Optimierung der Quartiersentwicklung

Motivation und Ziele

Um die Umsetzung der Energiewende in Deutschland bis 2050 voranzutreiben, steckt sich die Bundesregierung in ihrem aktuellen Energiekonzept hohe Klimaschutzziele. Gleichzeitigt sollen langfristig Rahmenbedingungen für deren schrittweise Umsetzung bis 2050 geschaffen werden. Durch ein Zusammenspiel von Einsparmaßnahmen im Gebäudebestand und dem verstärkten Einsatz von erneuerbaren Energien wird zunächst bis 2020 angestrebt, beispielsweise den Wärmebedarf der Gebäude um 20% zu reduzieren. Bis 2050 soll durch solche Maßnahmen ein klimaneutraler Gebäudebestand mit einem sehr geringen Energiebedarf und einer überwiegenden Deckung aus erneuerbaren Energien erreicht werden.

Das 6. Energieforschungsprogramm reagiert auf diese Herausforderungen mit Forschungsschwerpunkten, die sich verstärkt mit der Erforschung von Entwicklungspotentialen auf Stadt- und Quartiersebene befassen. Im Bereich der Nicht-Wohngebäude bieten die deutschen Hochschulen dabei ein besonders großes Innovations- und Vorbildpotential, wie es auch in der EU-Richtlinie zur Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden formuliert wird.

Den Hochschulen in Deutschland kommt deshalb eine Schlüsselrolle zur Erreichung der Klimaschutzziele zu. Sie sind nicht nur für Lehre und Forschung verantwortlich, sondern mit ihrem umfangreichen und heterogenen Gebäudebestand sowie ihren Neubauten selbst dazu prädestiniert, ein Lernlabor für ´Energieoptimiertes Bauen und Betreiben´ (EnOB/ EnBop/ EnEff:Stadt, etc.) zu bilden. Vor diesem Hintergrund ist das Forschungsprojekt „EnEff Campus: blueMAP TU Braunschweig“ der ideale Katalysa­tor und Multiplikator für Innovationen. Während der dreijährigen Projektlaufzeit hat ein interdisziplinär aufgestelltes Team aus Architekten, Städtebauplanern, Maschinenbauingenieuren, Elektrotechnikern u. a. einen integralen energetischen Masterplan erstellt. Um den Anspruch der wissenschaftlichen Einrichtungen bei der Planung und Erarbeitung innovativer Konzepte zu dokumentieren, werden die politisch vorgegebenen Teilziele, z. B. für die Reduzierung von CO₂-Emissionen bis 2020, verdoppelt, und Visionen für eine nachhaltige Energieversorgung des Campus bis 2050 entwickelt.

Der Campus der TU Braunschweig

Die Technische Universität Braunschweig gehört dem TU9-Verband führender Technischer Universitäten Deutschlands an und wurde im Jahre 1745 gegründet. Das Campus-Areal der TU Braunschweig befindet sich im innerstädtischen Bereich und besteht aus vier Arealen mit insgesamt 200 Gebäuden, die eine Gesamt-Nettogrundfläche von ca. 400.000 m² einnehmen. Den größten Anteil dieser Gebäude und Flächen beherbergen Verwaltungs- und Büroräume, sowie Laboreinrichtungen. Ein weiterer Teilbereich des Campus-Areals befindet sich am Flughafen in Braunschweig, der in der Projektbearbeitung lediglich im Arbeitspaket „Mobilität“ Berücksichtigung findet.

Der jährliche Wärmeenergieverbrauch summiert sich auf ca. 44 GWh, der jährliche Stromverbrauch auf ca. 35 GWh im Basisjahr 2011. Im Bereich Wärme ist dieser Energieverbrauch mit ca. 2200 Einfamilienhäusern und im Bereich Strom mit ca. 10.000 Einfamilienhäusern vergleichbar.

Gebäudebestand

Auf dem Hochschulgelände befinden sich eine Vielzahl typischer Universitätsgebäude mit unterschiedlichen Nutzungen (Vortragsräume, Bibliothek, Mensa, Büro, Labor, Hallenbauten, Verwaltung, usw.) und Gebäude aller Baualtersklassen (historische Gebäude 18./19. Jhd., Gründerzeit, Moderne der 50er Jahre, Funktionsbauten der 60&70er Jahre, Neubauten). Ein Großteil der Gebäude stammt aus der Phase erhöhter Bautätigkeit der Jahre zwischen 1950 und 1980. Insgesamt wurden 82 % des Gebäudebestands vor 1980 und damit vor dem Inkrafttreten der ersten Wärmeschutzverordnung 1977 errichtet (Bild 3).

Nach Flächenverteilung der Nutzungsgruppen der DIN 277 liegt der Schwerpunkt der TU Braunschweig mit ca. 40 % der Ge­samt­fläche im Bereich Forschung. Weitere 30 % verteilen sich auf die Büro­arbeit, die restlichen Nutzungsgruppen liegen ebenfalls bei insgesamt ca. 30 % (Bild 4).

Datenbasis

Die TUBS verfügt als eine der ersten Hochschulen in Deutschland über eine umfassende gebäudespezifische, zeitlich hochaufgelöste Erfassung der Energieverbräuche mit Zuordnung zu Flächen gem. DIN 277, Nutzungen sowie zur zukünftigen Bedarfsentwicklung. Ein zentral eingerichtetes Energiemanagementsystem ermöglicht die Überwachung und Steuerung der gebäudetechnischen Anla­gen, die zum Großteil mithilfe von Gebäudeleittechnik in das Sys­tem inte­griert sind. Durch gezielte Mon­tage von Zähl- und Mess­ein­richtungen lassen sich schnell und einfach Teilenergiekenn­werte in den Gebäuden ermitteln, um damit die Optimierung der Ener­gie­performance effektiv zu unter­stützen.

Durch seine Struktur und Leis­tungsfähigkeit des Gebäudema­nagements bietet der Campus der TU Braunschweig die Möglichkeit, die im Forschungsprojekt entwickelten Konzepte zur energetischen Sanierung und zum langfristigen Umbau der Energieversorgung umzusetzen.

Ziele und Methodik

Für die Erstellung eines integra­len energetischen Masterplans wurden folgende Schwerpunkt-themen gewählt:

Die fachliche Bearbeitung fand durch ein interdisziplinäres Forschungsteam aus Instituten der TU Braunschweig und externen Projektpartnern, wie beispielsweise dem lokalen Energieversorger, statt. Eine enge Abstimmung der Arbeitspakete wurde durch regelmäßige Projekttreffen gewährleistet. Darüber hinaus wurde der inhaltliche Austausch in Fachdiskussionen in flexibel organisierten Kleingruppen vertieft. Hochschulübergreifend beschrieb die HIS die Datenbasis für den aktuellen Wissensstand und stellte den Austausch mit anderen Hochschulen und internationalen Programmen sicher. Mit dieser Aufstellung wurden im Forschungsprojekt „EnEff Campus: blueMAP TU Braunschweig“ drei Hauptziele verfolgt:

1. Integaler Mas­terplan

Status 2010: Der Gebäudebestand des Campus TU Braunschweig wird in Bezug auf Energiebedarf und Energieverbrauch, Städtebau und Mobilität dokumentiert und in einem Energie­ka­taster als Base­line für die wei­tere Bearbei­tung abgebildet.

Konzept 2020: Das Energiekataster wird in ein interdisziplinäres Berechnungsmodell für die Campusentwicklung übertragen, mit dem multiple Parameterstudien für verschiedene Szenarien der Campusentwicklung erstellt werden.

2. Umsetzungsorientierte Planungsphase 2020, Vision 2050

Die Ergebnisse werden einen detaillierten Entwicklungsplan für den Campus der TUBS 2020 aufzeigen, der mit der Hochschul­leitung und den weiteren verantwortlichen Institutionen zu einem konkreten Umsetzungsplan unter Berücksichtigung technischer, finanzieller und administrativer Aspekte entwickelt wird. Darüber hinaus werden Szenarien für die langfristige Perspektive 2050 dargestellt. Die Vision 2050 bildet die Grundlage für eine dauerhaftes „Commitment“ der Hoch­schule für eine nachhaltige Campusentwicklung.

3. Verwertungsgrundlage

Im Rahmen der Erstellung des integralen Masterplans werden durch das interdisziplinäre Team Werkzeuge und Methoden für die Bearbeitung der komplexen Themen und Aufgabenstellungen entwickelt und evaluiert. Die erarbeiteten Konzepte und Sze­na­rien bilden die Grundlagen für die Planungs- und Umsetzungsphase und sind Bestandteil zukünftiger Forschungs- und Lehr­aktivitäten im Bereich des energie­optimierten Bauens und Be­treibens.

Ergebnisse

In der ersten Phase des Projekts, die Ende Juli 2015 abgeschlossen wird, wurden innerhalb der Schwerpunktthemen gebäudeenergetische, organisatorische und infrastrukturelle Maßnahmen (siehe Tabelle 1) als Teilaspekte für den Masterplan definiert. Hierbei wurden u.a. Methoden und Werkzeuge entwickelt, die eine Vereinfachung in der Erfassung und Berechnung von energetischen Gebäudegrundlagen ermöglichen, sowie die Erstellung von Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz und Potentiale zur Senkung des Energieverbrauchs wirtschaftlich vergleichbar abbilden.

Aus den in den jeweiligen Arbeitspaketen beschriebenen Einzelmaßnahmen wurden für die Themenbereiche „Gebäude“ und „Mobilität“ jeweils drei verschiedene Szenarien unter Berücksichtigung des Projektziels „Reduzierung der Primärenergie um -40%“ für den Gesamt-Campus abgeleitet (Bilder 5 und 7). Die Höhe der durch die Umsetzung der Maßnahmen prognostizierten Senkung des Primärenergieverbrauchs (Status 2010) ermöglicht einen Vergleich der einzelnen Szenarien. Das Ergebnis ist ein mehrdimensionales Umsetzungskonzept für die nächsten vier Jahre, das im Folgeprojekt die Grundlage bilden wird für

1. die intensive praktische Umsetzung der energetischen Optimierung des Campus bis 2020 und

2. begleitende präzise Variantenuntersuchungen für das langfristige Ziel eines weitgehend CO₂-neutralen Campus und die Entwicklung langfristiger Strategien.

Szenarien 2020 „Gebäude“

Auf Gebäudeebene wurden aus den in Tabelle 1 beschriebenen Einzelmaßnahmen die in Bild 5 dargestellten Szenarien abgeleitet. Szenario 01 beinhaltet sämtliche untersuchten Maßnahmen, Szenario 02 setzt sich aus Maßnahmen zusammen, die kurz- bis mittelfristig umsetzbar sind und Szenario 03, das Minimal-Szenario, enthält kurzfristig umsetzbare, gering-investive Maßnahmen.

Über Szenario 01 kann das Projektziel einer Reduzierung der Primärenergie um -40% bis 2020 erreicht werden. In Szenario 02 wird das Projektziel annähernd erreicht, obwohl auf die kostenintensiven Maßnahmen „Gebäudehülle“ und „BHKW“ verzichtet wird. In Szenario 03 wird der Zielwert nicht erreicht, jedoch kann über diese kurzfristig umsetzbaren Maßnahmen, wie Betriebsoptimierung der RLT-Anlagen, Austausch der Beleuchtung in den Verkehrszonen, Austausch von Altgeräten an Kühl- und Gefrierschränken sowie Einsparungen über das Nutzerverhalten der Primärenergieverbrauch bereits um 31% reduziert werden.

Szenarien 2020 „Mobilität“

Im Bereich des Mobilitätsmanagements erfolgte die Betrachtung systemisch integrierter Maßnahmen, die in Öffentlichkeitsarbeit, Push- und Pull-Maßnahmen unter­teilt werden können. Diese sollen den Umstieg von Menschen vom PKW auf ande­re Ver­kehrs­mit­tel bzw. auf Fahr­ge­meinschaften fördern. Zu solchen Maßnahmen zählt bei­spiels­weise Carsharing, eine Miet­radflotte oder auch eine interne Mitfahrbörse.

Im Aktionsfeld Mobilität wurden die Bereiche Mitarbeitermobilität, Dienstreisen und Dienstfahrzeuge erörtert, für die punktuelle Maßnahmen entwickelt wurden.

Diese sehen im Detail die Einführung von Home-Office-Tagen, aber auch die Bereitstellung von Videokonferenzräumen und E-Fahrzeugen vor. Auch die Vorgabe eines Mindestbestellwertes dient in diesem Zusammenhang der Senkung von Kosten, indem durch die Bündelung von Be­stel­­lun­gen Transportenergie ein­gespart wird. Die drei Szenarien sind so zusammengestellt, dass der Umfang der einzelnen Maß­nahmenbündel zunimmt.

Umsetzung Masterplan TU Braunschweig 2020

Mit dem Start des Folgeprojekts „EnEff Campus 2020“ im August 2015 geht die TU Braunschweig in die Umsetzungsphase des Masterplans 2020. In enger Abstimmung zwischen der Hochschulleitung, der Landesebene, der beteiligten Fachinstitute und nicht zuletzt des lokalen Energieversorgers wird in den kommenden drei Jahren ein für die deutsche Hochschullandschaft zukunftsweisendes Maßnahmenpaket zur energetischen Optimierung des Campus vorbereitet und schrittweise umgesetzt werden. Damit wird die TU Braunschweig zum wichtigen Impulsgeber für die Energiewende in der Stadt und zum Vorreiter der Energetischen Optimierung von Hochschulen in Deutschland.

Schwerpunkt I – Demonstration

Das Ziel, die CO₂-Emissionen der TU-BS um 40 % zu senken, kann nur erreicht werden, wenn in kurzer Zeit eine Vielzahl verschiedener Maßnahmen umgesetzt wird. Daraus lassen sich folgende Strategien für die Optimierung in den nächsten drei Jah­ren definieren, die konkret umgesetzt werden sollen:

Die einzelnen Strategien werden auf einander abgestimmt, bleiben jedoch unabhängig voneinander umsetzbar. Auf diese Weise kann bei Bedarf flexibel auf mögliche Veränderungen reagiert werden, ohne das Gesamtziel im Grundsatz zu gefährden.

Zusätzlich wird das langfristige Ziel eines weitgehend CO₂-neutralen Campus in eine präzisere Variantenuntersuchung überführt und entsprechende langfristige Strategien entwickelt.

Schwerpunkt II – Techno­logieforschungsplattform
„Real-Life-Lab Campus TUBS“

Im zweiten Schwerpunkt wird unter Nutzung der einmaligen Daten­verfügbarkeit an der TU Braunschweig eine Technologieforschungsplattform „Real-Life-Lab Campus TU BS“ mit vernetzten Technologieforschungsstrategien für hochinnovative integrale Entwicklungen aufgebaut. Nachdem im vorangegangenen Projekt der Energieverbrauch auf Gebäudeebene und teilweise auf Systemebene erfasst worden ist, wird im Projekt Campus II diese Technologieplattform für die Nutzung von Gebäudedaten zur Optimierung der Gebäudeperformance entwickelt. Dabei werden folgende Schwerpunkte gesetzt:

Durch die Evaluierung der Ergebnisse im „Real-Life-Lab Campus TUBS“ und die Umsetzung der Ergebnisse im Campus-Quartier findet unter den beiden Schwerpunktthemen ein kontinuierlicher Austausch bei der Entwicklung, Umsetzung und Erprobung innovativer Technologien statt.

Informationen zum For­sch­ungs­team finden Sie online unter www.tab.de mit Webcode „TABUW1AQ“.