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Case Study "Kaiser Hof" – Mehr Nachhaltigkeit im Gebäudebestand

Herausforderung „Klimaziele im Gebäudebestand“: Vor welchen Herausforderungen steht die Immobilienbranche? Wie kann die Digitalisierung der Gebäudebetriebsdaten zur großen Chance für mehr Nachhaltigkeit im Gebäudebestand werden? Am Beispiel unserer Kölner Projektentwicklung erfahren Sie, wie mehr Nachhaltigkeit im Gebäudestand umgesetzt werden kann.

Ein Beitrag von Johannes Nußbaum und Kerstin Burmeister.

Research

Lesedauer: 8 Minuten 07.01.2022

Einleitung

30 Prozent der globalen CO2-Emissionen gehen auf den Gebäudesektor zurück; Bau und Nutzung von Immobilien zeichnen für 35 Prozent des Endenergieverbrauchs verantwortlich.[1]

Diese wenigen Fakten zeigen die hohe Verantwortung der Branche für das Erreichen der Klimaziele: Der Gebäudesektor kann einen erheblichen Teil dazu beitragen, das 1,5-Grad-Ziel von Paris einzuhalten. Die automatische Betriebsoptimierung mithilfe digitaler Anwendungen ist eine wirtschaftliche Lösung mit schnellen und einfach zu realisierenden Erfolgen.

Die mit dem Erreichen des 1,5-Grad-Ziels verbundenen Herausforderungen sind gewaltig: Gemäß Klimaschutzplan 2050 der Bundesregierung soll der Gebäudesektor bis 2050 nahezu Klimaneutralität erreichen, bis 2030 sollen die Treibhausgasemissionen der Branche bereits um 66 bis 67 Prozent gegenüber 1990 reduziert sein.[2]

Die EU hat das Ziel, im Vergleich zu 1990 bereits bis 2030 mindestens 55 Prozent der CO2-Emissionen einzusparen.[3]

Der Entwurf der EU-Kommission für eine neue EU-Gebäuderichtlinie zielt – über die Verbesserung der Gesamtenergieeffizienz hinaus – nun auch auf die Reduktion der Treibhausgasemissionen von Gebäuden. Ziel ist ein emissionsfreier Gebäudebestand bis 2050.[4]

Nachhaltige Lösungen auch im ökonomischen Interesse

Die mit der Transformation hin zu einem klimakompatiblen Gebäudesektor zusammenhängenden Herausforderungen anzugehen, liegt längst auch im ökonomischen Interesse der Betreiber und Errichter von Gebäuden: Investoren schichten bereits jetzt ihr Kapital verstärkt in Nachhaltigkeitsfonds (ESG) um, die nach den Kriterien „Umwelt“, „Soziales“ und „Unternehmensführung“ investieren. Laut eines Reports aus dem Jahr 2020 erwartet die Beratungsgesellschaft PwC Luxemburg, dass im Jahr 2025 57 Prozent des gesamten Fondvermögens in Europa durch ESG-Fonds verwaltet wird.[5] Ohne geeignete Maßnahmen wird der Wertverlust vieler Immobilien in den kommenden Jahren enorm sein, sie werden zu Stranded Assets und damit unattraktiv für einen Großteil der Investoren.[6]

Schnelle Erfolge und Konzentration auf die richtigen Stellschrauben entscheidend

Es liegt auf der Hand, dass es auf Geschwindigkeit ankommt, wenn die ehrgeizigen politischen Ziele und Vorgaben umgesetzt werden sollten. Dies umso mehr, weil 85 Prozent der heute vorhandenen Gebäude auch im Jahr 2050 noch da sein werden. Dieser Bestand muss saniert werden, damit die Klimaziele erreicht werden können.[7] Neben die Optimierung der Emissionen im Neubau zur Erreichung eines nahezu klimaneutralen Neubaustandards, beispielsweise durch vermehrten Einsatz des Baustoffes Holz, tritt daher ein zweiter, fast wichtigerer Handlungsstrang: die energetische Optimierung des Gebäudebestands. Die Konzentration auf vorhandene Gebäude wirkt stärker und schneller auf die Entwicklung der Treibhausgasemissionen und bringt damit rasch Erfolge in Bezug auf die Klimaziele hervor. Zudem machen Neubauten aktuell nur ein Prozent des Gebäudebestands aus.

Der Zentrale Immobilien Ausschusses e. V. (ZIA) zeigt in seinem Gutachten „Verantwortung übernehmen – Der Gebäudebereich auf dem Weg zur Klimaneutralität“, dass es unterschiedlich effektive Maßnahmen gibt, diesen Weg zu beschreiten. Im Fokus stehen vor allem wenig ressourcenintensive Maßnahmen, die in Bezug auf die Treibhausgasemissionen (THG) schnell Wirkung zeigen.[8] Besonders bei modernen Bestandsgebäuden ist das Potenzial durch zusätzliche Dämmung, Isolierung oder Umstellung auf energieeffizientere Anlagen häufig weitestgehend ausgereizt. Gerade bei einer Lebenszyklusbetrachtung der THG-Emissionen für die eingesetzten Baustoffe sind diese Maßnahmen in vielen Fällen aufgrund des hohen Ressourcenaufwands klimatechnisch fraglich.

Digitalisierung der Gebäudebetriebsdaten: starke Effekte für den Klimaschutz

Erfolgsversprechend ist dagegen der nachträgliche und minimalinvasive Einsatz von intelligenten Technologien in Bauwerken, die über eine Gebäudeautomation verfügen. Gerade in Büroimmobilien ist dies bei einer Vielzahl von Gebäuden der Fall. Trotz modernster technischer Standards werden diese Gebäude oftmals nicht optimal betrieben, weil die Daten aus der Gebäudeautomation nicht ausgewertet werden und im Tagesgeschäft keine Betriebsoptimierung stattfindet. Hier liegen die Potenziale einer softwarebasierten Betriebsoptimierung. Die Digitalisierung der Gebäudebetriebsdaten erschließt schnell die „Low Hanging Fruits“ – und ein hohes Tempo ist grundlegend für das Erreichen der Klimaziele.

Moderne Bürogebäude verfügen häufig über viele unterschiedliche, komplexe technische Anlagen, die mit der Zeit – beispielsweise durch manuelle Anpassungen - ineffizient betrieben werden. Die Aufgabe des Immobilieneigentümers besteht in dieser Situation darin, den energetischen Status quo des Gebäudes zu ermitteln, Einsparpotenziale zu identifizieren und den Gebäudebetrieb zu optimieren.

Vorgehen bei einer energetischen Optimierung von Gebäuden

Um die Gebäudedaten für den Klimaschutz nutzen zu können, ist es zunächst erforderlich, die Datenverfügbarkeit herzustellen. Auf Basis der Daten erfolgt dann im nächsten Schritt die Betriebsoptimierung mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI). Die Daten liefern kontinuierliche Erkenntnisse dazu, wie gut die Gebäudeanlagen funktionieren, zum Beispiel die Heizanlagen oder die Aufzugs- und Lüftungstechnik. Als Resultat lassen sich erforderliche Investitionen (Dämmung, Austausch der Heizanlage etc.) datenbasiert ableiten.

Die erfassten Objekt-Stammdaten zeigen auch, welche Energiequellen genutzt werden. Dies eröffnet dem Betreiber eines Gebäudes weitere Möglichkeiten für Klimaschutzmaßnahmen und Energiekostensenkungen: Die verfügbaren Daten identifizieren, wo im Gebäude welche Energie eingesetzt wird. Um fossile Energie mit hoher CO2-Emission zu vermeiden, kann das Gebäude in einem weiteren Schritt in das Energiesystem der Zukunft integriert werden, in ein vollautomatisches Demand Side Management (DSM). Eine solche Laststeuerung per DSM flexibilisiert den Stromverbrauch und die erlaubt die Nutzung verschiedener Energiequellen. Darüber hinaus kann der Betreiber flexible Tarife ausnutzen und darüber die Betriebskosten weiter reduzieren. Das Gebäude wird zum „Flexumer“.

Diese Vorgehensweise erlaubt es, den Energieverbrauch und die CO2-Emissionen zu minimieren. Dies bedeutet einen wichtigen Schritt hin zu der angestrebten und erforderlichen Klimakompatibilität des Gebäudesektors. Außerdem senkt sie die Betriebskosten. Mit einer Cloud-Plattform wird die Arbeit des Betreibers transparent dokumentiert und es werden sowohl im Sommer- als auch im Winterbetrieb Energie- und CO2-Einsparungen erreicht. Für Mieter und Nutzer gehen die Veränderungen außerdem mit verbesserter thermischer Behaglichkeit und Luftqualität einher.

#futuretrends #sustainability #smartbuilding

Case Study: Der Kaiser Hof in Köln

Dass dieses Vorgehen machbar und bereits praxiserprobt ist, zeigen wir anhand des Kaiser Hofs auf, einem Objekt der Art-Invest Real Estate in Köln.[9] Die exklusive Büroimmobilie gilt in der Domstadt als Top-Adresse und zeigt, wie wir das Maximum aus einem hochmodernen Gebäude herausholen und es gleichzeitig energetisch optimieren – ganz nach unserem Ansatz: Manage-to-Sustainability. Die Projektentwicklung der Art-Invest Real Estate setzt mit dem Gebäude einen neuen Standard für moderne Büros.

Das Gebäude ist mit hochwertiger Anlagentechnik und einer hochmodernen Gebäudeautomation ausgerüstet. Die TGA verfügt über 10.000 Datenpunkte, mehr als 300 Einzelraumregelungen, vollklimatisierte Belüftung, Kälteversorgung mit Option zur Freikühlung und Fernwärmeintegration.

Johannes Nußbaum | Experte Smart Building

Schnell und unkompliziert umzusetzende Maßnahmen mit einem erkennbaren Mehrwert sind ein sinnvoller Schritt auf dem Dekarbonisierungspfad. Die Optimierung des Betriebs vorhandener Anlagen stellt eine solche Maßnahme im Sinne unserer Manage to Sustainability Strategie dar.

3 Schritte zur energetischen Optimierung

Schritt 1: Ermittlung des energetischen Status quo durch Installation von Smart Metern

Die Projektentwicklung von Art-Invest Real Estate wurde im zweiten Quartal 2019 fertiggestellt. Bereits in der Bauphase wurden sogenannte Smart Meter verbaut; diese können in Bestandsgebäuden jedoch auch jederzeit nachgerüstet werden. Mit diesen intelligenten Zählern wird die Erfassung der Verbrauchsdaten digitalisiert. Über 100 digitale Zähler erfassen im Kaiser Hof granular und kontinuierlich (Intervall < 15 Minuten) die wichtigsten Verbrauchsdaten und sorgen dafür, dass die Strom-, Wärme-, Kälte- und Wasserverbräuche zentral abrufbar sind. Über die für eine präzise Abrechnung notwendigen Zähler hinaus berücksichtigte das Konzept zusätzliche Smart Meter. Dies gewährleistet eine vollständige verbrauchstechnische Erfassung des Gebäudes. Auf dieser Datenbasis kann der Betrieb des Gebäudes optimiert und die energetische Performance des Gebäudes überwacht werden.

Schritt 2: Optimierung des Gebäudebetriebs mit Hilfe der Datenverfügbarkeit

Im Kaiser Hof liegen die Daten zum Gebäudebetrieb wie bei den meisten modernen Bürogebäuden zentral auf der Gebäudeleittechnik. Alle technischen Daten der technischen Anlagen laufen hier in Form von über 10.000 Datenpunkten zusammen. Die Kernherausforderung besteht darin, diese lokal gespeicherten Daten verfügbar und vor allem nutzbar zu machen. Meist ist die eingesetzte Mess-, Steuer- und Regelungstechnik nicht mit dem Ziel konzipiert, aus den Daten Handlungsempfehlungen abzuleiten, was bei der großen Zahl an Datenpunkten auch aufgrund des mangelnden Überblicks keine einfache Aufgabe ist. Eine spezialisierte und herstellerunabhängige Software zur Betriebsoptimierung kann hier Abhilfe schaffen. Im Kaiser Hof wurde die Cloud-Plattform von aedifion eingesetzt. Damit erhielt das technische Facility Management des Kaiser Hofs ein Werkzeug, das einen höchsteffizienten täglichen Betrieb gewährleistet. Mithilfe dieser Lösung werden die Daten nun laufend in die IoT-Plattform des Gebäudes übertragen und ausgewertet.

Die Verbindung mit der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA) wurde am Kaiser Hof mit einem vorkonfigurierten Edge Device realisiert. Die Inbetriebnahme erfolgte binnen weniger Minuten per Plug-and-Play durch das Facility Management. Das Edge Device baute sofort eine sicher verschlüsselte und stabile Verbindung des Kaiser Hofs zur aedifion-Cloud-Plattform auf, Investitionskosten fielen hierfür nicht an. Die Anlagen- und Automationsdaten werden kontinuierlich und in Echtzeit protokolliert (Logging). Insgesamt sind aktuell fast 10.000 Datenobjekte der TGA angeschlossen. Hinzu kommen 500 weitere Datenpunkte von Verbrauchszählern über eine Integration des Smart-Metering-Messdienstleisters Comgy.

Zusätzlich errechnet aedifion kontinuierlich weitere ca. 600 virtuelle Datenpunkte.

Zur datenbasierten Betriebsoptimierung wurden die Daten in automatisch generierten digitalen Zwillingen der TGA strukturiert. Gestützt durch die KI von aedifion wurde ein digitaler Zwilling des Gebäudes erstellt.

Die Daten werden kontinuierlich mithilfe von KI auf Optimierungspotenziale hin überprüft und Maßnahmen gemeinsam mit dem Facility Management umgesetzt. Im Fokus stehen hierbei Modifikationen, die den Energiebedarf senken, die Anlagenlebensdauer erweitern und den Nutzerkomfort erhöhen. Dem Team am Kaiser Hof stehen 744 wochenaktuelle Analyseergebnisse zur Verfügung. Diese melden auch technische Fehlfunktionen.

Die hohe Geschwindigkeit, mit der Verbesserungen erreicht werden, zeigte sich auch im Kaiser Hof: Schon nach wenigen Tagen lieferten die KI-gestützten Analysen wertvolle Informationen aus der Zusammenführung der Datensätze. Erste Optimierungsempfehlungen waren innerhalb von drei Monaten umgesetzt.

Making-of-Film Kaiser Hof

Schritt 3: Monitoring misst Optimierungsergebnisse

Die Ergebnisse der kontinuierlichen Verbesserungen werden durch eine sinnvolle Verknüpfung der Daten aus der Gebäudeleittechnik mit den tatsächlichen Verbräuchen messbar. So können die Effekte einzelner Maßnahmen beurteilt werden. Weil die Cloud-Lösung alle Datenpunkte zusammenführt und Analysen automatisch erfolgen, kann das technische Facility Management proaktiv für ein angenehmes Klima im Gebäude sorgen und die Auswirkung technischer Maßnahmen auf die Behaglichkeit für Nutzer und Mieter einsehen. Dies wurde im Kaiser Hof auch in Bereichen wie der Lobby möglich. Dort wurden vor der Digitalisierung der Gebäudedaten keine hohen Raumtemperaturen beanstandet, da sich Menschen dort in der Regel nur kurz aufhalten. Die auf Basis der Datenanalyse erfolgte Korrektur der Temperierung verbesserte nicht nur das Klima in der Lobby, sie reduzierte auch Wärmeverluste um 30 MWh pro Jahr. Auch die Anfahrschaltung der RLT zur Büroversorgung konnte dank der Erkenntnisse der Analyse-Plattform optimiert werden. Die neue Transparenz ermöglicht es dem Facility Management auch, Störungen bereits vor einer Nutzerbeschwerde zu beheben. Das Potenzial der Gebäudeautomationstechnik wird so umfassend ausgeschöpft.

Beeindruckende Mehrwerte für den Kaiser Hof

Im laufenden Jahr 2021 belaufen sich die erzielten Energieeinsparungen im Kaiser Hof bereits auf rund 20 Prozent und die CO2-Einsparungen auf rund 25 Prozent – nur zwei Beispiele für wichtige KPIs, die jetzt laufend erfasst werden und an denen sich das Gebäude nun messen lässt.[10] Das Betreiberteam konnte durch eine Anpassung der Heizkurve der Fernwärmeverteilung den Heizenergie-Bedarf um ca. 5 Prozent mindern. Weitere 2,5 Prozent Gesamtenergieeinsparung erreichte die Minimierung der Anlagenbetriebszeiten auf die tatsächlichen Nutzungszeiten des Gebäudes. Zum Beispiel wurde die Nachtabschaltung einer weiteren RLT-Anlage aktiviert, was nachts einen unnötigen Energieverbrauch verhindert.

Die aedifion-Lösung bietet auch den Gebäudenutzern und -mietern besten Komfort. Dies wird durch die Senkung der Energiekosten und der CO2-Emissionen bei geringstmöglichen Betriebskosten erreicht. Auch die Mieter interessieren sich stark für Verbräuche und deren Optimierung – nicht nur, weil sich diese positiv auf die Betriebskosten auswirkt, sondern auch aus intrinsischer Motivation. Viele Mieter haben längst ein Bewusstsein dafür entwickelt, dass das eigene Verhalten im Gebäude signifikant auf die Nachhaltigkeit des Gebäudebetriebs wirkt. Daher werden die Daten im Kaiser Hof auch dazu genutzt, den Nutzer auf der Reise in Richtung eines nachhaltigen Gebäudebetriebs mitzunehmen. In der Lobby visualisiert hierzu eine digitale Stele die wichtigsten Verbrauchsdaten. Die Gebäudenutzer sehen so die aktuelle energetische Performance im Vergleich zu vergangenen Zeiträumen, erkennen die Effekte der bisher umgesetzten Maßnahmen und erhalten Tipps, mit welchem Verhalten sie zu einem optimierten Energieverbrauch beitragen können. Die Daten werden folglich nicht einzig dem Facility Manager, Asset Manager oder Eigentümer zur Verfügung gestellt.

Über die Autorin

Dr. Kerstin Burmeister studierte und promovierte an der RWTH Aachen Wirtschafts- und Sozialgeschichte, Politische Wissenschaften und Volkswirtschaftslehre. Seit 1998 betreibt die Wirtschaftswissenschaftlerin ein Text- und Redaktionsbüro am Standort Aachen. Ein Schwerpunkt neben der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit liegt auf der Projektbegleitung, vor allem durch Unterstützung bei Antragstexten und Berichten. Vor der Selbständigkeit war Kerstin Burmeister an der RWTH Aachen tätig, zuletzt als Wissenschaftliche Angestellte und als Lehrbeauftragte der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät.

kerstin-burmeister.de

Fazit

Das Beispiel Kaiser Hof zeigt, dass die Digitalisierung der Verbrauchsdatenerfassung und des Gebäudebetriebs riesige Chancen für den nachhaltigen Betrieb von Immobilien birgt. Energieverbräuche lassen sich durch die intelligente Nutzung der Daten aus der Gebäudetechnik um bis zu ein Fünftel reduzieren.[11] In Kombination mit intelligenten Messsystemen werden die hieraus resultierenden Mehrwerte transparent und alle Stakeholder erhalten die Informationen, die sie für einen bewussten Umgang mit Ressourcen im Gebäude benötigen. Nur wenn das Bewusstsein für den Umgang mit Ressourcen geschärft und gleichzeitig die naheliegenden Einsparpotenziale umgesetzt werden, kann es uns gelingen, den Gebäudesektor auf einen nachhaltigen Kurs zu bringen.