Lehrende und MitarbeiterInnen

Sommer, Bernhard Univ.-Ass. Dipl.-Ing.

Titel
Entwicklung einer strukturierten und fehlerminimierten Datenaufbereitung und Dok
Typ
Monographie
Schlagwörter
Architektur, Bauphysik
Texte
Beschreibung
Ausgangssituation/Motivation Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens war eine substantielle Behandlung der Problematik der mangelnden Reproduzierbarkeit der Resultate von Energieausweisen in der Praxis. Bei Betrachtung der gelebten Praxis zeigt sich, dass viele Energieausweise, welche im generellen eine maximale Lebensdauer (Gültigkeit) von 10 Jahren aufweisen, in sehr unterschiedlicher Art und Weise verfasst werden, so dass die ursprüngliche Intention der Vergleichbarkeit von Objekten nicht mehr gegeben ist. Auch die Berechnungsmethoden haben sich durch Überarbeitung der für die Erstellung verbindlicher Richtlinien, Leitfäden und Normen immer wieder verändert. Problematisch ist dies umso mehr, als das für einen Großteil der bestehenden und zu errichtenden Gebäude Energieausweis verpflichtend vorhanden sein müssen, bzw. erstellt werden müssen. Erschwerend kommt hinzu, dass inzwischen nicht nur die thermische Qualität von Neubauten und Sanierungen über Energieausweise nachzuweisen sind, sondern sogar Förderungen für Neubauten und thermische Instandsetzungen an die Ergebnisse des Energieausweisverfahrens gekoppelt sind. Inhalte und Zielsetzungen Dezidiertes Ziel des Forschungsantrags war die Entwicklung einer strukturierten und fehlerminimierten Datenaufbereitung und Eingabedatendokumentation. Unter Annahme einer nur marginal abweichenden Berechnungsgenauigkeit zwischen den verschiedenen Tools zur Berechnung von Energieausweisen ist anzunehmen, dass eine solche Datendokumentation die Reproduzierbarkeit von Energieausweisen gewährleisten oder zumindest erhöhen sollte. Dies würde die Rechtssicherheit für alle involvierten Stakeholder erhöhen, und die Gefahr von Manipulation oder Fehleranfälligkeit stark reduzieren. Methodische Vorgehensweise Die Entwicklung einer generisch verwendbaren, standardisierten Eingabedatendokumentation wurde in folgenden Arbeitsschritten abgehandelt: . Zusammentragen von nationalen und internationalen Richtlinien, Leitfäden, Normen und Best- and Worst Practice Beispielen . Erstellung eines Gebäudesamples als "Use-Case" . Erstellen von Energieausweisen für das Gebäudesample unter Berücksichtigung auftretender Eingabe-Datenunsicherheiten . Anwenden von wissenschaftlichen Methoden der Mathematik und Statistik zur Abschätzung des Effekts von bestimmten (Fehl-)Annahmen. . Ableitung einer Eingabedatendokumentation die auf beliebige und generische Bauwerke und Energieausweise übertragbar ist. Ergebnisse und Schlussfolgerungen Insbesondere der Kern dieser Arbeit, das Zusammentragen eines Gebäudesamples, das Durcharbeiten dieses Samples unter Berücksichtigung auftretender Eingabe-Datenunsicherheiten wurde mit der Bearbeitung von mehr als 85 Gebäuden und 149 thermische Zonen sehr ausführlich behandelt und damit eine solide Basis für das Ableiten der Eingabedatendokumentation gebildet. Die Samplebildung erfolgte anhand von verschiedenen Gebäudekenndaten (Nutzung, Größe, Baualter, etc.). Für Zwecke der Detail- Evaluierung wurden 16 Bauten ausgewählt, mit welchen eine ganze Reihe weiterer Untersuchungen durchgeführt wurde. Im Zuge der Arbeiten stellte sich heraus, dass die manuelle Bearbeitung von Energieausweisen, bzw. das Nachziehen von Eingabedaten in immer neue Energieausweis-Dateien zeit- und arbeitsintensiv ist. Daher wurde - über die ursprüngliche Planung hinausgehend eine eigene Software-Umsetzung erarbeitet, mit welcher KPI(s) (Key Performance Indikatoren) wie der HWB (Heizwärmebedarf) von Gebäuden "dynamisch" nachvollzogen werden können. Im Detail wurde mittels der Programmierschnittstelle Grasshopper das Energieausweisverfahren so nach geskripted, dass ein durchgehendes graphisches Feedback bei Veränderung von Eingabedaten geliefert wird. Dadurch gewinnt man unmittelbar Einblick in die Art der Auswirkung möglicher Fehler. Unsicherheitskategorien für Energieausweise wurden basierend auf den Erfahrungen der eigenen Sensitivitätsuntersuchungen gegliedert (siehe Abbildung 1, rechts). Zu Zwecken der besseren mathematisch-statistischen Beurteilung des Einflusses von Abweichungen bei Eingabedaten sowie für die Ableitung der Eingabedatendokumentation wurden verschiedene Methoden aus anderen Disziplinen studiert und übertragen. Dazu gehören die vor allem in der Volkswirtschaft verwendete Elastizität und die ABC-Portfolioanalyse, welche sehr viel in der Produktionswissenschaft sowie im Aktienhandel eingesetzt wird. Ausblick Wesentlich ist es auch, sich noch einmal zu vergegenwärtigen, in welchem Setting die F&EBemühungen dieses Projektes eingebettet sind: Das EU-Energieeffizienzziels (20 Prozent Primärenergieeinsparung EU-weit bis 2020), das mit der am 4.12.2012 in Kraft getretenen Richtlinie 2012/27/EU in verbindliche Maßnahmen überführt werden soll, ist immer noch aktuell. Im Nationaler Energieeffizienzaktionsplan (NEEAP 2014) nehmen Energieeffizienzmaßnahmen in Gebäuden und hier wiederum insbesondere Gebäuderenovierungsstrategien immer noch einen wesentlichen strategischen Stellenwert ein. Da zum Beispiel Förderungen für thermische Sanierungen an Energieausweise gekoppelt werden, ist die Integrität dieser Berechnungen von entscheidender Bedeutung für das Erreichen der Energieeffizienzziele. Die Ziele und Ergebnisse dieses Forschungsprojekts sind daher von größter Aktualität. Es konnte nicht nur die fehlerminimierte Eingabedokumentation erstellt werden, sondern bildet die Arbeit eine umfassende Dokumentation, die als Grundlage zur Verbesserung, Präzisierung und Verlässlichkeit der involvierten Berechnungsmethoden genutzt werden kann. Abstract englisch: Starting point/Motivation The main target of the herein presented research efforts was approaching/improving the quality of energy certificates for buildings in Austria. A major problem that can be found in everyday practice regarding energy certificates is the lack of reproducibility due to incomplete documentation or erroneous calculation input data assumptions. Energy certificates have a validity of maximum 10 years, and - in Austria - the first ten year period is now coming to an end. For this period a wide range of different styles and manners of issuing certificates by different practitioners can be observed, which results in a severe lack of comparability between different certificates / different buildings. Moreover, the calculation methods have been constantly further developed and changed, so that differences can be caused by the change of method as well. Furthermore, in between close to all buildings require an energy certificate to be issues. A crucial aspect is that subsidies for thermal retrofit and increased thermal quality of new buildings are directly depending on the results of energy certificates, which seems critical, given the deviations in the certification results caused by different input data assumptions, different issuer´s approaches and methodologies, and erroneous input data assumptions. Contents and Objectives The main goal of this research work was the development of easy-to-use methods for input data documentation. Such a documentation - given the negligible result differences between different energy certification tools - should ensure an increased reproducibility of the certificates. Given the legal meaning of energy certificates, such documentation could help to reduce uncertainties and increase the quality of certification in general. Methods The development of the input data documentation was performed based on the following methodological steps: . Collection of national and international guidelines, laws, and standards, as well as a collection of best and worst practice examples. . Establishment of a building database encompassing a wide range of different buildings. This database should be used to extract sample buildings for in-depth examination. . Issuing of energy certificates of the sample buildings, and documentation of experienced input data uncertainties. . Utilization of scientific methods from mathematics and statistics to assess the impact of input data deviations on the results of energy certificates. . Derivation of a comprehensive and convenient input data documentation routine, which can be used for generic buildings and their energy certification. Results The different parts of the project all were worked on carefully: The collection of sample buildings for a database of buildings, for instance, resulted in 85 buildings (including 149 thermal zones) and their plan documents, input data documentation and (in part) existing energy certificates. Thus it was well suited to act as a base for the derivation of sample buildings which were worked on in detail: Building samples were chosen based on key data of the buildings, such as Usage, Size, Age, and others. 16 buildings were chosen and examined in detail. During the work it turned out that the manual change of input data parameters not only is very time-consuming, but rather error-prone. Therefore, the original conception of the project was extended by a software tool which helped to better understand the dependencies between independent (input) variables and the dependent KPIs (Key performance indicators). For the heating demand ("Heizwärmebedarf") a script was developed in the parametric scripting language grasshopper, which allowed changing several input variables and dynamically seeing the change in the results. In this fashion, the identification if a input variable can be considered as strong or weak regarding the influence on the result was facilitated. Uncertainties were categorized based on previous experiences, the calculation of sample buildings in the project and a repetitive analysis approach. The uncertainty categorization is illustrated in Figure 2 (right side). To better assess the uncertainties regarding their impact, methods regularly utilized in other fields of science, such as the elasticity (known from economics) and the ABC-portfolio analysis (which is used in stock broking and production logistics a lot), were adopted and used on the input and output datasets. Prospects / Suggestions for future research It is important to reconcile on the background of this research. The European efficiency goals (20 percent reduction of primary energy usage within the EU until 2020) focus - amongst others - on buildings. This resulted in the EU guideline 2012/27/EU. The Austrian national energy efficiency program NEEAP 2014 mentions energy efficiency measure in buildings, especially in deep renovation programs, as of highest strategic importance. Subsidies and incentives toward retrofit are coupled with building energy efficiency calculations. Therefore, the goals and results of the EDEN project can be considered as important for this playing field. The results do not only encompass a input data documentation approach, but also offer a wide range of improvement ideas and concepts to in future increase both the reliability and comparability of energy certificate calculations for buildings.
Autor*innen
Bernhard Sommer, Ulrich Pont, Gabriele Adam, Malgorzata Sommer-Nawara
Herausgeber*innenschaft
Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie
Verlage
BMViT
Datum
2017
Ort
Wien (Österreich)
URL
erschienen in
Titel
Berichte aus Energie- und Umweltforschung
Band
24
Ausgabe/Auflage
1