmefluss sinkt die Oberflächentemperatur auf der Innenwand und im Zuge dessen kann es zu Tauwasserausfall und Schimmelwachstum kommen. Eine sorgfältige Planung der Gebäudehülle unter Berücksichtigung und Vermeidung von geometrischen und konstruktiven Wärmebrücken kann den Energieverlust über die Hüllfläche reduzieren und eine Beeinträchtigung der thermischen Behaglichkeit und Wohnhygiene vermeiden [2].

Luftdichte Bauweise

Bei einer effizienten Gebäudehülle ist eine luftdichte Bauweise von zentraler Bedeutung. Damit ist die Luftströmung von innen nach außen durch eine undichte Außenhülle gemeint. Seit einigen Jahren wird die luftdichte Außenhülle auch im gültigen Normenwerk verlangt. Undichtigkeiten durch Fugen und Ritzen in der Gebäudehülle führen zu hohen Wärmeverlusten (Infiltrationswärmeverluste), zu Tauwasserausfall, Zugluft und einer unbehaglichen Innenraumqualität. Undichte Gebäudehüllen sind zu einer hohen Prozentzahl für Bauschäden verantwortlich. Der hygienisch notwendige Luftwechsel wird von einer Lüftungsanlage erreicht. Bei einer Lüftungsanlage kann die Wärme rückgewonnen und so die Effizienz zusätzlich erhöht werden. Neben der Planung einer durchgängigen Luftdichtheit der Außenhülle sollte diese auch durch eine Dichtheitsmessung (Blower-Door-Test) überprüft werden [3].

Lüftungswärmeverluste

Der Luftaustausch spielt nicht nur bei Undichtigkeiten, sondern auch bei Öffnungen wie Fenstern, Türen und Toren eine Rolle, durch die Lüftungswärmeverluste entstehen können. Durch das Öffnen von u. a. Fenstern strömt warme Luft nach außen, wodurch die Effizienz der Bereitstellung von Raumwärme sinkt. Der hygienisch notwendige Luftwechsel sollte deshalb entweder durch ein Lüftungskonzept über die Fenster oder wie schon angesprochen über eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung sichergestellt werden. Die Kombination mit einer Wärmerückgewinnung führt zu einer weiteren Reduktion des Energieverbrauchs und kann sich dadurch finanziell wie auch ressourcenseitig schneller amortisieren. Türe und Tore sollten möglichst kurz geöffnet werden und eventuell kann eine Pufferzone („Windfang“) integriert werden. Bei automatischen Toren kann z. B. auf eine kurze Schließzeit geachtet werden.

Passive Wärmegewinnung

Über die Gebäudehülle kann aber auch Energie gewonnen bzw. mit passiven Systemen Energie eingespart werden. Beispielsweise eignen sich durchsichtige Bauteile (u. a. Fenster) dazu, den Wärmeenergiebedarf zu senken. Auch eine Optimierung des Luftaustauschs wird durch passive Systeme, wie Querlüftung oder Auftriebslüftung (Kamineffekt), ermöglicht. Hierdurch ist eine Reduzierung des Aufwandes für eine mechanische Lüftung und teilweise Kühlung erreichbar.

Sommerlicher Wärmeschutz

Im Sommer bzw. zu Zeiten, in denen die Außentemperatur die gewünschte Innentemperatur stark übersteigt, können die passiven Energiegewinne zu einer Überhitzung im Raum und somit zu einem Kühlbedarf führen. Deshalb sollte der sommerliche Wärmeschutz immer mitbedacht werden. Beeinflusst wird der sommerliche Wärmeschutz durch:

  • den Standort,
  • die Ausrichtung des Gebäudes,
  • die Wärmespeicherkapazität des Gebäudes,
  • den Sonnenschutz,
  • die Verglasung
  • und die Lüftung.

Viele Anforderungen an die Gebäudehülle sind in der DIN 4108 „Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden“ [4] vorgegeben.

Lebenswegbetrachtung

Neben den Energieeinsparungen in der Nutzungsphase sollte auch die Ressourceneffizienz bei der Herstellung und dem Lebensende von Baustoffen betrachtet werden. Diese fällt je nach Baustoff/-produkt unterschiedlich aus. Hilfreich dabei können verschiedene kostenlose Angebote sein wie:

  • Ökobaudat (vereinheitlichte Datenbasis zur Ökobilanzierung) [5],
  • Umweltproduktdeklarationen (Environmental Product Declarations – kurz: EPD, Beschreibung von Baustoffen und Bauprodukten hinsichtlich ihrer Umweltwirkung, technischen und funktionalen Eigenschaften) [6],
  • Wecobis (Bereitstellung von produktneutralen umwelt- und gesundheitsrelevanten Daten) [7].

-> Beispiel

Realisierung eines Büro- und Produktionsgebäudes im Passivhausstandard

In Berlin-Adlershof hat ein Bauunternehmen für einen Bauherrn ein neues Büro- und Produktionsgebäude geplant und umgesetzt. Das Gebäude mit einer Grundfläche von rund 3.200 m² wurde im Passivhausstandard realisiert. Der Passivhausstandard hat besonders hohe Anforderungen an die Gebäudehülle. Dazu zählen eine ausreichend dicke und durchgehende Dämmschicht, die Vermeidung von Wärmebrücken sowie die durchgehende Luftdichtheit der Gebäudehülle. Ziel dabei ist es, den Verlust über die Gebäudehülle so gering wie möglich zu halten, um den Energiebedarf im Gebäude möglichst durch erneuerbare Energien abzudecken. Ein wichtiger Faktor ist die passive Nutzung von Energie durch den Wärmeeintrag über die Fenster, wobei hier gleichzeitig auf den sommerlichen Wärmeschutz geachtet werden muss. Zusätzlich wurde eine innovative Lüftung durch Induktionsgeräte und Photovoltaik in das Gebäudekonzept integriert. Die Fertigstellung des Passivhausgebäudes erfolgte 2017. Eine nachträgliche Gebäudeerweiterung wurde bereits integriert, damit auf zukünftige Bedürfnisse schnell und effizient reagiert werden kann [8].

EFFIZIENTE TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG

Die Technische Gebäudeausrüstung (TGA) spielt eine wichtige Rolle in der Prozessperipherie von Produktionsgebäuden. Durch eine effiziente TGA können verschiedene Ressourcen, vor allem Energieträger, eingespart werden. Um die Effizienz der TGA zu steigern, muss analysiert werden, welche TGA im Produktionsgebäude benötigt wird/vorhanden ist und wie hoch die Verbräuche sind. Daraus können Optimierungsmaßnahmen erarbeitet werden, die auch einen Austausch der alten durch neue Technologie beinhalten können. Eine Aufteilung kann in folgenden Bereichen stattfinden:

  • Aufzugstechnik,
  • Elektrotechnik und Gebäudeautomation,
  • Raumlufttechnik,
  • Reinraumtechnik,
  • Sanitärtechnik,
  • Kälte- und Kühltechnik und
  • Wärme- und Heiztechnik.

-> Teilaspekte der effizienten technischen Gebäudeausrüstung

1) Effiziente Aufzugstechnik

Die VDI Richtlinie 4707 "Energieeffizienz von Aufzügen" [9] bietet eine Grundlage, um den Energiebedarf einheitlich zu bestimmen und zu bewerten. Dabei werden Aufzüge in die Energieeffizienzklassen von A bis G eingeteilt. Um die Effizienz von Aufzügen zu steigern, gibt es verschiedene Maßnahmen [10].

Installation von Stand-by-Modi

Neben der Energie im Betrieb verbrauchen Aufzüge oft viel Energie in den Ruhephasen. Um den Stillstandsbedarf zu reduzieren, sollten in den Ruhephasen zahlreiche Komponenten, wie z. B. Beleuchtung oder Fahrbefehlsgeber, im Fahrkorb ausgeschaltet bzw. in einen Modus versetzt werden, in dem sie weniger Energie verbrauchen [11].

Die Fahrkorbtür ist für den zweitgrößten Stromverbrauch (nach der Beleuchtung im Stillstand) verantwortlich. Daher sollten der Antrieb und das Lichtgitter der Fahrkorbtür nur bei Türbewegung bzw. geöffneter Tür aktiv sein [11].

Für folgende Komponenten ist der Stromverbrauch im Stand-by-Modus ebenso zu überprüfen:

  • Steuerung,
  • Rückspeisung,
  • Antriebsregelung/Umformer (inklusive Netzfilter/Netzdrossel/Tacho/ Encoder/Bremswiderstand).

Überprüfung des fachgerechten Einbaus und effizienten Betriebs des Aufzugs

Eine bedarfsgerechte Planung und die fachgerechte Montage beim Neubau oder bei einer Modernisierung eines Aufzugs bieten wichtige Hebel, um den Energieverbrauch so gering wie möglich zu halten. Außerdem sollten Leerfahrten durch eine entsprechende Steuerung weitestgehend vermieden werden [12].

Optimierung des Betriebs im Verbund

Bei mehreren parallel zueinander betriebenen Aufzügen sollte die Steuerung im Verbund betrieben werden. Dies hat zwei Vorteile [11]:

  • Mithilfe moderner Verkehrsmanagementsysteme kann die Zahl der Fahrten, Starts und Stopps und damit auch der Energieverbrauch mini-miert werden.
  • In Zeiten geringen Bedarfs, z. B. in der Nacht, können einzelne Aufzüge automatisch ausgeschaltet und bei Bedarf wieder zugeschaltet werden. Dadurch lässt sich der Stromverbrauch für den Stillstand erheblich re-duzieren.

Installation von energiesparender Beleuchtung

Bei Aufzügen mit geringen Fahrtenzahlen hat die Fahrkorbbeleuchtung einen entscheidenden Einfluss auf den Gesamtstromverbrauch. Bei fast allen älteren Fahrstühlen brennt das Licht auch bei Nichtbenutzung rund um die Uhr. Ein Austausch der Leuchtmittel ermöglicht sehr häufig hohe Einsparpotenziale bei geringen finanziellen Investitionen.

Für die Beleuchtung von Schacht und Triebwerksraum können hohe Einsparungen realisiert werden, wenn auf eine dauernde Beleuchtung verzichtet wird. Andernfalls sind hier energiesparende Leuchtmittel zu verwenden. Auch die Beleuchtung von Fahrbefehlsgebern und Informationsanzei-gen im Fahrkorb und in den einzelnen Stockwerken trägt erheblich zum Stromverbrauch eines Aufzugs bei. Energiesparende Leuchtmittel bieten hier ebenso Einsparpotenzial wie bei der Beleuchtung der Schachtzugänge.

Optimierung der Klimatisierung des Aufzugs

Aufzüge verfügen über verschiedene Bereiche, die geheizt, gekühlt oder belüftet werden. Dies kann mit einem erheblichen Energieverbrauch ver-bunden sein, der sich mit einer Temperatursteuerung für folgende Kompo-nenten reduzieren lässt:

  • Schwellenheizung,
  • Lüfter und Klimagerät des Triebwerksraums,
  • Schachtentlüftung.

Insbesondere bei der Schachtentlüftung ist darauf zu achten, dass eine Temperatursteuerung das unnötige Entweichen von Wärme und Kälte aus dem Gebäude verhindert. Darüber hinaus ist beim Fahrkorb darauf zu achten, dass der Lüfter im Stillstand abgeschaltet ist [11].

--> Beispiel

Nachrüsten eines Aufzugs

Ein Lastenaufzug eines Unternehmens mit einer Nennlast von 4.400 kg und weniger als 100 Fahrten am Tag ist analysiert, nach VDI 4707 bewertet und dann modernisiert worden. Der Energiebedarf des Aufzugs während der Fahrt betrug vor der Modernisierung 21 Wh und bei einem Stillstand 485 Wh. Die Energiekosten haben sich auf 929 € jährlich belaufen. Nach VDI 4707 war der Aufzug in die Energieeffizienzklasse C einzuordnen. Als erster Schritt zur Modernisierung des Aufzugs erfolgte eine Analyse des Ist-Zustands, aus der Maßnahmen zur Verbesserung abgeleitet wer-den konnten.

Da bei weniger als 100 Aufzugsfahrten pro Tag eine Rückspeisung als nicht sinnvoll erscheint und die benötigte Energie beim Fahren ansonsten auch gering ist, werden vorerst keine Maßnahmen bzgl. der Aufzüge im Fahrbetrieb getroffen. Im Gegensatz dazu ist der Verbrauch im Stillstand sehr hoch. Als Hauptverbraucher konnten das Kabinenlicht und das Infodisplay in der Kabine ermittelt werden. Um den Verbrauch zu senken, wurden zwei Maßnahmen umgesetzt:

  • Im Stillstand werden alle nicht benötigten Verbraucher abgeschaltet.
  • Eine intelligente Steuerungssoftware steuert das Aufwecken des Aufzugs.

Nach der ersten Umrüstung konnte der Energieverbrauch im Stilltand von 485 Wh auf 65 Wh gesenkt werden. Die Kosten für das Material und den Arbeitsaufwand beliefen sich auf 621 €. Durch die Umrüstung konn-ten 640 €/Jahr eingespart werden [13].

2) Energieeffiziente Beleuchtungssysteme

Die Beleuchtung birgt je nach technischem Zustand und Alter der Beleuchtungsanlage ein hohes Energieeinsparpotenzial.

Angemessene Beleuchtungsstärke

Die Höhe der Beleuchtungsstärke sollte an die zu erfüllende Arbeitsaufgabe angepasst sein. Durch die Kombination einer Raumbeleuchtung und einer individuellen Arbeitsplatzbeleuchtung kann zusätzlich Energie gespart werden [14].

Nutzung von Tageslicht und Installation von Tageslichtsensoren

In der Planung eines Gebäudes sollte die Tageslichtnutzung mit einbezogen werden, denn ist ein Raum ausreichend mit Tageslicht versorgt, müssen keine weiteren künstlichen Lichtquellen eingeschaltet werden. Hilfreich können dabei Tageslichtsensoren sein, die die künstliche Beleuchtung an den Bedarf anpassen [15].

Installation von Bewegungsmeldern in wenig frequentierten Räumen

In wenig frequentierten Räumen kann ein Bewegungsmelder einen unnötigen Energieverbrauch durch nicht ausgeschaltete Beleuchtung verringern und die Beleuchtung bedarfsgerecht steuern [15].

Installation von Zeitschaltuhren

Mit Hilfe von Zeitschaltuhren kann die Beleuchtung zu einer eingestellten Zeit ein- bzw. ausgeschaltet werden. In Zeiten der Abwesenheit oder Nichtnutzung kann so sichergestellt werden, dass die Beleuchtung ausgeschaltet ist [15].

Einsatz elektronischer Vorschaltgeräte (EVG)

Elektronische Vorschaltgeräte (EVG) haben im Vergleich zu konventionellen Vorschaltgeräten eine geringere Verlustleistung. Zusätzlich sorgen sie für einen flackerfreien Sofortstart, einen flimmerfreien Betrieb und vermeiden eine Überhitzungsgefahr [15].

Einsatz von effizienten Leuchten

Die für die Beleuchtung notwendigen Leuchtmittel sollten energieeffizient und an den Bedarf angepasst sein. Bei der Auswahl der Leuchtmittel hilft das Energielabel der Europäischen Union (EU), in dem die Energieeffizienz der Leuchtmittel anhand von Effizienzklassen abgelesen werden kann [16].     

Deckung des Energiebedarfs aus erneuerbaren Energien

Zur nachhaltigen Deckung des Energiebedarfs ist es möglich, erneuerbare Energien in die TGA zu integrieren. Entsprechende Strategien und Maßnahmen werden im Kapitel "Effiziente Energiebereitstellung" betrachtet.

--> Beispiel

Optimierung der Beleuchtungsanlage

Der Automobilzulieferer hat in seiner Produktionshalle die Beleuchtungsanlage grundlegend optimiert. Ursprünglich waren Leuchten mit weißlackierten Trapezblech-Reflektoren und T8-Leuchtstofflampen eingebaut. Durch die neu eingebauten Leuchten mit hocheffizienten Reflektoren konnte die Anzahl der Leuchten bei gesteigerter Beleuchtungsstärke reduziert werden. Außerdem wurden die alten konventionellen magnetischen Vorschaltgeräte mit elektronischen Vorschaltgeräten ausgetauscht. Die neu installierte Beleuchtung wird tageslichtabhängig geregelt und ist teilweise ergänzt mit bewegungsabhängiger Dimmung. So konnte zusätzlich eine bedarfsgerechte Beleuchtung erzeugt werden.

Durch die grundlegende Neugestaltung der Beleuchtung konnten 72 Prozent der Endenergie im Jahr eingespart werden, was als absolute Einsparung 970.000 kWh/a ausmacht. Die Investitionen beliefen sich auf 142.000 €, dem gegenüber steht die Kosteneinsparung von 78.000 € pro Jahr [17].

3) Effiziente Informationstechnik – Green IT

Die Bezeichnung "Green IT" steht für die ressourcenschonende Herstellung und umweltverträgliche Verwendung von Produkten und Dienstleistungen der Informations- und Kommunikationstechnik (IKT). Der Energieverbrauch für das Betreiben von u. a. Rechenzentren ist sehr hoch und wird durch die weitere Digitalisierung zunehmend steigen. Auch die Ressourcen, die bei der Herstellung von Komponenten der IT-Technik benötigt werden, sollten bei der Wahl des Systems berücksichtigt werden. Die In-formationstechnik birgt über den gesamten Lebensweg hohe Ressourceneffizienzpotenziale [18].

Abschalten von IT-Geräten

Das Ausschalten von IT-Geräten (u. a. Drucker, Router) nach Dienstschluss oder am Wochenende kann Energie einsparen. Zusätzlich sollte geprüft werden, ob Geräte gar nicht mehr benötigt werden (z. B. Faxgeräte, Faxe können über den Computer versendet und empfangen werden).

Einsatz von Bildschirmen mit Helligkeitsregelung und Abwesen-heitserkennung

Einige Bildschirme passen mit Hilfe einer automatischen Helligkeitserken-nung die Bildschirmhelligkeit an das Umgebungslicht an. Meist reicht eine Bildschirmhelligkeit von 80 Prozent aus und senkt den Energieverbrauch im aktiven Betrieb. Außerdem gibt es Bildschirme mit Abwesenheitserkennung, die nach einer eingestellten Abwesenheitszeit die Beleuchtung dimmen und dann ausschalten können [19].

Einsatz automatischer Steckdosenleisten

Mit Hilfe automatischer Steckdosenleisten werden alle anhängenden Geräte nach dem Abschalten des Hauptgerätes vom Stromnetz getrennt. Die Stand-by-Verluste reduzieren sich dadurch um bis zu 95 Prozent [20].

Einsatz hocheffizienter Netzteile

Elektrische Geräte benötigen Netzteile, die den Netzstrom für diese umwandeln. Bei der Umwandlung geht je nach Wirkungsgrad und Auslastung des Netzteils ein gewisser Teil der Energie in Form von Abwärme in die Umgebungsluft über. Hocheffiziente Netzteile haben einen höheren Wirkungsgrad. Dadurch wird weniger Strom verbraucht und es entsteht weniger Abwärme. Im Vergleich zu gängigen Netzteilen sparen hocheffiziente Netzteile bis zu zehn Prozent an Energie ein. Die Anschaffungskosten liegen dafür etwas höher [21].

Nutzen der Abwärme

Rechenzentren haben meist einen erheblichen Kühlbedarf. Diese können durch die Nutzung der Abwärme an einer anderen Stelle gekühlt werden. Die Wirtschaftlichkeit hängt jedoch von verschiedenen Faktoren ab, wie der Art des Heizsystems, in das die Abwärme eingespeist wird, oder der zusätzlichen Energiemenge, die zum Erreichen des gewünschten Tempera-turniveaus nötig ist [22].

Einsatz effizienter Kühlsysteme

Die Kühlung der Rechenzentren hat durch die Abwärme der aktiven IT-Komponenten einen hohen Energiebedarf. Das Kühlsystem weist meist ein hohes Energieeinsparungspotenzial auf. Bei der Optimierung des Kühlsystems muss das Rechenzentrum genau untersucht werden, um so ein geeignetes System zu finden.

Nutzen von erneuerbaren Energien

Sind die ökologisch und wirtschaftlich sinnvollen Effizienzmaßnahmen umgesetzt worden, kann der restliche Energiebedarf teilweise oder ganz durch erneuerbare Energien gedeckt werden. Weitere Informationen dazu sind im Kapitel "Effiziente Energiebereitstellung" zusammengestellt.

--> Beispiel

Rechenzentrum bezieht Kühlleistung aus Brunnenwasser

Ein Rechenzentrum produziert in der Regel eine größere Menge Abwärme. Um die Server zu kühlen, wird kaltes Grundwassers aus den Brunnen genutzt. Das Grundwasser hat das ganze Jahr über eine Temperatur von 11,5 °C, dieses Temperaturniveau reicht aus, um das Rechenzentrum zu kühlen. Es werden also keine weiteren Kühlgeräte verwendet. Der Energieverbrauch setzt sich nur aus der für die Pumpen benötigten Energie zusammen. Aus zwei 15 m tiefen Brunnen entnimmt das Unternehmen 90 m³ Wasser täglich. Um das Grundwasser nicht zu verunrei-nigen, wird es nach einer Filterung an den primären Wärmetauschern vorbeigeführt und kommt nicht mit anderen Stoffen in Berührung. Das danach um 5 °C wärmere Wasser wird über zwei weitere Brunnen zu-rückgeführt. Das Unternehmen kühlt mit diesem System IT-Komponenten mit 2,5 kW Leistung und spart dadurch nach eigenen Angaben 4,2 Millionen kWh ein [23].

4) Effiziente Gebäudeautomation

Die Gebäudeautomation setzt sich aus der Mess-, Steuer- und Regeltechnik (MSR-Technik) und der Gebäudeleittechnik zusammen. Sie übernimmt die Steuerung und Regelung verfahrenstechnischer Anlagen im Gebäude. Hierzu zählen beispielsweise Anlagen der Wärmeerzeugung oder Lüftungs- und Kältetechnik. Die Gebäudeautomation kann zur Steigerung der Energieeffizienz eines Gebäudes beitragen.

Überprüfung und Wartung der MSR-Technik

Die MSR-Technik dient dazu, ein komfortables Raumklima und eine gute Luftqualität bei einem effizienten Betrieb zu gewährleisten. Um die Effizienz des Systems selbst zu steigern, sollten in regelmäßigen Abständen die Plausibilität der Messwerte, die Genauigkeit der Sensoren sowie die Einstellung der Steuerung überprüft werden. Außerdem ist die Behebung äußerlicher Verschleißerscheinungen und Verschmutzungen notwendig [15].

Überprüfung und Wartung der Gebäudeleittechnik

Die Gebäudeleittechnik verbindet mehrere Systeme der MSR-Technik mit einem übergeordneten und zentralen System. Dabei dient sie der Überwachung, dem Energiemanagement und übernimmt die übergeordnete Steuerung. Um die Effizienz der Gebäudeleittechnik zu gewährleisten, sollten regelmäßig die Einstellungen und die Funktionalität überprüft werden [15].

5) Effiziente Raumlufttechnik

Die meisten Produktionsstätten sind mit einer Lüftungsanlage oder einer raumlufttechnischen Anlage ausgestattet. Die lufttechnischen Anlagen können dabei mehrere Aufgaben haben:

  • Abzug von belasteter Luft in Folge von Feuchtigkeits-, Schadstoff- und Wärmequellen,
  • Frischluftversorgung,
  • mögliche Zusatzleistungen wie Heizung und Klimatisierung.

Bei einer Optimierung der lufttechnischen Anlagen können neben der Verbesserung des Raumklimas bis zu 25 Prozent Energie eingespart werden [24]. Im Folgenden werden verschiedene Maßnahmen zur Effizienzsteigerung vorgestellt.

Reduktion der Lüftungswärmeverluste

Bei Gebäuden mit einer energetisch optimierten Gebäudehülle fallen die Lüftungswärmeverluste zunehmend ins Gewicht. Diese können durch eine Lüftungsanlage reduziert werden. Dabei empfiehlt sich die Kombination mit einer Wärmerückgewinnung, da diese zu einer weiteren Reduktion des Energieverbrauchs führt und eine finanzielle Amortisation gegeben ist.

Einsatz von Wärmerückgewinnungssystemen

Die Außenluft wird mithilfe der Abluft aus dem beheizten Gebäude in einem Wärmetauscher vorgewärmt. Dadurch wird der Energieverbrauch eines Gebäudes minimiert. Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung sind Stand der Technik. Weitere Informationen finden Sie dazu in der VDI 2071 "Wärmerückgewinnung in Raumlufttechnischen Anlagen".

Einsatz energieeffizienter Lüftungstechnik

Die Lüftungstechnik (Ventilatoren, Elektromotoren, Antriebe) sollte auf ihre Funktionalität und Effizienz überprüft werden. Alte und nicht mehr effiziente Anlagen sollten ausgetauscht werden. Je nach Ist-Zustand können an dieser Stelle hohe Einsparpotenziale liegen.

Trennung von Lüftung und thermischer Konditionierung

Werden Lüftung und thermische Konditionierung getrennt, reduziert sich der benötigte Luftvolumenstrom auf den hygienisch notwenigen Außen-luftstrom. Durch einen reduzierten Volumenstrom verringert sich auch der Energiebedarf für den Lufttransport, da sich diese Parameter proportional zueinander verhalten [25].

Einsatz einer adiabaten Kühlung

Die Zuluft wird durch Verdunstung abgekühlt und verbraucht dabei wesentlich weniger Energie im Vergleich zu einer Kompressionskältemaschine. Die Kühlleistung ist jedoch abhängig von der Außenluftfeuchte [26].

--> Beispiel 1

Steigerung der Energieeffizienz von Lüftungsanlagen

Aufgrund der vorhandenen äußerst energieintensiven Lüftungstechnik entschied sich ein Kraftfahrzeughersteller, diese energetisch zu optimieren. Dabei durfte die Modifizierung keinen Einfluss auf die Mitarbeiter oder die Produktion ausüben und musste zudem ökonomisch realisierbar sein. Um diese Überlegungen in die Tat umzusetzen, wurden mithilfe von Experten zunächst die relevanten Faktoren bestimmt und anschließend ein dreistufiger Leitfaden für die Umsetzung entwickelt. Im Rahmen dieses Leitfadens wurden zuerst der tatsächliche Bedarf von Luftmengen und die Laufzeiten der Anlagen analysiert. Darauf folgte eine Wirtschaftlichkeitsuntersuchung des geplanten Unterfangens. Die An-forderungen an den Arbeitsplatz, die Verwendung freier Luft sowie der Gebrauch von Strahlungsheizungen standen hierbei im Fokus. Im letzten Schritt fand dann die ökonomische Analyse der potenziellen Verbesserungsmaßnahmen, wie die Implementierung von Frequenzumrichtern, Hocheffizienzmotoren und Wärmerückgewinnungssystemen, statt.

Die abschließende Umsetzung richtete sich nach dem erstellten Leitfaden, wobei zeitgleich sowie vor und nach den jeweiligen Maßnahmen kontinuierlich Messungen und Analysen der zuvor erarbeiteten Parameter, wie unter anderem Temperatur, CO2-Gehalt und Luftfeuchte, erfolgten. Über die Zusammenarbeit mit externen Akteuren hinaus, wurden ebenso Mitarbeiter sowie deren Vertreter in den Umstellungsprozess miteinbezogen.

Im Zusammenhang mit anderen Einsparprojekten konnte durch die energietechnische Optimierung der Lüftungsanlagen der gesamte Bedarf an Energie um 28 Prozent verringert werden. Außerdem ist der erstellte Leitfaden über die pilothafte Auslieferungshalle hinaus anwendbar ge-wesen und trägt dazu bei, dass der Energiebedarf der verschiedenen Produktionsstandorte fortlaufend analysiert wird und so Energieeffi-zienzpotenziale aufdeckt werden [27].

--> Beispiel 2

Energetische Optimierung von Lüftungsanlagen

Die Lüftungsanlagen der Montagehalle in einem der Werke eines Kraftfahrzeugherstellers wurden innerhalb einer Reihe von Maßnahmen energietechnisch effizienter gestaltet. Nach umfangreichen Voruntersuchungen wurden Frequenzumrichter sowie Mess-, Steuer- und Regelungstechnik in das wartungsbedürftige Lüftungssystem integriert. Der Stromverbrauch konnte dadurch an den tatsächlichen energetischen Bedarf der Montagehalle angepasst werden. Zudem wurden Ventilatoren mit Direktantrieb installiert und ungeeignete Motoren ausgetauscht, um den Energieverbrauch weiter zu verringern. Insgesamt konnte durch diese Maßnahmen der Verbrauch an elektrischer Energie um 7,1 Mio. kWh reduziert werden, eine Minderung von 80 Prozent [28].

6) Effiziente Reinraumtechnik

Der Betrachtung der Energieeffizienz in der Reinraumtechnik kam in der Vergangenheit ein geringer Stellenwert zu, da die Bewahrung der Sicherheit von Personen und Produkten Vorrang hatte. Als vergleichsweise kosten- und energieintensive Bündelung von Technologien weist die Reinraumtechnik hohe Energieeffizienzpotenziale auf, bei deren Umsetzung die Herausforderung in dem Erhalt von Personenschutz und Produktqualität liegt. Da die Anforderungen an Reinräume sehr unterschiedlich sein können und diese deshalb auch verschieden aufgebaut sind, erweisen sich eine Analyse und Planung von Strategien und Maßnahmen am konkreten Reinraumprojekt als unabdingbar.

Analyse und Simulation der Reinraumtechnik

Wie bei jedem Vorgehen zur Steigerung der Energieeffizienz ist zunächst eine umfassende Analyse der zu betrachtenden Reinraumtechnik vorzu-nehmen. Die gewonnenen Daten der unterschiedlichen Anlagen bilden den Grundstein für nachfolgende Maßnahmen und ermöglichen eine objektive Bewertung der gegenwärtigen Sachlage.

Zur Verarbeitung der Daten kann ein ganzheitliches Reinraum-Monitoring-Datenverarbeitungssystem verwendet werden, um die Anlagen und Räume zu simulieren, gewünschten Bedingungen auszusetzen und Vergleiche ziehen zu können. Potenzielle Einsparmöglichkeiten werden durch die Festlegung individueller Zielsetzungen innerhalb der Software aufgedeckt und können so leichter umgesetzt werden.

Über die Definition eines energieeffizienten Betriebs hinaus, ist ein weit-reichendes Verständnis für die Anforderungen und die Relevanz der zur Qualitäts- und Risikobewertung eines Reinraums notwendigen Parameter essentiell. Diese können unter dem Begriff gute Herstellungspraxis zu-sammengefasst werden, dazu gehören unter anderem Temperatur, Feuchte, Luftwechselrate und Reinheitsklassen. Um die Energieeffizienzpotenziale in Reinräumen möglichst gut umsetzen zu können, ist es von großer Be-deutung, die gute Herstellungspraxis mit der optimierten Nutzung von Energie zu verbinden [29].

Weitere Informationen zu Energieoptimierungsmaßnahmen finden Sie in der VDI 2083 Blatt 4.2 "Reinraumtechnik Energieeffizienz" [30].

--> Beispiel 1

Innovatives Lüftungs- und Kühlkonzept zur Energieeffizienzsteigerung im Reinraum

Um den Energieverbrauch eines Pharmaunternehmens zu optimieren, arbeiteten externe Ingenieure unter hauptsächlicher Betrachtung der Klima- und Lüftungstechnik an einem Konzept zur Energieeffizienzsteigerung von Reinräumen. Die Produktion in den vorhandenen Reinräumen sollte dabei weiterhin die GMP-Anforderungen (Good Manufacturing Practice) auf über 1.500 Quadratmetern erfüllen und mögliche Kreuzkontaminationen sollten verhindert werden.

Die Belüftung der Reinräume im neu erstellten Belüftungskonzept er-folgt durch dezentrale Umluftgeräte mit integrierten Heiz- und Kühlregistern. Diese befinden sich im Zwischendeckenbereich und sind mit einer HEPA-Filtrierung (High Efficiency Particulate Air Filter) versehen. Die Wärme- und Kältezufuhr der dezentralen Umluftgeräte kann mithilfe der Regelungstechnik bedarfsgerecht angepasst werden Eine zentrale Lüftungsanlage speist die Umluftgeräte mit einem voraufbereiteten Frischluftanteil. Diese zentrale Lüftungsanlage ist kombiniert mit einer Wärmerückgewinnung und hat zusätzlich die Möglichkeit, die Kälte der Außenluft zur Luftkühlung zu nutzen. Ist also die Luft draußen kalt genug, kann der Kälteerzeuger abgeschaltet werden. Dies trifft auf mehrere Monate im Jahr zu. Im Vergleich zu einem System mit direkter Be- und Entlüftung konnte die Anlagengröße bei diesem Konzept um 70 Prozent reduziert werden [31].

--> Beispiel 2

Energieeffizienzsteigerung durch die Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit

In einem bestehenden Reinraumsystem einer Salbenherstellung konnte durch eine Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit bei einem Umluftgerät für die turbulenzarme Verdrängungsströmung (TAV) Energie eingespart werden. Während der produktionsfreien Zeit wurde die Strömungsgeschwindigkeit von 0,45 auf 0,20 Meter pro Sekunde gesenkt. Dadurch konnten eine Stromeinsparung von 32 Prozent und eine jährliche Kostenreduktion von 6.000 € erreicht werden. Der Aufwand für die Tests und die Qualifizierung des Systems belief sich auf einmalige 11.000 € [31].

--> Beispiel 3

Optimierung des Energieverbrauchs im Reinraum mittels Raumluftrückführung

In abgeschlossenen Prozessen in der Pharmaindustrie besteht die Möglichkeit, die Raumluft des Prozesses in den Reinraum zurückzuführen. Bei diesen sogenannten raumluftabhängigen Systemen wird die Zuluft direkt aus dem Raum entzogen und die Abluft während des Betriebs wieder zugeführt. Der Bedarf an benötigter Energie zur Aufbereitung der Außenluft reduziert sich durch dieses Konzept, allerdings ist darauf zu achten, dass es nicht während spezieller Betriebsarten, wie beispielswei-se der Dekontamination, angewandt wird [30].

7) Effiziente Sanitärtechnik

Die Sanitärtechnik spielt bei Nichtwohngebäuden, vor allem in Kranken-häusern, Hotels, Pflegeeinrichtungen usw., eine große Rolle. Durch effiziente Systeme können Wasser und Energie eingespart werden. Verschiedene Strategien und Maßnahmen werden nachfolgend aufgezeigt.

Einsatz von Wasserzählern

Wasserzähler erfüllen bei regelmäßigem Ablesen eine wichtige Kontroll-funktion hinsichtlich der einwandfreien Wasserversorgung. Sie sollten monatlich abgelesen und ausgewertet werden, um so Leckagen oder dauer-laufende Verbrauchsstellen frühzeitig aufzudecken. Außerdem können sie zum Wassersparen motivieren, da die direkten Auswirkungen auf die Kosten für Kalt- und Warmwasser sichtbar werden.

Kontrolle und Wartung sanitärer Anlagen

Sanitäre Einrichtungen sollten in regelmäßigen Abständen durch Hausmeister/Haustechniker oder geschultes Personal kontrolliert werden. In öffentlichen Gebäuden empfehlen sich eine jährliche Kontrolle und Wartung. Dabei sollten auch die Schließzeiten selbstschließender Armaturen von Waschbecken und Duschen sowie die Toilettenspülungen bedarfsge-recht eingestellt werden. Neben den festen Kontrollrhythmen sollte jedoch stets darauf geachtet werden, defekte Armaturen und Spülkästen so schnell wie möglich zu erkennen und zu reparieren [32].

Installation von wasser- und energieeffizienten Armaturen

Armaturen und Haushaltsgeräte sollten auf ihren Energie- und Wasserverbrauch untersucht werden. Gegebenenfalls sollten alte und nicht mehr effiziente – also sich nicht mehr auf dem Stand der Technik befindliche – Armaturen und Geräte umgerüstet oder ausgetauscht werden. Detaillierte Informationen zum Thema finden Sie in der Richtlinie VDI 6024, Blatt 1 „Wassersparen in Trinkwasser-Installationen – Anforderungen an Planung, Ausführung, Betrieb und Instandhaltung“.

Mit Hilfe von Durchflussbegrenzern und Sparduschköpfen kann der Volumenstrom von Armaturen wesentlich reduziert und so können Wasser und Energie (zur Wassererwärmung) eingespart werden.

Mit modernen Spülkästen lässt sich der Verbrauch pro Spülgang deutlich reduzieren. Auch hier sollte überprüft werden, ob die vorhandenen Einrichtungen effizient sind. Insbesondere in öffentlichen und gewerblichen Ein-richtungen bietet sich die Installation von Urinalen an, deren Wasserverbrauch in der wassersparenden Variante mit zwei Litern unter dem von Toiletten liegt. Diese sollten mit einer elektronischen Einzelsteuerung aus-gestattet werden, da diese im Gegensatz zu Zeit- und Gruppensteuerungen nur bei Benutzung aktiviert wird. Als besonders wassersparendes System stehen auch wasserlose Urinale zur Verfügung, die zunehmend in Raststät-ten und an anderen hoch frequentierten Orten wegen ihrer kurzen Amorti-sationszeit eingebaut werden. Hierfür sind entsprechende Installationen mit spezieller Wartung und Reinigung erforderlich [33].

Bei Armaturen, an denen auch Warmwasser gezapft wird, übt neben dem Volumenstrom ebenfalls die Steuerung einen entscheidenden Einfluss auf den Wasserverbrauch aus. So variiert die erforderliche Zeit zur Einstellung der gewünschten Wassertemperatur, die sogenannte Einregulierungsdauer, zwischen vollautomatischen und Zwei-Griff-Armaturen erheblich. Während diese bei vollautomatischen und Thermostatarmaturen gering ist, liegt sie bei Einhebelarmaturen im mittleren und bei Zwei-Griff-Armaturen sogar im hohen Bereich [33]. Dabei wirken sich Einsparungen beim Warmwasser doppelt positiv aus, da neben den Wasserkosten auch die Kosten für die Energie zur Warmwasserbereitung reduziert werden können.

In öffentlichen und gewerblichen Einrichtungen sollten selbstschließende oder vollautomatische Armaturen verwendet werden, um zu verhindern, dass Wasserhähne oder Duschköpfe ungenutzt laufen [33].

Waschbecken, die ausschließlich zum Händewaschen genutzt werden, beispielsweise in Gästetoiletten, sollten nur mit einem Kaltwasseranschluss versehen werden. Damit lässt sich die Energie zur Warmwasserbe-reitung einsparen.

Grauwassernutzung

Fäkalienfreies, gering verschmutztes Abwasser aus Dusch- und Badewannen wird als Grauwasser bezeichnet. Seine separate Erfassung und Zweifachnutzung bieten sich an, da durch sie nicht nur Wasser gespart, sondern auch die im Abwasser enthaltene Wärme zurückgewonnen werden kann. So erlaubt die Zweifachnutzung eine Reduktion sowohl des häuslichen Trinkwasserverbrauchs als auch des Abwasseranfalls um ca. 30 – 45 Liter [32]. Gleichzeitig wird der Wärmegehalt des Grauwassers zur Vorerwärmung von kaltem Trinkwasser genutzt, was wertvolle Energie bei der Warmwasserbereitung spart.

Ohne den zusätzlichen Nutzen der potenziellen Wärmerückgewinnung fällt auch der Abfluss von Handwaschbecken, Waschmaschinen, Spülen und Geschirrspülmaschinen in die Kategorie Grauwasser und kann nach entsprechender Aufbereitung ohne hygienisches Risiko und Komfortverlust recycelt werden. Aufgrund des höheren Verschmutzungsgrads von Geschirrspülwasser ist hierfür zusätzlich eine entsprechende Vorbehandlung nötig [34].

Das aufbereitete Grauwasser kann u. a. zur Toilettenspülung, zu Reinigungszwecken, zur Pflanzenbewässerung und für die Waschmaschinen genutzt werden.

--> Beispiel 1

Wirtschaftlichkeitsanalyse einer dezentralen Grauwasseraufbereitungsanlage

Die HUBER SE führte im Rahmen diverser Betrachtungen zum gewerbli-
chen und urbanen Wasserverbrauch eine hypothetische wirtschaftliche Untersuchung einer firmeneigenen dezentralen Anlage zum Grauwas-serrecycling durch. Die relevanten Daten wurden am Beispiel eines Ho-tels erhoben, dazu gehören unter anderem der Betriebswasserbedarf und die Kosten für Trink- und Abwasser, wobei sowohl eine Preisstabilität als auch eine Erhöhung des Trinkwasserpreises beispielhaft angenommen wurden. Darüber hinaus wurden Wartungskosten, eine Steigerung des Strompreises und die Kosten der Rohrleitungen einbezogen. Die Anlage wurde in der theoretischen Betrachtung im Untergeschoss des Hotels installiert und das aufbereitete Grauwasser aus Duschen und Badewan-nen zur Toilettenspülung verwendet. Durch die Anlage mit einer Be-handlungskapazität von 14,6 m³/d können Kosten von insgesamt 21.753 € gespart werden [35].

--> Beispiel 2

Grauwasseraufbereitung mit Wärmerückgewinnung in einem Stu-dentenwohnheim

In einem Studentenwohnheim in Freiburg wohnen bis zu 65 Studenten. Um den Wasser- und Energieverbrauch zu senken, wurde das Dusch- und Badewasser der 30 Bäder in einer Anlage, die Wärme und das Grauwasser recycelt, aufbereitet. Die Wärme aus den täglichen 3,5 m³ Grauwasser wurde genutzt, um das Trinkwasser von 14 °C auf 25 °C zu erwärmen. Im Durchschnitt konnten so 35 kWh pro Tag an Wärmeener-gie zurückgewonnen werden. Das aufbereitete Wasser wurde für die Toilettenspülung verwendet. Dadurch konnten jährlich 660 m³ Wasser durch das aufbereitete Grauwasser ersetzt und die Wasser- und Abwas-sergebühren um 2.200 € jährlich gesenkt werden [36].

8) Effiziente Kälte- und Kühltechnik

Der Energiebedarf zum Kühlen von Gebäuden hat in den letzten Jahren deutlich zugenommen. Zum einen sind die Komfortansprüche gestiegen und zum anderen hat sich vor allem bei Bürogebäuden die Fassadengestaltung geändert. Vielfach werden Glasfassaden mit einem entsprechenden solaren Wärmeeintrag ins Gebäude präferiert. Im Bereich der Kälte- und Kühltechnik gibt es noch ein hohes Effizienz- und Einsparpotenzial. Um den Ressourcenverbrauch für die Kälte- und Kühltechnik zu minimieren, können der Kältebedarf verringert und die Kälteanlagen effizienter genutzt werden. Darüber hinaus ist ein Einbezug von erneuerbaren Energien möglich.

Reduktion des Kältebedarfes

Der Kältebedarf kann durch bautechnische Maßnahmen und Anpassen der Temperaturanforderungen im Innenraum reduziert werden. Bautechnische Maßnahmen können außenseitige Verschattungen, eine hohe thermische Speicherfähigkeit des Gebäudes und Möglichkeiten zur Nachtauskühlung, z. B. durch Kippöffnung von Oberlichtern oder Querlüftung, beinhalten. In der Planung eines Gebäudes können zusätzlich die Ausrichtung des Gebäudes, die Größe der Fenster, die Anzahl der Dachfenster und die Bauweise den späteren Kältebedarf beeinflussen. Auch die Temperaturanforderungen im Raum spielen eine wesentliche Rolle beim Kältebedarf. So sollte ein Raum, wenn möglich, nicht unter 25°C gekühlt werden, denn je niedriger die Raumtemperatur heruntergekühlt werden soll, desto höher ist der Energiebedarf [37].

Planung und Betrieb effizienter Kälte- und Kühltechnik

Bei der Planung einer effizienten Kälte- und Kühltechnik ist es wichtig, ein ganzheitliches Energiekonzept, welches den Temperaturverlauf über das ganze Jahr berücksichtigt, zu erstellen. So kann eine Überdimensionierung durch die Auslegung nur auf hochsommerliche Temperaturen vermieden werden. Eine weitere Effizienzsteigerung wird durch die Optimierung von Leistungen, Druck- und Temperaturstufen sowie die Planung einer abgestimmten Steuer- und Regelungstechnik erreicht. Die Wahl des Kältemittels spielt ebenso eine Rolle bei der Energieeffizienz und trägt wesentlich zur CO2-Bilanz bei. Durch regelmäßige Wartungen und den Einsatz von Komponenten mit hohem Wirkungsgrad kann die Effizienz der Anlage gesichert werden [38], [39].

Die Energieeffizienz und die Wirtschaftlichkeit der Kühl- und Kältetechnik können durch die Integration einer Wärmerückgewinnung (WRG) deutlich erhöht werden [40].

Bereitstellung von Kühlenergie mittels erneuerbarer Energien

Wird in einem Neubau Kühltechnik installiert, schreibt das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) vor, dass ein Teil des Kühlbedarfs durch erneuerbare Energien gedeckt werden muss. Neben dem Pflichtanteil zum Decken des Kühlbedarfs kann dadurch wesentlich zur Energieeffizienzsteigerung und Ressourcenschonung beigetragen werden. Möglichkeiten sind etwa eine Verdunstungskühlung, thermische Kälteerzeugung (Wärmequelle: Solarenergie, Biomasse, Abwärme und Kraft-Wärme-Kopplung und Geothermie), Kühlung über Erd-Rohr-Wärmeübertrager oder Kühlung über Grundwasser oder Erdsonden [41].

--> Beispiel

Innovative Kälteversorgung eines Technologie-Centers

Das Technologie-Center der FESTO AG & Co. KG wird seit 2001 mit einer Adsorptionskälteanlage mit drei Adsorptionskältemaschinen klimatisiert. Zum Antrieb der Adsorptionskältemaschinen (je 350 kW Nennleistung) werden die Abwärme der Produktionsstätte und die Wärme aus dem Gaskessel genutzt. Um den Einsatz des Gaskessels zur Kälteversorgung maßgeblich zu verringern, wurde im Rahmen des Förderprogramms „Solarthermie 2000plus“ zusätzlich ein großes Vakuumröhren-Kollektorfeld integriert. Da die solare Wärme durch die hohe Betriebs-stundenzahl der Kälteversorgung schnell aufgenommen wird, ist die 1.218 m² große Kollektorfläche mit insgesamt nur einem 17 m³ großen Kurzzeitpuffer verbunden. Um als Kollektorfluid ausschließlich Wasser einsetzen zu können, wurde eine besondere Frostschutzschaltung der Solarkollektorensteuerung entwickelt. Bei der Entwicklung der Anlage wurde im Vorfeld eine dynamische Simulation zur Anlagendimensionie-rung und Evaluation durchgeführt [42, S. 19].

9) Effiziente Wärme- und Heiztechnik

Neben der Reduktion des Heizenergiebedarfs ist die effiziente Bereitstellung von Heizenergie ein entscheidender Faktor bei der Energiereduktion für die Wärmebereitstellung eines Büro- oder Produktionsgebäudes. Um den Ressourcenverbrauch für die Wärme- und Heiztechnik zu minimieren, können der Wärmebedarf verringert und die Anlagen zur Bereitstellung von Wärmeenergie effizienter betrieben werden. Im Bereich der Kälte- und Kühltechnik gibt es noch ein hohes Effizienz- und Einsparpotenzial. Darüber hinaus ist ein Einbezug erneuerbarer Energien möglich.

Reduktion des Heizenergiebedarfs

Eine Reduktion des Heizenergiebedarfs kann zum einen durch eine Sensibilisierung der Mitarbeiter hinsichtlich energieeffizienter Handlungen erfolgen. Dadurch sind die Mitarbeiter beispielsweise motiviert, Fenster und Türen während Heizperioden prinzipiell geschlossen zu halten, oder sie ziehen das Stoßlüften dem Dauerlüften mit gekippten Fenstern vor. Zum anderen ist es empfehlenswert, an Halleneingängen und Durchgängen zwischen Bereichen zweier unterschiedlicher Temperaturniveaus automatische Schließsysteme und Schnellverschlusstore zu verwenden. Zudem sollten Tore wärmegedämmt und dicht sein.

Optimierung bestehender Heizungsanlagen

Heizungsanlagen, die mit einem hohen Anlagenwirkungsgrad betrieben werden, sind effizient und energiesparend. Der Gesamtwirkungsgrad einer bestehenden Heizungsanlage kann mit folgenden Maßnahmen erhöht werden [43]:

  • Eine regelmäßige Kontrolle der Umwälzpumpen hinsichtlich des korrekten Einsatzes, bezogen auf den Anwendungsfall, wird empfohlen. Ältere Umwälzpumpen sind oftmals noch ungeregelt und die Pumpenstufe ist zudem häufig zu hoch eingestellt. Diese sollten gegebenenfalls durch moderne Heizungspumpen, die über eine effektive Regelung und einen energiesparenden Betrieb verfügen, ausgetauscht werden.
  • Eine regelmäßige Betriebskontrolle der Heizungsanlage sollte durchgeführt werden. Dazu gehören die Reinigung und Wartung von Filtern, eine Dichtigkeitskontrolle und Reparatur von Rohrleitungen und Behältern sowie die Überprüfung der Isolierungen von Rohrleitung und Heizkessel. Auf eine einwandfreie Isolierung der gesamten Heizungsanlage ist immer zu achten. Wird ein unzureichender Isolierungszustand am Heizungssystem festgestellt, sollte dieser umgehend behoben werden.
  • Die Verringerung der Vorlauftemperatur senkt den Brennstoffverbrauch einer Heizungsanlage. Ein Herabsenken der Vorlauftemperatur kann etwa dann vorgenommen werden, wenn im Laufe der Zeit der Gebäudehülle eine Dämmung hinzugefügt wurde und dadurch die bestehenden Heizkörper für den reduzierten Wärmebedarf überdimensioniert sind.
  • Eine regelmäßige Kontrolle und Optimierung des hydraulischen Abgleichs werden empfohlen.
  • Die Nachrüstung einer automatischen Heizungssteuerung kann die Anlageneffizienz deutlich erhöhen.

Erneuerung der Heizungsanlage

Das größte Einsparpotenzial lässt sich i. d. R. mit einer neuen Heizungsanlage erreichen. Mit ihr können in Einzelfällen die Heizkosten von Unternehmen um bis zu 50 % reduziert werden. Allerdings ist dies auch oft mit hohen Investitionskosten verbunden. Hier gibt es verschiedene Möglichkeiten und es gilt, die Vor- und Nachteile vor dem Hintergrund des eigenen Anforderungsprofils zu prüfen. Aufgrund der zunehmenden Komplexität von Heizungsanlagen ist eine hohe Sorgfalt bei der Planung, Installation und Inbetriebnahme der Anlage unter Mitwirkung der Gebäudenutzer erforderlich [44].

Bei der Planung sollte bei gleichzeitiger Berücksichtigung zukünftiger Betriebserweiterungen darauf geachtet werden, Heizkessel und Heizungsanlage bei der Auslegung nicht überzudimensionieren [45, S. 14 ff.]. Bei der Inbetriebnahme und den regelmäßigen Wartungen sollten die Betriebs- und Steuerungsparameter der Heizungsanlage in Abhängigkeit von den Nutzergegebenheiten eingestellt werden.

Nutzung erneuerbarer Energien

Bei der Planung einer neuen Heizungsanlage sollte auch über die Art des einzusetzenden Energierohstoffes nachgedacht werden. Die Art des Energierohstoffes bestimmt die Anlagenart. Eine Substitution von nicht erneuerbaren Primärenergieträgern (z. B. Erdöl, Kohle) durch erneuerbare Energieträger (z. B. Holzpellets, Sonnenenergie) senkt in den meisten Anwendungsfällen die CO2-Emissionen, bezogen auf den gesamten Lebensweg, und schont die Umwelt.

Das Angebot von Heizungsanlagen, die mit erneuerbaren Energieträgern betrieben werden, ist mittlerweile recht groß: von Pellet- bzw. Scheitholzheizungen über Solarthermieanlagen bis hin zu Brennstoffzellen-BHKWs. Um die Anlagenflexibilität zu erhöhen, werden die Anlagen mit erneuerbaren und nichterneuerbaren Energieträgern auch miteinander kombiniert oder in einer Heizungsanlage werden sowohl fossile als auch erneuerbare Brennstoffe eingesetzt. Um eine möglichst gute Abdeckung mit erneuerbaren Energien zu erzielen, sollte die Integration von Energiespeichern mit eingeplant werden.

--> Beispiel

Neubau eines energieeffizienten Produktionsgebäudes

Um der Nachfrage auch in Zukunft nachkommen zu können, hat die ebm-papst Gruppe 2007 ihren Standort Hollenbach erweitert. Ziel war es u. a., die Baumaßnahmen gemäß der Greentech-Leitlinie des Unternehmens umzusetzen. Deshalb wurden die Neubauten als Plus-Energie-Gebäude geplant, welche nicht nur energieeffizient, sondern durch die intelligente Planung der Gebäudetechnik auch günstig im Betrieb waren. Mit Hilfe dynamischer Gebäude- und Anlagensimulationen konnte das passende, technisch und wirtschaftlich mögliche Konzept ausgewählt werden. 2015 wurde die Produktionshalle erweitert und zusätzlich eine Energiezentrale mit einem Blockheizkraftwerk (BHKW) und einer Absorptionskältemaschine gebaut. Über ein Nahwärme- und Kältenetz versorgt die Energiezentrale den Standort. Das Energiesystem wird durch Wärmepumpen, die zum Heizen und Kühlen genutzt werden, und eine Wärmerückgewinnung aus den Kompressoren und dem Rechenzentrum ergänzt. Durch zwei Photovoltaik-Anlagen und das BHKW liegt der Eigenstromerzeugungsanteil bei 50 %. Durch die konsequente Wärmerückgewinnung konnten ca. 7.000 Euro im Jahr eingespart werden [46, S. 190 - 193].

Teil 1 >  Ressourceneffizienz, Anwendungsbereich, Grenzen
Teil 2 >  Wege der Umsetzung und Beispiele

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