Table Of ContentNachhaltig optimierte Gebäude
Gerhard Girmscheid • David Lunze
Nachhaltig optimierte
Gebäude
Energetischer Baukasten, Leistungsbündel
und Life-Cycle-Leistungsangebote
1 C
Gerhard Girmscheid David Lunze
ETH Zürich ETH Zürich
Institut für Bau- und Institut für Bau- und
Infrastrukturmanagement Infrastrukturmanagement
Wolfgang-Pauli-Str. 15 Wolfgang-Pauli-Str. 15
8093 Zürich 8093 Zürich
Schweiz Schweiz
[email protected] [email protected]
ISBN 978-3-642-13852-2 e-ISBN 978-3-642-13853-9
DOI 10.1007/978-3-642-13853-9
Springer Heidelberg Dordrecht London New York
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Vorwort
Dieses Buch möchte Bauherren, Investoren aber auch Planern und Unternehmen
der Bauwirtschaft aufzeigen, dass Nachhaltigkeit unabdingbar zur Sicherung der
langfristigen Rendite und Werterhaltung von Immobilien ist.
Der heutige Neubau bzw. die Erneuerung und Instandsetzung bestehender Ge-
bäude bestimmen die Kosten und Rendite in den nächsten 30 bis 50 Jahren.
Der erste grosse Engpass an Rohstoffen mit weitreichenden Folgen für unsere
Kultur- und Wirtschaftsgesellschaften wird bei den fossilen Energieträgern auftre-
ten.
Der globale Bedarf an Energieträgern steigt z. B. aufgrund:
(cid:120) weltweiten Bevölkerungswachstums,
(cid:120) Steigerung der globalen Produktion,
(cid:120) Erhöhung der Ansprüche an Wohn- und Arbeitskomfort sowie
(cid:120) Steigerung der individuellen Mobilität.
Gleichzeitig stehen nur begrenzt Vorräte an fossilen Energieträgern zur Verfü-
gung, die darüber hinaus von einer Minderheit der Weltbevölkerung kontrolliert
werden. Ferner werden Energieträger und Rohstoffe als Spekulationsobjekte an
den Finanzmärkten gehandelt, wodurch der Preis auch von finanzwirtschaftlichen
und politischen Faktoren beeinflusst werden kann.
Die Diskrepanz zwischen steigender Nachfrage und sinkendem Angebot führt
zu massiven Preissteigerungen auf dem Energie- und Rohstoffmarkt. Dies mani-
festiert sich insbesondere am Rohölpreis, der sich beispielsweise zwischen den
Jahren 1997 und 2007 um mehr als das 5-fache gesteigert hat. Bei zunehmender
Verknappung wird er in Zukunft sogar exponentiell ansteigen.
Neben den ökologischen Aspekten sind es vor allem die wirtschaftlichen As-
pekte, die Bauherren und Nutzer zu einem Umdenken im Umgang mit fossilen
Energieträgern anregen. Bei der Analyse der Lebenszykluskosten von Gebäuden
werden die Betriebskosten in der Nutzungsphase und hier insbesondere die Kosten
für Nutzenergieträger als massgebliche Kostentreiber identifiziert.
Heute werden z. B. in der Schweiz ca. 45 % der fossilen Energie für die
Raumwärme und 6 % fürs Warmwasser verbraucht. Bei exponentiell steigenden
Energiepreisen in den nächsten 30 Jahren wird die Nutzung des Immobilienparks
mit einem solchem Verbrauch für immer weniger Menschen finanziell möglich
sein. Dabei sind die volkswirtschaftlichen Auswirkungen noch nicht berücksich-
tigt. Diese Energie ist zudem endgültig verloren, weil sie weder regenerativ noch
recyclebar ist.
Mit dem Ziel, die Lebenszykluskosten von Gebäuden langfristig nachhaltig zu
optimieren und verlässlich kalkulierbar zu machen, fordern Bauherren und Nutzer
deshalb einen Paradigmenwechsel. Dieser Paradigmenwechsel zielt darauf ab,
V I Vorwort
dass Gebäude nicht mehr unter dem Gesichtspunkt ihrer initialen Investitionskos-
ten, sondern mit Blick auf die Gesamtlebenszykluskosten optimiert werden. Dabei
werden zwei wesentliche Ziele angestrebt:
(cid:120) Lebenszyklusorientierung:
Im Rahmen der Lebenszyklusorientierung werden alle Phasen (Planung, Erstel-
lung, Nutzung / Betrieb und Rückbau) des Lebenszyklus eines Gebäudes be-
rücksichtigt. Ziel ist es, das Gebäude hinsichtlich seiner Gesamtlebenszyklus-
kosten (bzw. hinsichtlich einer vereinbarten Lebenszyklusperiode) zu
optimieren.
(cid:120) Gewerkeübergreifende Gesamtoptimierung:
Um zu einer echter Lebenszyklusorientierung eines Gebäudes zu gelangen, ist
die gewerkeübergreifende Optimierung der baulichen Anlagen durch die Zu-
sammenarbeit der Schlüsselplaner und -unternehmen notwendig. Ziel ist es, die
Fragmentierung der Bauprozesse zu Gunsten der Freisetzung möglicher Syner-
giepotentiale zu überwinden und das Gebäude so zu einem Gesamtoptimum zu
führen.
Als proaktive Antwort der Schweizer Bauwirtschaft entwickelt das Institut für
Bauplanung und Baubetrieb der ETH Zürich im Rahmen des von Girmscheid
entwickelten Forschungsansatzes Systemanbieter Bau (SysBau®) in einem von
der KTI (staatliche Förderagentur für Innovationen der Schweiz) geförderten For-
schungsprojekt zusammen mit namhaften Unternehmen der Schweizer Bauwirt-
schaft ein Geschäftsmodell für ein Lebenszyklusleistungsangebot im Hochbau. Im
Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde der im vorliegenden Buch beschriebe-
ne energietechnische Modulbaukasten als potentielles Gestaltungskonzept für
energetische Lebenszyklusleistungsangebote (LC-Leistungsangebote) im Hochbau
zusammengestellt. Ferner werden Konzepte vorgestellt, wie diese Module inter-
agieren und integriert werden müssen, um ein nachhaltiges, energetisch und nut-
zungsoptimiertes Gebäude zu gestalten. Darauf aufbauend können Leistungsanbie-
ter den Bauherren und Investoren ihre innovativen, projektspezifischen und
lebenszyklusorientierten Lösungen anbieten.
Zürich, im März 2010 Prof. Dr.-Ing. Gerhard Girmscheid
Dipl.-Ing. David Lunze
Benutzerhinweise
Für eine schnelle Übersicht sollen die wichtigsten Inhalte und Ziele der Hauptka-
pitel kurz angegeben werden.
Kapitel 1:
Das Ziel ist es, die wichtigsten Randbedingungen der zukünftigen Entwicklung
aufzuzeigen, die die Nachhaltigkeit von Gebäuden beeinflussen.
Kapitel 2:
Das Ziel dieses Kapitels ist es, die wichtigsten Kundensegmente aufzuzeigen, die
an der Einführung von lebenszyklusorientierten Gebäuden und Leistungsangebo-
ten interessiert sind.
Kapitel 3:
Das Ziel dieses Kapitels ist es, deutlich zu machen, dass ein Paradigmenwechsel
von der Investitionskostenbetrachtung hin zu einer Lebenszyklusbetrachtung und
den damit einhergehenden Leistungsangeboten in Phasen entwickelt und angebo-
ten werden muss. Die Anbieter solcher Leistungen müssen Erfahrungen gewinnen,
um Risiken zu erfassen und einzugrenzen.
Kapitel 4:
Das Ziel dieses Kapitels ist es, die Kostentreiber eines Gebäudes zu identifizieren.
Besonderer Wert wird auf das Verständnis gelegt, dass die retrospektiven Ener-
giekosten keine solide Entscheidungsgrundlage für eine prospektive Lebenszyk-
luskostenanalyse sind, da man heute davon ausgehen muss, dass diese nicht weiter
relativ linear, sondern exponentiell ansteigen werden.
Kapitel 5:
Das Ziel dieses Kapitels ist es, die internationalen Standards zur Bewertung nach-
haltiger Gebäude aufzuzeigen. Ferner werden der Modul- und Teilsystemaufbau
eines potentiellen LC-Leistungsangebots sowie Ansätze zur notwendigen energe-
tischen Optimierung vorgestellt.
Kapitel 6:
Das Ziel dieses Kapitels ist es, einen Baukasten mit seinen Modulen und Teilsys-
temen vorzustellen, der für eine nachhaltige lebenszyklusorientierte Gebäudeop-
timierung notwendig ist bzw. genutzt werden kann. Dieses Kapitel stellt den Kern
möglicher LC-Leistungen bzw. LC-Leistungsangebote dar.
Kapitel 7:
Das Ziel dieses Kapitels ist es, die Abhängigkeit der einzelnen Gebäudeteilsyste-
me und ihrer Module untereinander bei einer Optimierung sowie die Synergiepo-
VII I Haftungsausschluss
tentiale der interagierenden Teilsysteme und Module im Gebäudesystem aufzuzei-
gen.
Dazu werden verschiedene potentielle Entwicklungsstufen von LC-
Leistungsangeboten mit den wichtigsten Elementen (4P) eines entsprechenden
Marketing-Mixes für LC-Leistungsangebote dargelegt.
Kapitel 8:
Das Ziel dieses Kapitels ist es, ein LC-Kostenanalysetool als Entscheidungsin-
strument vorzustellen.
Kapitel 9:
Das Ziel dieses Kapitels ist es, eine Kurzzusammenfassung zu geben, wie man zu
einer nachhaltigen Gestaltung des Gebäudeparks gelangt.
Haftungsausschluss
Die Angaben in diesem Buch wurden nach bestem Wissen und Gewissen erstellt,
allerdings übernimmt der Autor keine Gewähr für die Aktualität, Korrektheit,
Vollständigkeit oder sonstige Qualität der bereitgestellten Informationen. Haf-
tungsansprüche gegen den Autor, die sich auf Schäden materieller oder ideeller
Art beziehen, die durch die Nutzung oder Nichtnutzung fehlerhafter und/oder un-
vollständiger Informationen verursacht wurden, sind grundsätzlich ausgeschlos-
sen, sofern seitens des Autors kein nachweislich vorsätzliches oder grob fahrlässi-
ges Verschulden vorliegt.
Inhaltsverzeichnis
1(cid:3) Einleitung .............................................................................................. 1(cid:3)
1.1(cid:3) Herausforderung an eine nachhaltige Zukunft ....................................... 1(cid:3)
1.2(cid:3) Umfeldveränderung in der Bauwirtschaft .............................................. 3(cid:3)
1.3(cid:3) Herausforderung für Immobilienbesitzer und die Bauwirtschaft ........... 4(cid:3)
1.4(cid:3) Ziel des Buches ...................................................................................... 6(cid:3)
2(cid:3) Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot - Potentielle
Zielkunden ............................................................................................ 7(cid:3)
3(cid:3) Marktphasen von systemgeschäftlichen LC-Leistungsangeboten . 13(cid:3)
3.1(cid:3) Einführungsphase ................................................................................. 15(cid:3)
3.2(cid:3) Wachstumsphase .................................................................................. 17(cid:3)
3.3(cid:3) Reifephase ............................................................................................ 20(cid:3)
3.4(cid:3) Degenerationsphase ............................................................................. 21(cid:3)
3.5(cid:3) Zusammenfassung ................................................................................ 22(cid:3)
4(cid:3) LC-Kostentreiber von Gebäuden ..................................................... 23(cid:3)
4.1(cid:3) Konzeption des Nachweises ................................................................. 23(cid:3)
4.2(cid:3) Cashflow / Kostenstrukturplan zur Erfassung der
Lebenszyklusausgaben bzw. -kosten.................................................... 25(cid:3)
4.3(cid:3) Annuitätenmodell ................................................................................. 28(cid:3)
4.4(cid:3) Abhängigkeit der LC-Kosten vom Gebäudetyp und der Nutzungsart . 34(cid:3)
4.5(cid:3) Datenlage zur Ermittlung der Lebenszykluskosten von Gebäuden ...... 35(cid:3)
4.6(cid:3) Nutzungskosten von Bürogebäuden ..................................................... 40(cid:3)
4.7(cid:3) Massgebliche Betriebskosten und ihre Unterkostengruppen ............... 77(cid:3)
4.8(cid:3) Ziele und Gründe zur energetischen Optimierung von Gebäuden ....... 80(cid:3)
4.9(cid:3) Zusammenfassung ................................................................................ 84(cid:3)
5(cid:3) Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Systemkonzeption
nachhaltiger Gebäude ........................................................................ 87(cid:3)
5.1(cid:3) Internationale Standards zur Bewertung nachhaltiger, energetisch
optimierter Gebäude ............................................................................. 88(cid:3)
5.2(cid:3) Konzeption eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots .......... 92(cid:3)
5.3(cid:3) Strategische Ansätze zur Ressourcenoptimierung von Gebäuden ....... 97(cid:3)
6(cid:3) Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle
Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte
Gebäudeoptimierung ....................................................................... 101(cid:3)
X Inhaltsverzeichnis
6.1(cid:3) Energetisch passives Gebäudeteilsystem ........................................... 101(cid:3)
6.1.1(cid:3) Modul Fassade .......................................................................... 101(cid:3)
6.1.2(cid:3) Modul Bauteilaktivierung ......................................................... 111(cid:3)
6.2(cid:3) Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung .......... 113(cid:3)
6.2.1(cid:3) Modul fossile Energienutzung zur Wärmebereitstellung .......... 118(cid:3)
6.2.2(cid:3) Modul thermische Solarenergienutzung zur Wärmebereitstellung120(cid:3)
6.2.3(cid:3) Modul Geothermie zur Wärmebereitstellung ............................ 125(cid:3)
6.2.4(cid:3) Modul Biomasse ....................................................................... 131(cid:3)
6.2.5(cid:3) Vergleichende Betrachtung der Energieeffizienz und
Nachhaltigkeit von Energieträgern zur Wärmegewinnung ....... 136(cid:3)
6.2.6(cid:3) Exemplarische Lebenszykluskostenanalyse von HKL-Anlagen
zur Wärmebereitstellung ........................................................... 138(cid:3)
6.3(cid:3) Teilsystem elektrische Energie (ELT) ............................................... 150(cid:3)
6.3.1(cid:3) Modul Wärme-Kraft-Koppelung – Polygeneration................... 150(cid:3)
6.3.2(cid:3) Modul photovoltaische Solarenergienutzung ............................ 153(cid:3)
6.3.3(cid:3) Modul Beleuchtung ................................................................... 158(cid:3)
6.3.4(cid:3) Modul Gebäudesteuerung und -automation .............................. 161(cid:3)
6.4(cid:3) Teilsystem Wasserver- und -entsorgung ............................................ 163(cid:3)
6.4.1(cid:3) Modul Trinkwassernutzung ...................................................... 163(cid:3)
6.4.2(cid:3) Modul Regen- / Grauwassernutzung ......................................... 164(cid:3)
6.4.3(cid:3) Modul technische Wassersparmassnahmen .............................. 166(cid:3)
6.5(cid:3) Teilsystem Ausbau ............................................................................. 167(cid:3)
6.5.1(cid:3) Modul flexible Wand- und Bodensysteme ................................ 168(cid:3)
6.5.2(cid:3) Modul flexible Gebäudetechnik ................................................ 169(cid:3)
6.5.3(cid:3) Modul Boden- und Innenwandbeläge ....................................... 170(cid:3)
6.6(cid:3) Teilsystem Arbeits- und Nutzungsinfrastrukturen ............................. 171(cid:3)
6.6.1(cid:3) Modul EDV-Anlage .................................................................. 171(cid:3)
6.6.2(cid:3) Modul Telekommunikationsanlage ........................................... 172(cid:3)
7(cid:3) LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der
integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines
systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots ................................. 173(cid:3)
7.1(cid:3) Synergiepotentiale der Gebäudehülle ................................................ 174(cid:3)
7.2(cid:3) Synergiepotentiale der HKL-Anlage ................................................. 179(cid:3)
7.3(cid:3) Synergiepotentiale des elektrischen Teilsystems ............................... 183(cid:3)
7.4(cid:3) Synergiepotentiale der Wasserver- und -entsorgung ......................... 187(cid:3)
7.5(cid:3) Kooperativer Ansatz der Leistungsangebotsentwicklung .................. 188(cid:3)
7.6(cid:3) Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „TU-Leistung und
nachhaltiges Energy-Contracting“ – Kooperationsentwicklungsstufe
KES 1 ................................................................................................. 193(cid:3)
7.6.1(cid:3) Beschreibung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
„TU-Leistung und nachhaltiges Energy-Contracting“ (P –
Product) ..................................................................................... 193(cid:3)
7.6.2(cid:3) Nutzen für den Kunden ............................................................. 198(cid:3)
Inhaltsverzeichnis XI
7.6.3(cid:3) Preisgestaltung (P – Price) ........................................................ 200(cid:3)
7.6.4(cid:3) Akquisitionsförderung (P – Promotion) .................................... 201(cid:3)
7.6.5(cid:3) Marktpräsenz (P – Placing) ....................................................... 201(cid:3)
7.6.6(cid:3) Nutzen für die Kooperation ....................................................... 202(cid:3)
7.6.7(cid:3) Projektabwicklung ..................................................................... 203(cid:3)
7.7(cid:3) Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ –
Kooperationsentwicklungsstufe KES 2 .............................................. 204(cid:3)
7.7.1(cid:3) Beschreibung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
„2000-Watt-Gebäude“ (P – Product) ........................................ 204(cid:3)
7.7.2(cid:3) Nutzen für den Kunden ............................................................. 208(cid:3)
7.7.3(cid:3) Preisgestaltung (P – Price) ........................................................ 210(cid:3)
7.7.4(cid:3) Akquisitionsförderung (P – Promotion) .................................... 215(cid:3)
7.7.5(cid:3) Marktpräsenz (P – Placing) ....................................................... 216(cid:3)
7.7.6(cid:3) Nutzen für die Kooperation ....................................................... 216(cid:3)
7.7.7(cid:3) Projektabwicklung ..................................................................... 218(cid:3)
7.8(cid:3) Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „Value Gebäude“ –
Kooperationsentwicklungsstufe KES 3 .............................................. 224(cid:3)
7.8.1(cid:3) Beschreibung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
„Value Gebäude“ (P – Product) ................................................ 224(cid:3)
7.8.2(cid:3) Nutzen für den Kunden ............................................................. 225(cid:3)
7.8.3(cid:3) Preisgestaltung (P – Price) ........................................................ 226(cid:3)
7.8.4(cid:3) Akquisitionsförderung (P – Promotion) .................................... 227(cid:3)
7.8.5(cid:3) Marktpräsenz (P – Placing) ....................................................... 227(cid:3)
7.8.6(cid:3) Nutzen für die Kooperation ....................................................... 228(cid:3)
7.8.7(cid:3) Projektabwicklung ..................................................................... 229(cid:3)
8(cid:3) LC-Leistungsbündel – Entscheidungsinstrument LC-
Kostenanalyse ................................................................................... 231(cid:3)
8.1(cid:3) Einleitung ........................................................................................... 231(cid:3)
8.2(cid:3) Lösungsansatz für LC-Kostenanalyse ................................................ 232(cid:3)
8.3(cid:3) Systemkonfiguration des LC-NPV-Modells ...................................... 234(cid:3)
8.4(cid:3) LC-NPV-ModeII ................................................................................ 236(cid:3)
8.5(cid:3) Ein- und Ausgabenansätze ................................................................. 237(cid:3)
8.6(cid:3) Diskontierung und Teuerungsindex ................................................... 241(cid:3)
8.7(cid:3) Probabilistischer Lebenszyklusansatz ................................................ 244(cid:3)
8.8(cid:3) Ergebnisqualität ................................................................................. 254(cid:3)
8.9(cid:3) Formelzeichenverzeichnis .................................................................. 254(cid:3)
9(cid:3) Fazit ................................................................................................... 259(cid:3)
Literaturverzeichnis .......................................................................................... 271(cid:3)
Abbildungsverzeichnis ...................................................................................... 279(cid:3)