Erstellung einer Bewertungsmatrix derzeitiger Einsetzbarkeit innovativer Technologien und Strategien für die FUTUREbase

Gebäude verbrauchen global gesehen ca. 44 % der Gesamtprimärenergie und zählen damit neben Verkehr, Industrie und Landwirtschaft zu den größten CO2 Emittenten und somit zu den wichtigsten Verursachern des Klimawandels. Ökologische, ökonomische und politische Gründe sprechen dafür, den Energieverbrauch von Gebäuden zu verringern. In dieser Arbeit sollen acht Technologien für ein konkretes Bauvorhaben (FUTUREbase) in Wien Floridsdorf untersucht und die Ergebnisse in einer Bewertungsmatrix dargestellt werden. Erklärtes Ziel ist, dass die FUTUREbase den Status eines Plusenergiegebäudes erreicht. Untersucht werden Technologien und Strategien für natürliche Lüftung, multifunktionale Fassadensysteme, Einbindung von Kleinwindkraftanlagen, Pflanzeneinbindung zur Raumluftbefeuchtung, zentrale IT-Lösungen zur Verringerung der internen Lasten, wetterprognosegesteuerte Regelung und bodengebundene Kühlsysteme. Weiters soll ein Ausblick auf bionische Ansätze für Fassaden angeboten werden. Die Recherchen haben gezeigt, dass Technologien für natürliche Lüftung ein hohes Einsparpotenzial aufweisen. Mechanische Lüftungssysteme zählen zu den größten Energieverbrauchern eines Gebäudes. Vor allem in den Übergangszeiten könnte auf mechanische Lüftung gänzlich verzichtet und so nahezu die Hälfte der Lüftungsenergie eingespart werden. Multifunktionale Fassadensysteme können verschiedene Aufgaben erfüllen, zB Energieerzeugung (PV, Solarthermie), natürliche Lüftung (Klappen, Fenster), mechanische Lüftung (dezentral) oder Verschattung. Energieeinsparpotenziale sind lediglich bei natürlicher Lüftung und Verschattung gegeben. Dezentrale mechanische Lüftung scheint aufgrund höheren Energieverbrauches und hohen Wartungsaufwandes keine sinnvolle Technologie für die FUTUREbase zu sein. Bei Kleinwindkraft muss darauf geachtet werden, dass Photovoltaikflächen auf der FUTUREbase oder ENERGYbase nicht verschattet werden und es weder zu Vibrationen, Lichtflackern oder Geräuschentwicklungen kommt, die die Nutzer der umliegenden Gebäude stören könnten. Raumluftbefeuchtung durch Pflanzeneinbindung ist durch verschiedene Lösungen möglich, zum einen können zentrale Pflanzenpuffer als Feuchtegeneratoren dienen zu anderen kann einfache Innenraumbegrünung durchgeführt werden. Pflanzenpuffer benötigen hohen Ventilationsaufwand, was sich negativ auf die Energiebilanz auswirken könnte. Sie sind allerdings im Vergleich zu Innenraumbegrünung leichter steuer- und regulierbar. Zentrale IT-Lösungen mit Thin Clients oder Notebook-Systeme können bis zu 72 % des Wärmeeintrags in die Büros einsparen helfen. Thin Clients können nicht überall angewendet werden, dies stellt allerdings in so ferne kein großes Problem dar, da Mischlösungen mit PCs, Notebooks und Thin Clients durchaus üblich und technisch unproblematisch sind. Wetterprognosegesteuerte Regelung stellt ein äußerst komplexes System verschiedenster Disziplinen dar, da meteorologische Daten, Software, Haustechnik, Simulation und Gebäudeleitsystem aufeinander treffen und aufeinander abgestimmt werden müssen. Zur hohen Komplexität kommt noch hinzu, dass lediglich bei schwerer Bauweise und relativ inflexiblen Verschattungssystemen ein begrenztes Energieeinsparpotenzial besteht. Unter bodengebundener Kühlung im engeren Sinn werden in dieser Arbeit Green Roofs und Vegetation um das Gebäude verstanden. Beide Ansätze verbessern das Mikroklima um das Gebäude und können helfen, Kühlenergie einzusparen. Für die FUTUREbase wird die Anlage intensiver Vegetation aufgrund von Platzmangel nicht möglich sein. Green Roofs stehen in Platzkonkurrenz mit etwaigen Photovoltaikmodulen, die für die Energieerzeugung benötigt werden. Im Gebäudebereich gibt es bisher kaum marktfähige Produkte, die der Bionik entsprungen sind. In dieser Arbeit sollen Forschungsfelder aufgezeigt werden, die zurzeit von Universitäten oder anderen Organisationen bearbeitet werden, die zukünftig zu von der Natur inspirierten Produkten führen könnten. Die Bewertungsmatrix zu guter Letzt soll die Eignung der verschiedenen Technologien für die FUTUREbase dokumentieren. Als Bewertungskriterien werden das Energie-erzeugungspotenzial, das Energieeinsparpotenzial, die Umsetzbarkeit für die FUTUREbase, die Multiplikationsfähigkeit der Technologie und die Einfachheit des Systems herangezogen. Dabei wird im Hinblick auf den Technologiefokus auf Energie für die Kriterien Energieerzeugung und Energieeinsparpotenzial die doppelte Punktezahl vergeben. Die Bewertungsmatrix zeigt deutlich, dass vor allem von den untersuchten Technologien der Einsatz von natürlicher Lüftung und zentrale IT-Lösungen das Potenzial besitzen, einen wesentlichen Beitrag dafür zu leisten, dass die FUTUREbase den Status einen Plusenergiegebäudes erreichen kann. Die Technologie mit dem geringsten Potenzial stellt die prognosegesteuerte Regelung dar. Buildings account for approx. 44 % of the total consumption of primary energy and belong together with traffic, industry and agriculture to the largest CO2 emission sources globally. Therefore buildings contribute considerably to the green house effect. There are ecological, economical and political reasons for efforts to reduce the energy consumption of buildings. Eight innovative technologies shall be described and assessed in this paper for a current building project in Vienna. The results are summarized in an evaluation matrix. The real estate called FUTUREbase is supposed to be a plus energy building. Discussed technologies are natural ventilation, multifunctional facade systems, urban wind energy, plants for humidification of the in-room air, central IT-solutions to minimize internal heat gains, predictive control and soil cooling. Furthermore an outlook in biomimetics of energy related research or projects in this field should be discussed. Research showed that natural ventilation has a significant energy savings potential. Mechanical ventilation accounts for a large amount of the energy consumed in a building, with natural ventilation during seasonal transition periods (spring and automn) almost the half of the energy for ventilation could be saved. Multifunctional facades can fulfill a number of tasks, e.g. production of energy (PV, solar heat), natural ventilation (shutter or windows), peripheral mechanical ventilation or shading. Energy savings can mainly be gained from natural ventilation or shading. Peripheral mechanical ventilation uses more energy than central one and is very demanding in maintenance and therefore does not seem to be an appropriate solution for the FUTUREbase. If urban wind units are used it has to be considered that neither PV-modules of the FUTUREbase nor those of the ENERGYbase are shaded. Furthermore it must be ensured that there are no vibrations, flickering or noise disturbing users from the neighbouring buildings or from the FUTUREbase itself. There are at least two ways to use plants for humidification of the air in buildings. The first one is to use a plant buffer as it is used in the ENERGYbase, the second one is greening of building (office) space. Plant buffers act as humidity generators which can be easily controlled, however a lot of ventilation is necessary in order to avoid condensation. This fact has a negative impact on the energy balance of a building. Central IT-solutions with thin clients or notebook systems can save up to 72 % of heat gains through IT-devices in offices saving a lot of cooling energy. Thin clients are not applicable for every task, however, this is not a big issue because mixed solutions of thin clients, PCs and notebooks are common practise. Predictive control represents a very complex system with a variety of disciplines. Meteorology, software, building equipment, simulation technology and building management system need to be integrated into one control system. Given the very complex systems the expected energy savings are quite limited, only for heavy building technique and buildings with inflexible adjustable shading systems a modest energy savings potential is given. In this paper soil cooling in the narrower sense is described as vegetation zones around a building or as green roofs. These measures do have an impact on the microclimate of the surroundings of a building. In case PV modulesare used on the top of the building green roofs can not be applied because the space is needed. At the location of the FUTUREbase there is not much space left for vegetation zones. If it comes to buildings there is not much products which were derived from biomimicry. This paper should offer an outlook in which areas research is ongoing and for which application nature inspired products could be available in the future. The evaluation matrix at the end of this paper is supposed to show which technology could be suitable for the construction of the FUTUREbase. Assessment criteria are the potential for energy production, the potential for energy savings, the feasibility for the FUTUREbase, the ability for applying the technology to other projects and the simplicity of a technology. Given the energy focus of this paper the criteria energy production and energy savings can be awarded with doubled points. The evaluation matrix clearly shows that natural ventilation and central IT-solutions fit best for the FUTUREbase. Especially these two methods can contribute significantly to reaching the goal of creating a plus energy building. The research showed that predictive control is not the technology which should be prioritised because the energy savings potential is limited and complexity is high.