Energetische Gebäudekonzepte – Wie softwaregestützte Variantenvergleiche Kundenberatung verbessern und Fachingenieure entlasten können

By 15.05.2020 Mai 26th, 2020 Booster Inside

Teilautomatisiert zum optimalen Versorgungskonzept

 

Energieeffiziente Gebäudekonzepte – Wie softwaregestützte Variantenvergleiche Kundenberatung verbessern und Fachingenieure entlasten können

 

Die Planung eines Bauvorhabens ist komplex – zwischen der Entscheidung zu bauen und der schlüsselfertigen Übergabe liegen zahlreiche Fragen, die es zu beantworten gilt. Gerade in der frühen Planungsphase besteht oftmals ein hohes Maß an Unsicherheit  – auf Kunden- sowie auf Seiten des Generalübernehmers. Die Erfahrung bei GOLDBECK zeigt, dass diese Unsicherheiten besonders stark im Bereich der Versorgungstechnik und der energetischen Gebäudekonzepte ausgeprägt sind. Der Grund: Die Entscheidung über die zu verbauenden Technologien muss in einem sehr frühen Stadium getroffen werden, da sie maßgeblich für viele weitere Planungsschritte ist. Dabei gilt es einen regelrechten Dschungel von Erzeugungstechnologien zu überblicken: Fernwärme, Geothermie, Wärmepumpen, Kaltwassersätze, Photovoltaik und zahlreiche weitere Erzeugungs- und Speichertechnologien kommen für jedes neue Gebäude in Frage.

Mit dem GOLDBECK-Energie-Optimierungs-System haben wir eine hausinterne Softwarelösung geschaffen, die den Analyseprozess des Ingenieurs massiv unterstützt. Gleichzeitig ermöglicht sie, dem Kunden frühzeitig einen Variantenvergleich darzustellen, der die wichtigsten Entscheidungsparameter von Beginn an beleuchtet.

Das Problem

Die qualifizierte Ausarbeitung verschiedener Energie- und Versorgungskonzepte ist eine Mammutaufgabe, die mit großem Arbeitsaufwand und zahlreichen Iterationsschleifen verbunden ist. Um die für den Kunden optimale Lösung eruieren zu können, muss der konzeptionierende Ingenieur aus allen denkbaren Varianten eine Vorauswahl geeigneter Versorgungskonzepte treffen. Aufgrund der Angebotsvielfalt einerseits, und Zeitmangels andererseits, greift der Ingenieur dabei häufig auf den eigenen Erfahrungsschatz zurück und bewegt sich im Rahmen bekannter und erprobter Konzepte. Werden zu einem späteren Zeitpunkt ergänzende Technologien (wie z.B. eine PV-Anlage auf dem Dach) ins Gespräch gebracht, leidet oftmals die Wirtschaftlichkeit der Lösungen darunter, da bestehende Planungen nochmal geändert werden müssen. Dies führt nicht selten dazu, dass wirtschaftlich attraktive Lösungen verworfen werden.

Die Lösung

Dieser Umstand hat uns dazu motiviert, eine Software zu entwickeln, die es uns ermöglicht schon in frühen Planungsstadien fundierte Variantenvergleiche für den Kunden anzustellen. Das GOLDBECK-Energie-Optimierungs-System – kurz GEOS – betrachtet wirtschaftliche Aspekte (Investitionskosten, Betriebs- und Verbrauchskosten), Nachhaltigkeitsaspekte (CO2-Emissionen) sowie Komfortaspekte (z.B. die Entwicklung des Kühlbedarfs im Hochsommer). Aufgrund des frühen Planungsstadiums, in dem wir mit GEOS ansetzen, sind natürlich nicht alle für die Gebäudelasten relevanten Parameter geklärt. Daher setzen wir bei der Erstellung der synthetischen Lastgänge auf eine Kombination von Eingabeparametern und plausiblen Annahmen. Insbesondere bei Letzteren kommt GOLDBECK die systematisierte Bauweise zugute: In vielen Bereichen können Annahmen getätigt werden, die für die meisten oder sogar alle GOLDBECK-Gebäude gültig sind.

Der Ingenieur erhält so eine große Auswahl von Varianten (siehe Abbildung 1). Jede dieser Varianten wurde eigenständig simuliert und berechnet. Dadurch können sie miteinander sowie mit einem Referenz-Szenario verglichen werden. Als Referenz dient standardmäßig das in der Anschaffung kostengünstigste Modell. Nach einer Erstauswahl bleiben auf diese Art zwei bis sechs Möglichkeiten übrig, die der Kunde nochmals nach seinen Kriterien prüfen kann. Der Kunde erhält dabei einen von der Software formal standardisierten, aber inhaltlich von Ingenieur individualisierten Bericht, der ihm als Entscheidungsgrundlage dient (siehe Abbildung 2).

 

Abbildung 1-01

Abbildung 1: Basierend auf seinen Eingabeparametern, stellt die Software dem Ingenieur eine zwei- bis dreistellige Anzahl von Varianten vor. Es ist anschließend die Aufgabe des Ingenieurs, die Varianten zu identifizieren, die die Kundenanforderungen am besten erfüllen. Dort kann er seine Expertise einsetzen, während der arbeitsintensive Schritt der Berechnungen von der Software übernommen wird. (Bildrechte: Goldbeck)

 

Jenseits der klassischen Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

GEOS ermöglicht es GOLDBECK, seine Kunden schon in frühen Projektstadien in einem der maßgeblichen Zukunftsthemen umfänglich zu beraten: Der Nachhaltigkeit. Aus Zahlen vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit geht hervor, dass etwa 30 Prozent der Emissionen in Deutschland auf den Gebäudebetrieb entfallen (https://www.bmu.de/fileadmin/Daten_BMU/Download_PDF/Klimaschutz/klimaschutz_zahlen_2019_fs_gebaeude_de_bf.pdf). Die Bedeutung des Gebäudebetriebs auf die Gesamtemissionen über den Lebenszyklus eines Gebäudes mag in der Vergangenheit aufgrund von verbesserten Gebäudehüllen abgenommen haben. Doch noch immer werden mindestens so viele Emissionen im Betrieb eines Gebäudes emittiert, wie bei seiner Errichtung angefallen sind. Die hohe Bedeutung des Gebäudebetriebs für die Nachhaltigkeit eines Gebäudes geht z.B. auch aus dem Leitfaden zum nachhaltigen Bauen hervor, den das Bundesministerium des Inneren, für Bau und Heimat herausgibt (https://www.nachhaltigesbauen.de/fileadmin/pdf/Leitfaden_2019/BBSR_LFNB_D_190125.pdf). Das Ende 2019 verabschiedete Klimaschutzgesetz der Bundesregierung hat dazu geführt, dass die CO2-Emissionen eines Gebäudes im Betrieb erstmals auch eine direkte Kopplung zur Wirtschaftlichkeit des Heizsystems haben, denn letztlich zahlt der Bauherr zukünftig indirekt über den Gaspreis für jede emittierte Tonne CO2 für das Beheizen seines Gebäudes. Dieses Gesetz hat für viel Unsicherheit bei deutschen Unternehmen gesorgt (https://www.handelsblatt.com/politik/international/energiewende-bundesregierung-erhoeht-co2-preis-unternehmen-fuerchten-um-ihre-existenz/25338704.html). Um die Unsicherheit unserer Kunden zu senken, zeigen wir ihnen auch den möglichen Einfluss einer CO2-Abgabe auf ihre laufenden Kosten. Es ist zudem möglich, mit GEOS verschiedene Entwicklungen für den zukünftigen Zertifikatspreis durchzuspielen. Dadurch kann der Bauherr deutlich besser einschätzen, in welchem Korridor sich seine Kosten auch in Zukunft bewegen könnten.

Entstehungsgeschichte und Weiterentwicklung

GEOS wird von GOLDBECK bereits seit Ende 2015 in Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Wirtschafts- und Technomathematik (ITWM) in Kaiserslautern entwickelt. Die umfassende Technik- und Planungskompetenz von GOLDBECK und die dedizierten Kenntnisse zur Dateninterpretation und Ableitung von mathematischen Modellen des ITWM stellen eine ideale Grundlage eines solchen Vertriebs- und Beratungstools dar. Die Zusammenarbeit wird kontinuierlich fortgesetzt. GEOS wurde ursprünglich für die Betrachtung von Bürogebäuden entwickelt. Die Erweiterung der Software um das Produkt Schule steht kurz vor der Fertigstellung. Weitere Gebäudetypen sind bereits in der Evaluation. Aus der Sicht von GOLDBECK ist GEOS ein Paradebeispiel dafür, wie in Zeiten von immer schnelleren Entscheidungsfindungen und Fachkräftemangel, Fachingenieure in ihrer Tätigkeit unterstützt und Kunden besser beraten werden können.

 

Abbildung 2

Der Kunde erhält von GOLDBECK einen kompakten GEOS-Bericht. Aus diesem gehen die von GOLDBECK gewählten Annahmen und auch die Darstellung der interessanten Varianten hervor. (Bildrechte: Goldbeck)

 

Autor: Lukas Romanowski (Projektmanager Innovation, GOLDBECK New Technologies GmbH)

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