Robuste, nutzerfreundliche und kostengünstige technische Gebäudeausrüstung (TGA) in Gebäuden

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Ausgangslage

Viele neu gebaute Nichtwohngebäude erreichen im Betrieb nicht die aus der Planung erwarteten niedrigen energetischen Kennwerte. Dieser sogenannte Performance Gap beschreibt die Differenz zwischen den Zielgrößen in der Planung und den Messwerten im Betrieb von Gebäuden. Besonders zu den Wechselwirkungen unterschiedlicher Einflussfaktoren auf den Performance Gap ist noch wenig bekannt.

Ziel

Performance Gaps sind insbesondere auf Betriebsfehler in der Gebäudetechnik und das unerwartete Verhalten der Nutzenden im Gebäudebetrieb zurückzuführen. Um Performance Gaps vorzubeugen, braucht es robuste und nutzungsgerechte Gebäudetechnikkonzepte. Als robust werden dabei solche Konzepte betrachtet, bei denen Abweichungen von den Auslegungsparametern und angestrebten Betriebszuständen – bedingt durch Betriebsfehler gebäudetechnischer Anlagen oder durch von der Planung abweichende Nutzung – keine überproportionalen Abweichungen im Energieverbrauch und dem Nutzerkomfort zur Folge haben.

Im Rahmen dieser Sondierungsstudie sollten Betriebsfehler identifiziert und die Auswirkungen von Performance Gaps auf den Energiebedarf sowie den thermischen Komfort quantifiziert werden. Als besonders einflussreich erkannte Faktoren wurden hinsichtlich ihrer Wechselwirkungen untersucht. Darauf aufbauend sollten Potenziale und Empfehlungen zur Optimierung der Gebäudeperformance abgeleitet werden.

Auftragnehmer des Forschungsprojektes war der Lehrstuhl für Gebäudetechnologie und klimagerechtes Bauen der Technischen Universität München.

Konzept

Die Forschungsmethodik basierte auf einem mehrstufigen, aufeinander aufbauenden Prozess und setzte sich im Wesentlichen aus den beiden übergeordneten Arbeitspaketen „Analyse Gebäudebetrieb und Fehlererkennung auf Basis von Automationsdaten“ sowie „Modellierung und Durchführung von dynamisch-thermischen Gebäudesimulationen“ zusammen.

Zu Beginn wurde der Betrieb unterschiedlicher gebäudetechnischer Anlagen in zwei realen Untersuchungsgebäuden analysiert. Die identifizierten Betriebsfehler in der Gebäudetechnik bildeten die Grundlage für den darauf aufbauenden Simulationsblock.

In der thermisch-dynamischen Gebäudesimulation wurden in einem ersten Schritt neben den identifizierten Betriebsfehlern auch der Einfluss des Verhaltens der Nutzerinnen und Nutzer sowie unsichere Randbedingungen in der technischen Gebäudeausrüstung (TGA) und bauliche Faktoren anhand eines generischen Gebäudesimulationsmodells abgebildet.

Mithilfe von Monte-Carlo-Simulationen (MCS) und in Kombination mit Unsicherheitsanalysen wurden die Auswirkungen unterschiedlicher Einflussfaktoren auf den Energiebedarf und thermischen Komfort eines Gebäudes quantifiziert. Bei dieser Methode wird mit dem erstellten Simulationsmodell eine Vielzahl von Simulationen ausgeführt, dabei werden ausgewählte Eingabeparameter nach statistischen Verteilungen variiert.

Aufbauend auf den Erkenntnissen der vorangegangenen Arbeitsschritte wurde im Anschluss anhand der Monte-Carlo-Simulationen zweier realer Gebäude – eins davon mit einer umfangreichen technischen Gebäudeausrüstung (High-Tech) und das andere mit einem normalen bis niedrigen Technisierungsgrad (Low-Tech) – die Parameter mit dem größten Einfluss auf den Energieverbrauch im Gebäudebetrieb untersucht. Das Verhalten der Nutzerinnen und Nutzer als Randbedingung wurde dabei aus Auswertungen des Partner-Forschungsprojektes „Nutzerkomfort durch Low-Tech-Konzepte in Gebäuden“ in das Simulationsmodell übernommen.

Ergebnisse

Durch den gewählten Forschungsansatz konnten auf Basis von Sensitivitätsanalysen die einflussreichsten Input-Parameter und relevante Stellschrauben in Bezug auf Betriebsfehler, das Verhalten der Nutzenden und das Gebäudetechnikkonzept abgeleitet werden.

Die durchgeführten Untersuchungen zeigen aber auch, dass entsprechende Werkzeuge zur energetischen Qualitätssicherung im Gebäudebetrieb notwendig sind, damit fehlerhafte Betriebszustände nicht unerkannt bleiben und Performance Gaps minimiert werden können.

Endbericht:
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