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Praxistest der Auswirkungen von Einzelraumregelung für Heizung, Lüftung und Beleuchtung auf Energieeinsparung bzw. Senkung der Betriebskosten

Projektbeschreibung

Projektbeteiligte

Eckdaten

Praxistest der Auswirkungen von Einzelraumregelung für Heizung, Lüftung und Beleuchtung auf Energieeinsparung bzw. Senkung der Betriebskosten


Projektnummer
Projektbeginn
08.2008
Projektende
12.2008
Projektstatus
abgeschlossen ohne Bericht

Das Forschungsvorhaben hat die Praxistauglichkeit von Einzelraumregelsystem für die Heizung, Lüftung und Beleuchtung in Gebäuden untersucht. Dabei waren Fragen hinsichtlich der Energieeffizienz, der Wirtschaftlichkeit und der Nutzerzufriedenheit zu beantworten. Im Ergebnis wurden Empfehlungen für den praktischen Einsatz der Einzelraumregelung formuliert.Projektlaufzeit: August 2008 - Mai 2013

Ausgangslage

Das Zusammenwirken zunehmend innovativer und komplexer Anlagen zur Heizung, Kühlung, Klimatisierung und Beleuchtung insbesondere von Nichtwohngebäuden unter Berücksichtigung eines von Betreibern und Nutzern gleichermaßen formulierten und ständig steigenden Anspruchs an den energieeffizienten Betrieb der Anlagen und des Gebäudes ist ohne den Einsatz von Raum- und Gebäudeautomationssystemen immer schwieriger zu leisten. Ein übergeordnetes Energie- und Lastmanagement zur Betriebsoptimierung unter den jeweils gegebenen spezifischen Nutzungsbedingungen erfordert darüberhinaus den Einsatz eines Energiemanagementsystems.

Die Hersteller und Anbieter entsprechender Systeme propagieren signifikante Energieeinsparungen, die sich aber erfahrungsgemäß nicht in jedem Fall realisieren lassen. Darüber hinaus sind höhere Investitionskosten und ein Mehraufwand bei Inbetriebnahme und Unterhaltung zu berücksichtigen. Insgesamt gesehen bestehen uneinheitliche und bisweilen widersprüchliche Aussagen zum Energieeinsparpotenzial von Einzelraumregelsystemen. Aus Sicht des Investors ist dies ein höchst unbefriedigendes Ergebnis, müssen doch die z. T. erheblich höheren Investitionskosten vorrangig (d.h. ungeachtet des Komfortgewinns) durch die energetischen Einsparungen gegenfinanziert werden.

Ziel

Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollte eine weitestgehend produkt- und technikneutrale Bewertung von Einzelraumregelsystemen in ausgewählten Bundesbauten erfolgen. Ziel des Forschungsvorhabens war es,

  • am Beispiel von typischen Anwendungen in Verwaltungsgebäuden praktische Erfahrungen aus dem Betrieb zu erheben,
  • den mit dem jeweiligen System erzielten Energieverbrauch im Hinblick auf mögliche weitere Einsparungen hin zu untersuchen,
  • Daten zur Betreiber- und Nutzerzufriedenheit zu erheben und zu bewerten,
  • die untersuchten Systeme hinsichtlich der Investitions- und Betriebskosten zu bewerten,
  • die untersuchten Systeme hinsichtlich der Praxistauglichkeit mit modernen innovativen Lösungen zu vergleichen,
  • eine Empfehlung für den Einsatz von Systemen der Raumautomation in Verwaltungsgebäuden zu erarbeiten,
  • Erkenntnisse über diese Systeme aus der Praxis zu erhalten.

Auftragnehmer des Forschungsprojektes war Dr.-Ing. Clemens Felsmann, Institut für Technische Gebäudeausrüstung Dresden Forschung und Anwendung GmbH, Dresden.

Konzept

Auf Vorschlag des Auftraggebers standen folgende Gebäude für die Untersuchungen zur Verfügung:

  • BMELV Bonn, Haus 2 und Haus 3: Einzelraumregelung für die Heizung.
    Zum Vergleich stand ein identisches Gebäude ohne Raumautomation mit gleicher Nutzung zur Verfügung.
  • BMAS Bonn Haus II: Einzelraumregelungen für die Heizung. Zum Vergleich stand ein identisches Gebäude ohne Raumautomation mit gleicher Nutzung zur Verfügung.
  • BMBF Bonn, DDC-basierte Einzelraumregelung für Heizung, Kühldecke, Beleuchtung und Jalousiesteuerung, seit 2007 in Betrieb.
  • Verwaltungsgebäude der Deutschlandradio KÖR, Köln, LON-basierte Einzelraumregelung für Heizung, Raumlufttechnik und Beleuchtung, seit 2004 in Betrieb.
  • Verwaltungsgebäude der Messe Frankfurt (Torhaus), Frankfurt, DDC-basierte Einzelraumregelung für Heizung, Raumlufttechnik und Beleuchtung, seit 2007 in Betrieb.
  • The Squaire (ehemals AIRRAIL CENTER FRANKFURT).

Die charakteristischen Daten der zu untersuchenden Gebäude einschließlich der installierten Anlagentechnik wurden zunächst im Vorfeld der eigentlichen Studien erfasst und dokumentiert. Dabei waren vor allem

  • die Gebäudekonfiguration mit bauphysikalischer Typisierung,
  • die Raumautomationssysteme sowie
  • die realisierten Automatisierungsfunktionen einschließlich der Regel- und Steuerungsparameter

zu beschreiben.

Anhand dieser Informationen konnten die zu untersuchenden Systeme mit dem aktuellen Stand der Technik im Bereich der Raumautomation verglichen werden. Die zur Verfügung stehenden Energieverbrauchsdaten wurden für eine energetische und wirtschaftliche Analyse der Einzelraumregelsysteme herangezogen.

Ergebnisse

Es konnte im Rahmen des Projektes gezeigt werden, dass

  • Energieverbrauchsreduzierung und Nutzerzufriedenheit nur bis zu einem gewissen Grad gleichermaßen erreicht werden können,
  • die von den Planern und Automationstechnikern ausgearbeiteten Regelkonzepte für die Einzelraumregelung auf die realen Bedürfnisse und Anforderungen der Raumnutzer abzustimmen sind und nicht ausschließlich auf die Verbrauchsreduzierung abzielen dürfen,
  • die herstellerseitig propagierten theoretischen und prinzipiellen Möglichkeiten und Potenziale von Einzelraumregelsystemen im realen Gebäudebetrieb oftmals nur deutlich eingeschränkt nutzbar sind und
  • mit den aus der Messdatenerfassung von komplexen Automationslösungen zur Verfügung stehenden Informationen sorgsam umzugehen ist.

Es bleibt festzustellen, dass nicht allein eine gute technische Ausstattung insbesondere in den hier interessierenden Bereichen der Raumautomation und Einzelraumregelung für den zuverlässigen und gleichzeitig energie- und kostensparenden Betrieb verantwortlich ist, sondern ein signifikanter Beitrag zur Zuverlässigkeit und Praxistauglichkeit von Raumregelsystemen durch das technische Personal erbracht wird.

Wesentliche Erkenntnisse

Die wesentlichen Erkenntnisse aus den Befragungen von Nutzern und Betreibern der Gebäude lassen sich wie folgt zusammenfassen:

  1. Die Ansprüche der Nutzer an das Raumklima sind nicht konkret. Es wird lediglich allgemein die Sicherung zufriedenstellender und im Weiteren nicht belastender Arbeitsbedingungen gefordert bzw. erwartet. Eine individuelle Einflussnahme auf Lüftung (Fensteröffnung), Raumtemperatur und Beleuchtung wäre wünschenswert. Weitere besondere Anforderungen bestehen nicht.
  2. Hinsichtlich künstlicher Beleuchtung werden vor allem unzureichende Helligkeit, Blendeffekte und die Nichtstetigkeit der Regelung bemängelt. Nichtstetigkeit meint hier, dass bei fehlender Präsenzerkennung trotz Anwesenheit der Nutzer im Raum eine vollständige oder teilweise Abschaltung der Beleuchtung erfolgt, die als störend empfunden wird.  
  3. Die Einzelraumregelung sollte Teil eines Ganzen sein und nicht lediglich aufgesetzt. Der Austausch der Raumregler in einer bestehenden Heizungsanlage führte eher zu Problemen, da durch das Aufsetzen einer neuartigen Regelung auf eine bestehendes und funktionierendes System überwiegend eine Verschlechterung des Betriebsverhaltens der Anlage festzustellen war.
  4. Für den Nachweis von Energieeinspareffekten sowie einen Vorher-Nachher-Vergleich ist eine separate Verbrauchserfassung der betreffenden Gebäude erforderlich.
  5. Die Nachrüstung der Einzelraumregelsysteme hat tendenziell negative Auswirkungen auf das Technikpersonal. So sind teilweise die Anzahl der Nutzerbeschwerden und damit der entsprechende Personalaufwand für deren Abarbeitung größer geworden. Es steht zwar zu vermuten, dass nach einer bestimmten Eingewöhnungs- und Übergangszeit dieser Effekt nachlässt. Dafür sind zusätzliche Arbeiten (z.B. zum Wechsel der Batterien in  Funkelementen) erforderlich. Der Kontakt zwischen Betriebspersonal und Nutzern wird insgesamt intensiver.

Schlussfolgerung

In der Schlussfolgerung lässt sich einschätzen, dass das erwartete und in Aussicht gestellte Einsparpotenzial der Einzelraumregelsysteme in Hinblick auf die Raumtemperaturregelung in Kombination mit den bestehenden vor allem heizungstechnischen Anlage nicht erreicht werden konnte. Die in den Regelsystemen zusätzlich zur Verfügung stehenden Informationen (z.B. zu den Raum- und Systemtemperaturen sowie der Nutzungszeit) dienen eher der Überwachung und Fehlerkontrolle des Systems als das daraus ein Mehrwert generiert wird und ein Zusatznutzen entsteht.  Die in den untersuchten Gebäuden geäußerten Kritiken der Nutzer lassen sich zu einem bestimmten Teil auf Fehlfunktionen der Anlagentechnik und Regelsysteme zurückführen. So werden die Behaglichkeitstemperaturen im Aufenthaltsbereich der Raumnutzer nicht immer korrekt durch die Sensorik der Einzelraumregelsysteme erfasst, so dass eine aus Sicht des Regelsystems nachvollziehbare Regelung erfolgt, der Nutzer aber davon abweichend Unbehaglichkeit empfindet.

Die Installation einer Gebäudeautomatisierung einschließlich Einzelraumregelung gibt keine Veranlassung, auf erfahrenes Betreiberpersonal zu verzichten. Im Gegenteil ist eine maximal mögliche Ausnutzung der Vorteile solcher Automationssysteme erst durch entsprechend geschultes technisches Personal möglich. Anderenfalls sinkt mit dem Auftreten von Fehlern bereits in der Anfangszeit die Akzeptanz durch den Nutzer bzw. werden die erhofften Einspareffekte und Komfortvorteile nicht ausreichend genutzt.

Es hat sich unabhängig von der Wirtschaftlichkeit der Systeme gezeigt, dass allein die Praxistauglichkeit (d.h. beispielsweise Fehleranfälligkeit und Robustheit der Regelung und der Systeme) und die Akzeptanz der Nutzer bei höherer Zufriedenheit am Arbeitsplatz ausschlaggebend für den erfolgreichen Einsatz sind. Dies lässt sich erreichen, wenn die regelungstechnischen Eingriffe der Einzelraumregelsysteme vom Nutzer als nicht störend oder abweichend von den bislang vorliegenden Nutzererfahrungen empfunden werden. Nutzerschulungen können helfen, sollen das Einzelraumregelsystem aber nicht als „hochtechnisierten Problemfall“ erscheinen lassen. Dann kann, wie gewünscht, mit Hilfe der Einzelraumregelsysteme ein energie- und kostensparender, bedarfsgerechter, alle Raumfunktionen umfassender und den Nutzer maximal zufriedenstellender Anlagenbetrieb angestrebt werden.

Fazit

Die Wirtschaftlichkeit von Einzelraumregelsystemen ist ein wichtiges Entscheidungskriterium für den Einsatz solcher Systeme. Da mit zum Teil erheblichen Mehrkosten in der Investition und Instandhaltung verbunden, muss eine Amortisation der Zusatzkosten über die Betriebskosteneinsparung realisiert werden. Die infolge von Neubau und Sanierungsmaßnahmen insgesamt sinkenden Energieverbrauchswerte der Gebäude erschweren jedoch zunehmend die Einsparung größerer Energiebeträge. Dies wird aber andererseits durch steigende Energiepreise kompensiert, so dass ungeachtet der kleiner werdenden absoluten Energieeinsparungen die Kosteneinsparungen weniger stark beeinflusst werden.

Anhand der zu den im Rahmen des Forschungsprojektes untersuchten Gebäuden vorliegenden Daten kann keine eindeutige Aussage zur Wirtschaftlichkeit von Einzelraumregelsystemen abgeleitet werden. Dies liegt zum einen daran, dass kein verlässlicher direkter Vergleich zweier gleichartiger  Gebäude oder aber ein entsprechender Vorher-Nachher-Vergleich möglich ist. Auch ist vielfach nicht eindeutig zuzuordnen, welche Einspareffekte tatsächlich der Einzelraumregelung zuzuordnen und nicht durch sonstige und anderweitige Maßnahmen baulicher oder betrieblicher Art zu begründen sind. Darüber hinaus ist zu bedenken, dass:

  1. Zusätzliche Einsparpotenziale mit zunehmenden Ausstattungsgrad und Erfahrungen des Betreibers der Gebäude tendenziell kleiner werden.
  2. Der Einsatz der Einzelraumregelsysteme erfolgt nicht nur aus wirtschaftlichen Beweggründen zur Energie- und Kosteneinsparung. Vielfach ist gerade auch der Komfortgewinn eine Motivation für die Investition und den Einsatz der Systeme.
Projektbeteiligte
Eckdaten
Schlagworte zum Projekt : Einzelraumregelung, Energieeinsparung, Betriebskosten, Bundesbaumaßnahmen
Projekt auf der Webseite des BBSR : https://www.bbsr.bund.de/BBSR/DE/forschung/programme/zb/Auftragsforschung/5EnergieKlimaBauen/2008/Einzelraumregelung/01_start