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Energieverbrauch von TGA-Anlagen reduzieren
In einer Veröffentlichung über die ersten Ergebnisse eines Projektes zur „Digitales Qualitätsmanagement für Gebäude – Technisches Monitoring nimmt Fahrt auf!“ /1/ wurden u.a. Vorschläge zur Anwendung des Technischen Monitorings in den Planungsphasen nach HOAI /2/ unterbreitet. In einem ersten Fazit aus den Untersuchungsergebnissen wird ein Technisches Monitoring (TM) schon ab der Leistungsphase 0 (LP 0) in Betracht gezogen. Nach VDI 6041 /4/ wird der Leistungsumfang ab der LP 1 und nach AMEV /5/ ab der LP 3 definiert.
Aus Sicht der Autoren erscheint das als nicht praktikabel und zudem praxisfremd. Nach /1/ soll dafür eine unabhängige dritte Person eingesetzt werden, was auch sinnvoll erscheint. Diese Prüfinstanz soll dem Bauherrn schon in frühen Planungsphasen helfen, Planungsfehler und Ausführungsmängel zu erkennen. Das verkompliziert die Planung enorm und verwischt nach unserer Auffassung die Verantwortlichkeiten. Folgende Fragen stellen sich:
- Was ist, wenn der Verantwortliche für Technisches Monitoring Planungs- und Ausführungsmängel nicht erkennt? Bleibt der Planer in der Hauptverantwortung? Welche Verantwortung trägt dann der Verantwortliche für das Monitoring?
- Wo ist die Leistungsgrenze zur beauftragten Bauüberwachung LP 8? Gibt es hier eine Doppelhonorierung?
- Sollen die vom TM erkannten Planungs- und Ausführungsmängel als solche auch bei den beauftragten Planern und Firmen geltend gemacht werden, und wenn ja, durch wen?
- Welche fachlichen Aufgaben haben dann noch der Projektsteuerer und die Bauverwaltung?
Eine Planung, viele Prüfer
Noch komplizierter wird der Planungsablauf, wenn man berücksichtigt, dass weitere Beteiligte eingebunden werden müssen, wie die Inbetriebnahme-Manager, die Verantwortlichen für die Prüfung der Gesamtsicherungskonzepte (Brandfallmatrix, Vollprobetest, wie z. B. Wiederanlaufen der TGA-Anlagen nach Netzausfall) und die Sachverständigen, die ebenfalls frühzeitig dabei sein sollen.
Wäre es deshalb nicht besser, Technisches Monitoring als Optimierungsleistung im Sinne einer Feinparametrierung nach der VOB-Abnahme im realen Betrieb für einen längeren Zeitraum (z. B. min. zwei Jahre) zu verstehen? Sollte nicht zuerst versucht werden, in bestehenden Regelwerken, wie der HOAI /2/ und der VOB die Leistungsbilder besser zu definieren? Die Verantwortungsbereiche der Planenden und der Ausführungsfirmen sollten eindeutig festgelegt bleiben. Hier /4, 5/ versucht man möglichen schlechten Planungs- und Ausführungsleistungen entgegenzuwirken, weil die bisherigen Prüfinstanzen diese Aufgaben vermutlich nicht zufriedenstellend erfüllt haben, weil:
- Projektsteuerer die gewünschte und erforderliche Fachkompetenz nicht aufweisen, wie sie aber oft vertraglich gefordert wird
- Bauverwaltungen personell unterbesetzt sind oder nicht mehr die erforderliche Fachkompetenz besitzen.
Dass ein TGA-Planer damit zahlreichen Prüfern gegenübersteht, kann nicht die Lösung sein. Es macht das Bauen komplizierter, kostet Zeit und die technischen Fachplaner fühlen sich durch die Vielzahl der Prüfenden nur noch mehr „gegängelt“.
Steigende Preise bei Strom und Wärmeenergie sollten natürlich trotzdem zu ernsthaften Überlegungen führen, wie die Energieverbräuche von TGA-Anlagen insbesondere in Gebäuden der öffentlichen Hand, wie z. B. Museen, minimiert werden können.
Anlagenmonitoring
Ein wichtiger Aspekt bei der Realisierung bzw. beim Betrieb z. B. einer raumlufttechnischen Anlage ist das so genannte Monitoring. Darunter versteht man im Allgemeinen einen Überbegriff für alle Arten der unmittelbaren systematischen Erfassung, Beobachtung oder Überwachung eines Vorgangs oder Prozesses mittels technischer Hilfsmittel oder anderer Beobachtungssysteme.
In der VDI 6028 Blatt 1 /12/ wird im Abschnitt 7.2.5 sogar die Monitoringfähigkeit gefordert.
Dies bedeutet, dass eine Anlage mindestens zwei bis drei Jahre überwachend eingefahren bzw. optimiert werden sollte bzw. muss, um vor allem in Zeiträumen mit Bedingungen außerhalb der Auslegungskriterien (Winterfall und Sommerfall) den Nachweis zu erbringen, dass die planerischen Vorgaben erfüllt werden. Das sind insbesondere die Einhaltung der vertraglich zu gewährleistenden Behaglichkeitsparameter und bei Museen die museumseigenen lüftungstechnischen Randbedingungen. Zudem muss ein möglichst geringer energetischer Aufwand zur Erfüllung der Vertragsparameter erreicht und nachgewiesen werden können.
Fehlendes Monitoring und nicht durchgeführte Inspektionen sind hier von entscheidender Bedeutung. Das insbesondere, weil die Datenlage im Rahmen der Gebäudeautomatisierung meist verfügbar ist und sowohl in der ENEV als auch im GEG /11/ das Monitoring gefordert wird.
Besser länger einregulieren
Häufig bestätigen sich während des späteren Gebäudebetriebs die in der Planung vorhergesagten Energie- und Kosteneinsparungen nicht. Werden aber Erwartungen von Eigentümern, Betreibern und Nutzern enttäuscht, kann daraus eine gewisse Technologieskepsis resultieren. Daher ist die Einführung längerer Phasen der Einregulierung der Gebäudetechnik bei und nach der Inbetriebnahme sowie während des regulären Betriebs sowohl aus energetischen als auch ökonomischen Gründen sehr empfehlenswert.
Die Richtlinie VDI 6041 /4/ und die AMEV Empfehlung Nr. 158 Technisches Monitoring /5/ beschreiben detailliert die Arten bzw. Bestandteile des Technischen Monitorings von Gebäuden und gebäudetechnischen Anlagen (s.a. Bild 2 und 3). Das technische Monitoring ist unabhängig von den HOAI-Grundleistungen als Einzelleistung zu beauftragen. Die Anforderungen zur Durchführung des Technischen Monitorings sind detailliert zu beschreiben.
Richtlinien für das Technische Monitoring
Die VDI 6041 /4/ ist sowohl für den Planungs- und Bauprozess als auch in der Nutzungsphase von Immobilien anwendbar. Sie richtet sich insbesondere an Planer und Betreiber. Die Lösung ist, den Verantwortungsbereich von Facility-Managern zu stärken. Bei öffentlichen Bauten können diese Aufgaben durch die Bauverwaltung oder auch durch den Projektsteuerer wahrgenommen werden. Die Anforderungen des Technischen Monitorings sind in den Planungs- als auch dem Betriebsprozess zu integrieren und zu begleiten. Die Facility-Manager müssen das Technische Monitoring durchführen lassen, verantworten und steuern. Die AMEV Nr. 158 /5/ und auch die VDI 6012 /6/ weisen nachdrücklich auf die Notwendigkeit des Monitorings hin.
Hürden und Herausforderungen
Dass das Monitoring dennoch oft vernachlässigt wird, liegt nach Auffassung der Autoren eindeutig in den Kosten und der Verantwortlichkeit. Neben der Honorierung gilt es aber auch allgemeine organisatorische Fragen zu beantworten, wie z. B.
- Wer sollte das Monitoring vornehmen (Planer, Anlagenerrichter, unabhängiger Dritter)?
- Wie geht man mit Problemen der Gewährleistungsfristen und der Nachbesserung um?
- Wer ist der Auftraggeber für das Monitoring (Anlagenerrichter, Investor)?
- Wem sollten die Ergebnisse zur Verfügung gestellt werden?
- Gibt es eventuell zusätzlich notwendige Datenpunkte (Sensoren)?
- Wie sieht die Datenauswertung (automatisch, regelmäßige Kontrolle der Daten) aus?
- Wie sieht es mit der Kontrolle der Genauigkeit der Sensoren aus?
- Werden die Nutzungsbedingungen regelmäßig analysiert und mit den Vorgaben verglichen?
Verbesserungsbedarf in HOAI und VOB
Ein Technisches Monitoring ist erst in der LPH 9 und in einer noch nicht existierenden Leistungsphase „10“ sinnvoll und zweckmäßig, wie es auch in der amerikanischen Planungspraxis im so genannten Commissioning (Tabelle 1) praktiziert wird /3/.
Oft wird jedoch aus abrechnungstechnischen Gründen in Deutschland bei öffentlichen Bauaufträgen nur bis LP 8 und die LP 9, wenn überhaupt, gesondert beauftragt. Im Gegensatz zum deutschen Planungsablauf, der in der HOAI /2/ dokumentiert und mit der LP 9 für den Planer als abgeschlossen zu betrachten ist, ist beim amerikanischen Planungsablauf /3/ ein längerer Zeitraum (nicht eindeutig spezifiziert) implementiert, der die Betriebs- und die Nutzungsphase abdeckt (Tabelle 1). Diesen Zeitraum sollte man auch für das Monitoring einer technischen Anlage oder des Zusammenspiels aller technischen Anlagen zur Gewährleistung des vorgegebenen Nutzungsziels zugrunde legen.
Die LP 0-8 sollten wie bisher im alleinigen Verantwortungsbereich der beauftragten Fachplaner liegen. Sie sind aufgrund ihrer Fachkenntnisse in der Lage, auch die Anforderungen des Technischen Monitoring in den einzelnen Planungsphasen umzusetzen. Sollten die in der Planung formulierten Ziele in der Nutzungsphase nicht erreicht werden, können Gewährleistungsmängel beim Planer bzw. der Ausführungsfirma zur Beseitigung angemeldet werden. Auch unter dem Aspekt des nachhaltigen Bauens und der Bewertung einer technischen Anlage /9/ wird auf die Notwendigkeit des Monitorings verwiesen (Bild 4). Wichtig wäre hier allerdings die Anpassung und Ergänzung der Leistungsbilder der HOAI, der VOB sowie der damit in Verbindung stehenden Regelwerke (z. B. DIN EN 12599 /10/).
So werden in der HOAI die Grundlagen für das Monitoring unzureichend und überwiegend als besondere Leistungen eingestuft, z. B.
- Datenerfassung, Analysen und Optimierungsprozesse im Bestand – Durchführen von Verbrauchsmessungen
- detaillierte Betriebskostenberechnung für die ausgewählte Anlage.
In den Grundleistungen ist nur das Abschätzen von jährlichen Bedarfswerten (z. B. Nutz-, End- und Primärenergiebedarf) und Betriebskosten enthalten.
Nach VOB Teil C -DIN 18379 ist eine Abnahmeprüfung nach DIN EN 12599 „Lüftung von Gebäuden - Prüf- und Messverfahren für die Übergabe eingebauter raumlufttechnischer Anlagen“ durchzuführen. Genauso wie Heizungsanlagen sind raumlufttechnische Anlagen in technischer, thermischer und raumklimatischer Hinsicht einwandfrei abzustimmen. Diese Anlagen sind bei der Inbetriebnahme im Rahmen einer Abnahmeprüfung dem Betreiber zu übergeben. Diese Abnahme ist spätestens 12 Werktage nach der Fertigstellung durchzuführen. Danach geht die Gefahr an den Auftraggeber über (BGB § 644). Deshalb sind alle vertraglichen und technischen Vorgaben zu prüfen und schriftlich nachzuweisen. Die Abnahmeprüfung besteht aus den folgenden Kontroll- und Prüfverfahren:
- Umfang und Klasseneinteilung
- Vollständigkeitsprüfungen
- Funktionsprüfungen
- Funktionsmessungen
- Abnahmebericht
- Sondermessungen.
Mit der Vollständigkeitsprüfung werden alle technischen Details der Anlage hinsichtlich der mit der Planung zugesagten Leistungsparameter verglichen und auf Einhaltung überprüft und die Unterlagen für Betrieb, Wartung und Fehlersuche gesichtet.
Mit der Funktionsprüfung wird die vertragsgemäße Betriebs- und Funktionsfähigkeit der Anlage überprüft. Hier werden die Regelungs- und Steuerungsabläufe sowie die Notfallsituationen im Bereich Frostschutz, Brand- und Rauchschutz simuliert.
Mit den Funktionsmessungen wird messtechnisch nachgewiesen, inwieweit die in der Planung vorgegebenen Sollwerte erfüllt werden. Die Funktionsmessungen betreffen sowohl die im Raum als auch die in der Zentrale eingebauten Komponenten. Gemessen werden Luftströme, Lufttemperaturen, Luftfeuchten, Raumluftgeschwindigkeiten und Stromaufnahmen der Ventilatoren. Langzeitmessungen sind nicht Bestandteil der Grundleistung!
Sondermessungen, wie für das Monitoring erforderlich, sind Messungen, die in besonderen Fällen vom Auftraggeber gewünscht werden. Dies sind z. B. Luftbilanzanalysen, Luftqualitätsmessungen, Messungen von Temperaturgradienten, Langzeitmessungen von Temperatur- und Feuchteverläufen, Raumströmungsuntersuchungen und ähnliche Sondermessungen. Dies sind keine Grundleistungen.
Energieverbrauchsmessungen einschließlich Vergleich mit den Planungsdaten werden in den Leistungsbildern überhaupt nicht berücksichtigt.
Wenn künftig dem Technischen Monitoring mehr Bedeutung beigemessen werden soll, sind als erstes die existierenden Regelwerke anzupassen.
Wie sieht die Praxis aus?
Generalsanierungen bzw. Neubauten von Museen werden überwiegend als öffentliche Baumaßnahmen durch die Baubehörden der Kommunen, der Bundesländer bzw. durch die Bundesbauverwaltungen im Auftrag der Museen realisiert. Der Bauablauf ist in den Vorschriftenwerken der Länder und des Bundes (z. B. RBBAU /7/) geregelt. Mit dem Abschluss der VOB-Abnahmen wird die Baumaßnahme von der Bauverwaltung an den Nutzer bzw. den Betreiber übergeben. Der Zeitraum für die Inbetriebnahme mit dem Nachweis der Einhaltung der Anforderungen wird in den Terminplänen am Anfang der Baumaßnahme meist mit einer Zeitspanne von drei bis sechs Monaten ausgewiesen. Real schmilzt dieser Zeitraum im Zuge der Baumaßnahme zur Sicherstellung des Übergabetermins immer mehr ab. Auch herrschen gerade zum Ende einer Maßnahme nicht die Umgebungszustände auf der Baustelle, die einen gesicherten Nachweis zur Einhaltung der musealen Anforderungen erlauben. An einenNachweiszeitraum, der die Übergangszeiten Sommer/Winter und Winter/Sommer einschließt, ist gar nicht zu denken. Nur die Gewährleistungsüberwachung wird in der Regel von der Baubehörde bzw. von dem beauftragten TGA-Planer durchgeführt.
Aber schon das Energiemonitoring innerhalb der Gewährleistungsphase, die Mitwirkung bei den jährlichen Verbrauchsmessungen aller Medien, der Vergleich mit den Bedarfswerten aus der Planung sowie die Erarbeitung von Vorschlägen zur Betriebsoptimierung und Senkung des Medien- und Energieverbrauches sind lt. HOAI /2/ in der LP 9 eine besondere Leistung.
Ziel der Baubehörde ist es, das Gebäude und damit auch die Verantwortung für seinen Betrieb möglichst schnell nach Abschluss der VOB-Abnahmen an den künftigen Nutzer zu übergeben. Das Monitoring bleibt damit also in der Verantwortung des Betreibers. Der ist in der Regel damit aber zeitlich und fachlich überfordert.
Für die Sinnhaftigkeit und Notwendigkeit des Monitorings sprechen gute Gründe: Energieverbrauch und Betriebskosten sinken; das ist ökologisch wie ökonomisch nachhaltig. Belegen lässt sich dies anhand mehrerer durchgeführter Monitorings. Nicht zu unterschätzen ist der zeitliche Aufwand, der dabei trotz umfangreicher Mess- und Automatisierungstechnik (z. B. Datenfernübertragung, Datenspeicherung) erforderlich war. Dies wurde auch in /1/ bestätigt.
Ein Monitoring nach Fertigstellung und Inbetriebnahme einer TGA-Anlage wird u. a. vielfach beim so genannten Energiecontractingdurchgeführt. Bei diesem Modell der Nutzungsüberlassung von technischen Anlagen werden etwa durch Minimierung des Energieverbrauchs und der Aufwendungen für Wartung und Instandhaltung die jährlichen Betriebskosten für den Nutzer bzw. Betreiber minimiert. Der Contractor schöpft einen Anteil der eingesparten Kosten als seinen Gewinn ab. Hier wurde allein aus wirtschaftlichen Gründen und als Geschäftsmodell die Notwendigkeit erkannt und auch umgesetzt.
Fazit
Der Vorteil eines Technischen Monitorings für Betreiber bzw. Nutzer ist nicht zu unterschätzen. Ob das Monitoring schon ab den LP 0, 1, 3 oder erst ab LP 9 der HOAI beginnen sollte, bleibt abzuwarten /1/. Wichtig wäre in jedem Fall die Anpassung der Leistungsbilder der HOAI, der VOB und der damit in Verbindung stehenden Regelwerke (z. B. DIN EN 12599). Zusätzlich könnten eigene aussagefähige Leistungsbilder entwickelt werden.
Mit Hilfe des Monitorings, im vorliegenden Fall in Museen, werden der Betrieb der TGA-Anlagen optimiert und Energieverbräuche unter Berücksichtigung der Einhaltung der Nutzerforderungen an das Raumklima reduziert. Nach Abschluss des Monitorings würde eine aktuelle, den tatsächlichen Nutzungs- und Betriebsbedingungen angepasste Dokumentation über die TGA-Anlage vorliegen.
Diese kann dann als Grundlage für die gesetzlich vorgeschriebene energetische Inspektion /11/, /8/ und für definierte eindeutige Maßnahmen und vertragliche Regelungen für die Wartung und Instandhaltung dienen.
Literaturhinweise
/1/ Plesser, S. u. a.: Digitales Qualitätsmanagement für Gebäude – Technisches Monitoring nimmt Fahrt auf! 2023, KI – Kälte-Luft-Klimatechnik, H. 12, S. 49–53, Hüthig Medien GmbH, Heidelberg
/2/ HOAI „Verordnung über die Honorare für Architekten- und Ingenieurleistungen“, 01-2021
/3/ Trogisch, A.; Dose, St.; Kappler, A.: Planungs- und Qualitätsmanagement von RLT-Anlagen – Leitfaden für die Planungspraxis. 1. Auflage, VDE-Verlag, 2010
/4/ VDI 6041- Facility Management – Technisches Monitoring von Gebäuden und gebäudetechnischen Anlagen, 07-2017, Beuth-Verlag GmbH, Berlin
/5/ AMEV, Empfehlung Nr. 158, Technisches Monitoring 2020
/6/ VDI 6012 Blatt 1.1 „Regenerative und dezentrale Energiesysteme für Gebäude – Grundlagen –Projektplanung und -durchführung“, 02-2018
/7/ „RBBAU“ Richtlinien für die Durchführung von Bauaufgaben des Bundes
/8/ Trogisch, A.; Mai, R.: Energetische Inspektion in der Technischen Gebäudeausrüstung, 2022, 2. Auflage, ITM InnoTech Medien GmbH, Kleinaitringen
/9/ Leitfaden für Nachhaltiges Bauen. Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS), 2011
/10/ DIN EN 12599: Abnahme von Raumlufttechnischen Anlagen, 01-2013, Beuth Verlag GmbH, Berlin
/11/GEG 2020: Gesetz zur Einsparung von Energie und zur Nutzung erneuerbarer Energien zur Wärme- und Kälteerzeugung in Gebäuden (Gebäudeenergiegesetz – GEG 2020), 08.08.20 (verb. am 01.11.2020)
/12/ VDI 6028 Blatt 1, 09-2022: Bewertungskriterien für die technische Gebäudeausrüstung, Beuth Verlag GmbH, Berlin
Prof. (em.) Dr.-Ing. Achim Trogisch
Dipl.-Ing. Hans-Peter Thiele
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