“Gebäudetechnik wird zum Strukturgeber“

Kompakt informieren

• Die Zukunft des Bauens und die damit verbundenen Herausforderungen entlang wesentlicher Veränderungen, wie BIM, Integrale Planung und Digitalisierung, werden nicht nur für TGA-Planer, sondern für alle am Bauprozess Beteiligten zu einer umfassenden Neuorientierung führen.
• Mit dem Fachsymposium „Trinkwassergüte und Energieeffizienz – vernetzt durch digitale Prozesse“ zeigt Viega wesentliche Ansatzpunkte auf, welche Aspekte dabei besonders zu beachten sind – und wie sich gerade kleine und mittelständische Ingenieurbüros schon heute auf diese Veränderungen einstellen können.
• Mit dem Trinkwasser-Management-System (TWMS) präsentiert Viega eine Lösung, die antritt, bisherige Grenzen zu verschieben. Das TWMS beinhaltet Spülsysteme bis auf die Armaturenebene, Sensoren und Aktoren für einen bestimmungsgemäßen Betrieb, eine zentrale Durchfluss-Trinkwassererwärmung mit verringerten Temperaturen, eine Ultrafiltration für einen Teilstrom des Zirkulationsrücklaufs sowie eine Kaltwasserzirkulation mit Durchfluss-Trinkwasserkühlung.
• Eine Onlineüberwachung aller Betriebsparameter und ein umfassendes Servicepaket sollen für ein Höchstmaß an Betriebssicherheit sorgen.

Die 2009 eingeführten Viega-Fachsymposien sind für Fachplaner und Fachhandwerker für Gebäudetechnik mittlerweile eine feste Größe: Im Zwei-Jahres-Rhythmus werden in diesen Symposien die Branche perspektivisch bestimmende Fachthemen so umfassend behandelt, dass sie als belastbarer Gradmesser für die künftige Arbeit von Fachingenieuren gelten können.

2012 stand beispielsweise Thema „Erhalt der Trinkwasserhygiene“ im Mittelpunkt. Heute gehört diese Aufgabenstellung in jedem TGA-Büro zum Tagesgeschäft. 2014 folgte die Themensetzung „Integrale Planung“, zwei Jahre später „Building Information Modeling“ (BIM) – also die Methodik, wie Integrale Planung und eine ganzheitliche Betrachtung der TGA bestmöglich und kollaborativ umgesetzt werden kann. Auch das gehört mittlerweile zum anerkannten Fachdiskurs. Mit dem Symposium „Trinkwassergüte und Energieeffizienz – vernetzt durch digitale Prozesse“ folgt jetzt gewissermaßen die gebündelte Zuspitzung dieser Themen auf die angewandte Praxis.

Wie weitgehend Viega und die zu den Symposien eingeladenen, hochkarätigen Referenten diese Zuspitzung gedacht haben, wurde dabei schon zur Auftaktveranstaltung in Salzburg und wenige Tage später in München deutlich. Mit der zentralen These „Die Gebäudetechnik wird der Strukturgeber des Bauens der Zukunft!“ sorgte Viega dort bereits für rege Diskussionen – und die werden sich in den kommenden Wochen und Monaten in der gesamten Branche zweifellos fortsetzen …

„Dass wir mit diesem sehr prononcierten Satz einen lebhaften fachlichen Diskurs lostreten würden, war uns natürlich bewusst“, so Dirk Gellisch, Mitglied der Viega Geschäftsführung: „Überrascht hat uns trotzdem die Intensität, mit der schon die Besucher der ersten beiden Symposien die These aufgegriffen und diskutiert haben. Unstrittig war dabei aber immer, dass speziell die TGA-Gewerke Wärmeerzeugung und Wärmeverteilung sowie die Trinkwasser-Installationen künftig das Design eines jeden Zweckgebäudes massiv beeinflussen werden, wenn wir die Erreichung von Planungszielen wie Erhalt der Trinkwassergüte und Energieeffizienz zuverlässig sicherstellen wollen.“

Als konkretes Beispiel für diese Prognose konnte im Rahmen des Fachsymposiums hervorragend der Neubau der „Viega World“ dienen. Als Leuchtturmprojekt für die Zukunft des Bauens ist das interaktive Seminarcenter mit rund 12 200 m² Brutto-Geschossfläche auf der Basis dezidiert beschriebener Nutzungsanforderungen über den gesamten Lebenszyklus hinweg konsequent entlang eines digitalen Modells entwickelt worden Abb. 4.

„BIM-Modelle schaffen hohe Transparenz im Planungsprozess“

Dass zunehmend mithilfe von Bauwerksdatenmodellen (BIM-Modellen) geplant und zusammengearbeitet wird, schafft eine so noch nicht da gewesene Transparenz des Planungsprozesses und fördert gerade auch ganzheitliche Planungsansätze unter frühzeitiger Berücksichtigung der Erfordernisse der Technischen Ausrüstung, machte im Rahmen des Fachsymposiums schon der erste Referent, der Rechtsanwalt Dr. jur. Robert Elixmann Abb. 2, deutlich. Er ist unter anderem als Berater für das Bundesbauministerium und das Bundesverkehrsministerium tätig.

Ausgehend von einer rechtlichen Positionsbestimmung der TGA-Fachplanung umriss Elixmann die wesentlichen Veränderungen in den Bauprozessen, auf die sich Fachingenieure idealerweise schon heute einstellen sollten. Dabei verwies er insbesondere auf Stichworte wie Auftraggeber-Informations-Anforderungen (AIA), klar definierte BIM-Abwicklungspläne (BAP) und Besondere Vertragsbedingungen BIM. Aus denen würden sich künftig neue vertragliche Anforderungen ergeben.

Ein wichtiger Merksatz war deshalb für Elixmann, dass „eine Verpflichtung zur Erstellung und Fortschreibung eines BIM-Abwicklungsplans helfen kann, die Projektbeteiligten anzuhalten, vorausschauend Abstimmungen zum Datenaustausch untereinander zu treffen und diese zu dokumentieren.“

„Eine saubere Abstimmung der Technik klärt das Projekt“

Warum das notwendig ist und wie dieser Brückenschlag in die Praxis aussehen kann, zeigte Professor Dr.-Ing. habil. Christoph van Treeck Abb. 3 auf. Der Inhaber des Lehrstuhls für Energieeffizientes Bauen an der RWTH Aachen University und Leiter des BIM Centers am Campus Aachen stellte dabei eine direkte Verknüpfung zu den Zukunftsthemen BIM und Integrale Planung her:

„In der Planungspraxis gewinnt man den Eindruck, dass BIM eine inzwischen anerkannte Methodik darstellt. Für viele Akteure scheint jedoch die Methode der Integralen Planung, also die Zusammenarbeitsform, eine größere Herausforderung darzustellen. Mit BIM kann jedoch gerade zu Beginn sehr konkret definiert werden, welche Planungsleistungen zu welchem Zeitpunkt und in welcher inhaltlichen Tiefe und Qualität, das heißt in welchem Fertigstellungsgrad, zu erbringen sind.“

Das Fazit daraus: „Die Gebäudetechnik stellt dadurch den wichtigsten Strukturgeber in der Planung dar. Sind die Fragen der Technik geklärt, sind nämlich auch die meisten Projektfragen geklärt!“

„Trinkwasser-Temperaturen um 5 K oder noch mehr absenkbar“

Zu den zentralen technischen Fragen, die mehr denn je die Struktur und das Design eines Zweckgebäudes bestimmen, gehören dabei zweifellos die der Energieerzeugung, der effizienten Energienutzung und – daraus resultierend – nicht zuletzt die Frage der Bereitstellung von hygienisch einwandfreiem Trinkwasser warm.

Ein anerkannter Spezialist auf diesem Gebiet ist Prof. Dr. Thomas Kistemann Abb. 5, Professor für Hygiene, Umweltmedizin und Medizinische Geographie und stellvertretender Direktor des Instituts für Hygiene und Öffentliche Gesundheit/Public Health an der Universität Bonn. Er stellte im Rahmen des Viega-Fachsymposiums eine bemerkenswerte direkte Verbindung zwischen Energieeffizienz, Erreichung der Klimaziele und Erhalt der Trinkwassergüte her:

„In einer Trinkwasseranlage sind die Durchströmung, die Systemtemperaturen, der Wasseraustausch und das Vorhandensein von Nährstoffen die entscheidenden Faktoren in einem zusammenhängenden Wirkkreis der Trinkwassergüte Abb. 6. Gleichzeitig macht in modernen Gebäuden aber die Bereitstellung von Trinkwasser warm einen erheblichen Anteil am Gesamtenergieverbrauch aus. Ambitionierte Klimaschutzziele können also nur erreicht werden, wenn auch in diesem Bereich der Energiebedarf substantiell reduziert wird.“

Als Konsequenz daraus hält der Hygieniker „in Verbindung mit einer Ultrafiltration Abb. 7 sogar eine Absenkung der bisher geforderten Systemtemperaturen von 60/55 °C für Trinkwasser warm schon heute um etwa 5 K“ für denkbar. Dabei müsse aber ausgehend von einem Verständnis für die multifaktoriellen Prozesse innerhalb einer Trinkwasseranlage gleichzeitig der notwendige Wasseraustausch gewährleistet sein. Zudem fordert der Hygieniker dafür ein prozessorientiertes Qualitätsmanagement, wie es der Wassersicherheitsplan (WSP) bereitstelle. Das sei aktueller Stand der Wissenschaft, so Kistemann. Die Forschung gehe aber jetzt schon wieder darüber hinaus, um die Nutzungstemperaturen noch weiter abzusenken.

„Mehr regenerative Energien deutlich effizienter nutzen“

Inwieweit die in einem solchen System eingesetzte Primärenergie aus regenerativen Quellen stammen könnte und wie sich umgekehrt deren Anteil am Primärenergiebedarf über abgesenkte Systemtemperaturen für Trinkwasser warm signifikant erhöhen ließe, erörterte Prof. Dr.-Ing. Doreen Kalz Abb. 8, Professorin für Gebäude- und Energietechnik an der Beuth Hochschule für Technik in Berlin. Sie machte auf der Basis aktueller Forschungsarbeiten des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) deutlich, wie eng verzahnt mittlerweile sämtliche haustechnischen Prozesse in einem Gebäude sind:

„Die Einhaltung der Hygienebedingungen und des Nutzerkomforts bestimmen maßgeblich die Betriebsweise und auch die Effizienz der Wärmeerzeugung. Technologien unter Nutzung von erneuerbaren Energien, wie Wärmepumpe, können mit spürbar abgesenkten Temperaturen beispielsweise bei der Erwärmung von Trinkwasser deutlich effizienter arbeiten. Die unmittelbaren Effekte einer Umstellung der Trinkwasseranlage auf ein Niedertemperatursystem sind daher, gemessen an üblichen Dimensionen von Energieeffizienzsteigerungen bei der Wärmeerzeugung, von entscheidender Bedeutung.“

Die abgeleitete Forderung: „Zur Steigerung der Energieeffizienz muss der Fokus künftig auch auf dem Aufwand für die Bereitung von Trinkwarmwasser liegen. Dabei hat auch die Art, wie es im Gebäude verteilt wird, sowie die Qualität des Hydraulischen Abgleichs der Zirkulationskreise einen großen Einfluss auf die Effizienz der Erzeugertechnologien.“

„Es ist ein Trinkwasser-Management-System notwendig“

Wie das schon in naher Zukunft technisch und über die Normen- und Regelwerke abgedeckt machbar sein könnte, dazu gab beim Fachsymposium Viega-Trainingsleiter Dieter Hellekes Abb. 9 einen detaillierten Einblick. Anhand eines neuen Trinkwasser-Management-Systems (TWMS) deklinierte Hellekes entlang des Hygiene-Wirkkreises aus Durchströmung, Trinkwassertemperaturen, Wasseraustausch und Nährstoffen die wesentlichen Einflussparameter auf den Erhalt der Trinkwassergüte durch. Am Beispiel des Neubaus „Viega World“ konnte er dabei aufzeigen, wie sich dieser Wirkkreis durch das abgestimmte Zusammenspiel aus Sensoren und Aktoren, Hygienestationen, vor allem aber Ultrafiltration, Durchfluss-Trinkwassererwärmern und Durchfluss-Trinkwasserkühlern für Trinkwasser kalt hygienisch optimal erfüllen lässt Abb. 10.

In Betrieb befindliche Trinkwasser-Installationen weichen häufig auch bei klarem Anforderungsprofil von den Vorgaben der Technischen Regelwerke ab. So wird beispielsweise fast immer die Betreiberplicht nicht erfüllt, jede Zapfstelle entsprechend ihrer Planungsvorgabe zu nutzen. Das muss also in einer Prozessbeschreibung als Aufgabe definiert werden. Diese – im Raumbuch beschriebene Unterbrechung der Nutzung – lässt sich aber vergleichsweise einfach auflösen, und zwar durch ein Trinkwasserhygiene-Konzept: Neben konstruktiven Möglichkeiten, wie Reihen- oder Ringinstallationen, können dabei ergänzende technische Lösungen, wie dezentrale Spülsysteme, dem Betreiber als Assistent zur Verfügung gestellt werden.

Eine weitere, schon deutlich größere Herausforderung liegt aber in der Komplexität von Trinkwasseranlagen. Hellekes: „Wenn die Hydrodynamik, also der Wasseraustausch bei entsprechender Durchströmung, zwar in kleinen Einheiten technisch nachvollziehbar funktioniert, lässt sich dieser Ansatz noch lange nicht einfach auf größere Einheiten übertragen. Teilweise entstehen dann komplexe Verteilsysteme mit zentralen Spüleinrichtungen oder auch Zirkulationssysteme mit 20 oder mehr Regelkreisen, deren Funktion und Hydraulik in der Praxis nicht mehr nachgewiesen werden kann. Hier muss ein Umdenken zu einfachen und hydraulisch nachweisbaren Anlagengrößen erfolgen.“

Die dritte Herausforderung bei der Auslegung und dem Betrieb von Trinkwasseranlagen geht aus Sicht des Viega-Trainingsleiters aber noch einen großen Schritt weiter: Sollen bei vorgegebener Trinkwassergüte auch wesentliche Verbesserungen der Energieeffizienz erreicht werden, müsse der gesamte Lebenszyklus, von der Zielfindung des Investors über Planung und Bau, aber auch der für die Gesamtkostenbetrachtung wesentlichste Teil, der Betrieb, unter hygienischen und energetischen Gesichtspunkten zugrunde gelegt werden.

Ultrafiltration zum mikrobiologischen „Aushungern“ des Systems

Hellekes: „Um diesen Anforderungskatalog in Summe zu erfüllen, benötigen wir dringend innovative Systemlösungen, wie das neue TWMS von Viega, sowie flankierend Wissenstransfer und Services für den Erhalt der Trinkwassergüte, und zwar für Trinkwasser warm wie für Trinkwasser kalt.“ Die Grundlage des TWMS bildet ein umfangreiches Produktprogramm, welches auf der Steuerungsebene durch elektronische Komponenten ergänzt und auf der Managementebene in die Gebäudeautomation eingebunden werden kann.

Das zum Trinkwasser-Management-System gehörende Produktprogramm umfasst dabei WC-Vorwandelemente mit Spülfunktion, elektronische Spülarmaturen und weitere Sensoren und Aktoren für einen bestimmungsgemäßen Betrieb. Für die Einhaltung von Temperaturen im Trinkwasser kalt kann darüber hinaus eine Kaltwasserzirkulation (PWC-C) mit Durchfluss-Trinkwasserkühlung verwendet werden.

Hellekes: „Durch einen Durchfluss-Trinkwassererwärmer lässt sich das Trinkwasservolumen, im Vergleich zu zentralen Speichern, vergleichsweise einfach um den Faktor 100 reduzieren. Zudem sorgt er mit seinen niedrigen Rücklauftemperaturen für gute Voraussetzungen auf der Heizungsseite.“

Die Möglichkeit, zentrale Trinkwasser-systeme mit niedrigeren Temperaturen als 60/55 °C zu betreiben, schaffe ein enormes Potenzial zur Energieeffizienz von Trinkwassererwärmungsanlagen und den vorgelagerten Prozessen. Denn LowEx-Systeme, wie Wärmepumpen, arbeiteten erst dann energetisch und wirtschaftlich sinnvoll, wenn eine zen-trale Durchfluss-Trinkwassererwärmung mit Temperaturen von 50 °C oder noch weniger zum Einsatz komme.

Um dieses Ziel zu erreichen, werden beim TWMS zusätzlich über Ultrafiltration für einen definierten Teilstrom des Zirkulationssystems (UFC) Krankheitserreger und Nährstoffe so weit reduziert, dass ein mikrobiologisches „Aushungern“ des Systems die Folge ist. Der bestimmungsgemäße Betrieb der Trinkwasser-Installation sei dabei durch ergänzende Spülsysteme und deren Monitoring gewährleistet. Eine vollständige Onlineüberwachung aller Betriebsparameter sowie ein umfangreiches Servicepaket sollen für ein Höchstmaß an Betriebssicherheit sorgen.

Hellekes: „Der Prozess der Trinkwasserbereitstellung innerhalb von Gebäuden wird durch das Trinkwasser-Management-System zudem fortlaufend überwacht und gesteuert. Modular aufgebaut und objektspezifisch eingesetzt ist damit sichergestellt, dass die hygienischen Parameter der Trinkwassergüte eingehalten werden und gleichzeitig die effiziente Nutzung regenerativer Energie möglich ist.“

Für mehrere der Viega-Fachsymposien „Trinkwassergüte und Energieeffizienz – vernetzt durch digitale Prozesse“ ist noch eine Anmeldung möglich. Sie finden am 12. 12. in Essen, am 13. 12. in Kassel, am 08. 01. 2019 in Frankfurt, am 09. 01. in Wien, am 17. 01. in Dresden, am 22. 01. in Düsseldorf, am 23. 01. in Hannover, am 31. 01. in Graz, am 05. 02. in Hamburg und am 13. 02. in Leipzig statt. Einlass ist jeweils um 14.00 Uhr, ab 19.00 Uhr gibt es bei einem Get-together Gelegenheit zum Austausch. Die Teilnahme ist kostenlos. www.viega.de/symposium

Der VDI-Verlag hat zum Viega-Fachsymposium ein rund 380 Seiten starkes Fachbuch mit dem Titel „Gebäudetechnik als Strukturgeber für Bau- und Betriebsprozesse“ herausgegeben. In mehreren klar gegliederten Kapiteln sind dabei die Vorträge des Fachsymposiums nochmals deutlich vertiefend zusammengefasst und um eine Vielzahl von Abbildungen erweitert. Die Teilnehmer an den Fachsymposien erhalten das Buch direkt im Anschluss an die jeweilige Veranstaltung. Im Handel ist das Fachbuch ab etwa Mitte Dezember 2018 erhältlich.