Innovationen für eine optimierte Gebäudeenergieeffizienz

26.07.2024

7 Minuten

Gebäude haben einen erheblichen Einfluss auf den Energieverbrauch und die CO₂-Emissionen. Weltweit entfallen etwa 40 % des Energieverbrauchs und rund 10 % der Co₂-Emissionen auf den Gebäudesektor. Diese Zahlen veranschaulichen eindrucksvoll die Relevanz, den Energieverbrauch in Gebäuden – ganz gleich ob Wohnhaus, Bürogebäude oder Industriehalle – zu optimieren. Gebäudeenergieeffizienz ist das Schlagwort der Stunde. Mit modernen Technologien wie intelligenten HVAC-Systemen, leistungsstarker Photovoltaik, LED-Beleuchtung und smarten Steuerungssystemen lassen sich Treibhausgas-Emissionen reduzieren – und gleichzeitig wirtschaftliche Vorteile durch deutliche Kostensenkungen erzielen. Conrad ist Ihr kompetenter Partner, wenn es um Technik für eine optimierte Gebäudeenergieeffizienz geht.

Innovationen für eine optimierte Gebäudeenergieeffizienz

Worum geht es bei der Optimierung der Gebäudeenergieeffizienz?
Innovative Technologien für eine optimierte Gebäudeenergieeffizienz
Intelligente HVAC-Systeme

Photovoltaik
LED-Beleuchtung
Steuerungssysteme

Auf der ISH 2023 in Frankfurt am Main, Deutschland, fasste der CEO von Building Products bei Siemens Smart Infrastructure, Henning Sandfort, die Dringlichkeit zur Optimierung von Gebäuden zusammen: „Angesichts der aktuellen Herausforderungen des Klimawandels, der Energiekrise und des wachsenden Regulierungsdrucks müssen die Bauakteure jetzt dringend die Weichen stellen, um ihre Gebäude intelligenter zu betreiben“.

Umweltaspekte der Gebäudeenergieeffizienz

Gebäude weltweit tragen zu einem bedeutenden Teil zu den CO2-Emissionen bei. Gemäss Statista entfielen 2022 rund 9 % der Treibhausgas-Emissionen auf den Gebäudesektor. Je energieeffizienter ein Gebäude aufgestellt ist, desto geringer der Ausstoss an klimaschädlichen Gasen. Effiziente Gebäude verringern den Bedarf an fossilen Brennstoffen und schonen dadurch natürliche Ressourcen. Ein bedeutendes Argument in Zeiten immer knapper werdender Energieressourcen bei gleichzeitig steigender Umweltbelastung durch die Energiegewinnung und -nutzung im Bereich der fossilen Brennstoffe.

Es geht beim Thema Optimierung der Gebäudeenergieeffizienz allerdings auch um wirtschaftliche Aspekte. Energieeffiziente Gebäude verbrauchen schlichtweg weniger Energie, was zu erheblichen Einsparungen bei den Energiekosten führt. Langfristig amortisieren sich getätigte Investitionen in energieeffiziente Technologien durch dauerhaft reduzierte Betriebskosten. Dies wiederum macht die Gebäude auf dem Immobilienmarkt attraktiv. Eine optimierte Gebäudeeffizienz kann „ganz nebenbei“ auch zu einem besseren Innenraumklima führen, das die Gesundheit und Leistungsfähigkeit der Menschen verbessert.

CEO Henning Sandfort sprach ein weiteres Thema an: der stetig wachsende Regulierungsdruck. Viele Länder haben bereits strenge Vorschriften und Standards zur Energieeffizienz von Gebäuden eingeführt. Unternehmen und Bauherren sind gezwungen, neue Gebäude anhand der gesetzlich festgelegten Standards zu errichten, um rechtliche Probleme zu vermeiden. Andererseits können sie von möglichen staatlichen Anreizen profitieren.

Die Optimierung der Gebäudeenergieeffizienz ist somit ein wesentlicher Schritt zur Erreichung globaler Klimaziele, zur Senkung der Betriebskosten und zur Förderung der Gesundheit und Produktivität der Gebäudenutzer. Sie bildet die Grundlage für eine nachhaltige Stadtentwicklung, die den ökologischen Fussabdruck minimiert und Lebensräume schafft.

Technologien für mehr Energieeffizienz in Gebäuden

Innovative Technologien für eine optimierte Gebäudeenergieeffizienz

Im Fokus der Energieoptimierung von Gebäuden stehen Technologien, die darauf abzielen, den Energieverbrauch zu reduzieren und die Umweltbelastung zu senken. Energiesparende LED-Beleuchtung hat in vielen Gebäuden bereits die herkömmlichen Glühbirnen abgelöst – ist allerdings nur ein kleiner Baustein unter zahlreichen innovativen technischen Lösungen. Zu den grossen aktuellen Trends im Bereich der Gebäudetechnik zählen unter anderem:

Intelligente HVAC-Systeme

HVAC steht für Heating, Ventilation, and Air Conditioning (Heizung, Lüftung und Klimatisierung). Der Begriff bezeichnet ein System, das in Gebäuden zur Regulierung der Temperatur, der Luftqualität und des Raumklimas eingesetzt wird. Intelligente HVAC-Systeme verwenden eine Kombination aus IoT (Internet of Things), KI (Künstliche Intelligenz) und Automatisierung, um die Effizienz und den Komfort in Gebäuden zu maximieren. Intelligente HVAC-Systeme ermöglichen eine sehr präzise Steuerung und Überwachung der Klimabedingungen in Innenräumen und passen sich automatisch an die Bedürfnisse der Nutzer sowie die Umgebungsbedingungen an.

Intelligente HVAC-Systeme bestehen aus mehreren Komponenten. Mittels Sensoren werden in Echtzeit Daten zu Temperatur, Feuchtigkeit, Luftqualität, Anwesenheit von Personen und Energieverbrauch erfasst und an eine zentrale Steuerungseinheit weitergeleitet. Diese zentralisierten Systeme koordinieren die verschiedenen Komponenten und nutzen Algorithmen, um die eingehenden Informationen zu verarbeiten und automatisiert entsprechende Anpassungen vorzunehmen. Aktuelle Modelle setzen zusätzlich auf Künstliche Intelligenz, die historische und Echtzeitdaten auswertet, um Muster zu erkennen und Betriebsparameter kontinuierlich anhand der Gebäudenutzung und den äusseren Bedingungen anzupassen.

Energieeinsparung: Dynamische Anpassung an den tatsächlichen Bedarf minimiert Energieverschwendung.
Komfortsteigerung: Präzise Steuerung der Innenraumtemperatur und -luftqualität für ein angenehmes Raumklima.
Vorbeugende Wartung: Kontinuierliche Überwachung des Zustands der Komponenten ermöglicht die Erkennung potenzieller Probleme und die rechtzeitige Planung von Wartungsarbeiten, was die Lebensdauer der Systeme verlängert.
Integration in Gebäudemanagementsysteme: Nahtlose Integration für eine ganzheitliche Optimierung des Gebäudeenergieverbrauchs.

Zu den spannendsten Innovationen im Bereich der HVAC-Systeme zählen die sogenannten Variable Refrigerant Flow (VRF) Lösungen. VRF-Systeme ermöglichen die individuelle Regelung der Temperatur in verschiedenen Zonen eines Gebäudes – es werden nur die Bereiche gekühlt oder beheizt, in denen dies wirklich erforderlich ist.

Ergänzt werden VRF-Lösungen häufig mit Variable Air Volume (VAV)-Systemen. Diese passen die Luftmenge, die in verschiedene Zonen eines Gebäudes geliefert wird, entsprechend voreinstellbarer Anforderungen an. Dies führt zu einer deutlich optimierten Energieeffizienz im Sektor Klimatechnik - und einer gleichmässigen Verteilung der Frischluft in Innenräumen.

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Photovoltaik

Photovoltaik bezeichnet die Technologie, die Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umwandelt, indem sie die physikalischen Eigenschaften von Halbleitermaterialien wie Silizium nutzt. Photovoltaikzellen, die in Modulen und Arrays zusammengefasst werden, erfassen Photonen aus dem Sonnenlicht, was Elektronen freisetzt und somit einen elektrischen Strom erzeugt. Photovoltaikanlagen können auf Dächern installiert oder in Gebäudestrukturen integriert werden. PV-Systeme erzeugen naturgemäss nur dann Energie, wenn die Sonne scheint – also tagsüber. Mit Batteriespeichern lässt sich die am Tag gewonnene Solarenergie für einen ganztägigen Gebrauch speichern. Dies verringert die Abhängigkeit von den grossen Netzbetreibern deutlich, je nach Ausführung der Solaranlage eines Gebäudes ist eine vollständige Energieautarkie möglich.

Vorteile und Wartung von Photovoltaikanlagen

Solaranlagen nutzen eine unerschöpfliche Energiequelle – die Sonne – und stossen im Betrieb keinerlei schädliche Klimagase aus. Das ist der wohl grösste Vorteil moderner PV-Systeme. Nicht zu vergessen: Einmal installiert, produzieren Photovoltaik-Anlagen Strom mit minimalen Betriebskosten. Dies führt langfristig zu erheblichen Kosteneinsparungen. Solaranlagen erfordern darüber hinaus nur minimale Wartungsarbeiten, da sie ohne bewegliche mechanische Teile auskommen.

Zu den interessantesten technologischen Innovationen im Bereich der Photovoltaik zählen sicherlich Perowskit-Solarzellen. Diese Solarzellen bestehen aus einem Hybridmaterial aus organischen und anorganischen Materialien – dem Halid-Perowskite. Die Solarzellen bieten einen hohen Wirkungsgrad von über 25 %, sind sehr günstig in der Herstellung und lassen sich mühelos mit anderen Materialien zu Tandem-Solarzellen verbinden. Die Technologie steht derzeit kurz vor der Marktreife, Forscher erwarten für die Zukunft einen nochmals erhöhten Wirkungsgrad von über 30 %.

Wenn es um die Gebäude-Ästhetik geht, stehen Dünnschicht-Solarzellen seit kurzer Zeit im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit. Denn diese Solarzellen sind fast hundertmal dünner als konventionelle Solarmodule, kommen ohne einen umlaufenden Rahmen aus und können – je nach Trägermaterial – auch gebogen werden. Solche flexiblen Solarpaneele eröffnen völlig neue Anwendungsbereiche und eine harmonische, nahezu „unsichtbare“ Integration in die Architektur.

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Ein wesentlicher Baustein für eine verbesserte Gebäudeenergieeffizienz ist die LED-Beleuchtung. LEDs (Light Emitting Diodes) bestehen aus Halbleitermaterialien, die Licht emittieren, wenn ein elektrischer Strom durch sie fliesst. Dieser Prozess wird als Elektrolumineszenz bezeichnet. Die Halbleiterverbindung besteht aus zwei Schichten: einer p-Schicht (positiv) und einer n-Schicht (negativ). Wenn Strom angelegt wird, wandern Elektronen von der n-Schicht zur p-Schicht und setzen dabei Energie in Form von Licht frei.

LEDs verbrauchen bis zu 90 % weniger Energie als herkömmliche Glühlampen und etwa 50 % weniger als Leuchtstoffröhren. LEDs wandeln einen grösseren Teil der elektrischen Energie in Licht um und erzeugen dadurch weniger Wärme, was sowohl in Wohngebäuden als auch Gewerbeimmobilien zu erheblichen Energieeinsparungen führt. Zusätzlich haben LEDs eine Lebensdauer von bis zu 50’000 Stunden oder mehr, was die Häufigkeit eines Austausches und damit die Kosten senkt. Auch in Sachen Ökobilanz haben LEDs die Nase vorne: die Dioden enthalten keine schädlichen Stoffe wie Quecksilber, das beispielsweise in Leuchtstoffröhren verwendet wird und verbrauchen im Betrieb weniger Energie – womit jede einzelne LED ihren kleinen Teil zur Reduktion von CO2-Emisisonen beiträgt.

Zu den aktuellen Trends zählt das sogenannte Smart Lighting. Dabei handelt es sich um intelligente LED-Beleuchtungssysteme, die mit Sensoren und Steuerungstechnologien ausgestattet sind, um die Beleuchtung automatisch an die Umgebungsbedingungen und Benutzerpräferenzen anzupassen.

Ebenfalls eine Innovation im Bereich der LED-Technik ist das Human Centric Lighting (HCL). Diese Systeme können die Farbtemperatur und Lichtintensität der eingesetzten Beleuchtung im Laufe des Tages dynamisch ändern. Dadurch wird die Farbtemperatur und Helligkeit an den biologischen Rhythmus des Menschen angepasst.

Ohne Steuerungssysteme kommt kein aktuelles Gebäudemanagement aus. Die Systeme ermöglichen erst die Überwachung und Steuerung verschiedener Gebäudefunktionen wie beispielsweise der Heizung, Lüftung, Klimatisierung (HVAC), Beleuchtung, Sicherheit und Energiemanagement. Steuerungssysteme bestehen aus mehreren Komponenten. Ein Gebäudemanagementsystem (BMS) ist dabei die zentrale Plattform zur Überwachung und Steuerung, während Automatisierungs-Controller spezifische Systeme und Prozesse innerhalb des Gebäudes steuern und in Echtzeit Daten mit dem BMS austauschen. Sensoren erfassen Echtzeitdaten zu Temperatur, Luftqualität, Belegung, Lichtintensität und anderen Parametern. Aktoren hingegen führen physische Aktionen aus, unter anderem das Öffnen oder Schliessen von Ventilen, das Einschalten von Lichtern oder das Anpassen der HVAC-Einstellungen basierend auf den Daten der Sensoren. IoT und drahtlose Netzwerke verbinden Sensoren, Aktoren und Steuerungseinheiten miteinander und ermöglichen so die Echtzeitübertragung von Daten und Befehlen. Protokolle und Standards wie BACnet und KNX sorgen für die Interoperabilität verschiedener Geräte und Systeme innerhalb eines Gebäudes.

Durch die Echtzeitüberwachung und -steuerung können Steuerungssysteme den Energieverbrauch optimieren, indem sie Systeme nur dann und dort betreiben, wo sie benötigt werden. Steuerungssysteme können den Energieverbrauch während Spitzenzeiten reduzieren und den Betrieb auf Zeiten mit niedrigeren Energiekosten verlagern.