Energieeffizienz und Energieoptimierungspotenziale in Shopping-Centern

Mu Huang

Im Oktober 2014 hat sich die Europäische Union in Ihrem „EU-Klima- und Energierahmen bis 2030“ zum Ziel gesetzt, bis zum Jahr 2030 die Treibhausgasemissionen in allen EU-Mitgliedstaaten um mindestens 40 % gegenüber 1990 zu reduzieren, die Energieeffizienz auf EU-Ebene um mindestens 27 % zu erhöhen und einen Anteil von mindestens 27 % erneuerbarer Energien am Gesamtenergieverbrauch zu erreichen. Auch in Deutschland hat das Energiekonzept vom September 2010 die Basis für eine zuverlässige, bezahlbare und umweltverträgliche Energieversorgung gelegt. Der Gebäudebestand hat für die Ziele des Energiekonzeptes insgesamt eine Schlüsselfunktion: Auf den Gebäudebereich entfallen rund 40 % des Energieverbrauchs in Deutschland. Shopping-Center sind Gebäudekomplexe, die im Wesentlichen aus Einzelhandels- und Dienstleistungsbetrieben verschiedener Art und Größe bestehen. Für die innenliegenden Verkaufsflächen ist eine natürliche Belichtung und Belüftung nicht möglich. Der hohe Energieverbrauch zur künstlichen Beleuchtung verursacht wiederum hohe innere Kühllasten in den Shopping-Centern. Durch den notwendigen Luftaustausch mittels raumlufttechnischer Anlagen sowie die damit verbundenen thermischen Behandlungsfunktionen weisen Shopping-Center einen hohen Energieverbrauch auf. Angesichts der großen Verbreitung von Shopping-Centern ist es erforderlich, nachhaltige Energiekonzepte für diesen Gebäudetyp zu entwickeln.

Ziel dieser Dissertation ist, die Energieversorgungssysteme in Shopping-Centern mit hoher Energiedichte anhand von Messdaten und Simulationen zu untersuchen, um die Bereitstellung eines behaglichen Raumklimas in großen Gebäudekomplexen wirtschaftlicher und energieeffizienter zu gestalten.

Im ersten Teil werden die Gebäude- und Anlagenkonzepte von Shopping-Centern gegenübergestellt und die Bilanzgrenzen für eine wirtschaftliche Berechnung sowie die Referenzgrößen für die ökologische Bewertung definiert. Dabei wird das Gesamtsystem in verschiede Bilanzgrenzen unterteilt und analysiert: Umweltenergiesenke und -quelle, zentrale Energieerzeugung, Verteilungssystem sowie Lüftungssystem. Im zweiten Teil werden anhand der mehrjährigen, hoch zeitaufgelösten Messdaten die Energiebilanzen für das Gesamtsystem und die Teilsysteme erstellt. Dadurch sollen die Schwachstellen und die Optimierungspotenziale der Systeme identifiziert werden. Weiterhin werden die Gebäudehülle und die Anlagenkomponenten eines Referenzobjektes in der Simulationsumgebung Dymola modelliert und anhand der Messdaten validiert. Anschließend werden verschiedene Optimierungsansätze durch Minimierung des Energiebedarfs, Erhöhung der Erzeugungseffizienz sowie optimierte Nutzung der Umweltenergie diskutiert und in dynamischen Simulationen getestet. Ziel der Optimierungsmaßnahmen ist die Reduzierung der CO2-Emission und der Betriebskosten in den Shopping-Centern. Ein weiteres Ziel der Simulationsstudie ist die Untersuchung der Energieeffizienz verschiedener Systemvarianten in großen Gebäudekomplexen mit hohem Energiebedarf. Erkenntnisse und Ergebnisse dieser Arbeit, wie zum Beispiel die entwickelte Methodik für die energetische und energiewirtschaftliche Bewertung von komplexen Systemen und die Analyse einzelner Versorgungsszenarien werden für die Anwendung auf andere Gebäudekomplexe diskutiert.