A4.2.1 Zielsetzung
Im Rahmen der Erprobung einer Vorversion der Empfehlung SIA 380/4 «Elektrische Energie im Hochbau» wurde 1992/94 eine Datenbeschaffungskampagne durchgeführt. Das Ziel war, Energiever-brauchsdaten für die Verwendungszwecke «Beleuchtung» und «Lüftung/ Klima» als Grundlagen für die Anforderungen sowie für das in Abschnitt 4.3 beschriebene einfache Berechnungsverfahren zu ermitteln.
Zu diesem Zweck wurden einerseits bereits vorliegende Daten nochmals ausgewertet und andererseits zusätzliche Messungen durchgeführt. Aus den wichtigsten in der Schweiz durchge-führten Messkampagnen sowie aus diversen Einzelobjekten (Tabelle A4–1) wurden rund 60 Objekte ausgewählt. Ca. 350 Zonen mit einer Geschossfläche von insgesamt rund 560'000 m2 wurden in eine Datenbank aufgenommen.
Untersuchung Auftraggeber /Sachbearbeitung Anzahl
Objekte
Forschungsberichte EEH SIA/Elektrowatt, Weinmann 6
Sparpotentiale beim Elektrizitätsverbrauch von zehn ausgewählten, arttypischen Dienstleistungsbetrieben
Bundesamt für Energiewirtschaft / Amstein & Walthert, Intep
11
Rationelle Stromnutzung in Gebäuden Energiefachstellen SH und TG / Diverse Ingenieurbüros
9 Energieprogramm UNIKATZ ATAL Zürich /Diverse Ingenieurbüros 10 RAVEL-Untersuchungen Bundesamt für Konjunkturfragen /
Diverse Ingenieurbüros
8
Diverse 13
Total 57
Tabelle A4–1: Übersicht über berücksichtigte Untersuchungen über den Elektrizitätsverbrauch von Gebäuden
Die Daten und Ergebnisse sind in verschiedenen Berichten (vgl. [4], [9], [12], Anhang A4.3) ausführ-lich dokumentiert. Die Messdaten dienten als Grundlage zur definitiven Festlegung der Grenz- und Zielwerte der Empfehlung SIA 380/4. Zudem wurden wichtige Einflussfaktoren für den Energie-verbrauch aufgezeigt.
A4.2.2 Beleuchtung Elektrizitätsverbrauch
Die Streuung des Elektrizitätsverbrauchs ist gross (Figur A4–4). Der wichtigste Einflussfaktor ist das Tageslichtangebot. Der Verbrauch konnte in den letzten Jahren durch Wirkungsgradverbesserungen merklich gesenkt werden. Die spezifische installierte Leistung reduzierte sich von ca. 20 W/m2 auf die heute üblichen 10 W/m2.
Wichtige Einflussfaktoren
Tageslichtangebot: In Büros ist der Haupteinfluss das Tageslicht. Das Verhältnis zwischen Fenster-und Bodenfläche stellt eine gute Fenster-und einfache Kenngrösse für das Tageslicht dar. Im Verkauf wird das Tageslicht kaum genutzt.
Steuerung und Regelung: Die Nutzung des Tageslichtes bedarf einer angepassten Steuerung und Regelung. Im Verkauf sollte die Beleuchtungssteuerung die Öffnungszeiten berücksichtigen können.
Die Effektbeleuchtung muss separat schaltbar sein.
Spezifische Leistung: Im Büro hat die spezifische Leistung stark abgenommen. Im Verkauf ist (wegen der fehlenden Tageslichtnutzung) die spezifische Leistung die Haupteinflussgrösse für den Energieverbrauch.
Baujahr: Figur A4–5 zeigt den spezifischen Elektrizitätsbedarf der Beleuchtung für die Zone Büro, dargestellt in Abhängigkeit des Baujahres. Obwohl eine grosse Streuung festgestellt werden muss, zeigt der Energieverbrauch eine klar sinkende Tendenz.
Zone Büro
Spez. Elektr.bedarf EB [MJ/m2a]
0 50 100 150 200 250
Ist Soll Ist Soll
GW1
GW2
ZW1
ZW2
Figur A4–2: Spezifischer Elektrizitätsbedarf für die Beleuchtung, verglichen mit Grenz- und Ziel-werten für die Zone Büro (1: überwiegend mit Tageslicht = Räume mit einer Raumtiefe < 5 m; 2:
teilweise mit Tageslicht = Räume mit Raumtiefe 5 bis 10 m)
Zone Büro
Baujahr Spez. Elektr.bedarf EB [MJ/m2a]
0 5 10 15 20 25
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995
Figur A4–3: Spezifischer Elektrizitätsbedarf für die Beleuchtung in Abhängigkeit des Baujahres für die Zone Büro
A4.2.3 Lüftung/Klima Elektrizitätsverbrauch Büro
Der spezifische Elektrizitätsbedarf von Bürozonen weist für verschiedene interne Wärmelasten (Figur A4–4) eine grosse Streuung auf. Die höchsten Messwerte überschreiten einerseits den Grenzwert beträchtlich, und die tiefsten Messwerte unterschreiten andererseits den Zielwert.
Wichtige Einflussfaktoren
Die Auswertungen zeigen folgende Einflussfaktoren:
Lüftungstechnisches System: Zwischen spezifischem Elektrizitätsbedarf und lüftungstechnischem System besteht kein eindeutiger Zusammenhang. Dennoch kann aus den Messresultaten abgeleitet werden, dass Anlagen mit kleinem spezifischem Volumenstrom (Vs < 5 m3/hm2) und damit tiefem Energiebedarf für die Luftförderung auch einen tieferen Elektrizitätsverbrauch aufweisen. Ebenso weisen Anlagen mit «passiven Kühlsystemen» (adiabatische Kühlung, Luft-Erd-Register, Nachtaus-kühlung usw.) oder «Nur-SommerNachtaus-kühlung» einen kleineren Elektrizitätsbedarf auf.
Lüftungstechnische Funktionen: Einen dominierenden Einfluss auf den Energieverbrauch der lüftungstechnischen Anlage hat die Luftförderung. Ihr Anteil beträgt bei den meisten Anlagen über 50 %. Der Anteil der Kühlung schwankt relativ stark, abhängig vom lüftungstechnischen System und vor allem vom Komfort (d.h. der verlangten Raumtemperatur). Anlagen mit tiefem Elektrizitätsverbrauch weisen auch einen prozentual kleinen Anteil für Luft- und Wasserkühlung auf.
Anlagen mit variablem Volumenstrom (VAV) führen nicht zwingend zu einem tiefen Energiever-brauch.
Auslegung/Dimensionierung: Die Druckverluste (Figur A4–5) sind in der Regel bedeutend höher als allgemein angenommen oder z. B. in der Empfehlung SIA 382/3 vorgegeben. Die Tendenz bei neuen Anlagen ist eher zunehmend (WRG, Filter).
Der spezifische Volumenstrom pro Person ist in allen gemessenen Anlagen (bedeutend) höher als in der Empfehlung SIA 382/1 angegeben. Lediglich bei drei Messobjekten liegt der spezifische Vo-lumenstrom pro Person unter 70 m3/hP. Gründe für diese hohen Werte sind die effektiv kleinere Belegungsdichte der Büros, als in der Planung allgemein angenommen, und die effektiv tieferen
Wärmelasten. Die Werte für die Personenfläche variieren zwischen 10 und 20 m2/P, der Durchschnitt liegt bei 14 m2/P (Annahme in der Planung meistens 10 m2/P).
Betriebszeit: In Büros sind die effektiven Betriebsstunden oft höher als die Nutzungszeit von 2750 h/a. Der Durchschnitt bei den ausgemessenen Büros beträgt 3440 h/a. Anlagen, welche bedarfs-gerecht gesteuert werden, weisen wesentlich kürzere Laufzeiten auf.
Baujahr: Ein eindeutiger Trend zu einem tieferen spezifischen Elektrizitätsbedarf in neuen Anlagen ist nicht feststellbar (Figur A4–6). Die Streuung des spezifischen Elektrizitätsbedarfes in neueren Anlagen ist gross, insbesondere zeigen sich bei neueren lüftungstechnischen Konzepten grosse Unterschiede. Die Interpretation der Komfortgrenzen (z.B. zumutbare Raumtemperaturen, Feuchtewert der Raumluft) führt zu unterschiedlichen Konzepten und entsprechenden Unterschieden beim Energieverbrauch. Die Messergebnisse zeigen aber ein Energiesparpotential auf, das es umzusetzen gilt.
Zone Büro
0 50 100 150 200 250
Bürogebäude 12 Verwaltung 1 Verwaltung 5 Ist Bürogebäude 11 Bank 10 Bürogebäude 10 Bank 2 San. Bank 10 Bürogebäude 13 Bürogebäude 9 Bank 4 Bürogebäude 4 Bank 2 Verwaltung 1 Bürogebäude 1 Bank 9 Bank 5 Bank 1 Bank 6 Bank 6 Bürogebäude 2 Bank 9 Bank 8 Bank 8 Bürogebäude 3 Bank 3 Bank 3 Bank 8 Bürogebäude 5 Bank 1 ZW2
GW2 für 30 W/m2
GW1 ZW1
GW3 für 50 W/m2
ZW3
Spez. Elektr.bedarf ELK [MJ/m2a]
Figur A4–4: Spezifischer Elektrizitätsbedarf für unterschiedliche interne Wärmelasten, verglichen mit Grenz- und Zielwerten der Zone Büro (interne Wärmelasten 1: > 20 W/m2; 2: 20 bis 30 W/m2; 3: 30 bis 50 W/m2)
Zone Büro
Spez. Elektrizitätsbedarf ELK [MJ/m2a]
Druckverlust ∆p [Pa]
0 500 1000 1500 2000 2500
50 100 150 200 250 300
Figur A4–5: Druckverlust von lüftungstechnischen Anlagen in Abhängigkeit des spezifischen Elektrizitätsbedarfes für Lüftung/Klima. (N.B.: Messpunkte auf der Null-Linie sind unbekannte Grössen.)
Die Erfahrung aus den Messobjekten zeigt, dass der spezifische Elektrizitätsbedarf von Lüftungs-/Klimaanlagen in vergleichbaren Gebäuden um einen Faktor 5 bis 10 differiert. Auch besteht zwischen Elektrizitätsverbrauch und lüftungstechnischem System kein eindeutiger Zusammenhang.
Einen dominierenden Einfluss auf den Energieverbrauch hat jedoch die Luftförderung. System-druckverluste, spezifische Volumenströme und Betriebszeit von Lüftungs-/Klimaanlagen liegen effektiv bedeutend höher als allgemein angenommen.
A4.2.4 Festlegung der Grenz- und Zielwerte
Die Festlegung der Anforderungen in der Empfehlung SIA 380/4 wird am Beispiel der Büro-beleuchtung erläutert. Total 22 Bürozonen mit gleichen Nutzungsbedingungen (Beleuchtungsstärke 500 Lux, Räume mit mehr als 6 Metern Raumtiefe, d.h. mit teilweiser Tageslichtnutzung) bildeten die Grundlage für die Festsetzung eines Grenz- und Zielwert-Paares. Der grosse Unterschied zwi-schen dem kleinsten Elektrizitätsbedarf (Gebäude 1: 36 MJ/m2a) und dem höchsten (Gebäude 22:
195 MJ/m2a) macht deutlich, dass hier grosse Optimierungspotentiale vorhanden sind.
Der Mittelwert der ausgemessenen Bürozonen liegt im vorliegenden Fall bei rund 100 MJ/m2a. Der Grenzwert wurde auf 70 % dieses gemessenen Mittelwertes festgelegt (also auf 70 MJ/m2a). Der Zielwert errechnet sich auf der Basis der heute besten Technik und Rahmenbedingungen: 10 W/m2 installierte Leistung und 1100 Betriebsstunden pro Jahr. Diese Betriebsstundenzahl ist in grösseren Büros mit kontinuierlicher Tageslichtregelung im Fensterbereich erreichbar.
In unserem Beispiel erreichen 15 % der Gebäude den Zielwert und ca. 1/3 den Grenzwert. Die Tatsache, dass die meisten der gemessenen Bürozonen den Grenzwert nicht erreichen, z.T. sogar massiv überschreiten, hängt stark vom Alter der betroffenen Anlagen ab und mit den nach heutigen Gesichtspunkten schlecht gewählten bestehenden Beleuchtungskomponenten zusammen. So sind in Gebäude 22 beispielsweise 22 W/m2 installierte Leistung zu verzeichnen, und die Lampen brennen ungeregelt während der gesamten Nutzungsdauer von 2750 Stunden pro Jahr. In der Zwischenzeit sind in verschiedenen Bereichen der Elektrizitätsanwendung eigentliche Technologiesprünge erfolgt, so dass viele neuere Gebäude bezüglich Elektrizitätsverbrauch deutlich besser abschneiden.
Neben der beschriebenen Bürobeleuchtung wurden ca. 50 weitere Zonen auf die selbe Art ausgemessen, mittels Berechnungen verifiziert und entsprechend die Grenz- und Zielwerte festgelegt.
Zone Büro
Baujahr 0
5 10 15 20 25
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995
Figur A4–6: Spezifischer Elektrizitätsbedarf für Lüftung/Klima in Abhängigkeit des Baujahres der lüftungstechnischen Anlage für die Zone Büro
40 MJ/m2a 80 MJ/m2a 120 MJ/m2a 160 MJ/m2a 200 MJ/m2a
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Nutzungsbedingungen:
- Mehrpersonenbüro
- Beleuchtungsstärke = 500 Lux - Tageslichtnutzung: teilweise
Messobjekte Spezifischer
Elektrizitäts-bedarf
Nutzungsstunden: 2'750 h/a
Grenzwert
Zielwert
Figur A4–7: Messkampagne zur Bestimmung der Grenz- und Zielwerte (Beispiel Beleuchtung Büros)
A4.3 Literatur
[1] Empfehlung SIA 380/1 «Energie im Hochbau», Schweiz. Ingenieur- und Architekten-Verein, Zürich, 1988
[2] «Elektrische Energie im Hochbau», Dokumentation K 92–040, Schweiz. Ingenieur- und Architekten-Verein, Zürich, 1992 (unveröffentlichter Entwurf)
[3] RAVEL Handbuch, «Strom rationell nutzen», RAVEL, Verlag der Fachvereine, Zürich, 1992
[4] SIA 380/4 Anwendung: «Datenbeschaffung», Schlussbericht, Intep AG im Auftrag des Bundesamtes für Energiewirtschaft und der Kommission SIA 380/4, Zürich, 1994 (unveröffentlicht)
[5] «Energieverbrauch von Bürogeräten», Schlussbericht, Dr. Eicher+Pauli AG, Liestal, 1994
[6] «Handbuch für Beleuchtung», Schweizerische Lichttechnische Gesellschaft, 5.
Auflage, 1992
[7] SN 418 911, «Innenraumbeleuchtung mit Tageslicht», Leitsätze der Schweizerischen Lichttechnischen Gesellschaft (SLG), 1989
[8] «Computerprogramme für die Beleuchtungsplanung», Wegleitung, Schweizerische Lichttechnische Gesellschaft (SLG), 1994
[9] SIA 380/4 Anwendung: «Beleuchtung», Schlussbericht, Intep AG im Auftrag des Bundesamtes für Energiewirtschaft und der Kommission SIA 380/4, Zürich, 1994 (unveröffentlicht)
[10] SWKI-Richtlinie 83–2, «Betriebskosten-Berechnung lufttechnischer Einrichtungen [11] «Meteodaten für die Haustechnik», Dokumentation D 012, Schweiz. Ingenieur- und
Architekten-Verein, Zürich, 1987
[12] SIA 380/4 Anwendung: «Datenauswertung Aussenluftzufuhr/ Raumkonditionierung», Schlussbericht, Intep AG im Auftrag des Bundesamtes für Energiewirtschaft und der Kommission SIA 380/4, Zürich, 1994 (unveröffentlicht)