Wirtschaftlicher Vergleich verschiedener TGA - Varianten. Der Neubau “Bavaria Office” in Hamburg

Inhaltsverzeichnis

Kurzfassung

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Formelzeichen und Abkürzungen

1 Einleitung

2 Handlungsbedarf

3 Allgemeine Objektbeschreibung
3.1 Allgemein
3.1.1 Standort
3.2 Gebäude
3.2.1 Konzeption
3.2.2 Regelgeschosse
3.2.3 Fassade
3.3 Technische Gebäudeausrüstung
3.3.1 Heizung
3.3.2 Lüftung
3.3.3 Kälte

4 Ausgangslage
4.1 Simulation
4.1.1 Einleitung und Zielsetzung
4.1.2 Sommerliche Behaglichkeit und Rechtslage
4.1.3 Vorgehensweise bei der thermischen Gebäudesimulation
4.1.4 Wetter
4.1.5 Geometrie der Büroräume
4.1.6 Innere thermische Lasten
4.1.7 Betriebsführung
4.1.8 Weitere Simulationsrandbedingungen
4.2 Simulationsergebnisse
4.2.1 Auswertung der Ergebnisse
4.2.2 Zellenbüro Süd-West
4.2.3 Zellenbüro Süd-Ost
4.2.4 Zellenbüro Nord-Ost
4.2.5 Operative Raumtemperaturen bei einer Extremwetterperiode
4.2.6 Kühlleistung des thermoaktiven Bauteils
4.2.7 Großraumbüros
4.3 Winterliche Behaglichkeit
4.4 Wohlbefinden und Raumklima

5 Technischen Gebäudeausrüstung
5.1 Ausgangslage
5.2 Varianten der technischen Gebäudeausrüstung
5.2.1 Variante 1 – Erhöhte Wärmedämmung
5.2.2 Variante 2 – Passivbürohaus
5.2.3 Variante 3 – Passive Kühlung
5.3 Beurteilung der Varianten

6 Kosten und Wirtschaftlichkeit
6.1 Wirtschaftlichkeitsberechnung nach der Annuitätsmethode
6.2 Ermittlung der Kosten
6.2.1 Kapitalgebundene Auszahlungen
6.2.2 Bedarfs-(Verbrauchs-)gebundene Auszahlungen
6.2.3 Betriebsgebundene Auszahlungen
6.2.4 Sonstige Zahlungen
6.3 Einzahlungen
6.4 Annuität der Jahresgesamtzahlungen
6.5 Rechnerische Randbedingungen
6.6 Ergebnisse der Annuitätsmethode
6.6.1 Ergebnis der Ausgangslage
6.6.2 Ergebnis der Variante 1
6.6.3 Ergebnis der Variante 2
6.6.4 Ergebnis der Variante 3
6.7 Bewertung

7 Fazit

Literaturverzeichnis

Kurzfassung

Ist es ein Widerspruch, wenn höhere Investitionen in zukunftsweisende Gebäudetechniken investiert werden, dies auch gleichzeitig zu niedrigeren verbrauchsgebundenen Kosten führt? Ist ein Gebäude mit einfacher Gebäudetechnik auch das Wirtschaftlich günstigere?

In dieser Diplomarbeit wird durch eine Annuitätsrechnung gezeigt, dass höhere Investitionen in die Gebäudetechnik nicht gleich zu setzen sind mit höheren Annuitätskosten im Jahr.

Untersucht wurde die Wirtschaftlichkeit der bestehenden Ausgangsvariante mit drei neu ausgearbeiteten Varianten mit wechselnder Ausstattung bei der Gebäudetechnik. Die Varianten haben zum Ziel, weniger Heiz- und Kühlenergie und elektrischen Strom als die Ausgangslage zu benötigen. Zudem wird durch die Wahl anderer Erzeugungsarten und dem Einsatz einer Wärmerückgewinnung Energie eingespart. Besonders in Zeiten steigender Energiekosten und Rohstoffverknappung wird der Einsatz moderner Gebäudetechnik immer wichtiger.

Anhand der Annuitätsrechnung konnte belegt werden, dass die Variante, die die größte positive Abweichung bei den Investitionskosten zur Ausgangslage besitzt, die Lösung ist, welche die geringsten jährlichen Annuitätszahlungen verursacht.

Abstract

Is it a contradiction if higher investments into state of the art building engineering lead to lower consumption-bound costs at the same time? Is a building with simple building engineering also economically more favourable?

In this thesis it is shown with the help of an annuity calculation that higher investments into building engineering should not be directly correlated with higher annuity costs over the year.

The economics of the existing output variant were examined together with three newly defined variants of changed equipment in building engineering. The variants are defined as to lead to less heating, cooling and electric power requirements than in the initial outset. Furthermore, energy is saved by choosing an alternative generation and a heat recovery system. Particularly at times of rising energy costs and commodity shortages the employment of modern building engineering becomes ever more important.

On basis of the annuity calculation it could be proven that the variant with the largest positive deviation of investment costs to the initial costs is also the solution with the lowest resulting annuity payments.

Abbildungsverzeichnis

Bild 3.1-1: Lageplan Bavaria St. Pauli Brauerei Gelände mit Bavaria Office

Bild 3.2-2: Computergrafik des Bavaria Office

Bild 3.3-1: Übersicht der Verlegung der thermoaktiven Bauteile

Bild 3.3-2: Querschnitt eines Zellenbüros

Bild 3.3-3: Querschnitt eines Großraumbüros mit abgehängter Decke

Bild 4.1-1: Operative Raumtemperatur nach DIN 1946-2

Bild 4.1-2: Simulierte Zellenbüros mit hohen externen thermischen Lasten

Bild 4.1-3: Simulierte Großraumbüros mit hohen externen thermischen Lasten

Bild 4.2-1: Zellenbüro Süd-West

Bild 4.2-2: Zellenbüro Süd-Ost

Bild 4.2-3: Zellenbüro Nord-Ost

Bild 4.2-4: Operative Raumlufttemperaturen während einer Extremwetterperiode

Bild 4.2-5: Kühlleistung des thermoaktiven Bauteils

Bild 4.2-6: Großraumbüros Bereich A und B

Bild 4.4-1: Faktoren des menschlichen Wohlbefindens

Bild 4.4-2: Leistungsfähigkeit des Menschen

Bild 5.2-1: Büroraumschnitt der Variante 1

Bild 5.2-2: Büroraumschnitt der Variante 2

Bild 5.2-3: Büroraumschnitt der Variante 3

Bild 6.2-1: Barwert der Ersatzbeschaffungen

Bild 6.7-1: Investitionskosten

Bild 6.7-2: Aufteilung der Annuitätskosten

Bild 6.7-3: Gesamtannuität

Tabellenverzeichnis

Tabelle 5.1-1: Ausgangslage Bavaria Office

Tabelle 5.2-2: Variante 1- Erhöhte Wärmedämmung

Tabelle 5.2-3: Variante 2 - Passivbürohaus

Tabelle 5.2-4: Variante 3 – Passive Kühlung

Tabelle 6.2-1: Beispiele für Kostengruppen und Kostenarten

Tabelle 6.5-1: Ausgeführte Anlagenkomponenten

Tabelle 6.6-1: Investitionskosten Ausgangslage

Tabelle 6.6-2: Jahres-Heizwärmebedarf der Ausgangslage

Tabelle 6.6-3: Gesamtannuität Ausgangslage

Tabelle 6.6-4: Investitionskosten Variante 1

Tabelle 6.6-5: Jahres-Heizwärmebedarf der Varianten

Tabelle 6.6-6: Gesamtannuität Variante 1

Tabelle 6.6-7: Investitionskosten Variante 2

Tabelle 6.6-8: Gesamtannuität Variante 2

Tabelle 6.6-9: Investitionskosten Variante 3

Tabelle 6.6-10: Gesamtannuität Variante 3

Formelzeichen und Abkürzungen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Heutzutage ist es für Bauherren und Projektentwickler immer wichtiger, Gebäude zu entwickeln, die einen hohen Nutzerkomfort bei geringem Energieverbrauch bieten. Eine gute Wärmedämmung der Fassade, passive Kühlung und optimierte Tageslichtnutzung werden als einige der Erfolgsfaktoren angesehen. Welchen Einfluss hat der Einsatz moderner, zukunftweisender Gebäudetechnik auf die Wirtschaftlichkeit von Bürogebäuden und auf den Nutzerkomfort? Wie können zukunftsfähige Gebäudekonzepte unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit umgesetzt werden?

Am Beispiel des Bürogebäudes Bavaria Office in Hamburg wurde in Kooperation mit HSH Real Estate AG untersucht, welche Möglichkeiten zur Energieeinsparung durch gebäudetechnischen Anlagen bestehen. Höhere Investitions- und Betriebskosten für die technische Gebäudeausrüstung sind nicht gleich zu setzen mit einer höheren Arbeitsplatzqualität. Durch eine Wirtschaftlichkeitsanalyse wird gezeigt, welche Alternativen in Zukunft für vergleichbare Neubauprojekte angewendet werden können. Die Wirtschaftlichkeit eines Gebäudes definiert sich nicht nur aus den Investitions- und Betriebskosten, sondern auch durch die Produktivität der Nutzer, welche durch das Wohlbefinden und den Nutzerkomfort bestimmt wird.

Als Ausgangsbasis für die Analyse wurde die technische Gebäudeausrüstung des Bavaria Office angesetzt und mit Hilfe der Dokumentation zu den Simulationen der Stand der technischen Gebäudeausrüstung definiert. Untersucht wurden Zellenbüros, Großraumbüros und Besprechungsräume. Die aktuellen Herstellkosten und die Kosten für die alternativen Varianten der technischen Gebäudeausrüstung wurden von den gleichen Planungsbüros kalkuliert. Dies gewährleistet eine hohe Vergleichbarkeit der verschiedenen Varianten in der Wirtschaftlichkeitsanalyse.

2 Handlungsbedarf

Im Wohnungsbau finden Niedrigenergiehäuser immer mehr Zuspruch bei interessierten Käufern und Mietern.

Dies hat sich bisher noch wenig auf den Nichtwohnungsbau übertragen. Bei einem Anteil bis zu 25 % an den Betriebskosten für Raumkonditionierungsanlagen ist hier ein Umdenken erforderlich. Durch den Einsatz von Fachkräften schon in der Konzept- und Entwurfsphase, lässt sich ein minimaler Energie- und Technikeinsatz erzielen.

Für die Vermarktungsfähigkeit ist das Wohlbefinden der Mieter und Nutzer ein relevanter Faktor. Die Möglichkeit selbst in das Raumklima einzugreifen, das Fenster zu öffnen oder den Sollwert der Heizung einzustellen , ist für das Wohlempfinden der Nutzer von entscheidender Bedeutung. Für den thermischen Komfort im Winter spielt die Verteilung der Wärme durch Strahlung und Konvektion eine wichtige Rolle. In der Übergangszeit und im Sommer bilden größere interne Wärmequellen eine Herausforderung zur Abführung der Lasten.

Die sich in regelmäßigen Abständen ändernde Gesetzeslage ist ein weiterer wichtiger Grund, Gebäude mit geringem Energieverbrauch zu entwickeln und zu bauen. Die neue DIN V 18599 [1] berücksichtigt das Energiebilanzverfahren der Kühlung der Räume bei Nichtwohngebäuden. Wenn der Stromverbrauch, welcher zum Beispiel bei Wärmepumpen zum Einsatz kommt in die gesetzlichen Vorgaben mit einbezogen wird, wird das die zukünftigen Planungen der HLK-Anlagen maßgeblich bestimmen.

3 Allgemeine Objektbeschreibung

3.1 Allgemein

3.1.1 Standort

Das Gebäude befindet sich auf dem ehemaligen Grundstück der Bavaria St. Pauli Brauerei. Das 30.000 m² große, ehemalige Gewerbegrundstück liegt oberhalb der Landungsbrücken auf einem Geländeplateau. Dort entsteht derzeit ein Stadtquartier mit Bürogebäuden, Wohnungen und einem Hotel.

Auf dem Grundstück nimmt das Gebäude eine zentrale Position ein: Im Westen schließt das Gebäude direkt an den Gebrüder Wolff Quartiersplatz. Im Süden befindet sich eine zweite Platzfläche. Im Osten schließt das Gebäude an den auf seine historische Achse zurück verlegten Zirkusweg an, auf dessen gegenüberliegender Straßenseite ebenfalls ein modernes Bürogebäude (Atlantic Haus) errichtet wird. Im Norden schließt ein neu zu errichtendes Wohngebäude die Quartiersentwicklung ab.

Das Gebäude öffnet sich über 2 doppelgeschossige Foyers. Die Eingänge werden zentral über die südliche Freifläche und an der nordöstlichen Gebäudespitze erschlossen. [2]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 3.1-1: Lageplan Bavaria St. Pauli Brauerei Gelände mit Bavaria Office [2]

3.2 Gebäude

3.2.1 Konzeption

Das Gebäude bildet mit dem anschließenden Wohnungsbau einen Gesamtblock, entlang der Hopfenstraße, dem Zirkusweg, und dem Gebrüder Wolff-Platz.

Das Bürogebäude zieht sich vom Kreuzungsbereich Hopfenstraße / Zirkusweg bis zum Gebrüder Wolff-Platz. Der Hauptbaukörper, entlang des Zirkusweges und des südlichen Platzes, ist achtgeschossig ausgeführt. Es stehen insgesamt 12.400 m² oberirdischer BGF zur Verfügung. [2]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 3.2-2: Computergrafik des Bavaria Office [2]

Entlang des Gebrüder Wolff-Platzes, als Überleitung zur angrenzenden Wohnbebauung, reduziert sich der Gebäudekörper in der Höhe auf fünf Geschosse. Bedingt durch die Geometrie des Gesamtgrundrisses ergeben sich unterschiedliche Gebäudetiefen und Verschneidungen der einzelnen Baukörper. Die Grundrisse bieten neben der Zweibundanlage auch Möglichkeiten alternativer Nutzungen zu den klassischen Büroteilungen. Drei Untergeschosse zur Aufnahme der Technikräume sowie zur Nutzung als dreigeschossige Tiefgarage sind vorgesehen. [2]

Das geplante Gebäude soll vorwiegend als Bürogebäude genutzt werden. Im Erdgeschoss sind Einzelhandelsflächen und Gastronomie vorgesehen, die hier weiter keine Beachtung finden. Die innere Erschließung zu den Büroflächen erfolgt über zwei Eingangshallen mit Hauptzugang vom südlichen Platz sowie vom Zirkusweg. Von den Eingangshallen führen Treppenhäuser, jeweils mit zwei Aufzügen ausgestattet, in die Obergeschosse. Die Positionierung der Erschließungskerne berücksichtigt die Flexibilität der Vermietungsstrukturen. [2]

3.2.2 Regelgeschosse

Die Bürogeschosse haben eine Bruttogeschossfläche von 11201 m². Sie können durch die konsequente Zweibund- teilweise auch Dreibundanordnung geteilt werden und bieten eine ökonomische Ausnutzung der Geschoßflächen und des Bauvolumens. Die Regeltiefen reichen von 12,50 m bis 15,00 m. Das Raster der Fensterachsen beträgt 1,35 m. Die Flächenstrukturen mit variablen Raumtiefen ermöglichen Einheiten von ca. 400 m² bis 1.470 m² pro Etage. Darüber hinaus sind individuelle Raumplanungen, die über klassische Zellen- oder Gruppenbüros hinausgehen möglich. Das moderne Tragwerkprinzip der unterzugslosen Decken mit zurückgesetzten Stützen im Ausbauraster lässt bei einer Geschoßhöhe von ca. 3,375 m lichte Raumhöhen von ca. 2,93 m zu und ermöglicht somit größtmögliche Flexibilität in der Büronutzung. [2]

3.2.3 Fassade

Die Fassade wird in Glasfaserbeton ausgeführt. Das Gebäude besitzt eine Fassade mit horizontal liegenden Fensterbändern. Aufgrund von thermischen Gebäudesimulationen [3] und des Energiebedarfsausweises [4] wurden Sonnenschutzisoliergläser gewählt. Das Gebäude wird durch die großen, ca. 60 % verglasten Flächen der Außenhülle von der Sonne mit natürlichem Licht durchflutet. Je nach mieterspezifischer Raumstruktur der einzelnen Einheiten kann der Einsatz an künstlicher Beleuchtung auf ein Minimum reduziert werden. [2]

Die Konstruktion ist durchgängig in thermisch getrennter Bauweise aufgebaut. Die Fensterbänder, Aluminiumkonstruktion, erhalten im Wechsel feststehende Verglasungen und Öffnungsflügel. Als Verglasung gelangt Multifunktionsglas entsprechend den gesetzlichen Bestimmungen zur Ausführung, wobei der sommerliche und winterliche Wärmeschutz sowie die entsprechenden Schallschutzanforderungen berücksichtigt werden. Der geforderte Brandüberschlag gemäß HBauO [5] wird durch die massiven Brüstungsbänder sichergestellt. Die Brüstungsbänder werden in Stahlbeton mit entsprechendem Vollwärmeschutz ausgeführt und erhalten eine Brüstungsverkleidung in Faserbeton. Alle Bürofenster erhalten außen liegenden, elektrisch betriebenen Sonnenschutz, der in Gruppen steuerbar ist. Bei einer Globalstrahlung auf die entsprechende Fassadenausrichtung von > 180 W/m² wird der Sonnenschutz geschlossen. Alle Fenster können mieterseitig zusätzlich mit einem Blendschutz ausgestattet werden. [2]

Für die Fassade ergeben sich folgende Randbedingungen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Nach DIN 4108-4 [6] Tabelle 8 und 9 ergibt sich ein Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensters von U w = 1,6 W/(m²K).

Brüstungsbänder: Stahlbeton mit Vollwärmeschutz und einer Brüstungsverkleidung

in Faserbeton, U b = 0,33 W/(m²K)

Sonnenschutz: Außen liegender Sonnenschutz als Lamellenbehang mit einem

Abminderungsfaktor von Fc = 0,4 entsprechend DIN 4108-2 [7]

3.3 Technische Gebäudeausrüstung

3.3.1 Heizung

Die Beheizung der Büroräume erfolgt mit Plattenradiatoren / Konvektorheizkörpern vor den Fensterflächen in einer Regelanordnung zur Ermöglichung eines flexiblen Innenausbaus. Sonstige Räume, die gemäß Wärmebedarfsberechnung zu beheizen sind, erhalten Plattenheizkörper. Die Heizungsanlage wird zentral über eine außentemperaturabhängige Steuerung und in den Räumen über Thermostatventile geregelt. Die Wärmeversorgung erfolgt aus dem Hamburger Fernwärmenetz. [2]

3.3.2 Lüftung

Das Gebäude soll weitestgehend natürlich belüftet werden. Die Mietflächen werden durch die Fenster gelüftet. [2]

Für innen liegende Bereiche, wie WC’s und Teeküchen, ist eine mechanische Entlüftung vorgesehen. In den Besprechungsräumen mit geringem Fensteranteil ist optional eine Be- und Entlüftungsanlage geplant. Jeweils ein Raum je Mieteinheit ist für die EDV (Serverraum) vorgesehen und für den Einsatz von Umluftkühlern vorbereitet. [2]

3.3.3 Kälte

Das Gebäude erhält eine unterstützende Kühlung durch ein thermoaktives Bauteil in den Decken der Regelgeschosse. Bild 3.3-1 gibt die Verlegung der Rohrregister des thermoaktiven Bauteils am Beispiel eines Regelgeschosses wieder.

Die Leistung des thermoaktiven Bauteils ist auf 45 W/m² aktive Deckenfläche ausgelegt. Bei einem Belegungsgrad von ca. 66 % beträgt die resultierende Kühlleistung 30 W/m² Deckenfläche. Die Systemtemperaturen sind mit Vorlauf J VL = 17 °C und Rücklauf J RL = 20 °C festgelegt. [3]

Zur Kälteerzeugung sind zwei Kältemaschinen auf dem Dach des 7.OG’s geplant. Eine Kältemaschine ist für die Serverräume und die RLT-Anlagen vorgesehen, die zweite Kältemaschine versorgt die thermoaktiven Bauteile. Die Kälteleistung für die thermoaktiven Bauteile wird nur in den Nachtstunden benötigt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kälte für die RLT-Anlagen nicht benötigt. Die überschüssige Leistung wird dann in den Kältekreis für das thermoaktive Bauteil eingespeist. [3]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 3.3-1: Übersicht der Verlegung der thermoaktiven Bauteile [2]

Damit die thermoaktiven Bauteile ihre volle Kühlleistung entfalten können, sind in den Büroräumen keine abgehängten Decken vorgesehen. Bei Großräumen kann optional eine abgehängte Decke nachgerüstet werden. Hierbei handelt es sich um eine abgehängte Decke in Streifenform, die deutlich weniger Deckenfläche (nur max. 33 %) als ein Deckensegel besitzt, aber die gleichen akustischen Eigenschaften bietet. Laut einer Simulation eines Herstellers der erwähnten abgehängten Decke wird die Kühlleistung der thermoaktiven Bauteile nur geringfügig beeinflusst. In der Simulation wurde auch ein Vergleich zu einem Deckensegel untersucht. Aufgrund der geringeren Kühlleistung des Deckensegels herrschen bei dieser Lösung deutlich höhere Temperaturen im Raum.

Bild 3.3-2 zeigt einen Raumquerschnitt durch ein Zellenbüro. Bild 3.3-3 zeigt einen Raumquerschnitt durch ein Großraumbüro mit der oben erwähnten abgehängten Decke.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 3.3-2: Querschnitt eines Zellenbüros

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 3.3-3: Querschnitt eines Großraumbüros mit abgehängter Decke

4 Ausgangslage

4.1 Simulation

4.1.1 Einleitung und Zielsetzung

Für das Neubauprojekt Bavaria Office wurde eine thermische Simulation durchgeführt. Durch die thermische Simulation der Büroraumtypen und der geografischen Ausrichtung wurde der Ausbaustandard für die technische Gebäudeausrüstung des Neubauprojekts definiert. Auszüge und Ergebnisse aus der thermischen Gebäudesimulation [3] werden weiter unten aufgeführt.

4.1.2 Sommerliche Behaglichkeit und Rechtslage

Randbedingungen für die Simulation stammen aus den Normen DIN 4108-2 [7] und der DIN 1946-2 [8], welche heute nicht mehr gültig sind. Die Simulation fand im Jahr 2005 statt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 4.1-1: Operative Raumtemperatur nach DIN 1946-2 [8]

Zur Beurteilung des sommerlichen Komforts eines Büroraums wurde die Anzahl der Überhitzungsstunden ermittelt. Als Überhitzungsstunde wird ein Zeitraum bezeichnet, bei dem die operative Raumtemperatur die Grenz-Raumtemperatur von 26 °C überschreitet. [3]

Die DIN 4108-2 [7] enthält einen Passus wonach ein prozentualer Anteil von 10 % Überhitzungsstunden (> 26 °C für Hamburg) während der Nutzungszeit (10 h/d von Montag bis Freitag, demnach 260 h/a) zulässig ist. Die für Gebäude mit raumlufttechnischen Anlagen geltende DIN 1946-2 [8] besagt, dass die operative Raumtemperatur maximal 26 °C betragen darf. Bei Außentemperaturen von 29 °C bis 32 °C steigt die zulässige Raumtemperatur auf 27 °C an. Die Arbeitsstättenverordnung [11] verlangt, dass die Raumtemperatur in Arbeitsräumen 26 °C nicht überschreiten soll. [3]

4.1.3 Vorgehensweise bei der thermischen Gebäudesimulation

Als Simulationsprogramm wurde die thermische Gebäudesimulation TRNSYS lite 3.0 eingesetzt. Mit dem Programm wurde ein 1-Zonen Modell einer thermischen Zone (z.B.: Zellenbüro) erstellt. Es wurden insgesamt drei Zellenbüros und zwei Großraumbüros mit besonders hohen externen Lasten simuliert. Die geometrischen Daten wurden Anhand der Bilder 4.1-1 und 4.1-2 für die zwei genannten Büroraumtypen ermittelt. Die Randbedingungen für die technische Gebäudeausrüstung und die inneren Wärmegewinne wurden mit der HSH Real Estate AG abgestimmt. [3]

4.1.4 Wetter

Das thermische Verhalten der drei Zellenbüros und der zwei Großraumbüros wurde mit dem für Hamburg gültigen Wetterdatensatz TRY 3 des Deutschen Wetterdienstes laut DIN 4710 [12] simuliert und die jährliche Temperaturstatistiken der operativen Raumtemperaturen ermittelt. Zusätzlich wurde die maximale operative Raumtemperatur für eine zweiwöchige Extremwetterperiode mit täglichen Außenlufttemperaturen bis 31 °C und einer Globalstrahlung von 860 W/m² in Anlehnung an die VDI 2078 [13] ermittelt. [3]

In der Realität können die gemessenen Temperaturen erheblich von den simulierten Werten abweichen. Die Simulation kann daher nur Aussagen zu den relativen Auswirkungen verschiedener Maßnahmen zum sommerlichen Wärmeschutz machen, jedoch keine Prognose zu den sich tatsächlich einstellenden Temperaturen in den Räumen. [3]

4.1.5 Geometrie der Büroräume

Die in Bild 4.1-1 markierten Zellenbüros wurden simuliert. Die Räume weisen jeweils zwei Fassaden mit unterschiedlichen Ausrichtungen und folglich besonders hohen externen Lasten auf. Im Folgenden werden die Zellenbüroräume in Anlehnung an deren Ausrichtung Zellenbüro SW, Zellenbüro SO und Zellenbüro NO genannt. [3]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 4.1-2: Simulierte Zellenbüros mit hohen externen thermischen Lasten

Zellenbüros sind in Deutschland die am weitesten verbreiteten Bürokonzepte. Für die Untersuchung der Großraumbüros wurden die Räume gemäß dem Bild 4.1-2 ausgewählt und werden nachfolgend mit Großraum A und Großraum B benannt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 4.1-3: Simulierte Großraumbüros mit hohen externen thermischen Lasten

Die Flächen und Volumina sowie die Kennwerte der Hüllflächen der drei Zellenbüros können dem Anhang entnommen werden. Die Außenwände des Gebäudes sind massiv und mit 12 cm Wärmedämmung der Wärmeleitfähigkeitsgruppe (WLG) 040 gedämmt. Der Fensterflächenanteil liegt bei der Fassade bei ca. 60 %. Die Innenwände der Büros wurden als leichte Gipskartonwände mit Wärmedämmung ausgeführt. Die Böden bzw. Decken wurden als Stahlbetondecken mit Hohlraumboden simuliert. Als Verglasung wurden Sonnenschutzisoliergläser des Typ 66/34 verbaut. [3]

4.1.6 Innere thermische Lasten

Die Nutzungszeit der Büros wurde mit 10 Stunden in der Zeit von 8.00 Uhr bis 18.00 Uhr angesetzt. In Anlehnung an die DIN 1946-2 [8] wurde ein Aktivitätsgrad 2 (körperlich nicht tätig) und eine sensible Wärmeleistung von 75 W pro Person angesetzt. [3] Zu der neuen gültigen Norm DIN EN 13779 [9] gibt es zur sensiblen Wärmeleistung und der Tätigkeit keine Veränderung. Die nachfolgenden Werte für die Zellenbüros und die Großraumbüros bewegen sich im gültigen Rahmen der neuen DIN EN 13779 [9].

Für die Zellenbüros wurden folgende Bedingungen zu Grunde gelegt:

Belegung: 12 m² pro Person á 75 W/Person

EDV-Ausstattung: 1 PC Arbeitsplatz je Person á 230 W

Dies ergibt für Zellenbüros interne Lasten von ca. 25,4 W/m².

Bei den Großraumbüros wurden folgende Bedingungen zu Grunde gelegt:

Belegung: 8 m² pro Person á 75 W/Person

EDV-Ausstattung: 1 PC Arbeitsplatz je Person á 230 W

Abgehängte De>4.1.7 Betriebsführung

Die Heizung ist vom 1. September bis 30. April in Betrieb. Die Solltemperatur der Raumluft beträgt von Montag bis Freitag von 7.00 Uhr bis 22.00 Uhr 23 °C. Aufgrund des hohen Fensterflächenanteils des Gebäudes muss die Raumlufttemperatur relativ hoch eingestellt werden, um eine operative Raumtemperatur von größer 20 °C auch bei niedrigen Außenlufttemperaturen zu erreichen. Außerhalb des genannten Zeitraums beträgt die Raumsolltemperatur 15 °C. Die Büros werden Werktags von 8.00 Uhr bis 18.00 Uhr über die Fenster belüftet. Da keine weiteren Angaben vorhanden sind, wurde bei der Simulation entsprechend der DIN 1946-2 [8] von einem Außenluftvolumenstrom von 4 m³/(m²h) ausgegangen, was bei einer lichten Raumhöhe von 2,95 m einem Luftwechsel von 1,35 h-1 entspricht. Die Zulufttemperatur und Zuluftfeuchte entspricht den Außenluftbedingungen. Außerhalb der Nutzungszeit wurde von einem Infiltrationsluftwechsel von 0,3 h-1 ausgegangen. [3]

4.1.8 Weitere Simulationsrandbedingungen

Aufgrund von Schallschutzmaßnahmen in den Großraumbüros wurde eine Simulation mit abgehängter Decke durchgeführt. Hierbei handelt es sich um eine abgehängte Decke mit einem sehr hohen Metallanteil. Diese abgehängte Decke soll den Wirkungsgrad des thermoaktiven Bauteils nur geringfügig verschlechtern.

Für die Simulation der Raumtemperaturen wurde davon ausgegangen, dass das verlegte thermoaktive Bauteil in der Deckenmitte ausschließlich zur Kühlung eingesetzt wird. Der Rohrachsenabstand beträgt 150 mm, der Außendurchmesser 16 mm und die Wandstärke 2 mm. Das thermoaktive Bauteil wurde mit einer 70 %igen Belegung in den Betondecken installiert. Aufgrund von Behinderungen, wie zum Beispiel Schallschutzmaßnahmen wurde in der Simulation jedoch nur mit 50 % Belegungsfläche gerechnet. Das thermoaktive Bauteil wurde ab einer über 24 Stunden gemittelten Außenlufttemperatur von über 15 °C mit einer Vorlauftemperatur von 18 °C und einem Massenstrom von 15 kg/(hm²) in Betrieb genommen. [3]

4.2 Simulationsergebnisse

4.2.1 Auswertung der Ergebnisse

Der thermische Komfort in den Büroräumen wurde anhand der jährlichen Temperaturstatistik der operativen Raumtemperatur beurteilt. In Intervallen von 2 K wurde die Anzahl der Stunden mit den entsprechenden Temperaturen ermittelt. Liegen die Temperaturen unterhalb des Komfortbereichs, sind die entsprechenden Balken blau, liegen die Temperaturen oberhalb des Komfortbereichs sind die Balken gelb, orange bzw. rot. Nach Vorgabe der HSH Real Estate AG, durften die operativen Raumtemperaturen maximal 5 % der Nutzungszeit über 26 °C liegen. In den folgenden Balkendiagrammen ist die 5 %-Grenze durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet, welche bei 2470 h/a (2600 h/a – 130 h/a) verläuft. Das bedeutet, dass keine Balken der Farben Gelb, Orange oder Rot, unterhalb dieser gestrichelten Linie liegen dürfen. Denn dann würden mehr als 5 % der Nutzungszeit in den Bereichen von über 26 °C liegen.

Die zu den verschieden farbigen Balken korrespondierende Anzahl der Stunden und dem Temperaturbereich ist in der Tabelle unter dem Balkendiagramm aufgeführt. Zusätzlich wurde die maximale operative Raumtemperatur (J max) während einer zweiwöchigen Extremwetterperiode entsprechend VDI 2078 [13] ermittelt. Die Simulationsvarianten sind entsprechend der Verglasung und deren Kennwerte sowie der Kühlung bezeichnet. Die Bezeichnung SSV 66/34 BKT 50 % bezieht sich auf die Simulation der Variante mit einer Sonnenschutzverglasung (t = 66 %; g = 34 %) und einer rechnerisch 50 %igen Fläche des thermoaktiven Bauteils. [3]

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