Szenarien zur Entwicklung der Gebäudeklimatisierung in Österreich

Abstract

Der Energieverbrauch für Klimatisierung von Nichtwohngebäuden ist in den letzten Jahren rasant gestiegen und immer häufiger strittiger Punkt von Diskussionen.<br />Das Ziel dieser Arbeit ist es den Gesamtenergiebedarf der für die Klimatisierung von Büros, Hotels, Handelsgebäuden sowie öffentlichen Gebäuden aufgewendet wird, abzuschätzen. Des Weiteren sollen Szenarien für die Entwicklung des Klimatisierungsbedarfes bis zum Jahr 2020 erstellt werden.<br />Am Beginn der Arbeit steht eine kurze Einführung in die Welt der Normen.<br />Dabei werden die wichtigsten nationalen und internationalen Normen zusammengefasst. Es wird gezeigt wie Länder die von der europäischen Normung vorgegebenen Richtlinien im Einzelnen umsetzen, welche Normen rechtlichen Charakter besitzen während andere nur als Empfehlungen zu verstehen sind.<br />Im Kapitel der theoretischen Grundlagen werden die wichtigsten Kennwerte und Begriffe, die zur Berechnung der Kühllast notwendig sind, definiert und erklärt. Auch der linksläufige Carnot - Prozess, der die Grundlage des Kühlprozesses schlechthin darstellt, wird erläutert. In weiterer Folge kommt es zur Erklärung der verwendeten Kühllastberechnungssoftware, die auf dem Prinzip der Fourier'sche Differentialgleichung der Wärmeleitung beruht. Danach werden die Nichtwohngebäude nach ihrer Nutzungsart typisiert. Es wird gezeigt, welche Bauklassen vorhanden sind und in welchem Zusammenhang diese mit Speichermassen und deren Wärmespeicherungsfähigkeit stehen.<br />Die Gebäudezahlen im Nichtwohngebäudesektor sind in den letzten Jahren stetig gestiegen, besonders Büro- und Verwaltungsgebäude haben von 1990 bis 2006 mit 12% die größten Zuwachsraten aufgewiesen. Der Lebensmitteleinzelhandel wiederum hat zwar massive Einbrüche bei der Gebäudeanzahl, dafür aber nicht zu unterschätzende Flächenzugewinne bei den klimatisierten Quadratmetern. In ganz Österreich weist der Bestand an Nichtwohngebäuden 2010 etwa 114 Millionen m² auf. Momentan werden ca.<br />22,5 Millionen m² davon klimatisiert, die - unter Annahme typischer Sanierungs- und Diffusionsraten - bis 2020 auf 35 Millionen anwachsen könnten. Im fünften Kapitel werden die gebäudespezifischen Ergebnisse der Kühllastprofile zusammengefasst. Die Bandbreite reicht von 37 W/m² bei Büros bis zu 202 W/m² bei Krankenhäusern. Die Sensitivitätsanalyse zweier Bürogebäude brachte zum Vorschein, dass durch einfache Maßnahmen wie Verschattung und Nachtlüftung eine Reduktion der Nennkühllast von bis zu 46% möglich ist, bei gleichzeitiger Verringerung der Volllaststunden von etwa 1800 Std. auf unter 1100 Std. im Bürogebäude "Neu".<br />Im sechsten Kapitel werden klimatisierte Flächen und Kühllastwerte zusammengefügt. Daraus resultiert eine Bandbreite des Kühllastbedarfes von 1,5TWh im Basis-Szenario (Szenario niedriger klimatisierter Flächen mit geringen Kühllasten) bis über 2,7TWh im Maximal-Szenario (Szenario hoher klimatisierter Flächen die mit hohen Kühllastenwerten einhergehen) für das Jahr 2020. Unter Annahme typischer Wirkungsgrade (Leistungszahl [epsilon]) von Kältemaschinen entspricht das einem Energieverbrauch für Raumklimatisierung von Nichtwohngebäuden in Österreich von etwa 430GWh im Basis-Szenario bis über 780GWh im Maximal-Szenario für das Jahr 2020.<br />

The energy consumption of air-conditioned non-residential buildings has risen during the last years rapidly and is getting more and more into the focus of headed debates regarding energy.<br />The objective of this work is to estimate the power demand for air-conditioning of offices, hotels, commercial buildings as well as public buildings. Also, scenarios of the development of the energy consumption until 2020 will be made.<br />This work starts with a short introduction in the regulatory field and the most important national and international norms are summarised. It is discussed how the different countries have to implemented the guidelines given by the European standardization. Some of the norms have juridical character and others are only recommendations for the countries.<br />In the chapter of the theoretical foundations, the most relevant specific values and concepts of calculation of cooling load are defined and explained. Additionally the vapour compression cycle will be exemplified. Furthermore the explanation of the used cooling load software which is based on the principle of the Fourier'sche differential equation of the heat conductance value is given. Next the non-residential buildings are categorised based on their designated utilisation. The construction classes are discussed and their relation storage masses and heat storage capacity is shown.The building figures in the non-residential building sector have risen steadily during the last years, especially offices and administration buildings show with 12% the biggest increase rates. Although, the food retailing has seen a massive slump in number of buildings, the overall air-conditioned square metres have increased significantly. In 2010 throughout Austria there exist a 114 million m² stock of non-residential buildings. At the moment approx. 22.5 million m² are air-conditioned, until 2020 an increase to approx. 35 millions m² is possibile upon acceptance of renovation and diffusionrate. The cooling load ranges from 37 W/m² at office buildings to 202 W/m² at hospitals. In chapter 5, the building-specific results of the cooling load are summarised. The sensitivity analysis of two office buildings shed new light on the opacity and night airing approach. A reduction of the nominal cooling load of up to 46% can be achieved in combination with the number - approx.1800 hours to less than 1100 hours in the office building "new".<br />In the sixth chapter the air-conditioned areas and cooling load values are combined by multiplying the results of the "minimum air-conditioned areas scenario" with the smallest cooling loads of every section. This approach results in the estimation of the total energy demand of 430GWh in 2020. Applaying the same approach, the maximum values of the air-conditioned areas and cooling loads are calculated, and reach 780 GWh.