22. Juni 2022

Eine moderne Gebäudeautomation kann bis zu 30% der benötigten Energie für Heizung, Kühlung und Beleuchtung einsparen

Selbst vielen Energieexperten ist nicht bewusst, dass smarte Gebäude bis zu 30% Energie einsparen können. Ähnlich wie bei Konsumgütern gibt es dafür genormte Effizienzklassen A bis D, die Planung und Vorausschau einfach machen.

Beim Thema Energieeffizienz denkt die Branche sofort an Wärmepumpen, Kraft-Wärme-Kopplung oder Solartechnik. Diese sind inzwischen aber Teil eines eng verzahnten Gesamtsystems, das aus den Stufen Energiegewinnung, -speicherung und -verbrauch besteht. Die Vermittlerrolle zwischen allen Gewerken und Energiearten spielt die Gebäudeautomation. Richtig ausgeführt, kann sie bis zu 30 % der benötigten Energie für Heizung, Kühlung und Beleuchtung einsparen.

Zur Abschätzung der möglichen Einsparfaktoren definiert die EN 15232 Energieeffizienzklassen von A bis D, welche in präzisierter Form demnächst als ISO 52120 (Energieeffizienz von Gebäuden – Einfluss von Gebäudeautomation und Gebäudemanagement) erscheinen werden. Hier wird die Brücke zur SHK-Branche geschlagen, denn die Einbindung von Heiz-, Kühl- und Lüftungsfunktionen in ein solches Energiemanagement lässt sich mit Automatisierungsfunktionen verknüpfen. Dazu einige Beispiele:

• Energieniveauwahl: In unbenutzten Räumen wird die Heiz- bzw. Kühlleistung reduziert, was diese in einen sparsamen Standby-Betriebszustand versetzt.

• Startoptimierung: Erfolgt die Umschaltung vom Standby- in den Komfortzustand durch ein Zeitprogramm, wird die aktuelle Raumtemperatur mit dem angestrebten Sollwert verglichen und der spätmöglichste Umschaltzeitpunkt berechnet, der ohne Komfortverlust und mit geringstem Energieeinsatz den neuen Zustand erreicht.

• Sollwertermittlung: Um im Sommer einen Temperaturschock beim Betreten oder Verlassen eines gekühlten Gebäudes zu vermeiden, werden die Sollwerte bei wachsender Außentemperatur gleitend angehoben. Dadurch wird Kühlenergie gespart.

Diese und weitere Funktionen sind in den VDI-Richtlinien 3813 und 3814 so präzise festgelegt, dass sie als anerkannte Regeln der Technik verbindlich in Leistungsverzeichnisse aufgenommen und rechtswirksam bei der Bauabnahme überprüft werden können. Sie können ihr Einsparpotenzial aber nur entfalten, wenn sie mit ergänzenden Funktionen aus den Nachbargewerken kombiniert werden, z. B.:

• Jalousien steuern die thermische Aufladung ungenutzter Räume im Winter und unterstützen deren effiziente Kühlung im Sommer.

• Dezentrale Lüftungselemente an Fassaden und Fenstern sind Teil einer Luftqualitäts-Regelung (einschließlich Infektionsschutz) und nehmen an der freien Nachtkühlung teil, um im Sommer Kühlleistung zu sparen.

• Falls über Fenster gelüftet wird, fahren Fensterkontakte Heizung, Kühlung bzw. Lüftung in den Standby-Modus, um Energie zu sparen.

Alle Funktionen sind also Teil eines interdisziplinären Zusammenwirkens aller Gewerke, das von der Gebäudeautomation gesteuert wird. Sie müssen gemeinsam geplant werden, wenn sie voll wirksam werden sollen. Besonders in Räumen stehen sehr viele physikalische Zusammenhänge und Größen miteinander in Wechselwirkung (Lichtstärke, Feuchte, Temperatur, Luftqualität, Wärmestrahlung, Turbulenz usw.). Man kann diese verschiedenen Größen und ihre Gewerke daher nicht getrennt voneinander betrachten, sondern braucht gewerkeübergreifende Konzepte. Leider denken und handeln die Vertreter der einzelnen Gewerke bei Planung und Ausführung meist getrennt und die Kommunikation zwischen den Gewerken wird oft durch unterschiedliche Sichten, Denkmuster und Modelle behindert. Die Funktionen der o. g. VDI-Richtlinien sind aber so vereinfacht darstellbar, dass man sie mit geeigneten Hilfsmitteln dem Investor/Bauherrn erklären kann. Sie eignen sich deshalb als gemeinsame Sprachbasis zwischen den Gewerken und unterstützen eine frühzeitige Leistungsbeschreibung sowie eine transparente Kontrolle über alle Phasen hinweg bis hin zur Bauabnahme. Denn gerade in frühen Entscheidungsphasen werden die Grenzen des künftigen Einsparpotenzials bereits endgültig festgelegt (Leistungsphase LPH 1 nach HOAI [2]). In diesem Sinne dient die Umsetzung der Funktionen auch als Maß zur Abschätzung der erreichbaren Energieeffizienzklassen nach EN 15232. Ein Gebäude mit nur wenigen einfachen Funktionen wird vermutlich nur die Klasse D erreichen. Smarte Gebäude mit einer geschickten Kombination vieler wirksamer Funktionen können dagegen eher Klasse A erreichen.

Anschauliche Kommunikation zwischen den Gewerken und Kunden
Die genannten Funktionen und Effizienzklassen dienen zur ganzheitlichen Planung des Zusammenspiels aller Gewerke, um den optimalen Kompromiss zwischen Komfort, Kosten und Energieeffizienz zu erreichen. Diese Kommunikation zwischen den Gewerken und dem Bauherrn wird durch den in jedem Browser kostenfrei nutzbaren Konfigurator www.AUTERAS.de unterstützt. Er stellt diesen Nutzern schrittweise viele Fragen zu ihren funktionalen Wünschen für jedes einzelne Gewerk (Bild 1) und zeigt nach jeder Antwort sofort die bereits erreichte Energieeffizienzklasse (A bis D) an. Jede smarte Funktion wird auf Wunsch durch Texte und Videos erläutert und automatisch in Standardfunktionen nach der VDI-Richtlinie 3813 [4] übersetzt. Sie sind damit also eindeutig und rechtssicher bis zur Bauabnahme definiert. Auf Wunsch ermittelt eine künstliche Intelligenz beispielhaft passende Produktkombinationen, die alle funktionalen Kundenwünsche erfüllen kann. Diese Realisierbarkeits-Vorausschau erlaubt auch eine grobe Kostenschätzung für die einzelnen Lösungsvarianten (Bild 3). In Zukunft wird es auch einen datendurchgängigen Export zur Ausführungsplanung (endgültige Produktauswahl in LPH 5) sowie zur Baustelle und den dortigen Integrations-Tools geben (z.B. als ETS-Projekt für die KNX-Vernetzung).

Die genannten Funktionen und Effizienzklassen dienen zur ganzheitlichen Planung des Zusammenspiels aller Gewerke, um den optimalen Kompromiss zwischen Komfort, Kosten und Energieeffizienz zu erreichen. Diese Kommunikation zwischen den Gewerken und dem Bauherrn wird durch den in jedem Browser kostenfrei nutzbaren Konfigurator www.AUTERAS.de unterstützt. Er stellt diesen Nutzern schrittweise viele Fragen zu ihren funktionalen Wünschen für jedes einzelne Gewerk (Bild 1) und zeigt nach jeder Antwort sofort die bereits erreichte Energieeffizienzklasse (A bis D) an. Jede smarte Funktion wird auf Wunsch durch Texte und Videos erläutert und automatisch in Standardfunktionen nach der VDI-Richtlinie 3813 [4] übersetzt. Sie sind damit also eindeutig und rechtssicher bis zur Bauabnahme definiert. Auf Wunsch ermittelt eine künstliche Intelligenz beispielhaft passende Produktkombinationen, die alle funktionalen Kundenwünsche erfüllen kann. Diese Realisierbarkeits-Vorausschau erlaubt auch eine grobe Kostenschätzung für die einzelnen Lösungsvarianten (Bild 3). In Zukunft wird es auch einen datendurchgängigen Export zur Ausführungsplanung (endgültige Produktauswahl in LPH 5) sowie zur Baustelle und den dortigen Integrations-Tools geben (z.B. als ETS-Projekt für die KNX-Vernetzung).

Autor: Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Kabitzsch, Technische Universität Dresden, Fakultät Informatik

Literatur:

[1] DIN EN ISO 52120-1 Energieeffizienz von Gebäuden – Einfluss von Gebäudeautomation und Gebäudemanagement – Teil 1: Module M10-4, 5, 6, 7, 8, 9, 10; Entwurf Dezember 2019

[2] Verordnung über die Honorare für Architekten- und Ingenieurleistungen (Honorarordnung für Architekten und Ingenieure – HOAI) in der Fassung von 2021

[3] www.AUTERAS.de

[4] VDI-Richtlinie 3813 Blatt 2 Raumautomationsfunktionen (RA-Funktionen), Verein Deutscher Ingenieure, Mai 2011