Von Michael Krödel
Am 1. November 2020 tritt das GEG (Gebäude-Energie-Gesetz) in Kraft. Darin sind sowohl die energetischen Anforderungen an Gebäude in Deutschland sowie die Berechnungsverfahren festgelegt. Für Nichtwohngebäude, wie Büros, Verwaltungsgebäude, Einkaufszentren etc., sind die Berechnungsverfahren der DIN V 18599 „Energetische Bewertung von Gebäuden“ anzuwenden. Das gilt ebenso für Wohngebäude, obwohl bis Ende 2023 noch Ausnahmen für ungekühlte Wohngebäude zulässig sind. Bereits die erste Version der DIN V 18599 berücksichtigte die Einflüsse von Gebäudezustand und Anlagentechnik. Um den Auswirkungen der Gebäudeautomation Rechnung zu tragen, wurde die Norm im Dezember 2011 um den Teil 11 „Gebäudeautomation“ ergänzt. Der in diesen 11. Teil geflossene Inhalt stammt größtenteils aus der Europanorm EN 15232 „Energieeffizienz von Gebäuden“.
Berücksichtigung der EPBD im GEG
Wie die Übersichtsgrafik zeigt, stammen die wesentlichen Anforderungen des GEG aus der EU-Richtlinie EPBD (Energy Performance of Buildings Directive). Zur Zeit der ersten Entwürfe des GEG galt die EPBD aus dem Jahr 2010, in der nur ein geringer Anspruch an die Gebäudeautomation enthalten war. Obwohl die EPBD 2018 überarbeitet und insbesondere der Anspruch an die Automation deutlich erhöht wurde, bleibt es beim ersten GEG zunächst bei wenig Konsequenz für die Gebäudeautomation.
Der wesentlichste Unterschied zwischen GEG und der früheren Energie-Einsparverordnung (EnEV) in Bezug auf die Gebäudeautomation ist, dass im GEG nun auch für Wohngebäude der Automationsgrad erfasst und zur Berechnung des Energieausweises verwendet wird. Bisher war das nur für Nicht-Wohngebäude der Fall. Das heißt, wer Wohngebäude mit Smart-Home-Funktionen, zum Beispiel für Heizung, Lüftung oder Verschattung ausstattet, erhält dies bei der Erstellung des Energieausweises positiv angerechnet und somit einen „besseren“ Energieausweis.
Automationsgrad im Energieausweis berücksichtigen
Dabei muss beachtet werden, dass die Software zur Erstellung des Energieausweises Fragen zum Automationsgrad stellt. Aus einer Studie der Technischen Hochschule Rosenheim von 2019 ergab sich, dass viele Softwareprogramme diese Fragen nicht enthalten. Bei der Auswahl des Programms zur Erstellung des Energieausweises sollte somit darauf geachtet werden, dass beispielsweise Aspekte wie „präsenzbasierte Raumtemperaturregelung und kommunikative Anbindung“, „bedarfsgeführte Vorlauftemperaturregelung“, „bedarfsgeführte Lüftungsregelung“ (zum Beispiel auf Basis der Luftqualität) oder auch „zentrales technisches Gebäudemanagement“, wie Sollwerte, Zeitpläne und Regelparameter aller TGA-Komponenten, abgefragt werden. Nur wenn der Automationsgrad erfasst wird, kann er positiv berücksichtigt werden!
Regelung und Steuerung in EPBD 2018
Nun wurde die EPBD im Jahr 2018 novelliert. Wer sich mit dieser Version befasst, wird über die Intensität der Anforderungen an die Gebäudeautomation überrascht sein. Die EPBD 2018 richtet den Fokus explizit auf die Regelung und Steuerung. Standen in den letzten Jahren eher Gebäudehülle und die Wahl beziehungsweise die Auslegung von Anlagentechnik im Mittelpunkt, so hat man offensichtlich einen starken Nachholbedarf in Sachen Regelung und Steuerung erkannt. Für das GEG gilt somit, dass dies wohl in einer nächsten Überarbeitung nachgebessert wird. Immerhin gilt die EPBD 2018 rechtsverbindlich für alle Mitgliedsstaaten und somit auch für Deutschland. Es ist offensichtlich nur eine Frage der Zeit, bis sich auch die erweiterten Anforderungen an die Automation in der deutschen Rechtsprechung wiederfinden. Realistisch, so übereinstimmend einige Aussagen, wird dies nach der nächsten Bundestagswahl 2021 beziehungsweise der darauffolgenden Legislaturperiode erfolgen. Somit lohnt sich schon jetzt ein Blick in die Anforderungen der 2018er Version der EPBD.
Hintergrund der Überarbeitung der EPBD ist das Ziel der EU einer Entwicklung von „nachhaltigen, wettbewerbsfähigen, sicheren und dekarbonisierten Energiesystemen“. Dabei sollen die Treibhausemissionen bereits bis 2030 um mindestens 40 Prozent im Vergleich zu 1990 gesenkt werden. Zurzeit wird allerdings über einen neuen Vorschlag der EU-Kommission debattiert, der eine Minderung der Emissionen bis 2030 um 50 bis 55 Prozent vorsieht. EU-Parlament und Rat positionieren sich gerade dazu mit dem Ziel, bis Ende 2020 eine Einigung zu erzielen.
Neu in der EPBD 2018 ist auch ein Querverweis auf das Pariser Klimaschutzabkommen von 2015 und das Bestreben, mit der aktuellen EPBD zur Erreichung der dort getroffenen Vereinbarungen beizutragen. Zusätzlich zu den klimapolitischen Rahmenbedingungen führt die EPBD daher die Abhängigkeit von Energieimporten auf. So wird argumentiert, dass für jedes Prozent an eingesparter Energie die Gaseinfuhren um 2,6 Prozent verringert werden können. Eine Senkung des Energiebedarfs von Gebäuden hat in Konsequenz eine ganz signifikante Bedeutung für die Energieunabhängigkeit der EU und parallel ein hohes Potenzial für die Schaffung von Arbeitsplätzen.
Anforderungen an die Gebäudeautomation
Wie bereits erwähnt, wird in der EPBD 2018 deutlich betont, dass sich Maßnahmen zur Verbesserung der Gesamtenergieeffizienz von Gebäude nicht nur auf die Gebäudehülle konzentrieren sollen. Es wurde offensichtlich erkannt, dass in Bezug auf die Gebäudephysik bereits gute Fortschritte erzielt wurden und sich Nachholbedarf von Maßnahmen auf andere Aspekte beziehen muss. In diesem Zusammenhang wird deutlich empfohlen, die Installation von „selbstregulierenden Einrichtungen“ für die Einzelraum-Temperaturregelung in Betracht zu ziehen. Interessant ist eine Empfehlung, dass ein wirtschaftlicher Einsatz dann wahrscheinlich ist, wenn die Kosten dafür weniger als zehn Prozent der Gesamtkosten des betroffenen Gewerks (Wortlaut der EPBD: „des ersetzten Wärmeerzeugers“) betragen.
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Im weiteren Umfeld betont die EPBD 2018 die Digitalisierung der Energiesysteme und somit auch die Digitalisierung des Gebäudesektors. Es wird davon ausgegangen, dass durch den zusätzlichen Ausbau an Kommunikationsnetzen die Gebäudetechnik vermehrt an solche angeschlossen wird. Der Anspruch an die Automation ist somit, diese „intelligenter“ und kommunikativer auszuführen. Nur so können genaue Informationen über den Energieverbrauch einzelner Gewerke oder Systeme bereitgestellt und beachtet werden. Diese Anforderungen in der EPBD stärken somit sehr deutlich den Aspekt des Monitorings, das wiederum nur durch einen flächendeckenden Einsatz von Sensoren und deren Anbindung an übergeordnete Steuerungen und Monitoring-Systeme möglich ist.
Insbesondere in Bezug auf Heizungs-, Klima- und Lüftungsanlagen wird betont, dass die tatsächliche Energieeffizienz nur durch regelmäßige Monitoring-Werte beurteilt werden kann, da sich Betriebsbedingungen dynamisch verändern. Für Anlagen mit mehr als 290 kW Leistung wird gefordert, diese bis 2025 mit entsprechenden Gebäudeautomationssystemen auszurüsten. Auch ist aufgeführt, dass sich die Einführung von Gebäudeautomation und elektronische Überwachung als wirksamer und in großen Gebäuden kosteneffizientester Ersatz für Inspektionen erwiesen hat und ein großes Potenzial birgt, sowohl Verbrauchern als auch Unternehmen Energieeinsparungen in erheblichem Umfang zu bieten. Die bisherige Untergrenze für verpflichtende Inspektionen wurde von 12 kW auf 70 kW hochgesetzt, um bei kleineren Anlagen die Überwachung in elektronischer Form zu motivieren. Als Richtwert wird aufgeführt, dass sich entsprechende Investitionen in weniger als drei Jahren amortisieren können.
Der Smart Readiness Indicator (SRI)
Die EPBD 2018 erhebt den Anspruch, dass sich Gebäude „intelligent“ an den Bedarf durch die Nutzer anpassen. Aus diesem Grund wurde der Intelligenzfähigkeitsindikator SRI (Smart Readiness Indicator) als Messgröße vorgeschlagen. Der SRI soll zeigen, wie gut ein Gebäude in Bezug auf technologische Ausrüstungsmerkmale wie intelligente Zähler oder Automationssysteme auf ein dekarbonisiertes, erneuerbares Energiesystem vorbereitet ist und dabei auch seine Gesamtenergieeffizienz verbessert.
Konkret hat die EU-Kommission ein Bewertungsschema inklusive Definition und Methodik der Berechnung des SRI erarbeitet und Entwürfe für eine Delegierte Verordnung und für eine Durchführungsverordnung vorgelegt. Die Durchführungsverordnung befindet sich noch bis Anfang September im Umlaufverfahren. Die Verabschiedung der Delegierten Verordnung wird noch in diesem Jahr erwartet. Danach ist es an den nationalen Regierungen der Mitgliedstaaten, darüber zu entscheiden, ob und in welcher konkreten Form der SRI auf nationaler Ebene umgesetzt wird.
Erste Vorschläge zur Ermittlung dieses Indikators sind bereits öffentlich verfügbar (https://smartreadinessindicator.eu). Wer sich die zur Ermittlung des Indikators verfügbaren Excel-Dateien ansieht (service catalogues), erkennt, dass die meisten Fragen auf den Anforderungen der EN 15232 beruhen.
Ladeinfrastruktur für Elektromobilität
Neben der Automation werden einige Anforderungen an Gebäude hinsichtlich der Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge erhoben. Während in der EPBD 2010 das Stichwort „E-Mobilität“ kein einziges Mal erwähnt wurde, finden sich diesbezüglich in der EPBD 2018 eine Reihe von Anforderungen.
Der Hintergrund ist plausibel: E-Fahrzeuge müssen regelmäßig geladen werden können. Sinnvollerweise erfolgt das dort, wo E-Fahrzeuge länger stehen – also in Garagen, Car-Ports, auf Stellflächen privater und geschäftlich genutzter Gebäude oder in Parkhäusern. Zusätzlich muss es ausreichend Möglichkeiten für die sogenannte „Zwischendurch-Ladung“ geben. Das sind Orte mit begrenzten Standzeiten, wie auf Parkplätzen in innerstädtischen Bereichen oder Einkaufszentren. Das größte Problem hierbei ist weniger die bereitzustellende Leistung, sondern der Stromtransport. Die meisten derzeit verlegten elektrischen Netze sind nicht für die hohen Ladeleistungen ausgelegt, die E-Fahrzeuge benötigen. Insbesondere dort, wo sich mehrere Ladestationen auf engem Raum befinden, muss die zur Verfügung stehende Ladeleistung auf die aktiven Ladestationen dynamisch aufgeteilt werden. Dies kann nur mit einem sogenannten Lastmanagement erfolgen – entweder ein separates IT-System oder eine zusätzliche Funktion eines BMS (Building Management System). So oder so sind die Anforderungen an entsprechende Steuerungen und der Bereitstellung der erforderlichen intelligenten Ladeinfrastruktur unübersehbar und die EPBD 2018 schenkt diesem Aspekt entsprechende Beachtung.
So werden Gebäude als „Hebel“ für die Entwicklung der notwendigen Infrastruktur für das intelligente Aufladen von E-Fahrzeugen bezeichnet. Auch werden E-Fahrzeuge per se als wichtiger Bestandteil des Übergangs zu sauberer Energie und somit dem wichtigen Beitrag zu den Zielen hinsichtlich Klimapolitik und Energieunabhängigkeit gesehen. Hierzu hat die Bundesregierung (BMWi und BMI) bereits Anfang 2020 einen Referentenentwurf für ein Gesetz zum Aufbau einer gebäudeintegrierten Lade- und Leitungsinfrastruktur für die Elektromobilität (GEIG) vorgelegt. Mit dem Gesetz sollen die Vorgaben aus der EPBD 2028 zum Ausbau der nötigen Infrastruktur für die Elektromobilität in Gebäuden umgesetzt werden. Das Gesetz befindet sich aktuell im parlamentarischen Verfahren und soll voraussichtlich im Herbst 2020 verabschiedet werden.
Wichtig bei Neubau und Modernisierung
Um die Anforderungen an die Automation zu erfüllen, wie sie aktuell in der EPBD und später über zukünftige Verschärfungen des GEG gefordert werden, sollten bei Baumaßnahmen einige Aspekte in Bezug auf die Infrastruktur bereits bei der Planung berücksichtigt werden. Besonderes Augenmerk sollte auf die Sensoren und Aktoren und dessen Kommunikationsfähigkeit gelegt werden. Eine Nachrüstung ist wirtschaftlich in der Regel kaum vertretbar. In der folgenden Aufstellung sind die Anforderungen an die Automation zusammengestellt (auch in Tabellenform als PDF verfügbar)
Anforderung der EPBD
„Kommunikationsfähigkeit“
Anforderungen an Sensoren und Aktoren der Gebäudeautomation
Diese Anforderung erfordert flexible aber leistungsfähige Protokolle für die Kommunikation zwischen Sensoren, Aktoren und Steuerungen. Dabei sollte zur Vermeidung von unnötiger Komplexität die Anzahl an Protokollen möglichst reduziert werden. Basierend darauf lässt sich der Anspruch an möglichst genormte und gleichzeitig in Bezug auf die Anwendung (z.B. Heizung, Kühlung, Lüftung, Verschattung, Beleuchtung, Monitoring und Visualisierung) vielseitige Protokolle ableiten.
Anforderung der EPBD
„Installation von selbstregulierenden Einrichtungen“
Anforderungen an Sensoren und Aktoren der Gebäudeautomation
Regelkreise benötigen Sensoren. Dabei müssen diese dort installiert werden können, wo die gewünschten Messwerte am besten aufzunehmen sind – und nicht da, wo man am besten mit einem Kabel hinkommt. Ergänzend zu kabelgebundenen Sensoren sind funkbasierte Sensoren von Vorteil – dabei müssen diese sicher und zuverlässig übertragen und sollten möglichst wartungsarm bzw. komplett wartungsfrei sein. Aber auch beim Einsatz von kabelgebundenen Komponenten ist die Nutzung von kommunikativen Komponenten sinnvoll.
Anforderung der EPBD
„Intelligentes Aufladen von Elektrofahrzeugen“
Anforderungen an Sensoren und Aktoren der Gebäudeautomation
Größtes Problem im Bereich der Ladestationen für E-Mobilität ist die Aufteilung von möglichen Ladeleistungen auf die aktiven Ladestationen. Hinzu kommt die Anforderung, möglichst viel Eigen-PV-Strom zu nutzen. Ein echt intelligentes Lastmanagement berücksichtigt u.a. Nutzungsmuster von Ladestationsbelegung, Personenanzahl im Gebäude und Ladestationsbelegung. Auch hier gilt, dass viele Sensoren flexibel positioniert werden müssen, wartungsarm oder gar wartungsfrei sein und über möglichst standardisierte Protokolle kommunizieren.
Anforderung der EPBD
„Intelligenzfähigkeitsindikator“
Anforderungen an Sensoren und Aktoren der Gebäudeautomation
Gebäude sollen intelligenter werden. Hier zeichnet sich ein Trend ab, deutlich mehr Messwerte als bisher zu erfassen. Während klassischerweise Taster, Temperatursensoren oder Bewegungsmelder installiert werden, werden in naher Zukunft auch Stuhlsensoren Auskunft über die Belegung geben oder iBeacons die punktgenaue Ortung im Gebäude ermöglichen und „locations based services“ unterstützen. Dieser Wandel von klassischen Gebäuden zu IoT-Buildings beginnt derzeit und noch gibt es dazu keine klaren Anforderungen an Art und Position der Sensoren. Flexibilität und Ortsveränderlichkeit sind also Schlüsselkriterien auf dem Weg zu echten „Smart Buildings“.
Michael Krödel ist Professor für Gebäudetechnik und -automation an der Hochschule Rosenheim und Leiter des Instituts für Gebäudetechnologie in Ottobrunn bei München
Tipps zur Vertiefung
Auf der Website des Instituts für Gebäudetechnologie finden Sie weitere Informationen rund um die Gebäudeautomation mit Hinweisen für Planung und Ausführung.
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