Haustech 4/2018

Raumkühlung bald am Limit?

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Paolo D'Avino /

Welche Auswirkungen der Klimawandel auf das Raumklima hat, kann heute nicht mit absoluter Sicherheit gesagt werden. Wie 
sich Planer von Kälteanlagen gegen die Veränderungen wappnen können, zeigt eine Studie der Hochschule Luzern. Sie macht deutlich, wie relevant der zu erwartende Temperaturanstieg sein wird.

Entwicklungen zum Schlechteren kündigen sich oft in leisen Schritten an. Auch die Klimaerwärmung kommt auf leisen Sohlen daher. Es wird wärmer werden. Auch in der Schweiz. Dies bestätigen Erkenntnisse von Schweizer Klimaforschern der ETH Zürich und MeteoSchweiz mit ihren Klimaszenarien «CH2011». «Wir alle sind vom Klimawandel betroffen», meint auch Axel Seerig, Professor für Bauklimatik und Gebäudesimulation am Institut für Gebäudetechnik an der Hochschule Luzern (HSLU).

Genügend Reserven

Seerig ist überzeugt, dass wir die Folgen schon bald auch in den eigenen vier Wänden spüren werden. So müssen wir uns in unseren Breitengraden bald mit der Frage beschäftigen, wie sich die Folgen des Klimawandels auf unser Wohnen und Arbeiten auswirken werden. Seerig und sein Forscherteam haben sich des Themas angenommen. Die Wissenschaftler legten  ihrer Untersuchung mit dem etwas sperrigen Namen «Robustheitsbewertung von integrierten gebäudetechnischen Kühlkonzepten in Verwaltungsbauten hinsichtlich Klima und Nutzervariabilität» (ROGEK) drei typische Gebäude zugrunde und statteten sie in ihren Untersuchungen mit fünf gängigen Kältesystemen aus. «Von einfacheren wie einer Umluftkühlung bis hin zu komplexeren Systemen wie der Betonkernaktivierung.»

Das Forscherteam ging der Frage nach, welchen Einfluss der Klimawandel auf Planer von Kälte- und Klimaanlagen hat, um auch in den nächsten Jahren ein angenehmes und vor allem konstantes Raumklima und eine konstante Raumtemperatur zu erreichen. Sie berechneten, ob oder wie die fraglichen Kühlanlagen in den nächsten 30 Jahren mit den Folgen des Klimawandels fertig werden. «Es wurde die Robustheit von Kühlszenarien hinsichtlich der thermischen Behaglichkeit und des Energieverbrauchs in Bürogebäuden untersucht», sagt Seerig.

Energiebedarf nimmt zu

Wie es aussieht, werden die Temperaturen steigen. Zum einen, wie Seerig erklärt, wird es immer wärmer, das signifikante aber ist, dass »die Extremereignisse zunehmen». Beide Phänomene seien künftig mit der entsprechenden Technik in irgendeiner Form zu kompensieren. Der Bedarf an Kühlung werde in den eigenen vier Wänden während der wärmeren Jahreszeit so oder so steigen, doch bei ausserordentlichen Ereignissen sollte ebenfalls genügend Kühlleistung eingeplant werden. «Die ausserordentlichen Wärmeperioden nehmen zyklisch zu und fallen wohl auch länger aus.» Insofern ist die Suche nach Lösungen und nach wissenschaftlichen Grundlagen für Seerig unerlässlich. «Man kann nicht früh genug anfangen.»

Die Daten, die die Schweizer Klimaforscher von der ETH und MeteoSchweiz in ihren Szenarien zusammengetragen haben, bildeten die Basis für die Arbeit der Studie. Die Resultate der Luzerner Wissenschaftler zeigen eines: Der Energiebedarf nimmt aufgrund des Klimawandels für alle drei untersuchten Gebäudetypen zu. «Zwar nicht alle im gleichen Umfang», wie Seerig einräumt. Die geringste Zunahme des Energiebedarfs zeigte sich für den Altbau, während die Zunahme beim Referenzbau im mittleren Bereich liege und beim Neubau am höchsten ausfalle. «Nimmt man den Durchschnittswert der drei betrachteten Kühlsysteme, beträgt die Zunahme des jährlichen Energiebedarfs für Kühlung im Altbau 1,2, beim Referenzbau 3,4 und beim Neubau 5,4 kWh/m2a.»

Überhitzungsstunden

Der Energiebedarf nimmt für alle drei untersuchten Gebäudetypen zu. «Generell gilt für Altbauten, dass sie heute aufgrund ihres geringen Wärmewiderstands und ihre hohen Wärmekapazitäten einen geringeren Energiebedarf beim Kühlen als andere Bauten haben», ergänzt Seerig. Dennoch, wenn man von den heutigen Planungsdaten ausgeht, ist die Leistungsgrenze der Kühlsysteme bald erreicht, so Seerig. Deshalb lohne sich einen Blick auf die Ergebnisse bei der Zahl der Überhitzungsstunden. Auch hier zeigen sich, wie beim Energieverbrauch, erhebliche Unterschiede zwischen den Gebäudetypen.

«Die grösste Zunahme an Überhitzungsstunden von 166 Stunden ist beim Referenzbau zu beobachten», sagt Seerig. Doch seine Erkenntnisse sind vor allem deren zwei und genereller Natur. «Zur Bereitstellung der erwünschten Raumtemperatur wird unter den Bedingungen der Klimaerwärmung erstens mehr Energie benötigt als heute.» Und zweitens seien die heute installierten Kühlsysteme an vielen Tagen nicht mehr in der Lage, das erwünschte Raumklima herzustellen. Mit anderen Worten: die Zahl der Überhitzungsstunden würde aufgrund des Klimawandels stark zunehmen, wenn man die heutigen Kühlsysteme nicht zunehmend durch leistungsfähigere Anlagen ersetze, wie Seerig betont.

Technik entscheidend

Die Ergebnisse der Studie können Planern künftig helfen, Kühlsysteme besser zu planen. «Wenn eine Anlage eine Zunahme der Überhitzungstage um 30 Prozent bewältigen muss, muss ihre Leistung gesteigert werden können, um diese Zusatzlast zu bewältigen», erklärt Seerig. Deshalb empfiehlt der Professor für Bauklimatik, Reserven einzubauen, um die HLK-Systeme bei Bedarf nachrüsten zu können. «Falsch wäre, die Anlagen aufgrund des erhöhten Leistungsbedarfs zu gross zu dimensionieren.» Erfahrungsgemäss führe dies dazu, dass der Energieverbrauch ansteigt.

Davon ist auch Hanspeter Portmann, Geschäftsführer CoolExpert GmbH, überzeugt. Für ihn stellt sich die Frage, welche Technik für die angenehmen Temperaturen sorgen wird, wenn die mittleren Temperaturen in ein paar Jahren sehr wahrscheinlich in allen Regionen der Schweiz und während allen Jahreszeiten ansteigen werden. Der Experte in der Erarbeitung von Wärme- und Kälteerzeugungskonzepten meint zum Klimawandel: «Wer mit offenen Augen und Ohren durchs Leben geht, insbesondere wenn er in der Gebäudetechnik arbeitet, lässt sich schon eine ganze Weile, damit meine ich sicher über zehn Jahre, in seiner Tätigkeit durch den Umstand Klimawandel beeinflussen.» Doch er räumt auch ein, dass die Planungsvorgaben in den Energiegesetzen, MuKEn oder SIA- oder SWKI-Richtlinien seines Wissens keine Klimaszenarien vorsehen. Doch der gute Planer integriere sein Wissen und seine Erfahrung in neue Bauvorhaben, in denen Klimaszenarien Rechnung getragen werde, meint Portmann.

Viele Einzelbetrachtungen

«Konkret heisst das, den Bauherrn auf energiesparende Konzepte hinzuweisen und entsprechende Möglichkeiten zu erklären.» Dafür gebe es mehrere Ansätze. Einer sei beispielsweise die Isolation und der Sonnenschutz, ein weiterer die richtigen Systeme zu wählen, um die Anforderungen effizient und mit möglichst wenig Energie umzusetzen. Vor der Diskussion über die untersuchten Kälteabgabesysteme und die Kühlkonzepte gibt es 
einige allgemeine Punkte, die Planern empfohlen werden könnten.

«Eine energieschonende Klimatechnik beinhaltet sehr viele Einzelbetrachtungen und 
geeignete Massnahmen», sagt Portmann von der CoolExpert. Das fange bei der richtigen Dimensionierung an und schliesse damit, die richtigen Geräte und Komponenten entsprechend der Applikation auszuwählen. «Ich meine hier nicht, den Fokus darauf zu verwenden, ob jetzt das eine Gerät zwei Prozent besser ist 
als ein anderes. Ich sehe die grossen 
Differenzen bei cleveren versus nicht cleveren Lösungen.» Dazu komme ein gut ausgearbeitetes Regelkonzept inklusive Überwachung. Qualitätskontrolle, Optimierung und sach- und fachgerechte Wartung.

Kühlbedarf wird zunehmen

Für jedes Gebäude sollte eine Robustheitsbeurteilung der Kühlkonzepte gemacht werden, meint auch Seerig, mit dem Unterschied, dass der Planer heute schon
Situationen antizipiert, die er dann mit der Technik kompensieren muss. «Bei allen untersuchten Kühlsystemen kommt man schnell an deren Leistungsgrenze, wenn man von den Plandaten abweicht», sagt Seerig. Planer sollten seiner Meinung nach die Klimadaten in die Planung mit einfliessen lassen. «Es müssen räumliche Reserven geschaffen werden, in den Kanälen oder in den Transportsystemen, um zu einem späteren Zeitpunkt und bei Bedarf nachrüsten zu können.»

Um ein angenehmes Wohnklima zu erreichen, ist es wünschenswert, die Temperatur innerhalb eines bestimmten Komfortbereichs konstant zu halten», ergänzt Hanspeter Portmann. Auch Gebäudetechniker und Planer von Kälteanlagen beschäftigt diese Frage je länger je mehr. In den letzten Jahren gab es so manchen Vorgeschmack darauf, was uns erwarten wird, wenn sich im Sommer die Wohnräume bei knapp 40 Grad Aussentemperatur so aufheizen, dass dies zu einem Ausverkauf von Ventilatoren und mobilen Kleinkühlanlagen führt.