1. September 2020

Prüfung und Sicherstellung eines energieeffizienten und gut eingeregelten Betriebs von RLT-Geräte- und Anlagenfunktionen im Inbetriebnahmeprozess

Ein aktuelles Forschungsvorhaben des Umweltbundesamtes verfolgt das Ziel, das von Bestandsklimaanlagen bekannte Energielabel auch für neue RLT- und Klimakälteanlagen verfügbar zu machen. Dabei wird die Energieeffizienzbewertung zusätzlich mit einem Qualitätssicherungsprozess verknüpft, um den Inbetriebnahmeprozess von neuen RLT-Anlagen zu strukturieren und ein technisches Monitoring anzureizen. So soll sichergestellt werden, dass die theoretisch vorhandene Energieeffizienz der Anlagentechnik im praktischen Betrieb auch erreicht wird. Der Mehrwert der energieeffizienten und gut eingeregelten RLT-Anlagen soll für den Nutzer dabei mit einem Qualitätssiegel einfach erkennbar gemacht werden. Die geplanten Werkzeuge und Methoden zur Qualitätssicherung und Energieverbrauchskennzeichnung werden im Folgenden vorgestellt.

RLT-Anlagen weisen heute durch EnEVund Ökodesign-Vorgaben eine hohe energetische Qualität auf. Der hohe Standard bezieht sich dabei aber nur auf das RLT-Zentralgerät als Summe einzelner effizienter Komponenten, wie Ventilatoren und Wärmerückgewinnungssysteme. Ein effizienter Betrieb dieser Anlagen kann aber nur erreicht werden, wenn diese Komponenten fachgerecht in Betrieb genommen werden und im Rahmen einer längerfristigen Einregulierungsphase alle Einzelkomponenten intelligent zu einem effizient arbeitenden Anlagensystem vereint werden. Dabei sind auch die externen Wärme- und Kälteversorgungssysteme fachgerecht in die Anlagenregelung zu implementieren. Dieser wichtige Prozess der Einregulierung kommt in der hektischen Inbetriebnahmephase einer RLT-Anlage jedoch oft zu kurz. Eine systematische, gewerkübergreifende Inbetriebnahme, gepaart mit einem technischen Monitoring, erfolgt nur in sehr wenigen Fällen.

Je ambitionierter Anlagen regelungstechnisch ausgestattet werden, umso wichtiger sind ein geordneter Inbetriebnahmeprozess und ein anschließendes energetisches Monitoring. Häufig können Fehler im Rahmen der Abnahme objektiv nicht festgestellt werden, weil z. B. die Nutzung des Gebäudes oder die Witterung zum Zeitpunkt der Abnahme eine Überprüfung von geplanten Auslegungsszenarien nicht gestatten.

Forschungsvorhaben
Ziel eines aktuellen Forschungsvorhabens mit dem Titel „Energieverbrauchskennzeichnung für neue Klima- und Lüftungsanlagen“ ist es daher, das von den Bestandsanlagen bekannte Energielabel (Bild 1) auch für neue RLT- und Kälteanlagen verfügbar zu machen. Um dabei vor allem auch die Qualität des Inbetriebnahmeprozesses von RLT-Anlagen zu erhöhen, wird die Energieverbrauchskennzeichnung mit einem mehrstufigen Qualitätssicherungsprozess kombiniert. Das soll eine hohe energetische Qualität neuer RLT- und Klimakälteanlagen vom Planungsprozess über den Installationsprozess bis hin zur Betriebsphase sicherstellen.

Qualitätssicherungsprozess
Der Qualitätssicherungsprozess umfasst drei an den Planungs- und Ausführungsprozess gekoppelte Qualifizierungsstufen:

• die Entwurfsqualifizierung,
• die Installationsqualifizierung,
• die Betriebsqualifizierung.

Neben der energetischen Qualität der eingesetzten Komponenten fließen so auch eine nachvollziehbare Anlagendimensionierung und ein optimal bedarfsgeregelter Betrieb in die Bewertung ein. Die Prüfung der Dimensionierung ist dabei besonders wichtig, da zu hohe Luftwechselraten vom Gebäudenutzer kaum wahrgenommen werden, den Energieverbrauch des Gebäudes aber erheblich vergrößern können. Auch die Prüfung des Betriebsverhaltens ist wichtig, da auch eine energetisch hochwertige RLT-Anlage Energie verschwendet, wenn sie regelungstechnisch nicht in der Lage ist, ihre Betriebszeit und den Volumenstrom adäquat an die Belegungsdichte und die Nutzungszeit des Gebäudes anzupassen.

Die Kommunikation des Qualifizierungsergebnisses nach außen erfolgt stufenweise durch die Energieverbrauchskennzeichnung mit einem Energielabel und abschließend mit einem Qualitätssiegel. Energielabel und Qualitätssiegel werden nach erfolgreichem Abschluss des dreistufigen Qualifizierungsprozesses durch einen unabhängigen und projektexternen Dritten vergeben. Nach der Entwurfsqualifizierung wird dabei zunächst ein vorläufiges Energielabel ausgestellt. Das endgültige Energielabel erfordert dann den erfolgreichen Abschluss der Installations- und Betriebsqualifizierungsphase (Bild 3). Neben der Energieeffizienz werden mit dem Energielabel auch die Aspekte Ökologie, klimagerechte Architektur, Raumluftqualität sowie messtechnische Ausstattung ergänzend bewertet.

Der gesamte Qualifizierungsprozess erfolgt softwaregestützt. Die Prüfsoftware wird im Rahmen des Projektes entwickelt und getestet und anschließend professionellen Softwareanbietern zur Verfügung gestellt.

Entwurfsqualifizierung
Der Erstkontakt des unabhängigen Prüfers mit dem Projekt erfolgt in der Entwurfsplanungsphase. Somit kann das Prüfergebnis noch in die Planung einfließen, bevor die Projektkosten gedeckelt werden und die Baugenehmigung eingereicht wird. Durch den Prüfer werden in dieser Phase die fachgerechte Dimensionierung und die Einhaltung aller energetischen Kennwerte aus den energiesparrechtlichen Anforderungen kontrolliert. Zudem wird ein Inbetriebnahmeplan abgestimmt. Die Haupttätigkeiten bei der Entwurfsqualifizierung zeigt Tabelle 1.

Im Ergebnis der Entwurfsqualifizierung werden die vorläufigen Energielabel anlagenweise ausgestellt, um den energetischen Standard der Entwurfsplanung zu dokumentieren. Das Label kann somit bereits auch für Marketingzwecke verwendet werden.

Installationsqualifizierung
Die Installationsqualifizierung soll vor Abnahme der Bauleistung stattfinden, um auftretende Mängel frühzeitig und noch vor dem VOB-Abnahmeprozesses zu erkennen. Das erfolgt anhand der vorliegenden Inbetriebnahme- und Messprotokolle sowie durch eigene Messungen des Prüfers (Tabelle 2).

Die Installationsqualifizierung ist erst dann abgeschlossen, wenn eventuell aufgetretene Mängel beseitigt wurden, die Dokumentation vollständig vorliegt und die Anlage voll funktionsfähig und für das technische Monitoring vorbereitet ist. Das Energielabel bleibt zunächst in seiner vorläufigen Form erhalten, der Abschluss der 2. Qualitätssicherungsstufe wird jedoch grafisch dokumentiert. Das finale Energielabel wird erst nach erfolgreicher Betriebsqualifizierung ausgestellt.

Betriebsqualifizierung
Die Betriebsqualifizierungsphase schließt unmittelbar an die erfolgreiche Installationsqualifizierung an und umfasst eine Betriebsphase von mindestens 6 Monaten, um unterschiedliche Nutzungsszenarien und Witterungsphasen zu durchlaufen. Sie ist die wichtigste Phase im Qualitätssicherungsprozess. Die Betriebsqualifizierung erfolgt dabei auf der Grundlage dynamischer Trenddaten der Gebäudeleittechnik, die in der Entwurfsqualifizierung definiert wurden (Tabelle 3).

Nach Abschluss der Betriebsqualifizierung wird für jede Anlage das finale Energieeffizienzlabel ausgestellt. Die zugrunde gelegten Daten werden dokumentiert und bilden zusammen mit der allgemeinen Anlagendokumentation die Basis für die innerhalb von zehn Jahren nach der Inbetriebnahme verpflichtend durchzuführende energetische Klimaanlageninspektion.

Qualitätssiegel
Aus den Ergebnissen zur Energieeffizienz der wesentlichen Anlagen und bei Erfüllung aller Qualitätsanforderungen wird durch den Prüfer das Qualitätssiegel für die Raumlufttechnik ausgestellt. Es zeigt auf einen Blick, dass das Raumklima im Gebäude energieeffizient und mit hoher Qualität dauerhaft sichergestellt wird. Dabei ist derzeit geplant, in Anlehnung an bestehende Zertifizierungssysteme (DGNB, BNB, LEED, etc.), eine besonders energieeffiziente Anlagentechnik auch grafisch durch eine Exzellenzklasse abzubilden.

Zurzeit werden verschiedene Darstellungsmöglichkeiten des Qualitätssiegels und der weiteren grafischen Bausteine des neuen Instruments entwickelt und getestet. Das gestalterische Ziel besteht dabei hauptsächlich in der Visualisierung des dreistufigen Qualitätssicherungsprozesses sowie der Darstellung des hohen Qualitätsanspruchs des neuen Siegels und des daraus resultierenden Mehrwerts für die Nutzer. Die farbliche Strukturierung der Qualifizierungsstufen leitet sich u. a. aus den Themenfeldern Raumluftqualität und Ökologie ab und ist wesentlich für den weiteren Gestaltungsprozess des Siegels.

Ausblick
Das Forschungsvorhaben wird Ende 2020 abgeschlossen. Ab Anfang 2021 wird die beschriebene Thematik marktverfügbar. Die Umsetzung ist prinzipiell freiwillig geplant. Die begleitende Softwareanwendung kann im Zuge der Erstellung des Energieausweises im Bauantragsverfahren genutzt werden. Möglich sind darüber hinaus flankierende Anreize durch Förderprogramme oder die Integration in bestehende Nachhaltigkeits-Zertifizierungssysteme. Entscheidend für den Markterfolg ist aber die Bereitschaft des Bauherrn, die vorhandenen Werkzeuge zur qualitätsgesicherten Inbetriebnahme für einen nachhaltigen Betrieb von RLT-Anlagen auch zu nutzen. Sowohl die Erfahrungswerte der Autoren als auch Wirtschaftlichkeitsberechnungen zeigen, dass die vermiedenen Mehrkosten bei einer unkoordinierten Inbetriebnahme komplexer RLT-Anlagen das Honorar eines unabhängigen Prüfers mehr als kompensieren.

Autoren: Dipl.-Ing. Ronny Mai, ILK Dresden;
Dipl.-Ing. Heiko Schiller, Schiller engineering;
Dipl.-Ing. Uta Weiß, ifeu – Institut für Energie- und Umweltforschung;
Dipl.-Des. Susanne Walter, suwadesign