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Horw
Forschung & Entwicklung Institut für Gebäudetechnik und Energie - IGE
Prof. Urs-Peter Menti Leiter Institut
T direkt +41 41 349 33 17 [email protected]
03.04.2017
Energieeffiziente Gebäudeautomation
Normative Grundlagen (und reale Ergebnisse)
ENERGIE APERO LUZERN
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Übersicht
• Ausgangslage
• Frühere Studien
• Normative Grundlagen – SIA 386.110
• Fragestellungen P+D-Projekt
• Untersuchungsobjekt
• Projektablauf
• Resultate
• Fazit
2, 03.04.2017
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Abteilung Gebäudetechnik
Zentrum für Integrale Gebäudetechnik
Lehre Forschung und Dienstleistung
+ =
Institut für Gebäudetechnik und Energie
Lehre, Weiterbildung, Forschung, Dienstleistung
bisher ab heute
Adrian Altenburger Urs-Peter Menti Co-Leitung Altenburger / Menti
In eigener Sache…
3, 03.04.2017
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Ausgangslage
(Erst) ein hoher Automati-
sierungsgrad der Gebäu-
detechnik führt zu energie-
effizienten und nutzer-
freundlichen Gebäuden
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Viel Gebäudeautomation
(GA) führt zu einem hohen
Energieverbrauch (Eigen-
verbrauch der GA) und zu
unzufriedenen Nutzenden
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Ausgangslage
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Führt ein hoher Automatisierungsgrad zu energieeffizienteren
Gebäuden und zu einer höheren Nutzendenzufriedenheit ?
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Frühere Studie Hochschule Biberach
• «Energieeffizienz durch Gebäudeautomation»
[Hochschule Biberach, Prof. Dr. Martin Becker et al; 2011]
• Ziel: Beurteilung der Einsparpotenziale durch
Raum- und Gebäudeautomation
• Methodik:
- Literaturrecherche
- Experimentelle Untersuchungen in verschiede-
nen Seminarräumen der Hochschule
- Simulationen
• Erkenntnisse:
- Erhebliche Einsparpotenziale durch Gebäude-
automation vorhanden
- Analyse anhand verschiedener Räume führt möglicherweise zu
grossen Abweichungen
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Frühere Studie Hochschule Luzern
• «Eigenenergieverbrauch der Gebäudeautomation»
[Hochschule Luzern, Philipp Kräuchi et al; 2016]
• Ziel: Beurteilung des Eigenenergieverbrauchs der
Gebäudeautomation
• Methodik:
- Messungen (Labor)
- Simulationen
• Erkenntnisse:
- Eigenenergieverbrauch nicht vernachlässigbar
(Stromverbrauch GA 2-5 kWh/m2.a)
- Massgebend sind Produktwahl und System-
gestaltung und weniger die Funktionalität
(mehr siehe www.bfe.admin.ch)
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Normative Grundlagen
• Energy Performance Building Directive (EPBD)
«Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von
Gebäuden»
• SIA 386.110 (SN EN 15232)
«Energieeffizienz von Gebäuden – Einfluss von
Gebäudeautomation und Gebäudemanagement»
(Gültig seit: 1.5.2012)
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SIA 386.110: GA-Effizienzklassen
• Vier GA-Effizienzklassen (A, B, C, D)
Klasse A: hoch energieeffizientes GA-System
und technisches Gebäudemanagement (TGM)
Klasse B: erweitertes GA-System und einige
spezielle TGM-Funktionen
Klasse C: Standard GA-System
Klasse D: nicht-effizientes GA-System
• Je nach GA-Effizienzklasse wird die Art der
Regelung für alle Gewerke und Komponenten
(Funktionsliste) vorgeschrieben.
(Unterschiedlich für Wohn- und Nicht-Wohngebäude)
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SIA 386.110: GA-Effizienzklassen
• Anwendungsbeispiel:
Es wird in einem Bürogebäude die GA-Energieeffizienzklasse B gewählt
Tabelle 2 – Funktionsliste
und Zuordnung zu den
Klassen der GA-Energie-
effizienz (SIA 368.110)
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SIA 386.110: GA-Faktor-Verfahren
• Bestimmung des Energieverbrauches nach dem
GA-Faktor Verfahren
• Faktor für therm. Energie (Raumheizung)
• Faktor für therm. Energie (Raumkühlung)
• Faktor für therm. Energie (Trinkwassererwärmung)
• Faktor für elektr. Energie (Lüftung, Beleuchtung
und Hilfsgeräte)
• Endenergiebedarf eines Gebäudes in Klasse C =
Endenergiebedarf des Gebäudes in Klasse A * GA-Faktor
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Folie
SIA 386.110: GA-Faktorverfahren
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Folie
SIA 386.110: GA-Faktorverfahren (Beispiel Büronutzung)
A
B
C
D
Hoch energiee-ffiziente Raumauto-mation und vernetzte Gewerke
Höherwertige, Gewerk-optimierte Einzellösung, partiell vernetzt
Standard Raumautomation Referenzgrundlage
Keine Raumautomation nicht energieeffizient
0.70
0.80
1.00
1.51
0.87
0.93
1.00
1.10
Energieeffizienzklassen EN 15232 GA-Faktor
thermische Energie Büro
GA-Faktor elektrische Energie
Büro
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Folie 14, 03.04.2017
Das sagt die Norm. Aber wie sieht die Realität aus? … und was meinen die Nutzer/innen dazu?
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Fragestellungen Projekt
Forschungsfragen:
• Können die in der Norm beschriebenen Einsparpotenziale auch in der
Realität realisiert werden?
• Wie sieht die Zufriedenheit der Nutzenden bei den verschiedenen GA-
Effizienzklassen aus?
Forschungsthesen:
• Die Gebäudeautomations-Effizienzklasse A verbraucht weniger thermische
und elektrische Energie als die Klasse D.
• Die Gebäudeautomations-Effizienzklasse A führt zu einer besseren
Nutzendenzufriedenheit als die Klasse D.
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Projektziele
• Quantifizieren des Energieverbrauchs des Ge-
bäudes in Abhängigkeit verschiedener Effizienz-
klassen der Gebäudeautomation, differenzierte
Energieverbrauchsauswertung (elektr.) nach
Verbraucherkategorien (gemäss SIA 380/4 )
• Ermitteln der realisierbaren Einsparpotentiale
unterschiedlicher Effizienzklassen der Gebäu-
deautomation
• Auswirkungen von Werktagen und Wochenen-
den sowie der Jahreszeiten auf die Energieeinspa-
rungen bei den verschiedenen Gebäudeautomations-
Effizienzklassen
• Auswirkungen verschiedener Gebäudeautomations-
Effizienzklassen auf die Nutzendenzufriedenheit
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Untersuchungsdesign
17, 03.04.2017
Neubau Bürogebäude HKG Engineering in Aarau Bürogebäude mit umschaltbaren GA-Effizienzklassen
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Projektpartner
18, 03.04.2017
P+D-Projekt; finanziert durch das Bundesamt für Energie
Herzlichen Dank für die Unterstützung und die gute Zusammenarbeit!
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Folie
• Erstellt: 2014
• Einzelbüro: 175 m2
• Gruppenbüro: 350 m2
• Korridore: 110 m2
• ICT Raum: 13 m2
Gebäudeplan (Bürogeschoss)
• Energie: Fernwärme/-kälte
• Cafeteria: 34 m2
• Lobby / Bespr. 70 m2
• Nebenräume: 100 m2
• Nutzfläche: 850 m2
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Folie 20
Lüftungs- und Heizungszonen
Lüftung
Heizung / Kühlung
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Folie
Systemschnitt Büro
21, 03.04.2017
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Folie
03.04.2017
Realisierung der Automatisierungsgrade nach SIA 386.110
Beleuchtung Storen Heizung / Kälte Lüftung
22, 03.04.2017
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Folie
03.04.2017
Realisierung der Automatisierungsgrade nach SIA 386.110
23, 03.04.2017
Die Vorgaben der SIA 386:110 wurden so gut wie möglich umgesetzt, teilweise war es aber aus technischer Sicht bei einzelnen Komponenten nicht möglich, eine vollständige Umschaltung A B C D zu realisieren
Effektiv realisiert
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Folie
03.04.2017
Messkonzept
24, 03.04.2017
Wärme-Kältezähler - Fussbodenheizung - Lüftung / Umluft (nur Kühlung)
Elektrozähler - Lüftung - Licht - Steckdosen - Storen - GA (Eigenverbrauch) - Pumpen - Server - Betriebseinrichtungen
Raumlufttemperaturen Datenerfassung: - Aggregierung der Momentanwerte zu Tagessummen
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Folie
03.04.2017
Ablauf der Messungen
25, 03.04.2017
- Umschaltung der Klassen alle zwei Wochen gemäss Plan
- Umschaltung jeweils am Montagmorgen
- Gleichmässige Verteilung auf Jahreszeiten
- Gleichmässige Verteilung der Klassen A, B, C, D
- Messperiode: 1.7.15 – 23.10.16
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Folie
03.04.2017
Messungen / Auswertungen
26, 03.04.2017
- Erfahrungen:
- Abgrenzungsprobleme bei Gruppierung der einzelnen Verbraucher Korrekturen bei der
Auswertung nötig
- Ausführliche Inbetriebnahmephase / Test-messungen / Plausibilisierungen nötig (Durchführung im Rahmen einer Diplomarbeit)
- Korrekturen / Hochrechnungen auf
Jahresverbräuche pro GA-Klasse
- Fehlerrechnung zur Qualitätssicherung der Umrechnungen
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Folie
03.04.2017
Befragung der Nutzenden
27, 03.04.2017
Messperioden Projekt: P+D HKG Engineering Aarau
Monat Juni Juli Aug Okt Jan
Woche 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42
D
B
A
C
Aug Sep OktFeb März April Mai Juni Juli
2015 2016
Sep Nov Dez
- Durchführung alle zwei Wochen (online, Umfang: 23 Fragen)
- Fragen zu Einflussnahme, Akzeptanz, Behag-lichkeit, Betriebszeiten von Beleuchtung, Öffnungsgrad und Öffnungsdauer der Fenster, etc.
- Rücklauf variabel, Akzeptanz schwierig
- Stichprobengrösse zu gering keine
statistisch relevanten Aussagen möglich; Trends / Tendenzen lassen sich aber erkennen
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Folie
Erfahrungen aus den Messungen (Auswahl)
Gegenmassnahme in der Energieeffizienzklasse A für mehr Licht
• Störgrössen / externe Einflüsse sind zu beachten (z.B.: Einfluss
glänzende Motorhaube auf Tageslichtsensor…)
• Dank Monitoring Fehlfunktionen erkennbar (z.B.: Nachtauskühlung)
• Auswahl und Platzierung der Sensoren massgebend für Qualität der
Regelung
• Der Nutzer wehrt sich, wenn er mit der Automation nicht zufrieden ist…
28, 03.04.2017
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Das 4-Klassen-Gebäude Neubau Hauptsitz HKG Aarau - Pilot- und Demonstrationsprojekt
ENERGIE APÉRO LUZERN
HKG Consulting AG Roger Neuhaus Delegierter VR, Mitinhaber Herzog Kull Group Holding AG T direkt +41 58 360 65 65 [email protected]
Luzern, 03. April 2017
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Folie 30, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur
Resultate
Folie 2, ENERGIE APÉRO LUZERN Roger Neuhaus, hkg.ch
Hochschule Luzern
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Folie 31, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur
Gesamtenergie
- etwa 55%: GA-Klassen unabhängig (ICT, Betriebseinrichtungen)
- Klasse A: 96% - Klasse B: 99 % - Klasse C: 100% - Klasse D: 105%
Folie 3, ENERGIE APÉRO LUZERN Roger Neuhaus, hkg.ch
Hochschule Luzern
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Folie 32, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur
GA-abhängige Energie
1. Hauptverbraucher: Beleuchtung 2. Hauptverbraucher: Lüftung Weitere Verbraucher: Pumpen, Storen, Eigenverbrauch GA
Folie 4, ENERGIE APÉRO LUZERN Roger Neuhaus, hkg.ch
Hochschule Luzern
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Folie 33, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur
1. Hauptverbraucher: Beleuchtung (30%)
- Klasse A im Durchschnitt 10% (von 30%) besser als B,C,D
Folie 5, ENERGIE APÉRO LUZERN Roger Neuhaus, hkg.ch
Hochschule Luzern
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Folie 34, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur
2. Hauptverbraucher: Lüftung (8%)
- Klasse D im Durchschnitt 40% (von 8%) schlechter als A,B,C
Folie 6, ENERGIE APÉRO LUZERN Roger Neuhaus, hkg.ch
Hochschule Luzern
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Folie 35, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur
Weitere Verbraucher: Pumpen, Storen, Eigenverbrauch GA (7%)
Pumpen (Klasse A am besten), Storen (indifferent)
Folie 7, ENERGIE APÉRO LUZERN Roger Neuhaus, hkg.ch
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Folie 36, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur
Thermischer Energieverbrauch
Hochgerechneter thermischer Jahresenergieverbrauch
Folie 8, ENERGIE APÉRO LUZERN Roger Neuhaus, hkg.ch
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Folie 37, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur
GA-Effizienzfaktor fBACS nach SIA 386.110
Elektrische Effizienz der GA-Klassen
Thermische Effizienz der GA-Klassen
Heizen
Kühlen
Folie 9, ENERGIE APÉRO LUZERN Roger Neuhaus, hkg.ch
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Folie 38, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur
GA-Effizienzfaktor fBACS nach SIA 386.110
Elektrische Effizienz der GA-Klassen
Thermische Effizienz der GA-Klassen
Heizen
Kühlen
Folie 10, ENERGIE APÉRO LUZERN Roger Neuhaus, hkg.ch
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Folie 39, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur
Komfort
Raumlufttemperaturen (oben: Maximum, Mitte: Durchschnitt, unten: Minimum)
Folie 11, ENERGIE APÉRO LUZERN Roger Neuhaus, hkg.ch
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Folie 40, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur
Akzeptanz, Nutzerumfrage
Rücklauf der (elektronischen) Nutzerbefragung
Folie 12, ENERGIE APÉRO LUZERN Roger Neuhaus, hkg.ch
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Folie 41, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur
Gesamteffizienz
Folie 13, ENERGIE APÉRO LUZERN Roger Neuhaus, hkg.ch
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Folie 42, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur
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Folie 43, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur
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