Die Rolle der elektrischen Energie beim Betrieb von Gebäuden. Betriebsrelevante Einsatzorte und Geräte

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung in die Thematik

2. Einsatzorte der elektrischen Energie im Gebäude

3. Elektroinstallationen im Gebäude
3.1. Konventionelle Elektroinstallationen
3.2. Gebäudeautomation
3.2.1. Aufbau und Funktionsweise
3.2.2. Einsatzorte und Funktionen der Gebäudeautomation
3.2.3. Klassifizierungund Einsparpotentiale

4. Kostenbetrachtung der Elektroinstallationen

5. Leistungsbedarf und Anschlussleistung

6. Analyse und Bewertung des elektrischen Energieverbrauchs

7. Abbildungsverzeichnis

8. Tabellenverzeichnis

9. Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung in die Thematik

In der Europäischen Union entfallen etwa 40% des Energieverbrauches aufden Gebäudebestand. Etwa 85 Pro­zent davon fallen auf die Heizwärme und Wasserwasseraufbereitung und etwa 15 Prozent auf den Strom zu­rück. Gemeinsam entspricht das etwa ein Drittel alle CO2-Emissionen.¹

Zur heutigen Zeit sind Elektroinstallationen im Gebäude ein wesentlicher Grundbaustein, ohne den ein Betrieb unvorstellbar ist. Heute noch stellen sich nicht wenige Bauherren und Architekten unter Elektroinstallationen im Wesentlichen Steckdosen, Schalter und Leuchten, einen Sicherungskasten und einen Hausanschluss vor. Dies gehört zwar dazu, ist aber bei weitem noch nicht alles.² Die Elektrotechnik ist essentiell für den Betrieb von Gebäuden. Der heutige Stand der Technik und die stetig wachsenden Möglichkeiten bieten immer mehr Möglichkeiten die Gebäudetechnik weiterzuentwickeln. Einen bemerkenswerten Durchbruch brachte die Idee, die Energie- und Informationsversorgung physisch voneinander zu trennen. Im Vergleich zur vorherigen Instal­lationsweise hat dies den Vorteil, dass sämtliche Ein- und Ausgabegeräte durch einen gezielten Informations­austausch miteinander verbunden werden können.³ Die Elektrotechnik spielt bei vielen Fragen der Gebäudetechnik eine wichtige Rolle, wie beispielsweise bei der Gebäudeautomation und bei regenerativen Energiesystemen, deren Planung teilweise direkt mit der Gebäudeplanung verbunden ist.⁴

In unserer modernen Industriegesellschaft werden immer mehr Abläufe und Prozesse automatisiert, auch in der Gebäudetechnik.⁵ Eine zeitgemäße Elektroinstallation in Gebäuden jeglicher Art ist die Grundlage und Be­standteil der gesamten Technik im Gebäude, insbesondere aber der Gebäudeautomation, welche in den letz­ten Jahren große Fortschritte gemacht hat. Dies liegt einerseits den technischen Fortschritten als auch den steigenden Bedürfnissen nach Komfort, Sicherheit und Energieeffizienz und Kosteneinsparung zugrunde.^{6 7}

Tabelle 1: Bedürfnisse des Anwenders mit Beispielen7

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Für den Menschen als Anwender ist mittlerweile eine Vielzahl an automatisierten Funktionen oder im Hinter­grund laufenden Geräten beinahe unbemerkt eine Selbstverständlichkeit geworden.⁸

Betrachtet man beispielsweise die Heizungsanlagen. Sie sorgen im Hintergrund mithilfe von integrierten Rege­lungsfunktionen für einen funktionalen und effizienten Energieverbrauch. Hierin enthalten sind üblicherweise eine ausgeklügelte Brennersteuerung, Temperaturfühler oder Zeitschaltprogramme zur (Nacht-)Absenkung.⁹ Als ein weiteres Beispiel für den privaten Wohnungsbau lässt sich an dieser Stelle die (automatische) Lichtsteu­erung aufführen. Nahezu jeder Haushalt verfügt über eine automatische Lichtsteuerung, welche die Außenbe­leuchtung ein bzw. ausschaltet. Der Konsument quittiert das an- oder ausgehende Licht, doch im Hintergrund arbeitet eine Sensorik.¹⁰ Die Wärmestrahlung des Menschen wird durch einen Sensor erfasst und mit Signalen eines Helligkeitssensors so kombiniert, dass sich das Licht nur bei Dunkelheit einschaltet.¹¹ Auch üblich und auch deutschlandweit verpflichtend¹² für privaten Wohnraum sind Rauchmelder, welche durch akustische Sig­nale den Menschen im Brandfall o.ä. warnen sollen. An dieser Stelle ließen sich noch zahlreiche weitere Bei­spiele aufführen.

Anzumerken ist die Beziehung zwischen den Gewerken. Es besteht eine große Abhängigkeit von der Elektro­technik im Gebäude. Viele der Gewerke im Gebäude könnten ohne die elektrische Energieversorgung gar nicht ihren Zweck erfüllen. Ein Licht, dass nicht leuchtet, die Heizung, die nicht warm wird, eine Lüftungsanlage, die keine Luft transportiert - diese und unzählbar viele weitere Funktionen im Gebäude wären nicht möglich. Das Zusammenwirken der Gewerke ist der Schlüssel zur einwandfreien Gebäudefunktionalität.

Im Rahmen der vorliegenden Facharbeit wird besonders auf die betriebsrelevanten Einsatzorte der elektri­schen Energie, die betriebsrelevanten Geräte und Komponenten und Funktionsweisen eingegangen. Darüber hinaus wird auf die gebäude- und verbrauchsabhängige Leistungsaufnahme, die zeitliche Komponente sowie auf die Auslegungsparameter und Berechnungsweisen eingegangen.

2. Einsatzorte der elektrischen Energie im Gebäude

Durch die zum Teil ganz unterschiedlichen Anforderungen an die technische Gebäudeausrüstung und den dazu­gehörigen Elektroinstallationen lassen sich der Bedarfund die Einsatzorte derelektrischen Energie im Gebäude nicht verallgemeinert ausdrücken. Die technische Gebäudeausstattung ist in direkter Abhängigkeit von der Art des Gebäudes, den Nutzeranforderungen und dem technischen Detaillierungsgrad.

Unterschieden werden elektrische Anlagen gemäß KG 440, der VDI 3807 „Kosten im Bauwesen", zwischen den: Hoch- und Mittelspannungsanlagen, Eigenstromversorgungsanlagen, Niederspannungsschaltanlagen, Beleuch­tungsanlagen, Blitzschutz- und Erdungsanlagen als auch den Fahrleitungssystemen und sonstigen Systemen.¹³ Die VDI 3807 Blatt 4 hingegen kategorisiert die Einsatzorte bemessen an den unterschiedlichen Verwendungs­zwecken wie folgt:¹⁴

- Beleuchtung z.B. die Raum-, Arbeitsplatz-, Dekorations- und Akzent-, Sicherheits-, Außenbeleuchtung
- Lüftung z.B. für Zu- und Abluftventilatoren, Antriebe derWärmerückgewinnung, Umwälzpumpen zur Wärmerück­gewinnung oder Lufterhitzer
- Kühlkälte z.B. für Kompressoren und sonstige Antriebe von Kältemaschinen, Ventilatoren und Umwälzpumpen für Kälteversorgung und Rückkühlsysteme
- Betriebseinrichtungen Hierzu gehören üblicherweise alle Geräte, die dem Betrieb der Räume dienen, in denen sie installiert sind, oder die diesen Räumen zugeordnet werden können, mit Ausnahme von den zuvor genannten Gewerken. Dazu zählen würde bspw.: der Personal-Computer, Bildschirm, Drucker, Haushaltsgeräte, Ladeeinrichtun­gen usw.
- Zentrale Einrichtungen z.B. die EDV-Anlage, Küche, Schwachstromanlagen, Werkstatteinrichtungen usw.
- Diverse Technik Dazu gehören: Aufzüge, Hilfsenergie Heizung (Pumpen, Brenner, Regelung) und Beleuchtung.
- Elektrowärme Elektrische Energie, welche für dezentrale Heizzwecke und dezentrale Brauchwarmwasserbereitung ver­wendet wird.

3. Elektroinstallationen im Gebäude

In der frühen Planungsphase von Gebäuden stehen der Bauherr und der Architekt vor der Entscheidung, wel­ches architektonische Konzept, welche Art und Qualität die Hülle und welche technische Ausstattung das Ge­bäude haben soll. Oftmals wird hierfür die Höhe der Baukosten als bestimmender Faktor herangezogen, während die laufenden Betriebskosten keine oder nur eine untergeordnete Rolle spielen.¹⁵ Dem hinzu kommt, dass in den meisten Fällen nur wenige Informationen über das Verhalten der einzelnen technischen Lösungen während der Betriebsphase vorliegt. Unterschiedliche Investitionsentscheidungen verursachen unterschiedli­che Folgekosten, welche mit der energetischen Qualität des Gebäudes Zusammenhängen, dies betrifft auch die Gebäudetechnik inklusive der Elektroinstallation. Bereits verhältnismäßig geringe Investitionen verursachen im Betrieb eine bemerkenswerte Wirkung.¹⁶

In dem nachfolgenden Kapitel wird auf zwei unterschiedliche Installationsarten eingegangen, wobei der Auf­bau, die Funktion und Möglichkeiten als auch das Zusammenwirken erläutert werden.

3.1. Konventionelle Elektroinstallationen

Die konventionelle Elektroinstallation umfasst die Einspeisung energetischer Quellen und Medien ins Gebäude, deren Organisation in einem Hausanschlussraum und Verteilung bis hin zum Verwendungsort in derWohnung oder dem Gebäude.¹⁷ Die Organisation kann sowohl unidirektional¹⁸ als auch bidirektional¹⁹ erfolgen. Als eine unidirektionale Organisation lässt sich eine Einspeisung von einer Versorgungseinrichtung ins Gebäude verste­hen und als bidirektionale die eigenerzeugte Energie, beispielsweise durch Photovoltaik oder Windkraft oder die Kommunikation des Gebäudes über Internetanwendungen.²⁰

Der Hausanschluss gilt als zentraler Punkt im Gebäude, in dem die Energie- und Medienquellen rangiert wer­den. Zu den Energiequellen zählen der elektrische Anschluss, der Wasseranschluss, der Abwasseranschluss, der Gas- und Fernwärmeanschluss und zu den Medienquellen die Telefonanschlussleitung sowie der darauf aufge­setzte Internetanschluss und der Kabelanschluss für Radio und Fernsehen.²¹

Die elektrische Energieversorgung wird am Hausanschlusskasten über die Hauptsicherung in einen Zähler­schrank geführt, in dem die vom Energieversorger entnommene Energie gemessen wird. Von dem Zähler­schrank aus wird der Stromkreisverteiler eingespeist von dem aus unterverteilt wird. Eine Unterverteilung lässt sich als Stromkreisverteiler oder umgangssprachlich als Sicherungskasten verstehen. Es ist der zentrale Punkt im Gebäude, von dem aus die vom Energieversorger bereitgestellte Energie auf die einzelnen Räume und damit Stromkreise für elektrische Verbraucher verteilt wird. Ein Stromkreisverteiler besteht im Wesentlichen aus ei­ner Vielzahl von Leitungsschutzschaltern (in Abhängigkeit von der Anzahl der Stromkreise), über die die Absi­cherung der einzelnen Stromkreise erfolgt und eine Schaltmöglichkeit des Stromkreistet besteht. Der Stromkreisverteiler ist der erste zentrale Punkt im Gebäude, welcher maßgebend für die einzelnen Stromkreise ist und entscheidet, ob und in welchem Ausmaß im Weiteren eine Gebäudeautomation implementiert oder vorbereitet wird. Bei der klassischen Elektroinstallation werden die einzelnen Stromschaltkreise, sprich Licht und Steckdosen, meist auf einen Stromschutzschalter gelegt, oder in einen nächsten Unterverteiler weiterlei­tet. In der Regel werden dabei einzelne Stromkreise für getrennte Räume, bemessen an der Leistungsauf­nahme oder dem Absicherungsanspruch geschaltet.²²

Je größer der Stromkreis ist und je mehr Entnahmestellen in einem Stromkreis liegen, umso schwerer wird eine mögliche Nachrüstung der Gebäudeautomation. Neubauer, welche nicht von vornherein eine Gebäudeautoma­tion einbauen, wird geraten, möglichst viele Stromkreise anzulegen, um die späterem Schalt- und Messmög­lichkeiten zentral zu ermöglichen.²³

[...]

¹ Vgl. (Zeit Online)

² Vgl. (BaunetzWissen)

³ Vgl. (Kasikci, 2013)S.V

⁴ (Kasikci, 2013) S. V

⁵ Vgl. (Merz, Hansemann, & Hübner, 2016) S. 1

⁶ Vgl. (Baunetz Wissen)

⁷ Vgl. ebd.

⁸ Vgl. (Merz, Hansemann, & Hübner, 2016) S.3

⁹ Vgl. ebd.

¹⁰ Vgl. ebd.

¹¹ Ebd.

¹² Vgl. BauO NRW §49 Abs. 7

¹³ Vgl. (Verein Deutscher Ingenieure, 2008, S. 45-46 Tab. 4)

¹⁴ Vgl. (Verein Deutscher Ingenieure, 2008, S. S. 5 Tab. 1)

¹⁵ (Geissler, et al., 2010, S. 9)

¹⁶ Vgl. ebd.

¹⁷ (Aschendorf, 2013, S. 60)

¹⁸ Unidirektional: Übertragung in eine Richtung

¹⁹ Bidirektional: Übertragung in beide Richtungen

²⁰ Vgl. (Aschendorf, 2013, S. 60)

²¹ (Aschendorf, 2013, S. 61)

²² Vgl. (Aschendorf, 2013, S. 62)

²³ Vgl. (Aschendorf, 2013, S. 62)