Eine Frage des Massstabs

Text: Karsten Voss, Markus Lichtmeß, Andreas Wagner, Thomas Lützkendorf

Im Rahmen des Förderkonzepts Energieoptimiertes Bauen, kurz EnOB, unterstützt das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) die Planung, Erstellung und Evaluierung des Betriebs von Demonstrationsgebäuden. Dabei wurden bisher mehr als 50 Bauprojekte gefördert. Sie verteilen sich jeweils zur Hälfte auf Neubauten (Programm-linie EnBau) und auf das Bauen im Bestand (EnSan – Energieoptimiertes Bauen in der Sanierung). Ambitionierte energetische Ziele und der Piloteinsatz neuer Technologien sind in Verbindung mit hoher Architekturqualität zum Markenzeichen des Programms geworden. Dies verdeutlichten u. a. die zehn im Mai 2009 anlässlich der Verleihung des mit 100 000 Euro dotierten BMWi-Preises ausgezeichneten Projekte »Architektur mit Energie«. Parallel zur finanziellen Förderung hat das BMWi bereits frühzeitig eine sogenannte Begleitforschung zu EnOB ins Leben gerufen, an der verschiedene deutsche Hochschulen beteiligt sind [1].

Voraussetzung für eine Beschreibung, Bewertung und Darstellung der energetischen Qualität von Gebäuden ist die Auswahl und Anwendung geeigneter Kriterien und Maßstäbe. Heute wird zur Charakterisierung überwiegend der Aufwand an Primärenergie [2] für Raumheizung, Warmwasserbereitung, Lüftung und Kühlung sowie Beleuchtung herangezogen. Seit die EnEV 2007 in Kraft getreten ist, erfolgt die Angabe von Bewertungsmaßstäben bzw. die Formulierung von Anforderungen bei Nichtwohngebäuden auf Basis der Referenzgebäudemethode. In der überarbeiteten EnEV 2009 wird die Anwendung dieses Verfahrens auch auf Wohngebäude ausgeweitet. Für die Förderprojekte im Programm EnOB gilt derzeit die planerische Unterschreitung des Primärenergiekennwertes des Referenzgebäudes der jeweils gültigen EnEV um mindestens 50 % als Voraussetzung.

Das Referenzgebäude ist ein virtuelles Gebäude, das architektonisch (u. a. Orientierung, Größe, Kubatur) und in der Nutzung identisch zum nachzuweisenden bzw. zu bewertenden Gebäude ist. Die Unterteilung in Bezug auf Nutzung und Zonierung beim Referenzgebäude stimmt mit dem zu bewertenden Gebäude überein. Dabei bilden energetisch gleichwertig konditionierte und genutzte Gebäudebereiche jeweils eine Zone. So wird das energetische Verhalten des geplanten Gebäudes mit seinen geometrischen und nutzungsbedingten Eigenschaften, jedoch unter Verwendung einer vom Gesetzgeber definierten Referenzbauweise und -ausstattung hinsichtlich baulichem Wärmeschutz, Energieversorgung, Lüftung, Kühlung, Steuerung und Regelung berechnet. Der mit diesen Anforderungen berechnete Referenzwert für Primärenergie ist also gleichzeitig der zulässige Grenzwert für den geplanten Neu- oder Umbau. Auf diese Weise können auch Gebäude bewertet werden, die sich hinsichtlich ihrer Nutzung stark von einem Durchschnittsgebäude der gleichen Gebäudekategorie unterscheiden, etwa ein Bürogebäude mit einem untypisch hohen Anteil an Serverräumen oder einer Ladenzeile mit Restaurants im EG.

Doch die Erfahrungen aus der Begleitforschung zeigen Probleme mit der Referenzgebäudemethode und werfen Fragen auf. Denn wesentliche Qualitäten bzw. Defizite aus dem Gebäudeentwurf (Kubatur, Orientierung, Raumtiefen, Fensterflächen und -verteilung usw.) werden immer im Referenzgebäude »übernommen«, so dass bereits große Unterschiede in den Startbedingungen der Betrachtung auftreten: Ein energetisch ungünstiger Entwurf wird dadurch belohnt, dass es vergleichsweise einfach ist, energetisch 50 % besser als das zugehörige Referenzgebäude zu sein. Demgegenüber wird das prozentual gleiche Ziel bei einem bereits energetisch konsequent erstellten Entwurf deutlich schwieriger zu erreichen sein.

Vom Standpunkt der Architektur existieren also zwei Betrachtungsweisen:

1. Für die Referenzwertmethode:

Die grundlegende entwurfliche Arbeit erfolgt frei von energetischen Anforderungen. Die gefundene architektonische Lösung wird anschließend planerisch so detailliert, dass – um ein energetisch vorbildliches Projekt zu erzielen – beispielsweise eine 50-prozentige energetische Verbesserung gegenüber dem Referenzgebäude erreicht wird. Die entwurfliche Leistung auf dem Weg zu einem energieeffizienten Gebäude bleibt überwiegend unberücksichtigt. Durch die engeren Freiheitsgrade bei einem Sanierungsprojekt treten diese Aspekte dort jedoch nicht so stark in Erscheinung wie bei einem Neubau.

2. Wider die Referenzwertmethode:

Die Qualität eines Gebäudeentwurfs spielt in der frühen Projektphase eine wesentliche Rolle auf dem Weg zu energieeffizienten Gebäuden. Speziell beim Vergleich unterschiedlicher entwurflicher Varianten verdeckt die Referenzgebäudemethode die ggf. deutlich unterschiedlichen energetischen Potenziale der Entwürfe, da sich die Referenzwerte mit den Entwürfen ändern. Erst die Einführung fester Energiekennwerte als Zielsetzung für eine bauliche Aufgabe erlaubt es, den Grad der Zielerreichung einschließlich der »entwurflichen Anteile« festzustellen und zu bewerten.

Alternativ zum Referenzgebäudeverfahren könnte die Beurteilung der energetischen Qualität unter Verwendung von (absoluten) Energiekennwerten erfolgen. Als Energiekennwerte sind Angaben zum flächen-, volumen- oder nutzeinheitbezogenen Aufwand an End- oder Primärenergie für Gebäudekategorien gebräuchlich. Beispiele für Nichtwohngebäude sind die katalogisierten Verbrauchswerte nach der VDI 3807–2 [3]. Orientiert daran, kann ebenfalls ein Zielwert im Sinne einer z. B. 50-prozentigen Einsparung gegenüber dem durchschnittlichen Energieaufwand in einer ›

› Gebäudekategorie oder eines absoluten Wertes definiert werden. Dieser Bewertungsmaßstab bzw. Zielwert orientiert sich ausschließlich an dem Durchschnittsverbrauch der Gebäudekategorie in dem jeweiligen Energiekennwertekatalog. Auch das Förderprogramm EnOB kannte bis 2006 einen festen energetischen Zielwert speziell für die Kategorie der Verwaltungsgebäude: 100 kWhp/m²NGFa für den Primärenergieaufwand für Heizen, Kühlen, Lüften und Beleuchten. Problematisch bei dieser Art der Zielwertebildung sind die großen Unterschiede in der Zusammensetzung unterschiedlicher Nutzungs- und Funktionsbereiche (sogenannte Nutzungszusammen- setzungen) von Gebäuden der gleichen Kategorie. Dies war ein wesentlicher Grund dafür, den ansonsten bewährten Kennwert nicht weiterzuführen und z. B. einen neuen Wert in Relation zu dem Mittelwert aller Verbrauchsdaten der Förderprojekte dieser Kategorie zu bilden. Dieser Mittelwert liegt bei den geförderten Verwaltungsgebäuden zur Zeit bei 92 kWhp/m²NGFa [4, 5].

Um zukünftig den großen Unterschieden bei der Nutzungszusammen- setzung von Gebäuden gerecht zu werden und trotzdem klar formulierte Ziele zu definieren, wird im Rahmen der Begleitforschung derzeit an einem Energiekennwertekatalog gearbeitet, der auf festen Zielwerten für die derzeit 33 Nutzungsarten der DIN V 18 599 aufbaut. Dieser Katalog kann im Sinne eines »Baukastens« als Hilfsmittel zur Ermittlung objekt- und nutzungsspezifischer Bewertungsmaßstäbe und Zielwerte für Gebäude herangezogen werden. Er enthält Energiekennwerte für einzelne Nutzungsarten – bezogen auf deren Fläche. Es erfolgt eine Anlehnung an die in der Kostenschätzung übliche Methode der Verwendung von Kennwerten für Flächenarten. Da es keine ausreichende Zahl von Messwerten für den Gesamtenergieverbrauch von Gebäudeteilen unterschiedlicher Nutzung gibt (Teilenergiekennwerte [6] ) und sich die in der Literatur vorgeschlagenen Werte stark unterscheiden, basiert das Verfahren auf der Berechnung solcher Werte in Übereinstimmung mit dem normativen Rechenverfahren der DIN V 18 599. Berechnet wird der Gesamtenergiebedarf für Heizen, Kühlen, Warmwasser, Lüften und Beleuchten. In diesem Zusammenhang werden auch Vereinfachungsverfahren untersucht, um in der frühen Planungsphase schneller und zielgerichteter zu Ergebnissen zu kommen [7]. Energetische Zielwerte für ein geplantes Gebäude werden durch anteilige Anrechnung der Zonenzielwerte entsprechend der jeweiligen Nutzungszusammensetzung des Gebäudes bestimmt. Dabei kann konzeptionell auf bereits etablierte Systematiken [8] zurückgegriffen werden.

Zur praktischen Umsetzung eignen sich einfache Tabellenkalkulationsverfahren (»Kennwertrechner«), bei denen die Zielwerte der 33 Nutzungszonen bereits hinterlegt sind. Wird die prozentuale Flächenverteilung in eine solche Tabelle eingetragen, wird automatisch der Gebäudeenergiekennwert generiert. Die dargestellte Tabelle zeigt die Zielwertermittlung am Beispiel des sanierten KfW-Gebäudes in Frankfurt.

Wesentlicher Vorteil des Verfahrens: Der energetische Zielwert für eine Bauaufgabe basiert auf der eingeforderten Nutzung und verändert sich nicht mit der gewählten architektonischen Lösung. Ein energetisch vorteilhafter Entwurf verringert den baulichen (und investiven) Aufwand zum Erreichen des Zielwertes. Demnach wird die entwurfliche Leistung im Unterschied zum Referenzgebäudeverfahren mit bewertet.

Die Erarbeitung eines derartigen Kennwertrechners (Benchmark-Baukastens) ist in der wissenschaftlichen Herleitung keine einfache Aufgabe [9]. Die Arbeiten an dem Verfahren haben bisher gezeigt, dass Teilenergiekennwerte zunächst auf der Ebene von Nutzenergie sinnvoll sind. End- oder Primärenergiekennwerte lassen sich ggf. erst im Kontext des Gesamtgebäudes ermitteln, da ein Gebäude im Regelfall keine Zonen bezogene Energieversorgung besitzt. Nutzenergiekennwerte für Gebäudezonen beschreiben ausschließlich die energetische Qualität eines Bauwerks, nicht die der Energieversorgung. Da aus Gründen der Lebenszyklusbetrachtung eine hohe energetische Qualität eines Bauwerks in der Regel als prioritäres Planungsziel betrachtet werden sollte, ist die Konzentration auf Nutzenergie in der frühen Planungsphase kein Nachteil. Auch werden damit Standortvorteile wie z. B. das Vorhandensein einer primärenergetisch vorteilhaften Nah- oder Fernwärme aus Kraft-Wärmekopplung und/oder Biomasse zunächst von der Betrachtung ausgenommen.

Auf Seiten der Nachfrager nach einfach zu handhabenden Methoden zur Abschätzung und Beurteilung des künftigen Energieaufwandes besteht jedoch eine Präferenz für Endenergiekennwerte, da sie zusammen mit den spezifischen Energieträgerkosten unmittelbar in die Kosten- und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für ein Gebäude eingehen. Für die gesamt- ökologische Betrachtung sind Primärenergiekennwerte bzw. die Klimagasemissionen angemessene Kenngrößen. Geeignete Lösungsansätze sind daher zukünftig zu entwickeln und zu diskutieren.

Bei der Festlegung der energetischen Zielwerte ist von Bedeutung, dass sich bereits aus der Größe einer Bauaufgabe wesentliche Unterschiede in den geometrischen Randbedingungen ergeben. Die günstigen A/V-Verhältnisse bei großen Gebäuden bzw. großen Gebäudezonen mindern die Transmissionswärmeverluste und damit den Heizwärmebedarf. Desweiteren besitzen die 33 unterschiedlichen Nutzungstypen der DIN V 18 599 in der baulichen Praxis große Unterschiede in den dazugehörigen Außenwand-, Dach-, Boden- und Fensterflächenanteilen: Verkehrsflächen besitzen relativ zu ihrer Grundfläche in der Regel kleine Anteile an Fenstern als Büroräume, EDV- oder Sanitärräume liegen oft vollständig im Gebäudekern. Eine diesbezügliche Analyse der Förderprojekte lieferte eine erste Basis für Erkenntnisse über die übliche Flächenzusammensetzung der Nutzungszonen in der Praxis. Weitere Studien werden diese Ergebnisse zukünftig absichern.

Weitere Informationen: [1] Die Autoren sind Teil des Begleitforschungsteams. Das Wuppertaler Team gehört zum Fachgebiet Bauphysik und TGA der Bergischen Universität. Seitens des KIT – Karlruher Institut für Technologie (ehemals Universität Karlsruhe) sind das Fachgebiet Bauphysik und TGA sowie der Lehrstuhl für Ökonomie und Ökologie des Wohnungsbaus beteiligt. Gemeinsame Internetplattform aller Förderprojekte ist das Portal www.enob.info. [2] Normativ gemeint ist der nicht erneuerbare Anteil des Primärenergiebedarfs während der Nutzungsphase. [3] VDI 3807, Blatt 2:1998-06 Energieverbrauchskennwerte für Gebäude; Heizenergie- und Stromverbrauchskennwerte [4] Primärenergie für Heizung, Kühlung, Lüftung, Warmwasser, Beleuchtung [5] Karsten Voss u. a., Energieeffiziente Büro- und Verwaltungsbauten, HLH, Bd. 58/59, 2007 [6] Üblicherweise besitzen Gebäude weder Unterzähler für einzelne Nutzungszonen, noch Unterzähler für die Auftrennung des Stromverbrauchs nach Energiedienstleistungen [7] Markus Lichtmess, Vereinfachtes Flächenerfassungsmodell für Mehrzonenbilanzen, Bauphysik 3/2009, Juni 2009 [8] wie z. B. beschrieben in SIA 380/4, Elektrische Energie im Hochbau, 2006; SIA 2031, Energieausweis für Gebäude, Merkblatt, 2009; Detlef Hennings, Leitfaden Elektrische Energie im Hochbau – Überarbeitete Auflage, Institut Wohnen und Umwelt, Darmstadt, 2000; VDI 3807, Blatt 4:2006-08, Teilkennwerte elektrische Energie, Berlin [9] Markus Lichtmeß, Zusatzkriterien zur energetischen Bewertung von Gebäuden – Arbeitshilfe zur Bewertung von energetisch hochwertigen Gebäuden im Rahmen der Erstellung von Energieausweisen nach DIN V 18 599 auf Basis von Teilenergiekennwerten, Arbeitspapier im Rahmen der Dissertation an der Bergischen Universität Wuppertal, Januar 2010 [10] Article 9 of EBPD follow up review by the the European Parliament’s Industry Committee (ITRE), 31st March 2009 [11] siehe www.enob.inf [12] Mira Heinze und Karsten Voss: Ziel Null Energie – Erfahrungen am Beispiel der Solarsiedlung Freiburg am Schlierberg, DBZ 1/2009