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BINEI n f o r m a t i o n s d i e n s t Energieeffiziente Bürogebäude

Die energetische Situation von Bürogebäuden ist gekenn-

zeichnet von speziellen Anforderungen, die sie von Wohngebäuden unterscheiden. So sind

Bürogebäude dichter mit Personen belegt und mit Wärme abgebenden Bürogeräten ausge-

stattet. Für die Büroarbeit werden zudem besondere Anforderungen an Beleuchtung, Raum-

temperatur und Luftqualität gestellt. Diese speziellen Bedingungen müssen in der Planung

berücksichtigt werden, damit Gebäude entstehen, die sowohl einen geringen Heizenergie-

als auch einen geringen Stromverbrauch aufweisen. Der Energiebedarf in Bürogebäuden

wird größtenteils durch zwei Faktoren bestimmt: Einerseits direkt durch den Stromverbrauch

der verwendeten Arbeitshilfen, wie PCs oder Kopierer. Andererseits indirekt, jedoch sehr

planungsrelevant, durch den gewünschten Raumkomfort, also Temperatur, Lichtverhältnisse

oder Luftqualität.

Voraussetzung für ein gutes Planungsergebnis ist, dass die gegenseitigen Abhängigkeiten zwi-

schen Baukörper, Heizung, Lüftung, Klimatisierung, Beleuchtung, usw. von Anfang an bedacht

werden. Dafür ist es wichtig, dass die Fachplaner der einzelnen Gewerke bereits frühzeitig am

Planungsprozess teilhaben und im Austausch stehen („Integrale Planung“). So kann das

Gebäude bereits in der Planung als das funktionale Ganze behandelt werden, das es in der Rea-

lisierung werden soll.

Bei der Planung müssen neben den energetischen andere, vielfältige Anforderungen berück-

sichtigt und teils gegeneinander abgewogen werden. Um die Komplexität zu reduzieren, soll

in dieser Information der Schwerpunkt auf die energetische Optimierung gelegt werden.

Neben wichtigen Planungsaspekten wird in der Folge die Simulation als Hilfsmittel für die

Planung erläutert. Ergänzt wird dies durch die Präsentation einiger Bürogebäude mit bei-

spielhaftem Energiekonzept, die im Rahmen des Förderprogramms „SolarBau“ des Bundes-

ministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) kostenbewusst geplant, gebaut und jetzt

im Betrieb wissenschaftlich ausgewertet werden.

1Bürogebäude der Fa. Lamparter. Es zeichnetsich aus durch erhöhten Wärmeschutz, intensiveTageslichtnutzung, passive Kühlung, Wärmerück-gewinnung, Erdwärme-/Erdkältenutzung undaktive Solartechnik.

Mit heutigen Planungswerkzeugen, Baustoffen und fort-

schrittlicher Gebäudetechnik werden Gebäude realisierbar,

in denen sich der gewünschte Raumkomfort weitgehend

von selbst einstellt, die technischen Anlagen also nur noch

phasenweise korrigierend eingreifen müssen. Hierfür

existieren unterschiedliche Lösungsansätze, die kosten-

günstige Gebäude mit zugleich hoher Nutzungsqualität

ermöglichen, d. h. geringen Energieverbrauch, „gutmütiges“

thermisches Verhalten und hohe thermische wie visuelle

Behaglichkeit.

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Standort und Geometrie

Ausgangspunkt jeder Planung ist der Stand-ort und Bauplatz. Die Gebäude-Geometriemuss darauf bezogen sein. Diese wiederumbestimmt zusammen mit der Umgebung dieäußeren Lichtverhältnisse am Gebäude unddamit die Versorgung der Räume mit Tages-licht. Deshalb ist bereits bei der Bauplatzwahleine Vorstudie zur Geometrie und Tageslicht-versorgung sinnvoll. Die Raumaufteilung, insbesondere die Raum-tiefe im Zusammenhang mit der lichtenRaumhöhe und der Fensteranordnung habengroßen Einfluss auf die Tageslichtqualität;auch eine geeignete Verteilung und Anordnungvon Arbeitsplätzen ist hierbei zu beachten.Da eine kompakte Bauweise zu geringerenwinterlichen Wärmeverlusten führt, eine guteTageslichtversorgung aber geringe Raumtie-fen bedingt, muss eine individuell optimierteLösung gesucht werden. Ein hoher Wärme-dämmstandard erlaubt - ohne wesentlicheErhöhung des Wärmebedarfs - eine gerin-gere Kompaktheit zugunsten der Tageslicht-versorgung.

Tageslicht

Mit einer sorgfältig geplanten Tageslicht-nutzung können Innenräume attraktiv gestal-tet und gute Sehbedingungen erreicht wer-den. Zudem kann damit der Strombedarf fürBeleuchtung erheblich gesenkt werden. InBüroräumen kann das Tageslicht bis über80% des Lichtbedarfs decken, vorausgesetztelektrisches Licht wird nur eingesetzt, soweites tatsächlich nötig ist 2 . Die künstlicheBeleuchtung wird dazu tageslicht- undbedarfsabhängig geregelt und vollständigabgeschaltet, sobald sie nicht mehr benötigtwird. Dies funktioniert nur dann, wenn dieLichtsensoren individuell eingestellt werden /2/.Da Sonnenlicht zugleich eine Wärmequelleist, wird mit der Festlegung der Tages-lichteigenschaften auch das thermischeGebäudeverhalten beeinflusst. Folgerichtigbeginnt eine thermische Gebäudeoptimie-rung mit dem Tageslicht.Der in Mitteleuropa häufig vorherrschende„bedeckte Himmel“ ist bedeutsam für diePlanung. Denn die Versorgung mit Tages-licht sollte gerade auch in der dunkleren Jah-reszeit funktionieren. In 3 ist zu erkennen,wie bei bedecktem Himmel der Tageslicht-quotient auf der Arbeitsebene - als Maß fürdie Verfügbarkeit des Tageslichtes an einemOrt im Raum - mit steigender Entfernungvom Fenster abnimmt. Die Räume solltenmöglichst nicht tiefer als maximal 4 bis 5 msein und die Arbeitsplätze in Fensternäheangeordnet werden.Als wichtiger Anhaltspunkt für den Nut-zungsgrad des Tageslichtes kann die Größedes Himmelsausschnitts gelten, der von derArbeitsfläche aus sichtbar ist 4 . Dieserwird insbesondere vergrößert, wenn die Fens-ter sturzfrei bis unter die Decke reichen undkeine Überstände den Lichteinfall behindern. Erheblichen Einfluss hat auch die den Fens-tern gegenüberliegende Bebauung. Nichtrückziehbare Sonnen- oder Blendschutz-einrichtungen verdunkeln die Räume zusätz-lich. Bei in das Innere von Atrien gerichtetenFenstern kommt noch die Verdunklung desan der Verglasung des Atriums notwendigenSonnenschutzes hinzu.Um hohe Wärmeeinträge infolge starker Son-neneinstrahlung zu vermeiden, ist es emp-fehlenswert, Fenster nicht größer zu bemes-sen als für die Tageslichtnutzung notwendig.Insbesondere Fensterflächen unterhalb derArbeitsebene tragen zur Beleuchtung nichtnennenswert bei.

Sonnenschutz, Blendschutz und Lichtlenkung

In der Fensterebene kann die Intensität derSonneneinstrahlung und die Lichtausbrei-tung beeinflusst werden. Sonnenschutzein-

richtungen an Fenstern übernehmen dabeifolgende Funktionen:■ Vermeidung störender Lichtreflexe aufComputermonitoren■ Direktes Sonnenlicht, heller Himmeloder hell beleuchtete Flächen sollen nichtblenden ■ Schutz vor Überwärmung der Menschendurch direkte Sonneneinstrahlung■ Eine zu starke Erwärmung der Räumedurch hohe Wärmezufuhr infolge der Son-neneinstrahlung soll vermieden werden

Um die letztgenannte Funktion gut erfüllenzu können, sollte die Sonnenschutzeinrich-tung auf der Außenseite der Fenster ange-bracht sein. Dies ist in der Regel an allenost-, süd- und west-orientierten Fenstern not-wendig. Insbesondere aus Osten und Westentritt im Sommer intensive Sonneneinstrah-lung bei niedrigerem Sonnenstand auf. Hilf-reich für die Planung sind Sonnenstands-Dia-gramme, mit denen ablesbar ist, welcheSonnenstände zu verschiedenen Jahres- undTageszeiten auftreten /10/.

Grundlagen und PlanungFür die Planung energieeffizienter Bürogebäude gibt es erprobte

Konzepte, Instrumente und Vorgehensweisen.

Planungsmethodik

1. Zuerst gilt es, gewünschte Eigenschaftenund Nutzungsanforderungen für dasGebäude festzulegen, beispielsweise in einemZielkatalog oder Pflichtenheft. Aus energeti-scher Sicht sind hier Anforderungen an denPrimärenergiebedarf, an das Innenklima undan die Beleuchtung von besonderer Bedeu-tung. In diesem Stadium sollten die Lösungs-wege noch offen bleiben.

2. Daran schließt sich die Suche nach Lösun-gen an, die mit Rücksicht auf alle relevantenZusammenhänge die vorgegebenen Zielesoweit möglich erreichen. Mit fortschreiten-dem Planungsstand steigt dabei der Gradder Detaillierung.

3. Nach jedem größeren Planungsschritt giltes, die Ergebnisse anhand der Zielvorgabenzu bewerten und gegebenenfalls verschie-dene Varianten zu vergleichen. Aufgrunddieser Bewertung wird über das weitere Vor-gehen entschieden; also beispielsweise obdie gefundenen Lösungen umgesetzt werdensollen oder ob eine bessere Lösung gesuchtwerden muss. In besonderen Fällen kannauch eine Revision der Zielvorgaben erfor-derlich sein.

Werden diese drei Planungsebenen klarunterschieden, so steigt die Transparenz vonEntscheidungen. In großen Projekten kannes hilfreich sein, die Aufgaben personell zutrennen.

2 BINE profiinfo

wenigTageslicht

vielTageslicht

Energiebedarf für Beleuchtung [kWh / (m2a)]0

elektrischeEnergie

durch Tages-licht ersetzt

5 10 15 20 25

2Elektrischer Energiebedarf für Beleuchtung, abhängigvon der Tageslichtnutzung

Raumtiefe [m]

Tage

slic

htq

uotie

nt m

[%]

00 2 4 6

5

10

15

3Abnahme des Tageslichtes auf der Arbeitsebene mitder Raumtiefe (rote Kurve). Die obere Hälfte des Fens-ters trägt besonders zur Beleuchtung in die Raumtiefebei (grüne Kurve), während das Licht aus der unterenFensterhälfte schnell abnimmt (gelbe Kurve)

Der Sonnenschutz an Fenstern soll verstellbaroder rückziehbar sein, so dass an Tagen mitbedecktem Himmel die Tageslichtversorgungnicht beeinträchtigt wird. Zudem sollte erden Sichtkontakt zur Umgebung soweit wiemöglich erhalten.Nach Möglichkeit sollten die Arbeitsplätzeauch bei geschlossenem Sonnenschutz aus-reichend mit Tageslicht versorgt werden. Dieskann auf einfache Weise realisiert werden,indem bei einer (hell gefärbten) Jalousie imOberlichtbereich die Lamellen in einem ande-ren Winkel angestellt werden, als im unte-ren Fensterbereich. So kann ein Teil der Son-neneinstrahlung an die (ebenfalls helle)Raumdecke gelenkt werden, um den Raumindirekt zu beleuchten 5 .Es können auch aufwändigere, lichtlenkendeTageslichtsysteme in den Oberlichtern ange-bracht werden, wobei der Sonnenschutzunterhalb der Oberlichter platziert ist. Solange lichtlenkende Systeme mit ihrenEigenschaften nicht standardisiert sind, musseine Optimierung individuell mittels Simu-lation von Beleuchtung und thermischemVerhalten durchgeführt werden.Tageslichtsysteme sollten den Einfall diffusenHimmelslichts bei bedecktem Himmel mög-lichst nicht beeinträchtigen, da anderenfallsdie Tageslichtbeleuchtung insgesamt ver-mindert wird. Hierbei ist zu beachten, dassreflektierende Elemente nicht zu stark ver-schmutzen.

Thermische Speicherung

In Bürogebäuden hat die Speicherung vonWärme im Tag-Nacht-Zyklus eine größereBedeutung als in Wohnbauten. Die Büro-nutzung hat zur Folge, dass alle Wärme-quellen im Gebäude - Menschen, elektrischeGeräte und Sonneneinstrahlung - nahezu aus-schließlich am Tage auftreten und nachtsmeist komplett entfallen. Die Überhitzungs-gefahr tagsüber kann vermindert werden,indem im Innenraum freiwerdende Wärmetagsüber in Wände, Decken und Einrich-tungsgegenständen eingespeichert und nachtswieder entladen wird. Wird zusätzlich in derNacht mit kühler Außenluft gelüftet, so kannein Kühleffekt für die Tagesstunden erreichtwerden. Sonnenschutzmaßnahmen sind den-noch notwendig.Damit die thermische Speichermasse imRaum wirksam ist, müssen die zur Speiche-rung vorgesehenen Bauteile folgende Anfor-derungen erfüllen 6 :■ Geeignete Materialien mit hoher Wärme-leitfähigkeit und guter Wärmespeicher-fähigkeit (Beton, schweres Mauerwerk,usw. - entscheidend für die Wirkung sinddie raumseitig obersten 10 cm) ■ Große Oberflächen zum Innenraum(Decke, Fußboden, große Wandflächen)■ Raumseitig offen zugängliche Ober-flächen (d. h. keine abgehängten Decken,aufgeständerte Böden, Möbel vor speicher-fähigen Wänden, usw.)

Winterlicher Wärmeschutz

Auch wenn der Heizenergiebedarf bei Büro-gebäuden meist einen geringeren Anteil desGesamtenergiebedarfs ausmacht als beiWohnhäusern, ist ein guter winterlicher Wär-meschutz dennoch notwendig. Die Wärmedämmung kann wie bei Wohn-gebäuden dimensioniert werden. In 7 sindtypische U-Werte samt resultierenden Dämm-stoffstärken für Außenbauteile angegeben.Diese Werte dienen zur Orientierung, könneneine genaue Wärmebilanz jedoch nicht ersetzen.Einzelne Konstruktionen und Details zur Ver-meidung von Wärmebrücken werden aus-führlich in der Literatur zu Niedrigenergie-und Passivhäusern behandelt (z. B. /4/). Als „Nebenwirkung“ verbessert ein guterwinterlicher Wärmeschutz die thermischeBehaglichkeit, denn es entfallen im Winterkalte Innenoberflächen an Außenbauteilen,so dass die Räume uneingeschränkt bis nahean die Außenwände und Fenster genutzt wer-den können. Auch erlauben warme Innen-oberflächen ein leichtes Absenken der Luft-temperatur bei gleicher Behaglichkeit. Dieswiederum reduziert die Gefahr zu trockenerLuft („trockene Heizungsluft“).

Lüftung

■ Die Funktion der LüftungMit dem Lüften wird die „verbrauchte“ Luftdes Innenraums durch ‘frische’ Außenluftersetzt. Genauer heißt das, die mit ausgeat-metem CO2, Luftfeuchtigkeit, Gerüchen undeventuell auch mit Schadstoffen angereicherteInnenluft wird mit der Außenluft verdünnt.Zwischen der Anreicherung der Luft durchdie Nutzung und der Verdünnung durch dasLüften stellt sich ein Gleichgewicht ein. DerLüftungsbedarf ist diejenige Frischluftmenge,bei der die verbleibenden Konzentrationender Luftbeimengungen zu keiner nennens-werten Beeinträchtigung führen.

■ LüftungsbedarfBei normaler Bürotätigkeit liegt der mensch-liche Frischluftbedarf in der Heizperiode bei20-30 m3/h pro Person (Anlagen müssen auf40 m3/h pro Person ausgelegt sein). In denkalten Wintermonaten kann der Luftaus-

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4Aus der Perspektive einer Schreibtischoberflächesichtbarer Himmelsausschnitt in simulierter Dar-stellung. Von der gegenüberliegenden Bebauungsind 3 Stockwerke sichtbar. Ein Fenstersturz - markiert durch die graue Linie - würde den Bereichdes sichtbaren Himmels deutlich verkleinern (nach D. Hennings).

5Ein außenliegender zweigeteilter Sonnenschutz mitlichtlenkender Wirkung im Oberlichtbereich

Materialstärke

sehr wirksam noch wirksam

Granit

Beton

Sandstein

Ziegel

Sand

GasbetonHartholz

Weichholz

00 20 3010

Dicke [cm]Wär

mes

pei

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kap

azitä

t fü

r 1-

Tag-

Per

iod

en [W

h/m

2 K]

40

10

20

30

40

50

60

70

80

90

6Spezifische Wärmespeicherkapazität verschiedener Baumaterialien für den Tag-Nacht-Ausgleich, abhängigvon der Einbaustärke. Die Wärmespeicherkapazität ist ein Maß für die Wirksamkeit der Wärmespeicherung.Gut eignen sich schwere Baustoffe und wirksame Bauteilstärken von etwa 10 cm (nach Balcomb).

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tausch etwas geringer sein, denn dann wirddie Innenluft nicht so trocken. In den Über-gangszeiten und besonders im Sommer erfor-dert dagegen die Feuchteabfuhr einen etwashöheren Luftaustausch.

■ LuftqualitätEine hohe Luftqualität wird in erster Liniedadurch erreicht, dass luftverunreinigendeQuellen vermieden werden. Bei Materialiendes Innenausbaus und bei Einrichtungs-gegenständen muss auf Emissionsarmutgeachtet werden. Das Rauchen stellt einebesonders intensive Luftbelastung dar, diesich durch Lüften, sprich Verdünnen, nichtauf ein für Nichtraucher akzeptables Maßsenken lässt. Hier hilft nur eine systematischeTrennung von Raucher- und Nichtraucher-zonen, wobei in den Raucherzonen eine ver-gleichsweise hohe Schadstoffkonzentrationtoleriert wird.

■ LüftungsstrategienFür Bürogebäude kommen drei unterschied-liche Lüftungsarten in Betracht:

■ Fensterlüftung: Vorteile sind die Einfach-heit und die Tatsache, dass der Nutzer direktdie Luftqualität seiner Umgebung beeinflus-sen kann. Allerdings ist es schwierig, denLuftwechsel mit dem Fenster per Hand rich-tig einzustellen.

■ Abluftanlagen: Das Gebäude wird aufge-teilt in Zuluft- und Abluft-Zonen. DieZuluftzonen bestehen aus Aufenthaltsräu-men (Büroräumen), in welche die Zuluft überLuftdurchlässe von außen einströmt. DurchÜberströmöffnungen gelangt die Luft inAbluftzonen (WCs, Kopierer-Räume, Rau-cherzonen, evtl. auch Flure), aus denen dieLuft über die Abluftanlage abgesaugt wird.Mit solchen Anlagen lässt sich der richtigeLuftwechsel relativ gut einstellen.

■ Ein sehr niedriger Energiebedarf (z. B. Pas-sivhaus-Standard) ist nur mit einer Zu- undAbluftanlage mit Wärmerückgewinnungerreichbar. Eine solche Lüftungsanlage kannauch aus anderen Gründen sinnvoll sein,etwa wegen Lärm oder Schadstoffen infolgeder Verkehrsbelastung außerhalb des Gebäudes.Damit eine Lüftungsanlage effizient arbei-ten kann, müssen Kanalnetz und Anlagen-komponenten strömungsgünstig geplant(große Querschnitte, gute Anpassung), dieWärmerückgewinnung hochwirksam, dieVentilatoren effizient und die Gebäudehülledicht sein. Aus hygienischer Sicht ist eineregelmäßige Wartung nötig.Bei allen Lüftungslösungen, bei denen Luftvon Raum zu Raum strömt, muss der Brand-schutz beachtet werden und ggf. mit der Feu-erwehr abgestimmt werden.

Mit den „guten“ Werten (Neubau) ist in der Regel ein Niedrigenergiehaus-Standard erreichbar. Die „sehr guten“ Werte liegen im Grenzbereich zum Passivhaus-Standard. Zu den U-Werten ist jeweils die erforderliche Dämmstoffstärke bei WLG 040 angegeben.

Bauteil Sanierung Altbau Neubau - „gut“ Neubau - „sehr gut“

Außenwände 0,33 .. 0,25 W/m2K 0,25 .. 0,20 W/m2K < 0,16 W/m2K(12 .. 16 cm) (16 .. 20 cm) (25 .. > 30 cm)

Fenster (inkl. Rahmen) 1,8 .. 1,3 W/m2K 1,5 .. 1,3 W/m2K < 1,0 W/m2K

Dach *) 0,25 .. 0,20 W/m2K 0,20 .. 0,16 W/m2K < 0,11 W/m2K(16 .. 20 cm) (20 .. 25 cm) (35 .. > 40 cm)

Kellerdecke **) 0,50 .. 0,33 W/m2K 0,40 .. 0,33 W/m2K < 0,20 W/m2K(8 .. 12 cm) (10 .. 12 cm) ( > 20 cm)

*) Bei Dächern ist ein vom Holzanteil abhängiger Zuschlag in der Dämmstoffstärke erforderlich, wenn zwischen den Sparren gedämmt wird.

**) Diese Werte gelten auch für den Kellerboden bei beheiztem Keller und für Trennwände zwischen beheizten und unbeheizten Innenräumen.

7Orientierungswerte für den winterlichen Wärmeschutz (U-Werte)

Verluste Gewinne( in kWh/m2 Nettogrundfläche)

Nr. Bauteil Fläche U-Wert g-Wert[m2] [W/m2k] [-]

1 Fenster süd 340 0,80 0,522 Fenster ost 20 0,80 0,523 Fenster west 20 0,80 0,524 Fenster nord 340 0,80 0,525 Außenwände 2.500 0,136 Dach / oberste Decke 1.000 0,107 Boden / Kellerdecke 1.000 0,15

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15

-25-30-35-40-45-50-55 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Lüftungs-Verluste 13.200 m3 LW 1): 0,2 h-1

Innere Wärmegewinne 4.400 m2 10 kWh/m2

Verluste / Gewinne

Heizwärmebedarf

8Wärmebilanz eines sehr gut wärmegedämmten Bürogebäudes mit Wärmeverlusten und -gewinnen der einzelnen Bauteile unter Berücksichtigung von Lüftungswärmeverlusten und inneren Wärmegewinnen. Unten erfolgt die Bilanz mit dem Heizwärmebedarf als Differenz zwischen gesamten Verlusten und Gewinnen. 1) Über die Heizperiode gemittelter, energetisch wirksamer Luftwechsel unter Berücksichtigung der Wärmerückgewinnung.

Der Luftwechsel während der Nutzungszeit liegt deutlich höher. (Grafik: D. Hennings)

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Erdreichwärmetauscher

Mit einem Erdreichwärmetauscher kann mansich die über den Jahresverlauf gleichmäßigeTemperatur des Erdreichs für die passive Kli-matisierung zunutze machen. Bereits in 2 mTiefe liegen Temperaturen von etwa 10°Cvor, die im Jahresverlauf kaum noch vari-ieren. Die einfachste Form ist ein Luft-Erdreich-wärmetauscher, durch den die Zuluft beiBedarf geführt wird. Auf diese Weise kanndie Zuluft im Winter vorgewärmt, und imSommer vorgekühlt werden. Voraussetzungist ein zentrales Zuluftsystem. Eine auf dieindividuelle Situation angepasste Dimensio-nierung des Erdreichwärmetauschers (Länge,Querschnitt, Strömungsgeschwindigkeit) unddie Beachtung hygienischer Aspekte (Filteram Eingang, Inspektions-Öffnungen, Ablauffür Kondensat) sind notwendig. Über einenBy-Pass soll auch eine Zuluftführung unterUmgehung des Erdreichwärmetauschersmöglich sein. Insbesondere bei größeren Gebäuden kannein Wasser-Erdreichwärmetauscher sinnvollsein, wobei die Wärme bzw. Kälte mit einemweiteren Wärmetauscher an die Luft über-geben wird. Hier werden lange Luft-Trans-portwege vermieden. Das Wasser aus demErdreichwärmetauscher kann auch direkt zurBauteilkühlung (insbesondere der Decken)eingesetzt werden. Allerdings entfällt danndie Möglichkeit der Luftvorwärmung imWinter.

Klimatisierung

Im mitteleuropäischen Klima ist für gutgeplante Büroräume in der Regel keine tech-nische Klimatisierung über die beschriebe-nen passiven Maßnahmen hinaus erforder-lich, um ein angenehmes Raumklima imGebäude zu erreichen /5/. Eine Kühlung bzw. Luftvorbehandlung kannerforderlich sein für Räume, in denen nut-zungsbedingt hohe thermische Lasten auf-

darf für den Gebäudebetrieb (also einschließ-lich aller Verluste der Energiebereitstellung).Nach derzeitigem Stand der Technik kannman für Bürogebäude die Grenz- und Ziel-werte des Primärenergiebedarfs-Kennwertsfür Heizung, Beleuchtung, Lüftung, ggf. Küh-lung und übriger Haustechnik etwa folgendeWerte ansetzen:

Grenzwert = 100 kWhprim/(m2a)Zielwert = 75 kWhprim/(m2a)

Dabei kann der Heizenergiebedarf nach DINEN 832 oder nach /7/ und der Energiebe-darf der elektrischen Verbraucher nach /2/ermittelt werden, wo auch die Umrechnungauf Primärenergie beschrieben ist. AlsBezugsfläche des Kennwerts dient diebeheizte Nettogrundfläche (NGF). Bei einerNutzungsdichte von 4 Personen pro100 m2

NGF entsprechen die obigen Werteetwa 2.000 - 2.500 kWhprim/(Pers•a). Der Einsatz von energieeffizienter Energie-versorgung (z. B. mit gekoppelter Strom- undWärmeerzeugung) oder die Nutzung rege-nerativer Energien (z. B. aktive Solartech-nik) trägt dazu bei, den Primärenergiebedarfweiter zu verringern.

■ Weitere KriterienZusätzliche Anforderungen an die Wärme-schutz-Qualität des Baukörpers sind zu erwä-gen, da dessen Lebensdauer meist deutlichhöher ist als diejenige aller technischen Ein-richtungen. Mit heutiger Technik erreichbarist hier etwa der Wärmeschutzstandard vonPassivhäusern.Als Kriterium für das thermische Innenklimakann eine Statistik der zu erwartenden Innen-temperaturen dienen, insbesondere dieAnzahl der Übertemperaturstunden pro Jahr,in denen eine Grenztemperatur von bei-spielsweise 26°C überschritten wird (s. 12 ).Eine Übersicht über die verschiedenenMethoden und Werkzeuge für die Bewer-tung ist in 9 zusammengestellt.

DIN EN 832, SIA 380/1, LEGund Software dazu

Leitfaden Elektrische Energie (LEE),SIA 380/4

Thermische Gebäudesimulations-Software (BSim2000, DOE-2, ESP,TAS, TRNSYS, usw.)

DIN 5034

Tageslicht-Simulationssoftware(Adeline, Radiance, usw.)

Werkzeug Methode Art der Ergebnisse typische Anwendungen

Stationäre Wärmebilanz auf Jah-res- oder Monatsbasis, teilw. Effi-zienzberechnung des Heizsystems

Energiematrix-Verfahren für elek-trische Energie (stationär)

Zeitabhängige (stündliche) Simula-tion des thermischen Gebäudever-haltens, z. T. auch Anlagentechnik,Tageslicht, Strömung, usw.

Näherungsweise Berechnung derBeleuchtungsstärke

Berechnung der Lichtausbreitung,z. T. photorealistisch

Heizwärmebedarf, jährlich odermonatlich, ggf. Endenergiebedarffür Heizung / Warmwasser

Elektrischer Energiebedarf nachZonen und Dienstleistungen diffe-renziert, zusammen mit LEGPrimärenergiebedarf

Zeitliche Verläufe von Temperatu-ren, Feuchte, Heiz- und Kühlbe-darf usw.

Beleuchtungsstärke oder Tages-lichtquotient

Lichtverteilungen, synthetischePhotos, Kopplung mit künstlichemLicht

Beurteilen des Wärmedämm-standards, ggf. Beurteilen des Heizungssystems

Beurteilen aller elektrischen Ener-gieverbraucher in Bürogebäuden

Beurteilen des thermischenInnenklimas, Optimieren der passiven Klimatisierung

Beurteilen der Helligkeit amArbeitsplatz

Beurteilen der gesamten Beleuch-tungssituation

9Planungswerkzeuge und Bewertungsmethoden fürenergieeffiziente Bürogebäude

treten, etwa in Versammlungs- und Veran-staltungsräumen oder in hoch technisiertenRäumen wie EDV-Zentralen oder Labors.

Elektrischer Energiebedarf

Neben der Beleuchtung und der technischenGebäudeausrüstung spielen in Bürogebäu-den auch die Bürogeräte, insbesondere Com-puter und deren Peripherie eine merklicheRolle für den Energiebedarf. Der Strombedarf für PCs lässt sich gegenüberherkömmlichen Computern um ca. 30%reduzieren, indem sie mit TFT-Displays bzw.einer Bildschirmabschaltung ausgerüstet wer-den. Um ca. 75% verringert sich der Strom-bedarf bei Umstellung der Büro-Arbeitsplätzeauf Notebook-Computer. Hiermit wird auchdie innere Wärmelast gesenkt, was sich posi-tiv auf das thermische Innenklima auswirkt. Weitere Informationen zum elektrischenEnergiebedarf finden sich z. B. in /2/, /6/.

Bewertung

Mit Bewertung ist der systematische Ver-gleich des Planungsergebnisses mit den Ziel-vorgaben gemeint. Von besonderem Inte-resse sind hier die quantitativen energetischenVorgaben. Für eine quantitative Bewertung muss drei-erlei festgelegt werden:■ Die Kriterien und Maßstäbe für dieBewertung, z. B. ein Primärenergie-Kenn-wert. ■ Grenzwerte, die auf jeden Fall eingehal-ten werden sollen, und ggf. Zielwerte, dieangestrebt werden sollen. ■ Methoden, mit denen die zu prüfendenWerte ermittelt werden, z. B. Rechenver-fahren, Normen oder Simulationssoftware.

■ PrimärenergiebedarfAls zentrales Kriterium für die Bewertung derenergetischen Qualität von Bürogebäuden eig-net sich der gesamte Jahres-Primärenergiebe-

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Beispiel SimulationMit Simulationsrechnungen lässt sich der zukünftige Energiebe-

darf und das Temperaturverhalten eines Gebäudes bereits in der

Planungsphase vorhersagen. Per Variantenvergleich kann so die

energetisch wie ökonomisch interessanteste Lösung gefunden

werden.

Aufgabe bei der Planung ist es, die imvorigen Abschnitt zusammengestelltenqualitativen Planungsleitgedanken inkonkrete Entscheidungen umzusetzen. Dabeimuss immer wieder zwischen unterschiedli-chen Aspekten abgewogen werden, wie bei-spielsweise:

■ Wird durch eine Vergrößerung der Fens-terfläche die Tageslichtnutzung so entschei-dend verbessert, dass die höheren Raum-temperaturen im Sommer akzeptiert werdensollten? ■ Kann bei Realisierung eines Erdreichwär-metauschers auf eine aktive Kühlung ver-zichtet werden?

Die Antworten auf diese Fragen hängen vonden konkreten Randbedingungen ab undmüssen für jedes Gebäude individuell gefun-den werden. Nützlich sind dabei Simulati-onsrechnungen, mit denen unterschiedlicheVarianten durchgespielt und die jeweils opti-male Lösung identifiziert werden kann.Im Folgenden werden beispielhaft die Mög-lichkeiten einer Planungsunterstützung durchSimulationsrechnungen aufgezeigt. Bei denAusführungen handelt es sich um eineZusammenfassung der Studie /5/. Vorgestelltwerden vier Ausführungsvarianten eines ein-fachen Beispielgebäudes 10 , die hinsichtlichPrimärenergiebedarf betrachtet und vergli-chen werden.

Büro-Altbau: repräsen-tiert ein bestehendes Büroge-bäude mit einem Baujahr zwischen 1952 und1977.

Standard-Bürogebäude: entspricht im Bereichdes Baukörpers den Mindestanforderungender Wärmeschutzverordnung 1995. Maß-nahmen zum rationellen Stromeinsatz wer-den nicht ergriffen.

Niedrigenergie-Bürogebäude: stellt einen ausenergetischer Sicht heute üblichen effizientenStandard dar.

Primärenergetisch optimiertes Bürogebäude:weist in den energierelevanten Punkten diebesten heute auf dem Markt verfügbarenEffizienz-Standards auf (in /5/ als Passiv-Bürogebäude bezeichnet).Wie 11 zeigt, kann der Primärenergiebedarfdurch die energetische Optimierung um über

70 % auf 75 kWh/(m2NGFa) gesenkt werden

(im Unterschied zur Studie werden die Kenn-werte hier mit der beheizten Nettogrund-fläche gebildet). Im Folgenden wird kurz skiz-ziert, wie die Einsparungen bei demprimärenergetisch optimierten Bürogebäudeim Vergleich zum Standard-Bürogebäudeerreicht werden. Erläuterungen zu den beidenanderen Ausführungsvarianten sind in derStudie nachzulesen.

Heizung

Der Primärenergiebedarf zur Beheizung kannvon 75 auf 20 kWh/(m2

NGFa) gesenkt wer-den. Erreicht wird dies durch den Einbauvon Dämmstoffdicken zwischen 30 bis 40cm und 3-fach Wärmeschutzverglasung inentsprechend hochwertigen Fensterrahmen.Belüftet wird das Gebäude über eine Zu- undAbluftanlage mit effizienter Wärmerückge-winnung und vorgeschaltetem Erdreichwär-metauscher. Vorausgesetzt wird in der Berech-nung eine hohe Dichtheit der Gebäudehülleund die weitgehende Vermeidung von Wär-mebrücken. Die Maßnahmen entsprechendamit den bei Passivhäusern üblichen Kon-struktionsmerkmalen /10/.

Warmwasser / Diverse Technik

Diese beiden Positionen werden in den hierskizzierten Simulationsrechnungen nicht wei-ter betrachtet. In konkreten Projekten solltenjedoch diese Punkte in die Optimierung miteinbezogen werden. So kann z. B. der unter„diverse Technik“ verbuchte Stromverbrauchder Aufzüge durch ein einladendes, zentralim Gebäude angeordnetes Treppenhaus ver-ringert werden /10/.

Beleuchtung

Das Beispielgebäude weist bereits gute Tages-lichteigenschaften auf. Erreicht wird diesdurch

■ sturzfreie Fenster, ■ geringe Raumtiefen von 4 m und ■ einen außen liegenden Sonnenschutz, derauch im geschlossenen Zustand ausreichendTageslicht in die Büros lässt.

Diese Tageslichteigenschaften werden in derSimulation nicht verändert. Die Primär-energieeinsparung im Bereich der Beleuch-tung beruht somit auf Verbesserungen beimKunstlicht. Während im Standard-Büroge-bäude ein kostengünstiges aber ineffizientesSystem eingesetzt wird, kommen bei derprimärenergetisch optimierten Variante hoch-glanz-eloxierte Spiegelrasterleuchten mit elek-tronischem Vorschaltgerät in Kombination

Konditionierung

Gesamt [kWh/(m2

NGFa)] 277 260 151 75

Außenluftförderung

Arbeitshilfen

Beleuchtung

Div. Technik

Warmwasser

Heizung

0

Prim

ären

ergi

eken

nwer

t in

kW

h/(m

2 NG

Fa)

Büro-Altbau StandardBürogebäude

NiedrigenergieBürogebäude

primärenergetischoptimiertes

Bürogebäude

50

100

150

200

250

300

11Primärenergiekennwerte der untersuchten Ausführungsvarianten.Die ausführlichen Zahlenangaben sind /5/ zu entnehmen

10Skizze des Beispielgebäudes. Nettogrundfläche : 4.400m2

Bruttogrundfläche: 4.890 m2

Fensterflächenanteil: 40%Außenliegender Sonnenschutz

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mit Arbeitsplatzleuchten zum Einsatz. EineBeleuchtungssteuerung schaltet die Decken-leuchten beim Überschreiten der Normbe-leuchtungsstärke aus. Dieses effiziente Beleuchtungssystem wirdkombiniert mit einer Zonierung derBeleuchtungsstärke. So wird im primärener-getisch optimierten Gebäude über dieDeckenleuchten lediglich eine Grundaus-leuchtung der Räume vorgenommen. Die aufder Arbeitsfläche erforderliche Beleuch-tungsstärke von 500 Lux können die Mitar-beiter individuell über Arbeitsplatzleuchtenrealisieren. Mit einer derartigen Zonierungwerden sowohl der Strombedarf als auch dieInvestitionskosten gesenkt. Sie ist insbeson-dere für Bildschirmarbeitsplätze geeignet.

Arbeitshilfen

Die Primärenergieeinsparung wird durch effi-ziente Kopierer, Drucker und Faxe sowie denEinsatz von Notebook-Computern mit TFT-Bildschirmen statt der heute noch üblichenRöhren-Monitore erreicht. In der Praxiskann zur Beschaffung stromsparender EDV-Arbeitshilfen die von der Gemeinschaft Ener-gielabel Deutschland erstellte Produktliste/8/ herangezogen werden, in der Geräte auf-geführt sind, die gewisse Effizienzvorgabenerfüllen.

Außenluftförderung

Der Primärenergieaufwand zur Außenluft-förderung ist in beiden Varianten gering. Dieswird erreicht durch einen

■ bedarfsgerechten Luftwechsel,■ ein Abschalten der Anlage außerhalb derBetriebszeit,■ einen geringen Strömungswiderstand desKanalnetzes und■ effiziente Ventilatoren.

Konditionierung

Im Standard-Bürogebäude ist ein Primären-ergieaufwand von 24 kWh/(m2

NGFa) zur Be-und Entfeuchtung sowie zur Kühlung derRaumluft in den Büros erforderlich. Imprimärenergetisch optimierten Gebäude wirdauf eine Klimaanlage verzichtet. Trotzdemist der Primärener-giekennwert Kondi-tionierung nichtNull, da unter die-ser Position auchder Aufwand zurNachtlüftung undfreien Kühlung ver-bucht wird. Der Verzicht aufeine Klimaanlagehat Auswirkungenauf den Raumkom-fort. Um diesen zubewerten, werdendie im Rahmen derSimulation für jedeStunde des Jahresberechneten Raum-lufttemperaturenund Feuchtezustände statistisch ausgewer-tet. 12 zeigt die Stundenhäufigkeit unter-schiedlicher Lufttemperatur-Feuchte-Paarein den Südbüros des primärenergetisch opti-mierten Gebäudes während der Nutzungs-zeit. Der Komfortbereich (gelb) ist in Anleh-nung an die Anforderungen der DIN 1946-2definiert. An ihn grenzt ein Übergangsbe-reich (rot), der Raumzustände umfasst, diekurzfristig akzeptiert werden können.Aus 12 wird deutlich, dass der Komfort inden Südbüros weitgehend dem von klimati-sierten Gebäuden entspricht. Zuständeaußerhalb des Übergangsbereiches treten nuran deutlich unter 1 % der Nutzungsstundenauf. Abweichungen vom engen Komfortbe-reich (gelb) ergeben sich überwiegend durch

zu geringe Werte der relativen Feuchte imWinter. Im Büroalltag wird die Feuchte durchBlumen oder Pflanzen in den Büros und diesaisonale Feuchtespeicherung in den Bautei-len positiv beeinflusst. Überhitzungen in den Büros sind trotz desVerzichts auf eine aktive Kühlung nicht zuerwarten. Erreicht wird dies durch

■ gute Tageslichtnutzung und ein effizientesBeleuchtungssystem, ■ stromsparende EDV-Geräte, ■ einen moderaten Fensterflächenanteil mitaußen liegendem Sonnenschutz und■ große thermisch wirksame Speichermas-sen durch Verzicht auf abgehängte Decken.

Unter diesen günstigen Randbedingungenreicht die freie Kühlung über denErdreichwärmetauscher sowie die Nachtlüf-tung aus, die Raumtemperaturen auch imSommer insgesamt nur an fünf Stunden über26°C ansteigen zu lassen. Der Verzicht aufeine Klimaanlage ist damit bei diesem hoch-effizienten Gebäude ohne Komforteinbußemöglich.

Ökonomische Bewertung

Neben der Frage der Energie und Ökologiespielen die Kosten für die Umsetzung eineentscheidende Rolle. Zur ökonomischenBewertung werden die Mehr- bzw. Minder-kosten der primärenergetisch optimiertenAusführungsvariante abgeschätzt. Hierauswird unter Berücksichtigung der Ersatzbe-schaffung und der Betriebskosteneinsparungder Kapitalwert für einen Zeitraum von 30Jahren berechnet 13 .Wird die Summe über alle Zahlungen gebil-det, ergeben sich in dem hier betrachtetenFall deutliche Minderausgaben. Diese liegenim Betrachtungszeitraum von 30 Jahren jenach Energiepreisentwicklung zwischen400.000 DM und 2 Mio. DM. Die Umset-zung des primärenergetisch optimierten Stan-dards ist damit für die hier getroffenenAnnahmen nicht nur ökologisch sondernauch ökonomisch die bessere Variante.

Minderausgaben

3.000

2.000

1.000

0

-1.000Zah

lung

en in

nerh

alb

von

30

Jahr

en [1

.000

DM

]

Mehrausgaben

Energiepreissteigerung p.a. : 8,5 %

Energiepreissteigerung p.a. : 2,0 %

Wärme-schutz-750

Beleuchtung161

HLK-Anlagen

846

Wartung308

Energie-kosten

2.518

1.107

Summe(Kapitalwert)

1.931

420

Arbeitshilfen-1.252

13Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für das primärenergetisch optimierte Bürogebäude im Vergleich mit Standard-Bürogebäude. Betrachtungszeitraum 30 Jahre; Inflationsrate 2 % p.a.; Energiepreissteigerung 2 / 8,5 % p.a.(nominal); Steigerung Wartungskosten 2 % p.a. (nominal); Kalkulationszins 6 % p.a. (nominal); Strompreis 0,26 DM/kWh; Gaspreis 0,043 DM/kWh

61 202 274 328 264 97 14 9

18

9

1 60 27 39 110 81 74 76 9

10 28 43 35 97 102 76 44 36

1 11 14 5 39 84 71 70 30

1 2 1 18 77 85 12

3 1 1

29

28

27

26

25

24

23

22

21

10

relative Raumluftfeuchte in %

Rau

mlu

ftte

mp

erat

ur in

°C

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Komfortbereich

Übergangsbereich

12Stundenhäufigkeit von Temperatur-Feuchte-Zuständen in den Südbüros desprimärenergetisch optimierten Bürogebäudes (ohne Klimaanlage). Je dunkler dieblauen Flächen umso größer ist die Stundenhäufigkeit.

8 BINE profiinfo

DemonstrationsgebäudeInzwischen gibt es einige erfolgreiche energieeffiziente Büro-

gebäude. Im Rahmen des Förderprogramms SolarBau wird Pla-

nung, Bau und Betrieb dieser Gebäude wissenschaftlich begleitet.

Förderprogramm Solar optimiertes Bauen (SolarBau)

Die Möglichkeiten und Vorteile einerprimärenergetisch optimierten Planung müs-sen an konkreten Modellprojekten aufge-zeigt werden. Hierzu hat das Bundesmini-sterium für Wirtschaft und Technologie dasForschungsprogramm „Solar optimiertesBauen“ gestartet. Im seinem Teilkonzept3werden Modellprojekte gefördert, in denensowohl konventionelle Energiesparmaßnah-men als auch solare Techniken und beson-dere anlagentechnische Konzepte erprobtund demonstriert werden. Die geförderten Gebäude müssen gewisseenergetische Anforderungen erfüllen. So darf

der Heizwärmebedarf 40 kWh/(m2a) nichtüberschreiten. Der spezifische Primärenergie-aufwand für Heizung, Licht, Lüftung undKlima muss unter 100 kWh/(m2

NGF a) lie-gen.Bei der Planung der Gebäude soll der Ansatzder integralen Planung umgesetzt und soweitmöglich das im Kapitel „Beispiel Simula-tion“ gezeigte Optimierungsverfahren mit-tels Simulationsrechnungen und Varianten-vergleich angewandt werden. Nach Fertigstellung wird das Betriebsver-halten der Gebäude 2 Jahre lang messtech-nisch erfasst. Auf diese Weise sollen prakti-sche Erfahrungen mit dem Betrieb derarthocheffizienter Gebäude und den eingesetzteninnovativen Techniken gewonnen werden.

Mit dem Begleitvorhaben SolarBau-Monitorwird ein Vergleich der einzelnen Gebäudeermöglicht. Hier werden Informationen ausallen Modellprojekten zentral gesammelt,wichtige Kenngrößen bestimmt, analysiertund dokumentiert. Die Erkenntnisse aus denModellprojekten werden didaktisch aufbereitetund stehen den Hochschulen als Lehrmaterialaber auch interessierten Fachleuten für dieeigene Weiterbildung zur Verfügung.Drei Gebäude werden auf den weiteren Sei-ten detaillierter vorgestellt. Die Kurzdarstel-lung basiert dabei u.a. auf den im Rahmenvon Solarbau-Monitor erstellten Projekt-portraits. Weiterführende Informationen zu denModellprojekten, vergleichende Darstellun-gen der Gebäude untereinander, Lehrmate-rialien sowie weitere Hinweise zu dem För-derprogramm sind unter www.solarbau.dezu finden oder bei BINE erhältlich /1/.Das Forschungsprogramm „Solar optimier-tes Bauen“ läuft noch bis zum Jahr 2005. Essoll um weitere interessante Projekte ergänztwerden.

Geförderte Projekte in SolarBau

Bürogebäude ECOTEC in Bremen

■ Nettogrundfläche: 3.436 m2

■ Fertig gestellt: 1997 ECOTEC 11998 ECOTEC 2

■ teilweise vermietet

Bürogebäude DBNetz in Hamm,Westfalen


■ Fertig gestellt: 1999

■ vermietet

Informatikzentrumder TU Braun-schweig


■ In Bau ■ selbst genutzt

Verwaltungsge-bäude WagnerSolartechnik inCölbe bei Marburg



■ selbst genutzt

FachhochschuleBonn-Rhein-Sieg inSt.Augustin



■ selbst genutzt

Produktions- undVerwaltungsge-bäude der FirmaSurTec in Zwingen-berg



■ selbst genutzt

Produktionshalleder Fa. Hübner in Kassel-Waldau



■ selbst genutzt

Büro- und Laborge-bäude der Gesell-schaft für Innova-tion und Transfer inSiegen


■ In Planung ■ selbst genutzt/

vermietet

Institutsgebäudedes Zentrums fürumweltgerechtesBauen in Kassel



InstitutsgebäudeFraunhofer ISE inFreiburg

■ Nettogrundfläche:14.001 m2


Bürogebäude Lam-parter in Weilheim

■ Nettogrundfläche: beheizt: 1.000 m2


■ selbst genutzt

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Verwaltungsgebäude Wagner & Co. Solartechnik GmbH

Das neue Verwaltungsgebäude der FirmaWagner & Co Solartechnik wurde im Herbst1998 fertig gestellt und bezogen. Es weisteine beheizte Netto-Grundfläche von 1.948 m2

auf und wird überwiegend als Büro genutzt.Dem Gebäudekonzept liegt die Idee des Pas-sivhauses zugrunde. In der Planung wurdein einem ersten Schritt der Energiebedarf desGebäudes soweit wie möglich reduziert. Imzweiten Schritt wurde dafür gesorgt, dass dienoch benötigte Energie über möglichst effi-ziente Technik bereitgestellt wird.Um den Energieaufwand zur Beheizung zusenken, weist das Gebäude Dämmstoffdickenvon 30 bis 40 cm sowie Fenster mit 3-fachWärmeschutzverglasung in hochgedämmtenRahmen auf. Die Frischluftversorgunggeschieht über eine Lüftungsanlage mit Wär-merückgewinnung und vorgeschaltetem Erd-reichwärmetauscher. Der noch verbleibendeHeizwärmebedarf von 11 kWh/(m2a) wirddurch ein Blockheizkraftwerk und eine ther-mische Solaranlage sehr effizient gedeckt.Die große Solaranlage ist dabei auch Teil derProduktpräsentation des Bauherrn. Für

geringe Stromverbräuche sorgt eine guteTageslichtausleuchtung, der Einsatz einerstromsparenden Beleuchtungsanlage sowieeffiziente Lüftungstechnik. SommerlicheÜberhitzungen können durch Nachtlüftungin Verbindung mit zugänglichen Speicher-massen und dem Erdreichwärmetauscherweitgehend vermieden werden.■ PlanungserfahrungEs wurde bereits frühzeitig ein Planungsteamaus Bauherrn, Architekt, TGA-Fachplanerund Energiespezialist gebildet (integrale Pla-nung). Thermische Simulationen unterstütz-ten die Entscheidungsfindung. Im Lauf derPlanungsphase wurde die energetische Qua-lität des Gebäudes vom Niedrigenergie- bisauf Passivhaus-Niveau verbessert. ■ BetriebserfahrungDas Gebäude wird seit Ende 1998 genutzt.Die bisherigen Erfahrungen sind sehr positiv.Die Mitarbeiter loben die gute Luft (Lüf-tungsanlage), die hellen Räume (Tageslicht-ausleuchtung) und die angenehm kühlenTemperaturen im Sommer. Die Firmenlei-tung ist erfreut über das positive Interesseder Öffentlichkeit, da hiermit ein Werbeeffektfür die Firma verbunden ist. Die Auswertung der Messdaten ist noch

nicht abgeschlossen. Erste Bilanzen zeigenaber, dass die projektierten Werte weitge-hend erreicht werden. Der gemessene Heiz-wärmeverbrauch von 12,5 kWh/(m2

NGFa)stimmt mit dem berechneten Wert von 11 kWh/(m2

NGFa) gut überein. Der Strom-verbrauch der Lüftungsanlage wurde mit 5,8 kWh/(m2

NGFa) gemessen.Bei der Inbetriebnahme des Gebäudes wurdedeutlich, dass die Einstellung der frei pro-grammierbaren DDC-Regelung eine gewisseZeit in Anspruch nimmt. Die Standardpro-gramme der Hersteller konnten für denbesonderen Anwendungsfall nur bedingtübernommen werden. Anpassungen warenz. B. im Bereich der Leistungsregelung derHeizregister erforderlich. Sorgfalt wurdezudem auf die Einstellung der Beleuch-tungsregelung gelegt. Der Sollwert wurde fürjeden Sensor je nach Positionierung undRaumsituation individuell eingestellt.■ BauwerkskostenTrotz des hohen energetischen Standards undzusätzlicher Komponenten liegen die spezi-fischen Kosten unter einem für Bürogebäudemit mittlerer Ausstattung typischen Wert von2.800 DM/m2

NGFa (BKI, /10/).

Energetischer Gebäudesteckbrief

■ Standort Zimmermannstr. 12, 35091 Cölbe (Marburg)

■ Architektur Architekt Stamm, Schweinsberg

■ Energiekonzept Passivhaus-Institut, Darmstadt

■ Ansprechpartner Herr Schweitzer, Fa. Wagner & Co, Cölbe

■ Monitoring Universität Marburg, Fachbereich Physik

■ Baujahr 1998

■ beh. Nettogrundfläche 1.948 m2

■ A/V 0,36 m-1

■ Ergebnis Drucktest n50 = 0,4 h-1

■ zugängliche Speichermassen Decke, Fußboden, Innenwände

■ Sonnenschutz außen

Bauteil Dämmstoffstärke U-Wert

Außenwand 30 cm 0,13 W/m2K

Dach 40 cm 0,11 W/m2K

Bodenplatte 30 cm 0,14 W/m2K

Fenster g = 0,46 0,80 W/m2K

Tageslicht: Deckenbündiges Oberlichtband, teiltransparente Türen zum Flur

Kunstlicht: Spiegelrasterleuchten mit EVG, tageslichtabhängige Dimmung auf 500 Lux (Arbeitsfläche)

Heizung: Blockheizkraftwerk (12 kWtherm., 5 kWelektrisch),thermische Solaranlage (65 m2) mit Saison-Speicher (85 m3), Wärmeverteilung über Lüftungsanlage

Lüftung: Konstantvolumenstromanlage, Luftwechsel 0,3 - 1 h-1,Unterscheidung zwischen Zuluft-, Überström- und Ablufträumen, Wärmerückgewinnung mit 80%. Erdreich-wärmetauscher: 4 Rohre mit je 32 m Länge. Nachtauskühlung:freie Auftriebslüftung (Fensteröffnungsmotoren)

Regelung: DDC-Anlage und Bussystem zur Regelung von Lüftungsanlage, Solaranlage, Heizregister, BHKW, Beleuchtung, Sonnenschutz und Nachtlüftung

Kosten *

KG 300 1.970 DM/m2NGF

** KG 400 490 DM/m2NGF

KG 300 + 400 2.460 DM/m2NGF

* KG nach DIN 276; brutto** Die Kosten für die technische Anlage (KG 400) umfassen

u. a. die thermischen Solaranlage und das BHKW.

Passiv-Bürohaus Lamparter

Das Passiv-Bürohaus Lamparter wurde imWinter 1999 fertig gestellt. Die beheizte Netto-Grundfläche des Gebäudes beträgt 1.000 m2.Auch diesem Gebäude liegt die Idee des Pas-sivhauses zugrunde. So sind Dämmstoffdickenvon 24 bis 35 cm realisiert und die Fenstermit 3-fach Wärmeschutzverglasungen aus-gerüstet, wobei konventionelle Holzrahmenverwendet wurden. In Verbindung mit einerLüftungsanlage mit Wärmerückgewinnungund vorgeschaltetem Erdreichwärmetauscherunterschreitet der berechnete Heizwärmebe-darf den zulässigen Wert der Wärmeschutz-verordnung um 51%. Die Verteilung der Heiz-wärme geschieht über die Lüftungsanlage, sodass auf Heizkörper verzichtet werden konnte. Zur guten Tageslichtausleuchtung sind dieFenster mit einem deckenbündigen Ober-lichtband ausgerüstet. In Verbindung mit andie Belichtungssituation angepassten Büro-tiefen und einem außen liegenden Sonnen-schutz, dessen Lamellenstellung im Bereichdes Oberlichtbandes gesondert gewählt wer-den kann, können die Büros tagsüber weit-gehend ohne zusätzliches Kunstlicht genutztwerden. Neben einem angenehmen Arbeits-

klima werden hierdurch geringe Einschaltzei-ten der Beleuchtung erreicht. In Verbindungmit einem effektiven Beleuchtungssystem undeiner tageslichtgeführten Beleuchtungsrege-lung wird ein geringer Stromverbrauch fürdie Beleuchtung sicher gestellt. Das Gebäude ist mit einer kleinen thermi-schen Solaranlage für Warmwasser und einerPhotovoltaikanlage ausgerüstet. Die Photo-voltaikanlage deckt etwa 50% des Stromver-brauchs von Beleuchtung und Lüftung. Einderart hoher Deckungsanteil ist möglich, da ineinem ersten Schritt der entsprechende Strom-verbrauch so weit wie möglich gesenkt wurde. ■ PlanungserfahrungDer Planung ging ein Wettbewerb voraus, indem der Passivhausstandard als Anforderunggestellt wurde. So wurden von Anfang an dieWeichen für einen hohen energetischen Stan-dard, geringe Kosten und einen hohen Nut-zungskomfort gestellt. Bereits in der Entwurfsphase zog der Architektden Statiker und Fachplaner für die techni-sche Gebäudeausrüstung hinzu (integrale Planung). Auch hier wurden die Planungs-entscheidungen durch thermische Simula-tionsrechnungen unterstützt. Das realisierte Konzept zur Nachtauskühlung im

Sommer warf Fragen des Brandschutzes auf, diezur Nachrüstung einer Sprinkleranlage führten.■ BetriebserfahrungDas Gebäude wird seit Dezember 1999genutzt. Die Mitarbeiter sind mit demGebäude zufrieden. Die Messungen erlaubeneine erste Hochrechnung des Stromver-brauchs: Beleuchtung etwa 5 kWh/(m2

NGF a),mechanische Lüftung etwa 6 kWh/(m2

NGF a).Damit wird ein sehr effizienter Standarderreicht. Bei der Einstellung der Regelung waren dieaufgezeichneten Messdaten hilfreich. So wurdez. B. festgestellt, dass Heizung und Nachtlüf-tung gegeneinander arbeiteten. Wenn in einerHitzeperiode am Morgen die Temperatur inden Büros aufgrund einer erfolgreichen Nacht-lüftung kurzzeitig unter dem Sollwert lagen,sprang die Heizung an und führte demGebäude unerwünscht Wärme zu. Einmalerkannt, konnte dies sehr einfach vermiedenwerden. ■ KostenAufgrund des rationellen Projektcontrollingsdes Bauherrn liegen die Kosten trotz des ver-besserten energetischen Standards und deraktiven Solartechnik in einem sehr günstigenBereich.


■ Standort Bahnhofstraße 4, 73235 Weilheim a. d. Teck■ Architektur Werkgemeinschaft Maier, Weinbrenner, Single;

Nürtingen■ Energiekonzept Fraunhofer ISE, Gruppe Solares Bauen, Freiburg■ Ansprechpartner Herr Kuckluck-Rothfuß, Ingenieur- und Vermessungs-

büro Hans Lamparter GbR, Weilheim a. d. Teck■ Monitoring Fachhochschule für Technik, Stuttgart,

Fachbereich Bauphysik■ Baujahr 1999■ beh. Nettogrundfläche 1.000 m2

■ A/V 0,30 m-1

■ Ergebnis Drucktest n50 = 0,4 h-1

■ zugängliche Speichermassen Decke, Fußboden■ Sonnenschutz außen




Kellerdecke 18 cm 0,16 W/m2K


Tageslicht:Deckenbündiges Oberlichtband, zweigeteilter Sonnenschutz, Lichtschwertaußen, Oberlichtband zwischen Büro und Flur, Atrium mit Dachfenster

Kunstlicht:Pendelleuchten mit Spiegelraster und EVG, Tageslichtabhängige Dimmungauf 500 Lux (Arbeitsfläche)

Heizung:Gasbrennwertgerät mit 18 kW, Wärmeverteilung über Lüftungsanlage

Lüftung:Konstantvolumenstromanlage, Luftwechsel 2000 m3/h,Aufteilung in Zuluft-,Überström- und Ablufträume, Wärmerückgewinnung mit 85%, Erdreichwärmetauscher: 2 Rohre mit je 90 m Länge, Nachtauskühlung überfreie Auftriebslüftung

Regelung:EIB für Sonnenschutz, Beleuchtung; DDC für Lüftungsanlage, Nachtlüftung,Heizung

Besonderheit:PV-Anlage (Solarstrom) mit 8 kWp , kleine thermische Solaranlage (4 m2)für Warmwasser

Flur/Kombizone■ manuelle Schaltung ohne Regelung

Kombizone 500 Lux, 11,6 W/m2

Flur150 Lux, 6,1 W/m2

Büro500 Lux, 11,6 W/m2

Büro■ 2 Leuchten pro Raum■ indirekte Beleuchtung■ tageslichtabhängig geregelt■ automatische u. manuelle Bedienung

Licht-schwert

Licht-reflexion

4,20 m5,80 m

2,95 m

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Kosten *

KG 300 1.675 DM/m2NGF

KG 400 280 DM/m2NGF

KG 300 + 400 1.955 DM/m2NGF

* KG nach DIN 276; brutto

Verwaltungsgebäude derDeutschen Bahn Netz AG

Das Verwaltungsgebäude der Deutschen BahnNetz AG wurde im Winter 1999 fertig gestellt.Die beheizte Netto-Grundfläche beträgt 5.974m2. Der energetische Planungsansatz für dasGebäude hatte zum Ziel, eine weitgehendnatürliche Beleuchtung und Belüftung zuermöglichen. Die Belüftung der außenliegenden Büros undder Büros zum Atrium geschieht im Regelfalldurch manuelles Öffnen der Fenster. ImAtrium sorgen automatisch geregelte Klap-pen für den erforderlichen Luftaustausch. Fallsim Sommer die Gefahr von Überhitzungenbesteht, können Büros und Atrium sowohltags wie auch nachts über die Lüftungsanlagemit kühler Zuluft versorgt werden. Die Abluftwird in dem Fall über die Fenster oder dieAtriumsklappen abgeführt. Die Kühlung derZuluft geschieht über den 1,8 km langen Erd-reichwärmetauscher. In Verbindung mit aus-reichenden Speichermassen sowie geringeninternen (Licht) und externen (Sonne) Wär-melasten können zu warme Temperaturen imSommer weitgehend vermieden werden.Um eine gute natürliche Beleuchtung zu errei-chen, sind die Raumtiefen auf die entspre-chenden Tageslichtverhältnisse angepasst. DieLamellenstellung des außen liegenden Son-nenschutzes kann in zwei Bereichen getrennteingestellt werden, so dass auch im geschlos-senen Zustand natürliches Licht in die Bürosgelangt.

Die Tageslichtversorgung der an das Atriumgrenzenden Büros wird verbessert, indem alsVerglasung für das Atriumdach ein Sonnen-schutzglas mit hoher Lichttransmissiongewählt und die Galerien im Atrium als Git-terroste ausgeführt sind.Der Dämmstandard der Gebäudehülle liegtüber den Anforderungen der Wärmeschutz-verordnung. In Verbindung mit der kom-pakten Bauweise und einer Wärmerückge-winnung kann der berechneteHeizwärmebedarf unter den erforderlichenGrenzwert von 40 kWh/(m2

NGFa) gesenktwerden.■ PlanungserfahrungBesonders hervorzuheben ist die Organisati-onsform, in der das Gebäude geplant undgebaut wurde. Das Grundstück inklusiveeiner ersten Vorplanung wurde von der DBImmobilien AG an einen Investor verkauft,der den Bau des Gebäudes übernahm. SeitFertigstellung vermietet der Investor dasGebäude an die DB Netz AG. In der Pla-nungsphase nahm der spätere Nutzer/Mieterdie Bauherrenaufgabe wahr und sichertegewisse energetische Standards. Dabei wur-den die erforderlichen Planungsentscheidun-gen durch thermische und Tageslichtsimula-tionen unterstützt. In der Ausführungsphasehatten energetische Aspekte hingegen einengeringeren Stellenwert. Hier stand die Ein-haltung des Kosten- und Zeitplanes im Vor-dergrund. Deutlich wurde, dass bei einer sol-chen Planungskonstellation das Interesse desNutzers an geringen Betriebskosten mit dem

Interesse des Generalübernehmers an geringenInvestitionskosten und einem ungestörtenBauablauf kollidieren kann. NachträglicheÄnderungen sind in der Ausführungsphasewegen der hierdurch hervorgerufenen Zeit-verzögerung nur sehr schwer durchzusetzen -insbesondere wenn sie allein energetisch moti-viert sind. So wurden in den Außenbüros Fen-ster mit dicken und dunklen Rahmen einge-baut, obwohl dies die Tageslichtsituationverschlechtert. Nachteilig war auch die Kom-bination von indirekt strahlenden Pendel-leuchten mit der grauen Sichtbetondecke.■ BetriebserfahrungDas Gebäude wird seit Dezember 1999genutzt. Aussagen über den gemessenen Ener-gieverbrauch liegen noch nicht vor.Die Inbetriebnahme des Gebäudes, insbe-sondere die Einstellung der Regelung stellteauch bei diesem Projekt einen nennenswertenAufwand dar. So wurde z. B. das Atrium,obwohl als Pufferraum vorgesehen, in denersten Monaten auf 20°C geheizt. Der Heiz-energieverbrauch lag entsprechend höher. Sehr hilfreich für die Einstellung der Rege-lung sind die in dem Gebäude laufenden Mes-sungen. Hierdurch können die Auswirkun-gen der aktuellen Regelstrategie imZeitverlauf analysiert und die entsprechen-den Optimierungen vorgenommen werden.Die Messdaten sowie weitere Angaben zumGebäude sind im Internet zugänglich unterwww.fbta.uni-karlsruhe.de/dbhamm.


■ Standort Wilhelmstr. 4; 59067 Hamm■ Architektur Architrav Architekten, Karlsruhe■ Energiekonzept/ TH Karlsruhe,

Monitoring Fachgebiet Bauphysik und Technischer Ausbau■ Ansprechpartner Herr Ahrens, DB Netz AG, Duisburg■ Baujahr 1999 ■ beh. Nettogrundfläche 5.974 m2

■ A/V 0,24 m-1 ■ Ergebnis Drucktest liegt noch nicht vor■ zugängliche Speichermassen Decke, Fußboden, Innenwände■ Sonnenschutz außen und innen




Kellerdecke 8 cm 0,52 W/m2K


Tageslicht:Geringe Raumtiefen von 4 m; Zweigeteilter Sonnenschutz; Belichten derinnenliegenden Büros über Atrium. Atrium mit Sonnenschutzglas. Gitterrosteals Galerien im Atrium.

Kunstlicht:Leuchtstofflampen mit EVG, tageslichtabhängige Dimmung in den Atrium-Büros, tageslichtabhängiges Schalten in außen liegenden Büros

Heizung:Gasbrennwertgerät mit 460 kW, Wärmeeinbringung über Heizkörper

Lüftung:Kombination von Fenster- und mechanischer Lüftung, Wärmerück-gewinnung (Kreislaufverbundsystem), Erdreichwärmetauscher: 26 Rohre,insgesamt 1.800 m, Nachtauskühlung über mechanische Lüftung (Zuluft)

Regelung:EIB-Anlage für Sonnenschutz, Beleuchtung, und Luftklappen, DDC-Anlagefür Regelung von Lüftung, Heizung, Kühlung, Messdatenerfassung

Kosten *

KG 300 1.520 DM/m2NGF

KG 400 690 DM/m2NGF

KG 300 + 400 2.210 DM/m2NGF

* KG nach DIN 276; brutto

BINE profiinfo 11

BINEI n f o r m a t i o n s d i e n s t

Fachinformationszentrum KarlsruheMechenstraße 57, 53129 BonnTel. 0228 / 9 23 79 0Fax 0228 / 9 23 79 29eMail [email protected]: http://www.bine.info

ISSN1436-2066

HerausgeberFachinformationszentrum Karlsruhe, Gesellschaft für wissenschaftlich-technischeInformation mbH, 76344 Eggenstein-Leopoldshafen

NachdruckNachdruck des Textes nur zulässig mit voll-ständiger Quellenangabe und gegenZusendung eines Belegexemplares. Nachdruckder Abbildungen nur mit Zustimmung desjeweils Berechtigten. AutorenDr. Detlef Hennings und Jens Knissel, Institut Wohnen und Umwelt (IWU), Darmstadt

RedaktionJohannes Lang

KontaktWeitere Informationen zu diesem Themaerhalten Sie bei BINE. Wenden Sie sich andie untenstehende Adresse, wenn Sie vertie-fende Informationen, spezielle Auskünfte,Adressen etc. benötigen, oder wenn Sie allgemeine Informationen zum energie- undumweltgerechten Planen und Bauen wünschen.

Förderung der Vorhaben

Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), Villemombler Straße 76, 53123 Bonn

Projektbegleitung im Auftrag des BMWi

Projektträger Biologie, Energie, Umwelt (BEO)Forschungszentrum Jülich GmbHDr. Hans-Georg Bertram, 52425 Jülich

Projektadressen SolarBau MONITOR

INTERNETwww.solarbau.de

KOORDINATION, DOKUMENTATION UND ANALYSEFraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme,Dr. Karsten Voss, Oltmannsstr. 5, 79100 Freiburg

KOMMUNIKATIONsolidar Architekten und Ingenieure, Dr. Löhnert,Forststr. 30, 12163 Berlin

LEHRE, AUS- UND WEITERBILDUNGTU Karlsruhe, Fachgebiet Bauphysik und Technischer Ausbau, Prof. Andreas Wagner,Englerstr. 7, 76128 Karlsruhe

Förderkennzeichen

0335006D, 0335006 J, L, R

Projektorganisation

Impressum

Ged

ruck

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100

%Re

cycl

ingp

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ne o

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che

Auf

helle

red

en d

esig

n

Projektdokumentation/1/ Ein 80-seitiges Journal zu den inhaltlichen Fragestellungen und mit ausführlicher und praxisnaher Darstellung derProjekte des Förderprogramms SolarBau ist für DM 28,- gegen Rechnung bei BINE erhältlich.

Literaturverzeichnis/2/ Hessisches Ministerium für Umwelt, Landwirtschaft und Forsten, Wiesbaden (Hrsg.): Leitfaden Elektrische Energie im Hochbau (LEE). 2000. 112 S. + CD ROM.

/3/ Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie; Planungs-Büro Schmitz, Aachen: Energiegerechtes Bauen undModernisieren. Grundlagen und Beispiele für Architekten, Bauherren und Bewohner. Hrsg.: Bundesarchitektenkammer. Basel (Schweiz) : Birkhäuser, 1996. 216 S. + CD ROM.

/4/ Feist, W.; Borsch-Laaks, R.; Werner, J.: Das Niedrigenergiehaus. Energiesparkonzept im Wohnungsbau. Heidelberg : C. F. Müller, 1998. 240 S.

/5/ Knissel, J.: Energieeffiziente Büro- und Verwaltungsgebäude. Hinweise zur primärenergetischen und wirtschaftlichen Optimierung. Hrsg.: Institut Wohnen und Umwelt GmbH, Darmstadt, Dez. 1999. 125 S.

/6/ Walthert, R.; Bush, E.; Humm, O.: Strom rationell nutzen. Umfassendes Grundlagenwissen und praktischer Leitfaden zur rationellen Verwendung von Elektrizität. Zürich (Schweiz) : Verlag der Fachvereine, 1992. 312 S.

/7/ Loga, T.; Imkeller-Benjes, U.: Energiepass Heizungs-Warmwasser. Energetische Qualität von Baukörper und Heizungssystem. Hrsg.: Institut für Wohnen und Umwelt GmbH, Darmstadt, 1997. 75 S.

/8/ Gemeinschaft Energielabel Deutschland (Hrsg.): Liste stromsparender Geräte. Vertrieb: Gemeinschaft Energielabel Deutschland c/o Impulsprogramm Hessen, Annastr. 16, 64285 Darmstadt.

/9/ Wagner, A.: Energieeffiziente Fenster und Verglasungen. Ein BINE-Informationspaket. Hrsg.: Fachinformationszentrum Karlsruhe GmbH. Köln: TÜV Verlag. Dez. 2000. 120 S.

Ergänzende Informationen/10/ Weitere Informationen, Adressen und eine Linkliste zum Thema sind bei BINE oder im Internet unter http://bine.fiz-karlsruhe.de (Service/InfoPlus) abrufbar

Die Modellprojekte des Förderpro-gramms „Solar optimiertes Bauen“ undandere erfolgreiche Demonstrationsgebäudezeigen, dass auch bei hohem energetischenStandard niedrige Bauwerkskosten realisiertwerden können. Werden die Einsparungenbei Wartungs- und Energiekosten mit berück-sichtigt, sind diese hocheffizienten Gebäudekonventionellen Gebäuden wirtschaftlichüberlegen. Notwendig für den Bau solcher Gebäude istein kooperativer und integraler Planungsan-satz, bei dem Bauherr, Architekt und Fachin-genieure bereits in einem frühen Stadium einengagiertes Planungsteam bilden. Zu Beginnder Planung sollten energetische Ziele defi-niert werden. Die konkreten Planungsent-scheidungen müssen in Bezug auf ihre ener-getische Auswirkungen bewertet undregelmäßig mit den Zielen verglichen wer-den.Ein ökonomisch und ökologisch sinnvollesVorgehen bei der Planung besteht darin,zunächst den Energiebedarf des Gebäudes

möglichst weitgehend zu reduzieren (z. B.Tageslichtnutzung, Dämmung, passive Solar-energienutzung, kompakte Bauform) unddann in einem zweiten Schritt den verblei-benden Bedarf möglichst effizient bereitzu-stellen (z. B. effiziente Beleuchtung, Heizung,Lüftung). Ist ein effizienter Standard erreicht,kann die Einbindung von regenerativen Ener-gien eine sinnvolle Ergänzung zur weiterenReduktion des Primärenergieverbrauchs dar-stellen. Die Erfahrung zeigt, dass thermischeoder lichttechnische Simulationsrechnungenenergetische Planungsentscheidungen gutvorbereiten und untermauern können.Nach Fertigstellung des Gebäudes musssichergestellt werden, dass die Konzepte ausder Planung auch im praktischen Betrieb desGebäudes umgesetzt werden. Insbesonderedas Einstellen der Regelung ist wichtig. Diemesstechnische Erfassung und Dokumenta-tion des Betriebsverhaltens (Energie-Con-trolling) ist dabei ein nützliches Hilfsmittelum eventuelle Probleme erkennen und behe-ben zu können.

12 BINE profiinfo

FazitEnergetisch optimierte Bürogebäude mit einem Primärenergie-

kennwert unter 100 kWh/(m2NGF a) können mit heute am Markt

verfügbarer und in der Praxis erprobter Technik gebaut werden.

Bei sorgfältiger Planung entstehen Gebäude mit hohem Nut-

zungskomfort und geringen Betriebskosten.



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