Horw

Forschung & Entwicklung Institut für Gebäudetechnik und Energie - IGE

Prof. Urs-Peter Menti Leiter Institut

T direkt +41 41 349 33 17 urs-peter.menti@hslu.ch

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

4, 03.04.2017

Viel Gebäudeautomation

(GA) führt zu einem hohen

Energieverbrauch (Eigen-

verbrauch der GA) und zu

unzufriedenen Nutzenden

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Ausgangslage

5, 03.04.2017

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

6, 03.04.2017

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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)

7, 03.04.2017

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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)

8, 03.04.2017

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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)

9, 03.04.2017

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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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SIA 386.110: GA-Faktorverfahren

12, 03.04.2017

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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.

15, 03.04.2017

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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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• 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

19, 03.04.2017

Folie 20

Lüftungs- und Heizungszonen

Lüftung

Heizung / Kühlung

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Systemschnitt Büro

21, 03.04.2017

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03.04.2017

Realisierung der Automatisierungsgrade nach SIA 386.110

Beleuchtung Storen Heizung / Kälte Lüftung

22, 03.04.2017

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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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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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03.04.2017

Ablauf der Messungen

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- 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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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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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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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

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 roger.neuhaus@hkg.ch

Luzern, 03. April 2017

Folie 30, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur

Resultate

Folie 2, ENERGIE APÉRO LUZERN Roger Neuhaus, hkg.ch

Hochschule Luzern

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

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

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

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

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

Hochschule Luzern

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

Hochschule Luzern

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

Hochschule Luzern

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

Hochschule Luzern

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

Hochschule Luzern

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

Hochschule Luzern

Folie 41, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur

Gesamteffizienz

Folie 13, ENERGIE APÉRO LUZERN Roger Neuhaus, hkg.ch

Hochschule Luzern

Folie 42, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur

Folie 43, ZIG-Planerseminar 2017 Prof. Dr. Axel Seerig, HSLU Technik & Architektur

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!