Universität Kaiserslautern
FB Baubetrieb und Bauproduktion

Diplomarbeit

zur Erlangung
des akademischen Grades eines Diplom-Ingenieurs
im Fachbereich Bauingenieurwesen

Energiekonzept eines Forschungsstandortes
"Wirtschaftliche und energetische Auswirkungen einer zentralen Energieversorgung 
(auf Basis Kraft-Wärme-Kopplungstechnik) 
auf das Energiekonzept eines Forschungsstandortes, 
′am Beispiel des Agrarzentrums Limburgerhof, BASF AG 
und deren Konsequenzen für ein modernes Liegenschaftsmanagement."

von

Thomas Klein

8 / 2002

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis ... 3
Verzeichnis der Abbildungen ... 7
Verzeichnis der Tabellen ... 8
Verzeichnis der Abkürzungen ... 9

Vorwort ... 11

Kapitel 1: Einleitung ... 12

Kapitel 2: BASF AG: Hintergründe und Fakten ... 16
2.1 Informationen zur BASF AG ... 16
2.2 Position des Agrarzentrums Limburgerhof in der BASF Gruppe ... 17
2.3 Stellung des Agrarzentrums Limburgerhof im Bezug auf das Stammwerk der BASF in Ludwigshafen ... 18
2.4 Geographische Lage ... 20
2.4.1 Regionale Einordnung ... 20
2.4.2 Stammwerk BASF AG Ludwigshafen ... 21
2.4.3 Agrarzentrum Limburgerhof, BASF AG ... 22

Kapitel 3: Facility Management / Liegenschaftsmanagement ... 23
3.1 Ist eine eindeutige Begriffsdefinition möglich? ... 23
3.2 Immobilien Facility Management / Liegenschaftsmanagement ... 25
3.3 Grundzüge/Zielsetzungen/Methoden eines Facility Management Projekts ... 29
3.4 Die Situation im Agrarzentrum Limburgerhof, BASF AG ... 33
3.5 Energiemanagement als Bestandteil des Immobilien Facility Managements ... 35

Kapitel 4: Bestandsanalyse des Energiemanagements des Agrarzentrums Limburgerhof, BASF AG ... 37
4.1 Ist - Zustand der Energieversorgung ... 37
4.1.1 Elektrische Energieversorgung ... 37
4.1.2 Gasversorgung ... 37
4.1.3 Wärme- und Kälteversorgung der Gebäude ... 38
4.1.4 Darstellung der Situation im Plan ... 39
4.2 Bestandsanalyse der Gebäudearten, des Energiebedarfs und der technischen Gebäudeausrüstung (TGA) ... 40
4.2.1 Bestandsanalyse der Gebäude des Agrarzentrums bezüglich ihres Energiebedarfs und ihrer technischen Gebäudeausrüstung ... 40
4.2.2 Auswertung der Bestandsanalyse ... 41
4.3 Ein typisches Gebäude mit dezentralem Energiekonzept am Beispiel des Laborgebäudes Li 445 ... 43
4.4 Grundsätzliche Überlegungen zu einem neuen Energiekonzept ... 46

Kapitel 5: Blockheizkraftwerke und das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplungstechnik ... 49
5.1 Einführung ... 49
5.2 BHKW / KWK - Technik und deren Umweltauswirkungen ... 50
5.2.1 Die klassische Art der Stromerzeugung ... 50
5.2.2 Die neue Lösung: KWK-Technik ... 51
5.2.3 Motoren in BHKW Modulen ... 54
5.2.4 Lärm- und Abgasemissionsschutz von BHKW Modulen ... 54
5.3 Betriebskonzepte ... 55
5.3.1 Wärme- oder Stromführung ... 55
5.3.2 Eigenbedarfsdeckung oder Stromlieferung ... 55
5.3.3 Laufzeit und Lebensdauer ... 56
5.4 Energiepolitische Rahmenbedingungen ... 56
5.4.1 Die Ökosteuer ... 56
5.4.2 Die Kraft-Wärme-Kopplungs - Vorrangpolitik ... 58

Kapitel 6: Neues Energiekonzept des Agrarzentrums Limburgerhof ... 62
6.1 Entscheidungsfaktoren für ein neues Energiekonzept ... 62
6.1.1 Entscheidungsfaktor: Alte Anlagen und die KWK-Technik ... 62
6.1.2 Entscheidungsfaktor: Laborneubau Li 721 ... 63
6.1.3 Wirtschaftlichkeitsrechnung ... 64
6.2 Energiebilanz, Gebäudeauswahl, Versorgungstrassenverlauf ... 68
6.2.1 Neue Energiebilanz ... 68
6.2.2 Gebäudeauswahl ... 70
6.2.3 Plandarstellung ... 70
6.3 Umstellung eines Gebäudes von dezentraler auf zentrale Energieversorgung ... 73
6.3.1 Auswirkungen auf die vorhandene Gebäudetechnik ... 73
6.3.2 Umstellungsprozess von dezentraler auf zentrale Energieversorgung anhand einer Prozesskette ... 75
6.4 Bau der zentralen Energieversorgung im Rahmen der KWK-Technik im Agrarzentrum Limburgerhof ... 77

Kapitel 7: Energie - Nutzwertanalyse ... 80
7.1 Grundlage der Nutzungskostenbetrachtung ... 81
7.1.1 Allgemeine Nutzungskostenstruktur von Gebäuden als Ermittlungsgrundlage nach DIN 18960 ... 82
7.1.2 Gruppenbildung (Kategorisierung) der Gebäude des Agrarzentrums Limburgerhof ... 86
7.1.3 Auswahl von Nutzungskostengruppe und Gebäudegruppen ... 88
7.2 Nutzungskostenermittlung für den Bereich Energien der unter 7.1.3 getroffenen Auswahl für das Agrarzentrum Limburgerhof ... 89
7.2.1 Tabellarische Zusammenstellung und Berechnung der Energiekosten ... 89
7.2.2 Graphische Darstellung der Energiekosten in Abhängigkeit der Investitionskosten ... 89
7.2.3 Auswertung von Trendlinien ... 90
7.3 Praktische Anwendung der Trendlinien mit den dazugehörigen Datensätzen im Agrarzentrum Limburgerhof ... 92
7.3.1 Deckungsbeitrag in % der standardisierten Gebäude an den Betriebskosten des BHKW ... 92
7.3.2 Prozentuale Aufteilung der Netto - Grundfläche (NGF) in Hauptnutzfläche (HNF), Nebennutzfläche (NNF), Verkehrsfläche (VF) und Funktionsfläche (FF) nach DIN 277 Teil1 ... 94
7.3.3 Berechnungsprogramm zur Ermittlung der nutzerbezogenen Jahresenergiekosten vorhandener Gebäude sowie in Planung befindlicher Bauvorhaben ... 96

Zusammenfassung ... 101

Kurzfassungen ... 104

Literaturverzeichnis ... 108

Normenverzeichnis ... 115

Anlagen

Verzeichnis der Abbildungen
Bild 1.1: Luftbild des Agrarzentrums Limburgerhof ... 14
Bild 1.2: Übersichtsplan des Agrarzentrums Limburgerhof ... 15
Bild 2.1: Lageskizze Großraum Mannheim/Ludwigshafen ... 20
Bild 2.2: Umgebungsplan BASF Stammwerk Ludwigshafen ... 21
Bild 2.3: Umgebungsplan BASF Agrarzentrum Limburgerhof ... 22
Bild 3.1: Immobilien Facility Management von R. Wahlen ... 27
Bild 3.2: Schematische Darstellung des Immobilien Facility Managements ... 28
Bild 3.3: Kostenbeeinflussung durch strategisches Facility Management ... 29
Bild 3.4: Auswirkungen des Einsatzzeitpunktes von FM auf die Kosten ... 30
Bild 3.5: Liegenschaftsmanagement im Agrarzentrum Limburgerhof, BASF AG ... 33
Bild 3.6: Aufteilung der Gebäudebetriebskosten ... 36
Bild 4.1: Gasregelstation im Agrarzentrum ... 38
Bild 4.2: Zentrale elektrische Energieverteilung in Li 467 ... 39
Bild 4.3: Laborgebäude Li 445 ... 43
Bild 4.4: Heizkessel mit Gasbrenner ... 43
Bild 4.5: Vorlaufverteilung und Rücklaufsammler ... 43
Bild 4.6: Raumlufttechnische Anlage ... 44
Bild 4.7: Kaltwassersatz ... 44
Bild 4.8: Kondensatoren und Abluftkamine ... 44
Bild 4.9: Trafo 1 auf dem Dach von Li 445 ... 45
Bild 4.10: Trafo 2 an der Nordseite von Li 445 ... 45
Bild 4.11: Kellerraum mit Erdgasanschluss ... 45
Bild 5.1: Energiebilanz eines BHKW - Moduls ... 52
Bild 5.2: Aufbauskizze einer BHKW Anlage mit KWK Technik ... 53
Bild 6.1: Ansicht Laborgebäude Li 721 ... 63
Bild 6.2: Grundriss Laborgebäude Li 721 (Erdgeschoss) ... 63
Bild 6.3: BHKW - Checkliste ... 65
Bild 6.4: Auswertung BHKW Checkliste ... 66
Bild 6.5: Rohreinmündung ... 72
Bild 6.6: Versorgungsleitungen zu Li 445 ... 72
Bild 6.7: Rohrverteiler der Übergabestation ... 74
Bild 6.8: Wärmetauscher der Übergabestation ... 74
Bild 6.9: Prozesskette für die Umstellung eines Gebäudes von dezentraler auf zentrale Energieversorgung (Teil 1) ... 75
Bild 6.10: Prozesskette für die Umstellung eines Gebäudes von dezentraler auf zentrale Energieversorgung (Teil 2) ... 76
Bild 6.11: Architekturmodell des BHKW ... 77
Bild 6.12: Neubau BHKW, Ansicht Stahlbau ... 77
Bild 6.13: Neubau BHKW, Ansicht Massivbau ... 77
Bild 6.14: Schematische Darstellung der wichtigsten Komponenten der zentralen Energieversorgung ... 79
Bild 7.1: Deckungsbeitrag der Gebäudegruppen ... 93
Bild 7.2: Nutzflächenverteilung Laborgebäude ... 94
Bild 7.3: Nutzflächenverteilung Bürogebäude ... 94
Bild 7.4: Nutzflächenverteilung Gewächshaus ... 95
Bild 7.5: Nutzflächenverteilung Technikum ... 95
Bild 7.6: Eingabeoberfläche des Programms ... 97
Bild 7.7: Diagramm zur Energiekostenabschätzung ... 99

Verzeichnis der Tabellen
Tabelle 3.1: Zusammenhang mit der englischen Sprache ... 25
Tabelle 4.1: Energiebilanz für den Bestand und TGA ... 41
Tabelle 5.1: Leistungsspektrum für Motorenanlagen und Gasturbinen plus Abhitzekessel ... 54
Tabelle 5.2: Höhe und Dauer der Vergütungen in Cent/kWh ... 61
Tabelle 6.1: Energiebilanz für die Neuplanung einschließlich Neubauten ... 68
Tabelle 6.2: Gebäudeauswahl ... 70
Tabelle 7.1: Nutzungskosten im Hochbau ... 85
Tabelle 7.2: Kategorisierung der Gebäude des Agrarzentrums ... 87
Tabelle 7.3: Deckungsbeitrag ... 92

Vorwort
Im Zuge von Baumaßnahmen im Agrarzentrum Limburgerhof, BASF AG, die den Bau eines neuen Laborgebäudes und eines Blockheizkraftwerks in Verbindung mit einer Umstrukturierung des gesamten Energiemanagements umfassen, wird in dieser Diplomarbeit im Rahmen des Liegenschaftsmanagements der Sektor "Energie" sowohl technisch wie auch wirtschaftlich bearbeitet.
Beginnend mit einem theoretischen Teil, der alle Grundlagen über Facility Management, Liegenschaftsmanagement und Kraft-Wärme-Kopplungstechnik liefert, folgt eine Bestandsaufnahme der Situation im Agrarzentrum.
Ziel der Diplomarbeit ist, das im Agrarzentrum Limburgerhof neu eingeführte Prinzip der zentralen Energieversorgung auf Basis der Kraft-Wärme-Kopplungstechnik darzustellen, den Bereich "Energie" wirtschaftlich und technisch zu analysieren und die Einordnung in ein modernes "Facility Management" zu beschreiben.
Themen wie Ressourcenschonung, Wirtschaftlichkeit, Energieeinsparung, Optimierungsprozesse und Managementleistungen stehen dabei im Mittelpunkt dieser Analyse.

[...]

Kapitel 2: BASF AG: Hintergründe und Fakten
2.1 Informationen zur BASF AG
Die BASF (Badische Anilin und Soda Fabrik) ist das weltweit führende Chemieunternehmen, pflegt Geschäftsbeziehungen mit Kunden in über 170 Staaten und betreibt in 39 Ländern auf internationaler Ebene Produktionsstätten. Basis bzw. Kern des Unternehmens ist die BASF Aktiengesellschaft. Darüber hinaus bestehen über 140 Tochtergesellschaften, 11 Gemeinschaftsunternehmen und 28 Tochter- und Gemeinschaftsunternehmen, die zusammen mit der BASF Aktiengesellschaft die BASF-Gruppe bilden.

Zentrum und Ausgangspunkt allen Handelns ist das Stammwerk der BASF-Gruppe in Ludwigshafen am Rhein. Es umfasst den weltweit größten zusammenhängenden Chemiekomplex. Die Werksfläche beträgt ca. 7,11 km² und bildet den Standort für rund 2000 Gebäude und ca. 40000 Mitarbeiter. In Ludwigshafen werden pro Jahr ca. 8000 Verkaufsprodukte mit einer Produktionsmenge von rund 8 Millionen Tonnen hergestellt. Weiterhin ist das Stammwerk in Ludwigshafen auch der Ausgangspunkt des sogenannten Verbundkonzeptes¹ , welches hier zur Perfektion gereift ist und so ein breites Fundament für den Unternehmenserfolg bildet und auch im Ausland erfolgreich angewendet wird. Weitere so genannte Verbundstandorte befinden sich in Belgien, Nordamerika und Asien.

Die Tätigkeit der BASF erstreckt sich auf die ganze Welt, wobei der Schwerpunkt aller unternehmerischer Aktivitäten in Europa liegt.

Produkte der BASF spielen eine große Rolle für eine Vielzahl von Industrien. Dabei umfasst die Produktpalette Chemikalien, Kunststoffe und Fasern, Veredelungsprodukte, Pflanzenschutzmittel und Vitamine (Ernährung) sowie Öl und Gas. Diese Produktgruppen bilden die fünf Segmente des Kerngeschäfts der BASF.

Produkte der BASF werden eingesetzt im Fahrzeugbau (Lacke, Grundierungen, Kunststoffe), in der Landwirtschaft (Pflanzenschutzmittel, Düngemittel) und in Gebäuden (Farbpigmente, Dispersionen, Schaumstoffe). Weiterhin gilt die Polytetrahydrofuran (Poly THF®)-Produktion als Beispiel für die starke Position der BASF im Chemiebereich.

[...]

1 Verbundkonzept bedeutet die optimale Verknüpfung der Produktionsanlagen, sodass Wertschöpfungsketten aufgebaut werden; d.h. Neben- bzw. Abfallprodukte der einen Fabrik können der anderen als Rohstoff dienen und durch Vernetzung von Anlagen werden Energien und Ressourcen gespart.