Kältetechnik

Swisscom Businesspark Ittigen

Der Businesspark in Ittigen bei Bern ist eines der rund 1000 Immobilien umfassenden Gebäude im Portfolio der Swisscom. (Foto: Swisscom)

Kälteverbrauch neu berechnen

Der Stromverbrauch für Raumkühlungen dürfte in den nächsten Jahren ansteigen. Der Bund verlangt von bundesnahen Betrieben hierfür neu eine Rapportierung. Ein im Rahmen einer Master-Thesis erarbeitetes ­Berechnungsmodell weist den Kälteenergieverbrauch in grossen ­Immobilienportfolios genauer aus.

Die Akteure der Gruppe «Energie-Vorbild» des Bundes erfassen jährlich im Rahmen ihrer Nachhaltigkeitsberichterstattung verschiedenste Endenergieverbrauchsdaten. Der Bezug von Strom, thermischer Endenergie und von nicht erneuerbaren Treibstoffen sowie die Eigenstromproduktion sind Teile des Rapports «Endenergieverbrauch nach GRI 302-1».

Neu verfügt der Bund, dass mit dem Abschluss des Jahres 2020 der Stromverbrauch im genannten Reporting zusätzlich nach verschiedenen Nutzungen unterschieden wird: Verbräuche für Elektromobilität, Kreisprozesse (Wärmepumpen, Kältemaschinen) und andere Verbrauchsarten müssen jeweils separat ausgewiesen werden.

In einem dynamischen Umfeld wie der Telekommunikations­branche sind die technischen Gebäudeinfrastrukturen hochkomplex und in ­ständigem Wandel. Die Anlage für die Raumkühlung muss wechselnde Anforderungen und Wärmelasten flexibel ab­decken. Aufgrund der hohen Komplexität ist eine flächendeckende Energiemessung nur mit grossem personellen und finanziellen Aufwand möglich.

Kühlverbrauchmessung wird zur Herausforderung

Im Zuge der Digitalisierung nimmt in der Arbeitswelt die abzuführende Wärmelast stetig zu. Deshalb müssen laufend zusätzliche Kühlungseinrichtungen installiert werden, um in betrieblich genutzten ­Gebäuden die vorgegebenen Raumklima­bedingungen zu gewährleisten. Ein weiterer Faktor ist der Klimawandel. Der prognostizierte Anstieg von Hitzetagen und Kühlgradtagen bedeutet für Bürogebäude eine deutliche Zunahme des Kühlbedarfs.

Die geforderte Rapportierung des Stromverbrauchs für die Raumkühlung von Immobilienportfolios stellt die Betreiber vor eine anspruchsvolle Aufgabe. Aufgrund fehlender Messstellen stehen meist keine direkt verwertbaren Datensätze zur Verfügung. Es stellt sich somit die Frage, wie dieser Verbrauch künftig ermittelt und ausgewiesen werden kann.

Ein Gebäudepark mit 1000 Immobilien untersucht

Um eine Antwort auf diese Frage zu finden, wurde der Stromverbrauch für die Kühlung im Immobilienportfolio von Swisscom untersucht. Im 1000 Immobilien umfassenden Portfolio variieren Gebäudegrösse, Nutzung und Betriebszweck stark. Die Bandbreite reicht von einfachen technischen Betriebszentralen auf dem Lande über Businessparks bis hin zu modernen ­Rechenzentren. Hinzu kommen Flächen oder auch Gebäude mit eingemieteten Unternehmen wie z. B. Gastrobetrieben.

Eine ähnliche Vielfalt besteht bei den eingesetzten Kühleinrichtungen, welche die unterschiedlichen betrieblichen ­Anforderungen abdecken müssen. Von geothermischen Kühlungen über Erdsonden, hybride Rückkühler und Kältemaschinen bis hin zu einfachen Aussenluftkühlungen mit Ventilatoren ist alles vorhanden.

Neues Rechenmodell kalkuliert mit Benchmarks

Die Untersuchung zielte darauf ab, mit den Datengrundlagen aus dem Energiemonitoringsystem und zusätzlichen Messungen den Stromverbrauch «Kälte» für das gesamte Immobilienportfolio zu bestimmen. Zu diesem Zweck entwickelte ISS ein ­Hochrechnungsmodell, das es ermöglicht, mithilfe von Benchmarks alle Werte zu bestimmen. Dabei wurden die Jahresstromverbräuche für die Kälteerzeugung in Gebäuden aus sieben Kategorien wie z. B. grossen Businessparks oder technisch genutzten Betriebsgebäuden untersucht.

Zur Generierung der Benchmarks wurden die Gebäude in Cluster eingeteilt. Dafür wurden typologische Eigenschaften wie Nutzungsart, Einordnung nach Nutzungsgrösse und Art der Kühlung berücksichtigt. So konnten die Stromverbrauchsdaten der Kälteerzeugung und der zugehörigen Hilfsbetriebe anhand der definierten ­Eigenschaften bewertet und zugeteilt werden. Der Verbrauch der untersuchten Gebäude wurde im Anschluss direkt in den Gesamtverbrauch integriert.

In einem zweiten Schritt berechnete ISS mithilfe der errechneten Benchmarks die Verbrauchsdaten für das sogenannte Restportfolio. Das betrifft alle Gebäude ohne ausgewertete Daten. Für die Berechnung dienten die Datensätze mit Attributen von Flächenangaben und Art der Kühlung. Die hochgerechneten Verbräuche ergeben zusammen mit den gemessenen Ver­bräuchen den Gesamtstromverbrauch.

Knackpunkt Grundlagendaten

Bei der Analyse der Gebäude und der ­Entwicklung des Modells mussten verschiedene Punkte berücksichtigt werden, um die Grundlage für eine einheitliche Datenauswertung zu schaffen. Beispielsweise machen bei der Definition der ­Systemgrenzen nebst Kältemaschinen in Rechenzentren Hilfsbetriebe wie Rück­kühlpumpen einen erheblichen Teil des Strombedarfs aus.

Ebenso gilt es, alle gekühlten Flächen nach Art der Kühlung zu identifizieren und zuzuordnen. Auch ­Energieuntermessungen von Kältegruppen mit der Möglichkeit der Zuordnung von Nutzungsarten (Büro, IT usw.) sind zu berücksichtigen. Besonders in Mietobjekten gilt es zu prüfen, ob diese ­Untermessungen vorhanden sind oder im ­Bedarfsfall nachgerüstet werden müssen.

Für die Hochrechnung werden im ­Optimalfall die Verbräuche aller grösseren Gebäude im Portfolio gemessen. Mit den aggregierten und hochgerechneten Daten aus dem Teilportfolio kann anschliessend eine Aussage über den Gesamtenergieverbrauch abgeleitet werden. Das Modell bringt somit die gewünschte Transparenz in Bezug auf den Verbrauch «Kälte».

Zudem liefern die gesammelten Daten Informa­tionen zu Abweichungen und zeigen ­mögliches Energiesparpotenzial auf. Dank der wirtschaftlichen Umsetzung bewährt sich die Berechnungsmethode bei ­komplexen und grossen Immobilienport­folios. Zur kontinuierlichen Plausibilisierung der Daten empfiehlt es sich, die gemessenen Gebäude mindestens monatlich im Energiemonitoring zu überwachen.

Kühlgradtagbereinigung im Monitoring

Mit dem Energiemonitoring werden unterjährig Verbräuche wie Wärme, Strom und Wasser überwacht und auf Abweichungen sowie Anlagenfehlfunktionen untersucht. Auch Jahresvergleiche sind Bestandteil des Monitorings und die Daten dienen der Rapportierung von Energie- und CO2-Einsparzielen. Der Energiemanager prüft dabei die Monatsverbräuche mithilfe von spezifischen Kennzahlen und Diagrammen.

Für den Vergleich der Heizenergiever­bräuche werden «Heizgradtagkorrekturen» angewendet. In Anbetracht der Zunahme des Kältebedarfs wird neu auch die ­«Kühlgradtagbereinigung» ein wichtiger Bestandteil für das Energiemonitoring.

Die Anzahl der Kühlgradtage ist stark abhängig von der Kühlgrenze. Mit diesem Ansatz wurden zwei unterschiedliche ­Bürogebäude untersucht: ein moderner Bau nach Baustandard Minergie-P-Eco sowie ein älteres, massives Stadtgebäude.

Da Bürogebäude in der Regel während der Nachtzeiten nicht aktiv gekühlt werden – ausgenommen, wenn sich dort ent­sprechende IT-Infrastrukturen befinden – wurde die Aussentemperatur über 12 Stunden statt über 24 Stunden gemittelt. Die beiden untersuchten Gebäude weisen jeweils Kühlgrenzen von 10 statt der ­üblicherweise verwendeten 18 Grad für die Raumkühlung auf.

Es wird davon ausgegangen, dass die Differenz der Kühlgrenzen auf die Sonneneinstrahlung zurückzu­führen ist. Die Anwendung der Grenztemperatur von 10  Grad und die Mittelung über 12 Stunden führen zu einer Verfeinerung der Auswertungen und entsprechen den realen Bedingungen. Würde die Kühlgrenze von 18 Grad verwendet werden, wäre die Korrektur aufgrund des Kältebedarfs und null Kühlgradtagen nicht anwendbar.

Mit der «Kühlgradtagbereinigung» steht somit eine äquivalente Möglichkeit zur «Heizgradtagbereinigung» zur Verfügung. Bei erkennbaren Abweichungen, welche nicht auf das Aussenklima zurückzuführen sind, können Interventionen eingeleitet werden, um beispielsweise Anlagen­fehlfunktionen zu beheben.

Das Monitoring, die Hochrechnung und die Rapportierung der kühlgradbereinigten Kälteverbräuche werden zukünftig
zu einem festen Bestandteil des Energie­managements.

Die Wichtigkeit zeigt sich darin, dass infolge des Klimawandels und des steigenden Technisierungsgrades der Bedarf an Kälteenergie zunehmen wird. Mit dem entwickelten Hochrechnungsmodell kann der Gesamtbedarf auf wirtschaftliche und sinnvolle Weise ausgewiesen werden.

*Marco Mäder, BSc FHO Energie- und Umwelttechnik, MAS nachhaltiges Bauen, arbeitet als Energiemanager bei ISS Facility Services AG im Mandat von Swisscom. Der vorliegende Artikel basiert auf seiner Masterarbeit, im Zuge derer er das beschriebene Modell bereits am Immobilienportfolio von Swisscom ange­wendet hat.

Erschienen in: Haustech 4-2020

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