Hinweis: Das Projekt unter dem vollen Titel „EnEff:Stadt IBA Hamburg CO2-neutrale Energieversorgung für die Elbinsel“ wurde unter Leitung des Instituts für Gebäude- und Solartechnik der TU Braunschweig durchgeführt. Um personelle Kontinuität für inhaltliche Fragen zu gewährleisten, wurde es mit Genehmigung des IGS auf diese Internet-Seite übernommen.
Das Aktionsfeld der IBA Hamburg ist die Elbinsel zwischen Norder- und Süderelbe im Stadteil Wilhelmsburg. Ziel ist die Verwirklichung eines nachhaltigen Energiekonzeptes für den städtischen Raum. Die Energieerzeugung und der Energieverbrauch des gesamten Gebietes und der Einzelprojekte soll im Rahmen der Begleitforschung in einem Monitoring überwacht und analysiert und die Kenndaten ermittelt sowie dokumentiert werden.
Inhalt als Kurzfassung: Konzeption, Qualitätssicherung und wissenschaftliches Messprogramm für das Energie-Monitoring der Internationalen Bauausstellung (IBA) Hamburg 2013.
Projektinhalte
Kurzfassung
Im Rahmen der Internationalen Bauausstellung (IBA) in Hamburg führt das Institut für Gebäude- und Solartechnik (IGS) ein Forschungsprojekt zum Thema Energieeffiziente Stadt (EnEff:Stadt) durch. Das Aktionsfeld der IBA-Hamburg ist die Elbinsel zwischen Norder- und Süderelbe im Stadtteil Wilhelmsburg. Hier soll ein nachhaltiges Energiekonzept für den städtischen Raum verwirklicht werden. Zunächst wird der Energiebedarf und -verbrauch des Areals wissenschaftlich protokolliert und bewertet. Das IGS untersucht an mehr als 45 Gebäuden in Form von Monitoringkonzepten unterschiedlicher Tiefe die Energiebilanzen für das Quartier. Auf Basis anonymisierter Daten einzelner Haushalte wird der Energieverbrauch evaluiert.
Neben innovativen Energiekonzepten für einzelne Gebäude und Anlagen werden verschiedene Strategien verfolgt, um nachhaltige Innovationen zu ermöglichen. Die Herausforderung besteht in der Aufzeichnung und Visualisierung der Energiedaten der Einzelmaßnahmen und deren Übertragung auf das Quartier. Öffentlich wirksam werden diese Daten auf dem Medientisch im IBA-Dock anschaulich präsentiert.
Zielsetzung
Ziel ist ein integriertes Konzept, bei dem Daten unterschiedlicher Quellen in einem einheitlichen Monitoring aufbereitet und verfügbar gemacht werden. Alle energierelevanten Daten werden einheitlich aufbereitet. Die Darstellung reicht von der offiziellen IBA Hamburg-Website über ein Multi-Touch-Modell, Info-Stellen und Gebäuden bis zur individuellen Information der Bewohner Wilhelmsburgs.
Durchführung
Neben innovativen Energiekonzepten für einzelne Gebäude und Anlagen werden verschiedene Strategien verfolgt, um nachhaltige Innovationen zu ermöglichen. Die Herausforderung besteht in der Aufzeichnung und Visualisierung der Energiedaten der Einzelmaßnahmen und deren Übertragung auf das Quartier. In drei Projektphasen wird das Forschungsprojekt realisiert:
In Projektphase 1 wird der laufende konzeptionelle Prozess für die IBA und ihre Einzelprojekte vereinheitlicht. Die Ziele hinsichtlich der Energieeffizienz sowie methodischen Grundlagen für die Umsetzung und die Bewertung werden festgelegt. Projektphase 2 umfasst die Überwachung und Dokumentation der Baumaßnahmen sowie deren Inbetriebnahme und Betriebsoptimierung. Hierbei werden Schwerpunkte auf herausragende Projekte mit besonders hohem Multiplikationspotenzial gelegt. In Projektphase 3 werden Einzelprojekte in einem einheitlichen Monitoring überwacht, analysiert und dokumentiert sowie die Energiebilanz des IBA- Geländes in Abstimmung mit den Vorstudien fortgeschrieben, analysiert und bewertet. Ein intelligenter Energieverbund sowie ganzheitliche Ver- und Entsorgungskonzepte werden umgesetzt und im Betrieb validiert. Dabei ergänzen und unterstützen sich die Vorhaben inhaltlich mit dem Ziel, die Synergien ihrer Ergebnisse zu nutzen.
Zeitplan und Meilensteine
Energie-Monitoring
Ziel des Gebäude-Monitorings ist die Überprüfung der Einhaltung der vorgegeben Meilensteine zur emissionsneutralen Versorgung des Wohnquartiers Neues Wilhelmsburg. Es werden monatliche und jährliche Energiebilanzen für Wärme und Strom auf der Basis gemessener Verbrauchsdaten erstellt, um den Status der Gebäude und des Quartiers zu dokumentieren.
Für das energetische Monitoring werden die IBA-Projekte dabei in unterschiedliche Kategorien gegliedert. Der Betrachtungsumfang differenziert zwei Detaillierungsstufen. Das vereinfachte Lowlevel-Monitoring erfasst Wärme und Strom mit jährlicher Auflösung. Ausgewählte, innovative und zukunftsweisende Gebäude werden vertieft in einem erweiterten Highlevel-Monitoring betrachtet. In Abstimmung mit den Projektpartnern werden modellhafte Einzelprojekte für dieses erweiterte Gebäudemonitoring ausgewählt.Neben den reinen Verbrauchsdaten werden die relevanten Emissionen (CO2) der Gebäude berechnet und dargestellt. Dazu werden für alle untersuchten Projekte Daten zum Energieverbrauch, zum Energiebezug und zur lokalen Energieerzeugung erfasst. Die Messkonzepte aller Gebäude sind vergleichbar aufgebaut und erfassen mindestens folgende Werte:
- Gesamtstromverbrauch
- Strombezug aus dem öffentlichen Netz
- Dezentrale Stromgestehung differenziert nach Art der Erzeugung (Photovoltaik, BHKW, etc.)
- Gesamtwärmeverbrauch
- Wärmebezug aus (Nah-)Wärmenetz
- Wärmebereistellung differenziert nach Art der Erzeugung (Solarthermie, BHKW, Gaskessel, Biomassekessel etc.)
- Endenergieverbrauch zur Erzeugung von Strom/ Wärme differenziert nach Energieträgern (Gas, Biogas, Holzpellets, etc.)
Komfort-Monitoring
In ausgewählten Gebäuden – aus dem Highlevel-Monitoring – wird zusätzlich der Komfort messtechnisch erfasst, um die Behaglichkeit in den hocheffizienten Gebäuden bewerten zu können. Die Ergebnisse werden mit Nutzerbefragungen korreliert.
In folgenden Gebäuden erfolgt eine messtechnische Komfortauswertung:
- Tor zur Welt (Bildungsgebäude)
- Smart ist Grün (Wohngebäude)
- IBA Dock (Büro- und Ausstellungsgebäude)
- Open House (Wohngebäude)
Schema zum Komfort-Monitoring
Für die Komfortmessung werden, wie aus dem Schema ersichtlich, die Raumlufttemperatur, die Raumluftfeuchtigkeit und die CO2-Konzentration gemessen. Die Aufzeichnung erfolgt jedoch nicht über die komplette Projektlaufzeit, sondern individuell je Projekt über einen Zeitraum von mindestens zwei Monaten. Dabei wird mindestens eine Kühl- und Heizperiode messtechnisch erfasst. Die Daten werden mit einer Auflösung von 15 Minuten aufgezeichnet. Es erfolgt eine Rückkopplung der Messergebnisse auf die Bewohner und Nutzer der Gebäude.
Im Lowlevel-Monitoring werden zusätzlich zum Highlevel-Monitoring weitere 27 Gebäude erfasst. Im Gegensatz zum Highlevel-Monitoring werden die Energieverbrauchs- und Energieerzeugunsdaten Gebäudeweise anhand der zum Betrieb und zur Abrechnung notwendigen und bereits vorhandenen Energiezähler erfasst.
Schema Datenaufzeichnung einfaches Monitoring
Das Schema stellt den Datenfluss für die Datenaufzeichnung im einfachen Monitoring dar. Die Datenbereitstellung erfolgt hauptsächlich über manuelle Ablesung durch das IGS oder den Betreiber. Sofern die Ablesung durch den Betreiber erfolgt, werden die Daten dem IGS per E-Mail zugesand und manuell weiterverarbeitet. Die Daten werden sowohl für den Energietisch und ein mal für die Auswertungen durch das IGS aufbereitet.
Die Auswertungen für den Energietisch werden an die IBA weitergeleitet und dort von Hand in die Datenbank des Energietisches eingespielt.
Im Highlevel-Monitoring wird ein repräsentativer Querschnitt aus neun Gebäudetypen verschiedener Kategorie und Nutzung mit unterschiedlichem Schwerpunkt vertieft betrachtet. Im Gegensatz zum Lowlevel-Monitoring werden hier Messdaten einzelner Einheiten und Verbrauchergruppen ergänzend zu den Messdaten auf Gebäudeebene erhoben, um den Nutzereinfluss bestimmen und detailliert bewerten zu können. Zusätzlich werden ausgewählte Komponenten der Anlagentechnik mit Messpunkten ausgestattet. Innovative Technologien wie Batteriespeicher für Solarstrom oder Latentwärmespeicher (PCM – Phase Change Material) werden damit genauer untersuchen.
Schema Datenaufzeichnung erweitertes Monitoring
Das Schema zeigt den Datenfluss für die Datenaufzeichnung im Highlevel-Monitoring. Die Messpunkte werden durch die Gebäudeleittechnik oder Datenlogger periodisch in einem 15 Minuten Takt ausgelesen, lokal zwischengespeichert und einmal täglich per E-Mail an einen Server versendet. Dort werden die Daten automatisiert extrahiert und strukturiert auf einem FTP-Server abgelegt. Die abgelegten Daten werden anschließend regelmäßig aufbereitet.
Die Daten für den Energietisch am IBA Dock werden in Form einer XML-Datei über eine HTTP-Schnittstelle bereitgetellt. Vom Energietisch wird die XML-Datei in regelmößigen Abständen abgerufen. Somit können auf dem Energietisch immer aktuelle Daten dargestellt werden.
Der „Energietisch“ dient als multimediale Plattform der zentralen Information und Kommunikation zur Darstellung der energetischen Komponenten und Aspekte, des energetischen Monitorings der Einzelprojekte sowie des Gesamtgebietes während des Präsentationszeitraums und darüber hinaus.
Der „Energietisch“ dient zur Darstellung:
- der Strategien und der Szenarien des „Klimaschutzkonzeptes Erneuerbares Wilhelmsburg“,
- der zeitlichen Veränderung des Gesamtgebietes in den Zeitschnitten 2007, 2013, 2020 und 2050 mit der Verortung der geplanten Maßnahmen,
- der energetischen Kenndaten und Prognosen zum Energiebedarf aller Einzelprojekte,
- der detaillierten Darstellung der Monitoringwerte der Einzelprojekte,
- der Darstellung der Monitoringwerte des Gesamtgebietes.
Der „Energietisch“ hat seinen Standort in den Räumen des IBA Dock und ist Teil der Ausstellung „IBA at Work“.
Nach Beendigung der Bauausstellung wurde die IBA GmbH in eine Gesellschaft als städtischer Entwicklungsträger für Gebiete in Wilhelmsburg und dem südlichen Hamburg überführt, um die Aufgaben weiterführen zu können. Seit der Wiederaufnahme des Öffentlichkeitsprogramms ist dieser auch weiterhin zugänglich und wieder in Führungen und Rundgänge eingebunden.