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Fenster- und Fassadenautomation im Einsatz Mehr Energieeffizienz durch natürliche Lüftung

Mehr Energieeffizienz - Minimax · Durch die intelligente Verknüpfung von Heizsystemen und kontrol-lierter natürlicher Lüftung wird ganzjährig ein behagliches Raumklima bei hoher

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Page 1: Mehr Energieeffizienz - Minimax · Durch die intelligente Verknüpfung von Heizsystemen und kontrol-lierter natürlicher Lüftung wird ganzjährig ein behagliches Raumklima bei hoher

Fenster- und Fassadenautomation im Einsatz

Mehr Energieeffizienzdurch natürliche Lüftung

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Künftig soll der Anteil erneuerbarer Energien bei der Stromgewinnung deutlich erhöht werden. Das ambitionierte Vorhaben kann nach An-sicht führender Wissenschaftler nur bei einer „dauerhaften Senkung des Energiebedarfs gelingen“. Es ist folglich zwingend erforderlich, vorhandene Sparpotentiale zu nutzen, was in vielen Lebensbereichen längst noch nicht der Fall ist.

Erhebliche Möglichkeiten, den Stromverbrauch nachhaltig zu senken, ergeben sich etwa beim Bau von Büro- und Verwaltungsgebäuden sowie Wohnungen. Doch höchst effiziente technische Lösungen, wie die kontrollierte natürliche Lüftung, werden nicht genügend berück-sichtigt, weil verbindliche Normen und Berechnungsverfahren fehlen – trotz erster wissenschaftlicher Studien.

„Die Energiewende stellt Politik, Wirtschaft, Wissenschaft und Technik vor große Herausforderungen. … Deshalb wird es umso wichtiger, Technologien zu erforschen, die Schwankungen ausgleichen können und noch umweltschonender zur Energiegewinnung beitragen.“ Bundesministerium für Bildung und Forschung

Potentiale erkennenHöhere Effizienz – entscheidendes Merkmal überzeugender Energiekonzepte

Im Auftrag des ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronik-industrie e.V. hat das Institut für Angewandte Forschung (IAF) an der Hochschule für Technik (HFT) in Stuttgart den Nutzen der kontrollierten natürlichen Lüftung für energieeffiziente Gebäude untersucht.

Die Leiterin des IAF, Prof. Dr. Ursula Eicker, warnt vor einer falschen Weichenstellung: „Aus Mangel an Planungsunterstützung werden ent-weder Außenluftdurchlässe für die freie Lüftung, vermehrt aber auch mechanische Lüftungsanlagen im Wohnungs- und Verwaltungsbau empfohlen. Die mechanische Lüftung erhöht jedoch den technischen Anlagenaufwand sowie die Stromkosten im Sommer.“

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„Low Tech ist High Tech: Wirklich zukunftsfähig sind heute nur noch Architekturen, die verstanden haben, wie mit weniger ein Mehr erreicht werden kann; wie mit weniger Technik, Material und Energieaufwand ein Plus an Kom-fort und Lebensgefühl erreicht wird.“ Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung

Innovationen nutzen

Bei detaillierter Planung ist Bauen keine Glückssache! Werden in der Vorbereitung alle Parameter gewissenhaft geprüft und entsprechend befolgt, dürfen sich Architekt und Bauherr über einen gelungenen Neu-bau oder eine erfolgreiche Modernisierung freuen. Die Investitionen werden den gesetzten Rahmen kaum überschreiten, und bei den Un-terhaltskosten sollte es keine Überraschungen geben.

Unverzichtbar ist eine gründliche Analyse der Energie-Bilanz eines Ob-jekts. Sie wirkt sich auf den Wert eines Gebäudes positiv aus. Und das nicht nur im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit, sondern auch bei der Verbesserung von Komfort und Behaglichkeit.

Intelligente Fenster- und Fassadentechnik zur kontrollierten natürlichen Lüftung

Neben Dämmung und Heizung ist vor allem die effiziente Lüftung entscheidend, um ein geeignetes Raumklima zu erzeugen und uner-wünschte Nebenwirkungen wie Feuchtigkeit und Schimmel zu ver-meiden. Hier setzen natürliche Lüftungssysteme neue Maßstäbe. Sie werden auch „kontrollierte natürliche Lüftung“ genannt. Sie nutzen die Außenluft direkt, verbessern das Raumklima nachhaltig und senken die Energiekosten.

Durch die Nutzung von frei zur Verfügung stehenden natürlichen Res-sourcen wird die Umwelt geschont. Der Ausstoß von Kohlendioxyd sinkt. Das hat weitreichende Konsequenzen, weil weltweit rund 50 Prozent al-ler Energien für die Klimatisierung von Gebäuden verwendet wird.

KostenInvestition Unterhalt

Art der Lüftung NutzenWärmeverlust Raumklima

ventilatorische Lüftung

hybride Lüftung

manuelle natürliche Lüftung

kontrollierte natürliche Lüftung

minimal

minimal

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Wo Menschen sich aufhalten, etwa in Büro-, Schul- und Wohngebäu-den, müssen Räume bedarfsgerecht mit Frischluft versorgt werden. Dafür sorgt die kontrollierte natürliche Lüftung, die Wetter und Tempe-ratur berücksichtigt. Sie kann mit Heizung, Kühlung und Sonnenschutz kombiniert werden. Alle Abläufe sind aufeinander abgestimmt und ori-entieren sich am Bedarf. Ziel ist ein optimales, energieeffizientes Raum-klima im gesamten Gebäude.

Kernelement ist das bedarfsgerecht motorisch betätigte Fenster, das von kaum sichtbaren Elektromotoren gelenkt wird. Es erlaubt einen ge-regelten Zufluss von Frischluft. Dabei wird jeder Raum miteinbezogen, da sich alle Fenster eines Gebäudes aufeinander abstimmen lassen.

Auf Ventilatoren und Lüftungsschächte kann verzichtet werden. Das drückt die Baukosten deutlich. Eine Studie der Hochschule Biberach belegt zudem, dass sich durch eine Gebäudesystemtechnik allein bei der Automatisierung der Lüftung bis zu 60 Prozent Energie einsparen lassen.

Natürliche Lüftung basiert auf Druckunterschieden. Präzise, motorisch betätigte Fenster nutzen diese und stellen wetterabhängig frische Luft und thermische Behaglichkeit zu allen Tages- und Nachtzeiten sicher. Der Vorteil ist offenkundig: Frischluft gelangt automatisch ins Innere und erneuert das Raumklima. Die verbrauchte Luft entweicht. Feuch-tigkeit kann sich nicht festsetzen. Schimmelbildung wird unterbunden.

Aus dem Baukasten der NaturKontrollierte natürliche Lüftung – ein Schritt zu mehr Komfort und Energieeffizienz

„Die Entstehung von Schimmelpilzen hängt eng mit den Temperatur‐ und Feuchtigkeitsverhältnissen in Innenräumen zusammen. Um ein schimmelfreies Raumklima zu schaffen und gleichzeitig Heizkosten zu sparen, ist neben einer guten Wärmedämmung ein bewusstes Verhalten beim Heizen und Lüften extrem wichtig.“ www.verbraucherzentrale.info

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Zwar lässt sich nicht jedes Gebäude so verwandeln, dass es kaum noch Energie verbraucht, doch jedes kann Energie effizienter nutzen. Schlüssel ist die intelligente Gebäudeautomation, bei der alle rele-vanten Systeme exakt ineinander greifen. Ein Herzstück ist die kon-trollierte natürliche Lüftung, weil sie die wichtigsten Komponenten verbindet und reguliert: die Innentemperatur und das Raumklima.

Elektrische Fensterantriebe ersetzen die Funktion der energieinten-siven ventilatorischen Lüftung: Nach Bedarf öffnen und schließen die Fensterantriebe Fassaden- und Dachfenster und regen die Luftzirku-lation an – bei geringstem Energieverbrauch.

Eine spezielle Verglasung oder Blendsysteme mindern starke Son-neneinstrahlung. Nachts wird kühlere Luft kontrolliert natürlich zuge-führt. Schon morgens bewegen sich die Nutzer in einer optimal tem-perierten und mit Sauerstoff angereicherten Atmosphäre.

Durch die intelligente Verknüpfung von Heizsystemen und kontrol-lierter natürlicher Lüftung wird ganzjährig ein behagliches Raumklima bei hoher Energieeffizienz sichergestellt.

Überzeugende TechnikDeutliche Vorteile durch Fenster- und Fassadenautomation

Fassade mit elektromotorischen Senkklappfenstern, Nottingham Emmanuel School in England.

„85 Prozent von 4.500 Befragten, die in Bürogebäuden arbeiten, wünschen sich, Einfluss auf das Raumklima nehmen zu können. Die von den Nutzern empfundene Möglichkeit, das Raumklima zu beeinflussen, ist in Gebäuden mit freier Lüftung deutlich höher als in Gebäuden mit raumlufttechnischen Anlagen.“Runa T. Hellwig, Professorin an der Hochschule Augsburg für Energie Effizienz Design, Fachgebiet Bauklimatik

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Energieeffizienz ist für Architekten und Ingenieure schon deshalb ein Thema, weil sie Investitions- wie Unterhaltskosten im Blick haben müssen. Das behindert ihre Kreativität nicht. Im Gegenteil, es beflü-gelt sie, wie folgende Beispiele zeigen:

Das Umweltbundesamt hat wiederholt darauf hingewiesen, dass re-gelmäßiges Lüften gerade in Schulen unverzichtbar ist. Nur dadurch könne die Anreicherung der Raumluft mit Kohlendioxyd, Luftfeuch-tigkeit und Gerüchen vermieden werden. Häufig werde die zulässige CO2-Konzentration bereits kurz nach Unterrichtsbeginn überschritten. In Deutschland setzen bereits einige Schulen auf eine kontrollierte na-türliche Lüftung. In Großbritannien, Dänemark und anderen europäi-schen Ländern sind solche Lösungen zur Minderung der Kohlendioxyd-Konzentration an Schulen bereits vorgeschrieben.

Der Berliner Reichstag ist ein außergewöhnliches Gebäude. Kernstück ist die begehbare gläserne Dachkuppel nach einem Entwurf von Sir Norman Foster. In der Kuppelmitte hat sie eine Öffnung für den Luftab-zug. Die kontrollierte natürliche Lüftung ist ein wesentliches Element des Energiekonzepts. Nicht sichtbar montierte elektrische Antriebe steuern die Frischluftzufuhr. Unter anderem durch Nachtauskühlung wird so ein optimales Raumklima geschaffen – für die Mitglieder des Bundestages wie die Besucher des Reichstages. Täglich besichtigen Tausende das Gebäude.

Doch nicht erst heute, sondern schon bei seiner Errichtung Ende des 19. Jahrhunderts setzte der Berliner Reichstag Maßstäbe. Auch da-mals nutzten die Planer die Möglichkeiten natürlicher Belüftung. Das Konzept griff Foster beim Umbau auf und entwickelte es weiter. Was sich vor 100 Jahren bewährt habe, solle auch heute genutzt werden, so der britische Stararchitekt.

Innovation im AlltagGelungene Klima- und Energiekonzepte

„Sick‐Building‐Syndrom: Seit Jahren beobachten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler besonders bei Menschen, die in Büroräumen arbeiten, dass diese sich nach längerem Aufenthalt am Arbeitsplatz und abends beim Verlassen des Büros krank fühlen. Die Beschwerden verschwinden wieder, wenn sich die Betroffenen anderswo aufhalten.“Umweltbundesamt

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Funktionsweise der natürlichen Lüftung

„Wesentliche Vorteile der natürlichen Lüftung liegen in der Nutzung naturgegebener, frei verfügbarer Energiequellen und thermischer Effekte. Der Luftaustausch basiert dabei auf dem thermischen Auftrieb durch Temperaturdifferenz, Luftdruckdifferenz an der Gebäudehülle und Winddruck. Weitere Vorteile der natürlichen Lüftung liegen in der hohen Nutzerakzeptanz und den geringen Investitions‐ und Verbrauchskosten.“Prof. Dr.-Ing. Martin Becker und Prof. Dr.-Ing. Roland Koenigsdorff, Hochschule Biberach

Einseitige Lüftung / Stoßlüftung Querlüftung Auftriebslüftung

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Komfort und Behaglichkeit

Eine kontrollierte natürliche Lüftung leistet nicht nur einen signifikan-ten Beitrag zur dauerhaften Senkung des Energiebedarfs. Elektromo-torisch betätigte Fenster und Klappen regulieren zudem die Innen-raumluft effektiv und reduzieren nachhaltig die CO2-Konzentration. Nach Angaben des Umweltbundesamtes und der Obersten Landesge-sundheitsbehörden gelten Konzentrationen unter 1.000 ppm (Parts per million) CO2 in der Raumluft als unbedenklich, Konzentrationen zwischen 1.000 und 2.000 ppm als auffällig und Konzentrationen über 2.000 ppm als nicht akzeptabel.

Zu viel CO2 in Innenräumen mindert aber nicht nur die Konzentra-tion der dort arbeitenden Menschen, sondern erhöht auch die An-steckungsgefahr. Denn aufgrund zu geringer Luftwechsel steigt der Anteil an Keimen. Je nach Art der Öffnung, der Lage eines Gebäu-des sowie der Anzahl der Fenster und Klappen lassen sich aber nicht nur Lösungen entwerfen, die für ausreichende Luftwechsel sorgen; zudem wird eine thermische Behaglichkeit gesichert, die je nach Jah-reszeit die Innen- und Außentemperatur berücksichtigt.

Vorteile der kontrollierten natürlichen Lüftung

„In genutzten Innenräumen hängt die CO2‐Konzentration im Wesentlichen von folgenden Faktoren ab: Anzahl der Personen im Innenraum, Raumvolumen, Aktivität der Innenraumnutzer, Zeitdauer, die Raumnutzer im Innenraum verbringen, Verbrennungsvorgänge im Innenraum, Luftwechsel bzw. Außenluftvolumenstrom.“Ad-hoc-Arbeitsgruppe Innenraumrichtwerte des Umweltbundesamtes und der Obersten Landesgesundheitsbehörden

Ein gutes Raumklima erleichtert das Lernen.

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Obwohl etliche internationale wissenschaftliche Studien die Funktio-nalität der kontrollierten natürlichen Lüftung bestätigen, wird sie zu wenig genutzt. Schon bei der Planung und Auslegung der Belüftung von Gebäuden über automatisch gesteuerte Fenster in der Fassade und im Dach wird diese innovative Technik zu selten berücksichtigt. Der Grund: Es fehlen Standards, um die richtige Größe der Öffnungen für ein geplantes Gebäude zu ermitteln. Der Nutzen elektromotorisch betätigter Fenster und Klappen, also die Funktionalität der kontrol-lierten natürlichen Lüftung, ist vielen Planern und Gebäudebetrei-bern noch gar nicht bewusst.

Forschungsergebnisse umsetzenWissenschaftliche Analysen bestätigen den Nutzen der kontrollierten natürlichen Lüftung

Für eine höhere Akzeptanz ist es folglich unerlässlich, wissenschaft-lich begründete Strategien zu standardisieren. Sie helfen, Fassaden- und Dachöffnungen so zu steuern, dass eine hohe Raumluftqualität erreicht wird, der sommerliche Wärmeschutz optimiert wird und Wärmeverluste im Winter reduziert werden. Bei einer kontrollierten natürlichen Lüftung mit richtiger Dimensionierung von Fenstern und Klappen ist die Häufigkeit von Luftwechseln nicht nur signifikant hö-her als bei einer mechanischen Lüftung, der Stromverbrauch ist zu-dem deutlich niedriger.

„Die Analyse von Nicht‐Wohngebäuden in internationalen Projekten hat gezeigt, dass warme und gemäßigte Klima-zonen mit einer großen Tag/Nacht‐Temperaturspanne bestens für natürliche Nachtlüftung geeignet sind. In gemäßig-ten Klimazonen kann eine gute thermische Behaglichkeit durch Tag‐ und Nachtlüftung bei gleichzeitiger Reduzierung von Kühllasten durch Sonnenschutz oder Ähnliches erreicht werden.“ Prof. Dr. Ursula Eicker, Hochschule für Technik, Stuttgart

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Wissenschaftliche Analysen tragen zur weiteren Akzeptanz der kon-trollierten natürlichen Lüftung bei. Der ZVEI-Fachkreis „Rauch- und Wärmeabzugsanlagen (RWA) und natürliche Lüftung“ hat mehre-re Prüfungen und Untersuchungen in Auftrag gegeben. Die Studien fördern die Standardisierung dieser innovativen Technologie. Das ist wichtig, weil die kontrollierte natürliche Lüftung hilft, Energie dauer-haft einzusparen.

Detaillierte Untersuchungen – unter anderem der Hochschulen Stutt-gart und Biberach und der Prüfinstitute ift und PfB – zum Nachweis der Wirksamkeit liegen bereits vor. Weitere Studien zum Nachweis

Wissenschaftliche Analyse und StandardisierungStudien beauftragen und allgemeingültige Regelungen fördern

„Normen leisten einen bedeutenden Beitrag zur Deregulierung, indem sie den Staat von technischen Detailregelun-gen entlasten. Durch die Verweisung auf Normen kann der Gesetzgeber zudem wesentlich flexibler auf Änderungen im Stand der Technik reagieren.“ Deutsches Institut für Normung (DIN)

Antrag

Energieeffizienz von Gebäuden durch kontrollierte natürliche Lüftung KONLUFT

Im Rahmen der Förderinitiative Energieoptimiertes Bauen des Bundesministeriums

für Wirtschaft und Technologie (BMWi) Aktenzeichen: 02E2-3S6059

Antragsteller: Hochschule für Technik Stuttgart

Zentrum für angewandte Forschung nachhaltige Energietechnik – zafh.net

Prof. Dr. habil. Ursula Eicker, Projektleitung Hochschule für Technik Stuttgart Schellingstraße 24 70174 Stuttgart

Industrieller Kooperationspartner: Zentralverband der elektrotechnischen Industrie (ZVEI)

Geschäftsführer Peter Krapp Fachkreis Rauch- und Wärmeabzugsanlagen und natürliche Lüftung

Lyoner Straße 9 60528 Frankfurt Förderbeginn vorbehaltlich Bewilligung: 01.03.2013

Fenster windows

Rollläden shutters

Türen + Tore doors

Fassaden curtain walling

Baubeschläge building hardware

PfB GmbH & Co. Prüfzentrum für Bauelemente KG

Sparkasse Rosenheim

Lackermannweg 24

Telefon +49 (0) 80 36 / 67 49 47 - 0 Bankleitzahl 711 500 00

D-83071 Stephanskirchen (bei Rosenheim) Telefax +49 (0) 80 36 / 67 49 47 - 28 Kontonummer 500 556 741

Gesellschafter M. Demmel, R. Müller, A. Urban www.pfb-rosenheim.de

Steuer-Nr. 156/172/13009 Notified Body

AG Traunstein HRA 8871

[email protected]

USt-IdNr. DE245353602 No. 1644No. 1644No. 1644No. 1644

Dipl.-Ing. (FH) Rüdiger Müller Prüfzentrum für Bauelemente

Anerkannte Prüfstelle

Landesbauordnung

BAY 33BAY 33BAY 33BAY 33

31.10.2011 De

P R Ü F B E R I C H T Nr. 11/09-A337-B1

Ermittlung der Luftdurchlässigkeit von Fensterelementen in unterschiedlichen Öffnungsstellungen.

AuftragsNr.

11/09-A337

Antragsteller ZVEI Zentralverband Elektrotechnik- und

Elektronikindustrie e.V.

Lyoner Straße 9

60528 Frankfurt am Main

Probekörper Einflügeliges Dreh-Kipp-Fensterelemente

in Ausführung als thermisch getrenntes Aluminiumfenster,

Thermisch getrenntes Stahl-Rohrrahmen-Fenster und

Holzfenster IV 68

Prüfer

Dipl.-Ing. M. Demmel

Dieser Prüfbericht umfasst 5 Seiten und folgende Anlagen:

- Datenblatt 1.1., Datenblatt 1.2, Datenblatt 1.3

- 2 Fotos

- Technische Dokumentation gemäß Pkt. 2.2

Dokumentation

Recherche und Analyse relevanter

Normen und Richtlinien zum Thema

„Natürliche Lüftungssysteme“ und

„Kontrollierte Natürliche Lüftung“ Auftraggeber

ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik- und

Elektroindustrie e.V.

Fachverband Sicherheit

Auftragnehmer

Hochschule Biberach

Hochschule für Bauwesen und Wirtschaft

Institut für Gebäude- und Energiesysteme (IGE)

Prof. Dr.-Ing. Martin Becker

Prof. Dr.-Ing. Roland Koenigsdorff

Bearbeitung

Prof. Dr.-Ing. Martin Becker

Prof. Dr.-Ing. Roland Koenigsdorff

Anita Hasert, M.Sc.

Biberach, September 2012

Stand 14.06.2012

Studie

ProFensterlüftung

Autoren Tobias Schulze, Ursula Eicker

Forschungs- und Entwicklungsgemeinschaft für Bauphysik e.V.

an der HFT-Stuttgart

Hinweis: Das Vorhaben wurde gefördert vom

Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. (ZVEI)

Fachverband Sicherheit / Fachkreis RWA / Arbeitskreis natürliche Lüftung

der Energieeffizienz sind beauftragt; ein Planungstool für Fachplaner wird derzeit erarbeitet.

Die Mitglieder des Fachkreises sind Experten aus verschiedenen Un-ternehmen. Über Jahre haben sie dazu beigetragen, die Leistungsfä-higkeit der kontrollierten natürlichen Lüftung sowie von Rauch- und Wärmeabzugsanlagen zu verbessern. Der Fachkreis arbeitet mit Hochschulen, Prüfinstituten und nationalen, europäischen und in-ternationalen Normungsinstituten zusammen. Er unterstützt die Fort- und Weiterbildung von Architekten, Ingenieuren, Planern und Errichtern.

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Schätzungen zufolge könnte der Energieverbrauch in drei Viertel der 18 Millionen Wohngebäude und 1,5 Millionen Nichtwohngebäude in Deutschland deutlich gesenkt werden.

Nach Angaben des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadt-entwicklung gibt es in ganz Deutschland rund 40.000 Schulen, 48.000 Kindergärten, -tagesstätten und Krippen sowie mehrere zehntausend Sporthallen, die Energie verschwenden.

EinsparpotentialEnergieeffizienz durch kontrollierte natürliche Lüftung

„Investitionen in effiziente Gebäudeautomation zählen zu den rentabelsten Maßnahmen mit kürzester Amorti‐ sationszeit.“ Jürgen Pöschk, Herausgeber des Jahrbuchs „Energieeffizienz in Gebäuden“

Laut Studie „Pro Fensterlüftung“ der Hochschule für Technik (HFT) in Stuttgart garantiert die kontrollierte natürliche Lüftung neben einer guten Raumluftqualität sowie den hygienisch notwendigen Luftwech-seln Energieeinsparungen je nach Gebäudetyp, Klimatisierung und Heizbedarf zwischen 30 und 60 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr. Dies wird durch den Wegfall des bei mechanischer Lüftung erforderlichen Ventilatorstroms und durch Reduzierung der Kühl-energie erreicht.

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Ventilatoren (Strom) Kühllasten (ideal) Heizlasten (ideal)kWh/m2

Energie-einsparung

Quelle: Hochschulefür Technik Stuttgart

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„Die DNA von Städten verändert sich mit der Zeit, und was für frühere Generationen charakteristisch gewesen sein mag, muss es nicht not-wendigerweise auch heute noch sein.“ Sir Norman Foster, Architekt

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Überreicht durch:

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ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik-und Elektronikindustrie e.V.Fachverband SicherheitLyoner Straße 9, 60528 Frankfurt am Main

Telefon +49 69 6302-250Fax +49 69 6302-288E-Mail: [email protected]