Nachhaltig optimierte Gebäude
Gerhard Girmscheid • David Lunze
Nachhaltig optimierte Gebäude Energetischer Baukasten, Leistungsbündel und Life-Cycle-Leistungsangebote
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Gerhard Girmscheid ETH Zürich Institut für Bau- und Infrastrukturmanagement Wolfgang-Pauli-Str. 15 8093 Zürich Schweiz
[email protected]
David Lunze ETH Zürich Institut für Bau- und Infrastrukturmanagement Wolfgang-Pauli-Str. 15 8093 Zürich Schweiz
[email protected]
ISBN 978-3-642-13852-2 e-ISBN 978-3-642-13853-9 DOI 10.1007/978-3-642-13853-9 Springer Heidelberg Dordrecht London New York Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2010 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Einbandentwurf: WMXDesign GmbH, Heidelberg Gedruckt auf säurefreiem Papier Springer ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media (www.springer.com)
Vorwort Dieses Buch möchte Bauherren, Investoren aber auch Planern und Unternehmen der Bauwirtschaft aufzeigen, dass Nachhaltigkeit unabdingbar zur Sicherung der langfristigen Rendite und Werterhaltung von Immobilien ist. Der heutige Neubau bzw. die Erneuerung und Instandsetzung bestehender Gebäude bestimmen die Kosten und Rendite in den nächsten 30 bis 50 Jahren. Der erste grosse Engpass an Rohstoffen mit weitreichenden Folgen für unsere Kultur- und Wirtschaftsgesellschaften wird bei den fossilen Energieträgern auftreten. Der globale Bedarf an Energieträgern steigt z. B. aufgrund: x x x x
weltweiten Bevölkerungswachstums, Steigerung der globalen Produktion, Erhöhung der Ansprüche an Wohn- und Arbeitskomfort sowie Steigerung der individuellen Mobilität.
Gleichzeitig stehen nur begrenzt Vorräte an fossilen Energieträgern zur Verfügung, die darüber hinaus von einer Minderheit der Weltbevölkerung kontrolliert werden. Ferner werden Energieträger und Rohstoffe als Spekulationsobjekte an den Finanzmärkten gehandelt, wodurch der Preis auch von finanzwirtschaftlichen und politischen Faktoren beeinflusst werden kann. Die Diskrepanz zwischen steigender Nachfrage und sinkendem Angebot führt zu massiven Preissteigerungen auf dem Energie- und Rohstoffmarkt. Dies manifestiert sich insbesondere am Rohölpreis, der sich beispielsweise zwischen den Jahren 1997 und 2007 um mehr als das 5-fache gesteigert hat. Bei zunehmender Verknappung wird er in Zukunft sogar exponentiell ansteigen. Neben den ökologischen Aspekten sind es vor allem die wirtschaftlichen Aspekte, die Bauherren und Nutzer zu einem Umdenken im Umgang mit fossilen Energieträgern anregen. Bei der Analyse der Lebenszykluskosten von Gebäuden werden die Betriebskosten in der Nutzungsphase und hier insbesondere die Kosten für Nutzenergieträger als massgebliche Kostentreiber identifiziert. Heute werden z. B. in der Schweiz ca. 45 % der fossilen Energie für die Raumwärme und 6 % fürs Warmwasser verbraucht. Bei exponentiell steigenden Energiepreisen in den nächsten 30 Jahren wird die Nutzung des Immobilienparks mit einem solchem Verbrauch für immer weniger Menschen finanziell möglich sein. Dabei sind die volkswirtschaftlichen Auswirkungen noch nicht berücksichtigt. Diese Energie ist zudem endgültig verloren, weil sie weder regenerativ noch recyclebar ist. Mit dem Ziel, die Lebenszykluskosten von Gebäuden langfristig nachhaltig zu optimieren und verlässlich kalkulierbar zu machen, fordern Bauherren und Nutzer deshalb einen Paradigmenwechsel. Dieser Paradigmenwechsel zielt darauf ab,
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Vorwort
dass Gebäude nicht mehr unter dem Gesichtspunkt ihrer initialen Investitionskosten, sondern mit Blick auf die Gesamtlebenszykluskosten optimiert werden. Dabei werden zwei wesentliche Ziele angestrebt: x Lebenszyklusorientierung: Im Rahmen der Lebenszyklusorientierung werden alle Phasen (Planung, Erstellung, Nutzung / Betrieb und Rückbau) des Lebenszyklus eines Gebäudes berücksichtigt. Ziel ist es, das Gebäude hinsichtlich seiner Gesamtlebenszykluskosten (bzw. hinsichtlich einer vereinbarten Lebenszyklusperiode) zu optimieren. x Gewerkeübergreifende Gesamtoptimierung: Um zu einer echter Lebenszyklusorientierung eines Gebäudes zu gelangen, ist die gewerkeübergreifende Optimierung der baulichen Anlagen durch die Zusammenarbeit der Schlüsselplaner und -unternehmen notwendig. Ziel ist es, die Fragmentierung der Bauprozesse zu Gunsten der Freisetzung möglicher Synergiepotentiale zu überwinden und das Gebäude so zu einem Gesamtoptimum zu führen. Als proaktive Antwort der Schweizer Bauwirtschaft entwickelt das Institut für Bauplanung und Baubetrieb der ETH Zürich im Rahmen des von Girmscheid entwickelten Forschungsansatzes Systemanbieter Bau (SysBau®) in einem von der KTI (staatliche Förderagentur für Innovationen der Schweiz) geförderten Forschungsprojekt zusammen mit namhaften Unternehmen der Schweizer Bauwirtschaft ein Geschäftsmodell für ein Lebenszyklusleistungsangebot im Hochbau. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde der im vorliegenden Buch beschriebene energietechnische Modulbaukasten als potentielles Gestaltungskonzept für energetische Lebenszyklusleistungsangebote (LC-Leistungsangebote) im Hochbau zusammengestellt. Ferner werden Konzepte vorgestellt, wie diese Module interagieren und integriert werden müssen, um ein nachhaltiges, energetisch und nutzungsoptimiertes Gebäude zu gestalten. Darauf aufbauend können Leistungsanbieter den Bauherren und Investoren ihre innovativen, projektspezifischen und lebenszyklusorientierten Lösungen anbieten. Zürich, im März 2010
Prof. Dr.-Ing. Gerhard Girmscheid Dipl.-Ing. David Lunze
Benutzerhinweise Für eine schnelle Übersicht sollen die wichtigsten Inhalte und Ziele der Hauptkapitel kurz angegeben werden. Kapitel 1: Das Ziel ist es, die wichtigsten Randbedingungen der zukünftigen Entwicklung aufzuzeigen, die die Nachhaltigkeit von Gebäuden beeinflussen. Kapitel 2: Das Ziel dieses Kapitels ist es, die wichtigsten Kundensegmente aufzuzeigen, die an der Einführung von lebenszyklusorientierten Gebäuden und Leistungsangeboten interessiert sind. Kapitel 3: Das Ziel dieses Kapitels ist es, deutlich zu machen, dass ein Paradigmenwechsel von der Investitionskostenbetrachtung hin zu einer Lebenszyklusbetrachtung und den damit einhergehenden Leistungsangeboten in Phasen entwickelt und angeboten werden muss. Die Anbieter solcher Leistungen müssen Erfahrungen gewinnen, um Risiken zu erfassen und einzugrenzen. Kapitel 4: Das Ziel dieses Kapitels ist es, die Kostentreiber eines Gebäudes zu identifizieren. Besonderer Wert wird auf das Verständnis gelegt, dass die retrospektiven Energiekosten keine solide Entscheidungsgrundlage für eine prospektive Lebenszykluskostenanalyse sind, da man heute davon ausgehen muss, dass diese nicht weiter relativ linear, sondern exponentiell ansteigen werden. Kapitel 5: Das Ziel dieses Kapitels ist es, die internationalen Standards zur Bewertung nachhaltiger Gebäude aufzuzeigen. Ferner werden der Modul- und Teilsystemaufbau eines potentiellen LC-Leistungsangebots sowie Ansätze zur notwendigen energetischen Optimierung vorgestellt. Kapitel 6: Das Ziel dieses Kapitels ist es, einen Baukasten mit seinen Modulen und Teilsystemen vorzustellen, der für eine nachhaltige lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung notwendig ist bzw. genutzt werden kann. Dieses Kapitel stellt den Kern möglicher LC-Leistungen bzw. LC-Leistungsangebote dar. Kapitel 7: Das Ziel dieses Kapitels ist es, die Abhängigkeit der einzelnen Gebäudeteilsysteme und ihrer Module untereinander bei einer Optimierung sowie die Synergiepo-
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Haftungsausschluss
tentiale der interagierenden Teilsysteme und Module im Gebäudesystem aufzuzeigen. Dazu werden verschiedene potentielle Entwicklungsstufen von LCLeistungsangeboten mit den wichtigsten Elementen (4P) eines entsprechenden Marketing-Mixes für LC-Leistungsangebote dargelegt. Kapitel 8: Das Ziel dieses Kapitels ist es, ein LC-Kostenanalysetool als Entscheidungsinstrument vorzustellen. Kapitel 9: Das Ziel dieses Kapitels ist es, eine Kurzzusammenfassung zu geben, wie man zu einer nachhaltigen Gestaltung des Gebäudeparks gelangt.
Haftungsausschluss Die Angaben in diesem Buch wurden nach bestem Wissen und Gewissen erstellt, allerdings übernimmt der Autor keine Gewähr für die Aktualität, Korrektheit, Vollständigkeit oder sonstige Qualität der bereitgestellten Informationen. Haftungsansprüche gegen den Autor, die sich auf Schäden materieller oder ideeller Art beziehen, die durch die Nutzung oder Nichtnutzung fehlerhafter und/oder unvollständiger Informationen verursacht wurden, sind grundsätzlich ausgeschlossen, sofern seitens des Autors kein nachweislich vorsätzliches oder grob fahrlässiges Verschulden vorliegt.
Inhaltsverzeichnis 1 1.1 1.2 1.3 1.4 2
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot - Potentielle Zielkunden ............................................................................................ 7
3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3 6
Einleitung .............................................................................................. 1 Herausforderung an eine nachhaltige Zukunft ....................................... 1 Umfeldveränderung in der Bauwirtschaft .............................................. 3 Herausforderung für Immobilienbesitzer und die Bauwirtschaft ........... 4 Ziel des Buches ...................................................................................... 6
Marktphasen von systemgeschäftlichen LC-Leistungsangeboten . 13 Einführungsphase ................................................................................. 15 Wachstumsphase .................................................................................. 17 Reifephase ............................................................................................ 20 Degenerationsphase ............................................................................. 21 Zusammenfassung................................................................................ 22 LC-Kostentreiber von Gebäuden ..................................................... 23 Konzeption des Nachweises................................................................. 23 Cashflow / Kostenstrukturplan zur Erfassung der Lebenszyklusausgaben bzw. -kosten.................................................... 25 Annuitätenmodell ................................................................................. 28 Abhängigkeit der LC-Kosten vom Gebäudetyp und der Nutzungsart . 34 Datenlage zur Ermittlung der Lebenszykluskosten von Gebäuden ...... 35 Nutzungskosten von Bürogebäuden ..................................................... 40 Massgebliche Betriebskosten und ihre Unterkostengruppen ............... 77 Ziele und Gründe zur energetischen Optimierung von Gebäuden ....... 80 Zusammenfassung................................................................................ 84 Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Systemkonzeption nachhaltiger Gebäude ........................................................................ 87 Internationale Standards zur Bewertung nachhaltiger, energetisch optimierter Gebäude............................................................................. 88 Konzeption eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots .......... 92 Strategische Ansätze zur Ressourcenoptimierung von Gebäuden ....... 97 Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung ....................................................................... 101
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Inhaltsverzeichnis
6.1 Energetisch passives Gebäudeteilsystem ........................................... 101 6.1.1 Modul Fassade .......................................................................... 101 6.1.2 Modul Bauteilaktivierung ......................................................... 111 6.2 Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung .......... 113 6.2.1 Modul fossile Energienutzung zur Wärmebereitstellung .......... 118 6.2.2 Modul thermische Solarenergienutzung zur Wärmebereitstellung120 6.2.3 Modul Geothermie zur Wärmebereitstellung ............................ 125 6.2.4 Modul Biomasse ....................................................................... 131 6.2.5 Vergleichende Betrachtung der Energieeffizienz und Nachhaltigkeit von Energieträgern zur Wärmegewinnung ....... 136 6.2.6 Exemplarische Lebenszykluskostenanalyse von HKL-Anlagen zur Wärmebereitstellung ........................................................... 138 6.3 Teilsystem elektrische Energie (ELT) ............................................... 150 6.3.1 Modul Wärme-Kraft-Koppelung – Polygeneration................... 150 6.3.2 Modul photovoltaische Solarenergienutzung ............................ 153 6.3.3 Modul Beleuchtung ................................................................... 158 6.3.4 Modul Gebäudesteuerung und -automation .............................. 161 6.4 Teilsystem Wasserver- und -entsorgung ............................................ 163 6.4.1 Modul Trinkwassernutzung ...................................................... 163 6.4.2 Modul Regen- / Grauwassernutzung ......................................... 164 6.4.3 Modul technische Wassersparmassnahmen .............................. 166 6.5 Teilsystem Ausbau ............................................................................. 167 6.5.1 Modul flexible Wand- und Bodensysteme ................................ 168 6.5.2 Modul flexible Gebäudetechnik ................................................ 169 6.5.3 Modul Boden- und Innenwandbeläge ....................................... 170 6.6 Teilsystem Arbeits- und Nutzungsinfrastrukturen ............................. 171 6.6.1 Modul EDV-Anlage .................................................................. 171 6.6.2 Modul Telekommunikationsanlage ........................................... 172 7
LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots................................. 173 7.1 Synergiepotentiale der Gebäudehülle ................................................ 174 7.2 Synergiepotentiale der HKL-Anlage ................................................. 179 7.3 Synergiepotentiale des elektrischen Teilsystems ............................... 183 7.4 Synergiepotentiale der Wasserver- und -entsorgung ......................... 187 7.5 Kooperativer Ansatz der Leistungsangebotsentwicklung .................. 188 7.6 Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „TU-Leistung und nachhaltiges Energy-Contracting“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 1 ................................................................................................. 193 7.6.1 Beschreibung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots „TU-Leistung und nachhaltiges Energy-Contracting“ (P – Product) ..................................................................................... 193 7.6.2 Nutzen für den Kunden ............................................................. 198
Inhaltsverzeichnis
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7.6.3 Preisgestaltung (P – Price) ........................................................ 200 7.6.4 Akquisitionsförderung (P – Promotion) .................................... 201 7.6.5 Marktpräsenz (P – Placing) ....................................................... 201 7.6.6 Nutzen für die Kooperation ....................................................... 202 7.6.7 Projektabwicklung..................................................................... 203 7.7 Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 2 .............................................. 204 7.7.1 Beschreibung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots „2000-Watt-Gebäude“ (P – Product) ........................................ 204 7.7.2 Nutzen für den Kunden ............................................................. 208 7.7.3 Preisgestaltung (P – Price) ........................................................ 210 7.7.4 Akquisitionsförderung (P – Promotion) .................................... 215 7.7.5 Marktpräsenz (P – Placing) ....................................................... 216 7.7.6 Nutzen für die Kooperation ....................................................... 216 7.7.7 Projektabwicklung..................................................................... 218 7.8 Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „Value Gebäude“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 3 .............................................. 224 7.8.1 Beschreibung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots „Value Gebäude“ (P – Product) ................................................ 224 7.8.2 Nutzen für den Kunden ............................................................. 225 7.8.3 Preisgestaltung (P – Price) ........................................................ 226 7.8.4 Akquisitionsförderung (P – Promotion) .................................... 227 7.8.5 Marktpräsenz (P – Placing) ....................................................... 227 7.8.6 Nutzen für die Kooperation ....................................................... 228 7.8.7 Projektabwicklung..................................................................... 229 8 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 9
LC-Leistungsbündel – Entscheidungsinstrument LCKostenanalyse ................................................................................... 231 Einleitung ........................................................................................... 231 Lösungsansatz für LC-Kostenanalyse ................................................ 232 Systemkonfiguration des LC-NPV-Modells ...................................... 234 LC-NPV-ModeII ................................................................................ 236 Ein- und Ausgabenansätze ................................................................. 237 Diskontierung und Teuerungsindex ................................................... 241 Probabilistischer Lebenszyklusansatz ................................................ 244 Ergebnisqualität ................................................................................. 254 Formelzeichenverzeichnis .................................................................. 254 Fazit ................................................................................................... 259
Literaturverzeichnis .......................................................................................... 271 Abbildungsverzeichnis ...................................................................................... 279
XII
Inhaltsverzeichnis
Tabellenverzeichnis ........................................................................................... 287 Stichwortverzeichnis ......................................................................................... 289
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Einleitung
1.1 Herausforderung an eine nachhaltige Zukunft Die Idee zu diesem Buch entsprang aus einem Bedürfnis, unsere Welt und unser Handeln besonders bei der Gestaltung von Bauwerken nachhaltiger zu gestalten. Denn die grösste Herausforderung unserer und nachfolgender Generationen wird es sein, nicht nur den Frieden zu erhalten sondern auch die Nachhaltigkeit des Tuns der Menschen in einem breiten Sinn zu sichern. Schon der „Club of Rome“ hat die Grenzen des Wachstums [68] aufgezeigt. In der Zwischenzeit hat sich das Thema Nachhaltigkeit von einem rein wissenschaftlichen Thema, zu einem konkreten Alltagsthema gewandelt. Die UN definiert die Nachhaltigkeit (sustainability) wie folgt: „Sustainable development is development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs.“ [113]. Der Begriff der Nachhaltigkeit integriert somit die drei Dimensionen der ökonomischen, sozialen und ökologischen Sphären. In der Zwischenzeit ist die Weltbevölkerung von 4.2 Milliarden (1972) auf 6.8 Milliarden (2009) angewachsen. Die UN erwartet bis zum Jahr 2050 ein weiteres Wachstum auf ca. 10 Milliarden Menschen. Heute leben (gemäss dem Bundesamt für Bevölkerungsforschung Deutschland) bereits über 60 % der Menschen in Asien und rund 50 % in städtischen Agglomerationen. Das Bevölkerungswachstum in diesen Ländern liegt noch immer zwischen 10 und 20 % (China, Indien, Philippinen und Indonesien). Gleichzeitig haben viele Menschen in den sich entwickelnden Ländern und Entwicklungsländern den Wunsch, den gleichen Luxus und Konsumstandard zu haben wie die Menschen in den Industrieländern. Durch das progressive Wachstum der Weltbevölkerung und den steigenden Wohlstandsanspruch werden gigantische Mengen an Ressourcen verbraucht. Dies betrifft einerseits den Verbrauch von x Land durch Besiedlung, x nichtregenerativen Rohstoffen sowie x regenerativen Rohstoffen. Im Energiebereich führt der Verbrauch an Rohöl bzw. dessen Förderung als nichtregenerativer Rohstoff dazu, dass wir sehr bald an die Grenzen der bis heute relativ leicht zugänglichen Vorkommen gelangen werden. Dies betrifft alle unsere nichtregenerativen Rohstoffe, die unser Leben in den Industrieländern so angenehm machen. Gleichzeitig nimmt der CO2-Ausstoss aus der gigantischen Zu-
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Einleitung
nahme der Verbrennung von nichtregenerativen und regenerativen Energieträgern für Wohnungsheizungen, Mobilität und Industrie zu. Die dadurch ausgelösten Klimaveränderungen sind bereits heute zu spüren. Die CO2-Konzentration ist seit Beginn der Industrialisierung von 100 bis 200 ppmv auf über 700 ppmv angestiegen und wird weiter steigen, wenn die beabsichtigten politischen Massnahmen nicht schnellstens umgesetzt werden. Zudem steigen die Treibhausgase, die wie CO2 zur Klimaveränderung beitragen, fast ungebremst. Der mit der Verbrennung von nichtregenerativen Brennstoffen verbundene CO2-Ausstoss kann, wenn die Massnahmen zur Verringerung bzw. zum Ersatz der nichtregenerativen Energieträger nicht konsequent umgesetzt werden, zu einer globalen Erderwärmung von +0.6 bis +3.6 °C im Jahr 2100 führen. Die Klimaveränderung sowie der unwiderrufliche Verbrauch von nichtregenerativen Ressourcen wie Erdöl, Erdgas und Mineralien haben schleichende, nur langsam bemerkbare, aber verheerende und unwiderrufliche Konsequenzen für die Menschheit. Die Entwicklung des Bevölkerungswachstums und der rasante Anstieg des Ressourcenverbrauchs haben eine hohe Dynamik. Auf der Nachfrageseite stehen das exponentielle Bevölkerungswachstum und der Wunsch nach immer grösserem Konsum. Auf der Ressourcenseite (Angebotsseite) befindet sich die Beschränktheit an kostengünstigen, zugänglichen nichtregenerativen Ressourcen. Dies erfordert eine Verhaltensänderung zuallererst in den Industrieländern, welche den grössten Konsum und damit Ressourcenverbrauch aufweisen. Auch wenn wir schwierige Rohstofflager – wie zum Beispiel Ölsande –mit höheren Kosten technisch erschliessen können, werden auch diese Ressourcen, trotz des zeitlichen Aufschubs, den sie gewähren, irgendwann erschöpft sein. Zudem wird die Erderwärmung aufgrund der vom Mensch geschaffenen technischen Prozesse grosse soziale, ökologische und ökonomische Probleme für die wachsende Erdbevölkerung zur Folge haben. Szenarien zeigen, dass die Poleiskappen weitgehend abschmelzen werden. Schon heute können im Sommer Schiffe die Nordpassage von Alaska nach Petersburg befahren, da die Eiskappe schon sehr zurückgegangen ist. Folgende Probleme wird die Klimaveränderung verursachen, falls wir nicht heute beginnen, konsequent nachhaltig zu handeln: x Überschwemmung vieler Küstenregionen und daraus resultierende grosse Migrationsströme x Zunahme der Trockengebiete (Desertifikation) und der hiermit ebenfalls verbundenen Migrationsströme x Zunahme der Wetterkatastrophen Die Verhaltensänderungen müssen heute bei jedem Einzelnen beginnen. Um die gesteckten Ziele des Schweizer Bundesrats zur 2000-Watt-Gesellschaft zu erreichen und den CO2-Ausstoss bis 2020 um 20 % zu senken [66], müssen wir unser tägliches Konsumverhalten überdenken. Nicht nur die Industrie ist gefordert, Produkte herzustellen, die weniger graue Energie enthalten, das heisst in ihrer Wertschöpfungskette weniger Energie konsumieren und weniger CO2 ausstossen, son-
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Umfeldveränderung in der Bauwirtschaft
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dern auch die Konsumenten sind gefordert, Produkte, die diese Bedingungen erfüllen, zu fordern.
1.2 Umfeldveränderung in der Bauwirtschaft Dieses Buch zur energetischen Gesamtoptimierung von Gebäuden entstand am Institut für Bauplanung und Baubetrieb der ETH Zürich im Rahmen des Forschungsprojektes „Vom Produkt zum Lebenszyklusangebot – Kooperatives Geschäftsmodell“, das von der KTI (staatliche Förderagentur für Innovationen der Schweiz) unter der Beteiligung der folgenden führenden Firmen der Schweizer Bauwirtschaft gefördert wurde: x x x x
Karl Steiner AG Hälg Building Services Group Ernst Schweizer AG, Metallbau PGMM Schweiz AG
Das Forschungsprojekt geht von den Zielen einer nachhaltigen Gestaltung des Immobilienparks unserer Gesellschaft aus. Der Immobilienpark Schweiz (in Deutschland und Österreich ist dies fast identisch) konsumiert fast 50 % der fossilen Energieträger, die in der Schweiz verbraucht werden. Davon entfallen rund 44 % auf die Raumheizung. Berücksichtigt man das eingangs geschilderte Szenario hinsichtlich der Weltbevölkerungsentwicklung und dem Wohlstandsstreben, kann davon ausgegangen werden, dass der Verbrauch fossiler Energieträger bei gleichzeitig sinkenden Förderreserven exponentiell zunehmen wird. Dies wird zu einem exponentiellen Anstieg der fossilen Energiepreise führen. Diese Energiekosten werden einen grösseren Anteil am Bruttosozialprodukt haben. Somit wird wesentlich weniger Geld in den Volkswirtschaften für Investitionen und Konsum zur Verfügung stehen. Zudem wird der ungehemmte Anstieg des damit verbundenen CO2-Ausstosses die Klimaveränderung extrem beschleunigen, mit all den bereits angesprochenen katastrophalen Folgen für unsere natürliche und anthropogene Umwelt. Daher ist es zwingend erforderlich, dass nicht nur im Verkehr und in den Produktionsprozessen durch effizientere Systeme und Fahrzeuge sowie durch persönliche Verhaltensänderungen Energie eingespart wird, sondern dass dies auch vor allem bei Neubauten und im Rahmen von Erneuerungen in unserem Gebäudepark realisiert wird. Das Thema Nachhaltigkeit ist im Baubereich besonders durch das Thema Energie geprägt. Die fossilen Energieträger, die wir noch heute hauptsächlich zum Heizen verwenden, sind unwiderruflich dissipiert. Andere Materialien wie Kupfer, Stahl, Kies etc. sind in unserem Gebäudepark gespeichert und können recycelt werden. Daher führt der Weg zur Nachhaltigkeit in unserem Gebäudepark zur Erzielung einer nachhaltig ausgerichteten Gesellschaft heute vorrangig über die Reduzierung des Konsums fossiler Energieträger. Natürlich müssen die Kon-
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Einleitung
struktionen so aufgebaut werden, dass die Baumaterialien möglichst einfach und materialrein getrennt werden können. Durch optimale thermische Gestaltung können Gebäude heute weitgehend energieautark gestaltet werden. Mittels regenerativer Energieträger kann der Restwärme- und Kühlbedarf bereitgestellt werden. Gebäude können durch die Photovoltaik oder durch die Wärme-Kraft-Koppelung in Verbindung mit den zukünftigen intelligenten Stromnetzen (Smart Grids) der elektrischen Energieversorgung sogar als Energieerzeuger und Energiespeicher genutzt werden.
1.3 Herausforderung für Immobilienbesitzer und die Bauwirtschaft Die Herausforderung an die Immobilienbesitzer besteht darin, von der rein retrospektiven Lebenszyklusbetrachtung mit mässiger Energiepreissteigerung (mit einigen Spekulationszyklen) wegzukommen und stärker die Zukunft mit ihrer potentiellen prospektiven Ölpreisentwicklung in ihrer Renditeberechnung zu berücksichtigen (Bild 1). Viele Immobilienbesitzer warten immer noch auf die Rendite, die sie auf Basis ihrer retrospektiven Kostenansätze prognostiziert haben. Das Problem bei Immobilien – insbesondere bei Wohn- und Bürogebäuden – besteht jedoch darin, dass sie eine Nutzungsdauer von 30 bis 50 Jahren und mehr haben. Dabei erfolgt die energetische Optimierung der baulichen Infrastruktur meist auf Basis der retrospektiven Datenlage aus den letzten 30 Jahren. Gebäude, die heute energietechnisch optimal für die nächsten 20 bis 30 Jahre ausgelegt werden, werden sicherlich in den ersten 5 Jahren eine geringere Rendite erwirtschaften als Gebäude, die nur hinsichtlich des heutigen Energiepreises optimiert werden. Dieses Renditeergebnis wird sich in den Folgejahren jedoch zugunsten langfristig ausgerichteter Gebäude verändern und somit umkehren. Bei vielen Investoren spielt die überschaubare Zukunft immer noch eine grössere Rolle als die perspektivische Zukunft. Dadurch werden heute bereits viele Chancen vertan, was zukünftig eine teure Nachrüstung der Gebäude nötig machen wird. Dieser auf dem exponentiellen Anstieg der Energiepreise basierende Nachrüstungsbedarf wird in absehbarer Zukunft zu einem Anbietermarkt führen. Die Anbieter werden dann aufgrund der übergrossen Nachfrage den Preis für das energetische Nachrüsten der Gebäude bestimmen können. Einige wichtige Immobilieninvestoren unterstützen jedoch proaktiv den Paradigmenwechsel hin zu nachhaltigen und energetisch optimierten Gebäuden. Zudem setzt die Politik in den europäischen Ländern wichtige Zielmarken zur energetisch nachhaltigen Optimierung des Gebäudeparks. In der Schweiz firmiert dies z. B. unter dem Begriff der „2000-Watt-Gesellschaft“. In Zürich gibt die Stadt bei Neubauten Vorgaben für deren Nachhaltigkeitsstandard, um schrittweise die Ziele der 2000-Watt-Gesellschaft erreichen zu können. Das grosse Potential der nachhaltigen Gestaltung von Neubauten für den Investor besteht in der langfristigen
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Herausforderung für Immobilienbesitzer und die Bauwirtschaft
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Sicherung der Rendite und der Werterhaltung. Für die Bauwirtschaft ergeben sich aufgrund des notwendigen Paradigmawechsels neue integrale Geschäftsfelder, die aber auch neue integrierende Geschäfts- und Organisationsmodelle erfordern.
Bild 1: Potentielle Ölpreisentwicklung in Abhängigkeit des Weltbevölkerungswachstums, der Wohlstandsmehrung und des Ölverbrauchs
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Einleitung
1.4 Ziel des Buches Im Rahmen des Forschungsprojektes „Vom Produkt zum Lebenszyklusangebot – Kooperatives Geschäftsmodell“ wurden zwei Hauptfragestellungen untersucht: 1. Wie müssen potentielle Leistungsbündel gestaltet werden, um projektspezifische, nachhaltige Gebäude zu gestalten? In diesem Zusammenhang wurde ein Baukasten mit Modulen und Teilsystemen zusammengestellt, die zu einer Ressourcen- und Nutzungsoptimierung von Gebäuden führen können. Darauf aufbauend wurden verschiedene Szenarien entwickelt, wie solche Leistungsbündel zu innovativen Leistungsangeboten entwickelt werden können. 2. Wie können die Potentiale und das Know-how in der Baubranche optimaler und integrativer genutzt werden, um Synergien zu erzeugen, die zu einer holistischen Sicht aller Prozesse führen, anstelle dem heutigen fragmentierten Denken und Handeln in der Baubranche? Dazu wurde die Annahme getroffen, dass ein holistisch optimiertes, nachhaltiges Gebäude ein System ist, das aus mehreren vernetzten und integrierten Teilsystemen und seinen Modulen besteht. Diese müssen, um zu minimalen Lebenszykluskosten zu kommen, systematisch aufeinander abgestimmt sein. Dazu wurden Branchen untersucht, die systemgeschäftliche Kooperationen eingegangen sind, um kooperative Synergien zu entfalten. Die Untersuchung wurde produktionsrepetitionstypologisch aufgebaut von der Grossserienfertigung über die Kleinserienfertigung hin zur Einzelfertigung. Das Ziel dabei war es, branchenübergreifende sowie branchenspezifische Erfolgsfaktoren zu identifizieren, um daraus die kooperativen Potentiale für die Unikatfertigung in der Baubranche ableiten zu können. In diesem Buch wird im Teil 1 die nachhaltige Optimierung von projektspezifischen Gebäuden in Form eines Teilsystem- und Modulbaukastens vorgestellt. Ferner wird aufgezeigt, wie interaktiv die verschiedenen Module und Teilsysteme (Fassade, HKL-System, regenerative Energienutzung, thermische Bauteilaktivierung, Beleuchtung, Automatisierung) miteinander verwoben sind, um das komplexe Optimum zu erreichen. Die möglichen Module und Teilsysteme werden aufgrund von identifizierten potentiellen Kostentreibern dargestellt. Auf Basis dieses Baukastens werden mögliche Leistungsbündel aufgezeigt, die z. B. von einer systemgeschäftlichen Kooperation angeboten werden können. Ferner wird ein generisches Konzept einer Geschäftsfeldentwicklung mit einer stufenweisen Ausdehnung der Leistungsbündel einer solchen systemgeschäftlichen Kooperation für LC-Leistungen vorgestellt. Diese Lebenszyklusleistungen umfassen Planung, Bau und Betriebsphasen einer Immobilie.
2 Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot - Potentielle Zielkunden Life-Cycle-Leistungsangebote (LC-Leistungsangebote) gehören nach der taxonometrischen Strukturierung von GIRMSCHEID [35] zu den Systemleistungsangeboten (Systemgeschäft) für Privatkunden sowie für öffentliche Auftraggeber, die PPP-Projekte mit Beschaffungscharakter oder Projekte mit langfristigen und umfassenden Lebenszyklusgarantien für die Betriebs- und Unterhaltskosten realisieren möchten. Zur Projektabwicklung eignen sich für private Kunden die von GIRMSCHEID [39] entwickelten mehrstufigen Projektabwicklungsformen. Private, professionelle Bauherren1 (Bild 2) können ihre Beschaffungsvorgänge im Rahmen der gesetzlichen Möglichkeiten weitestgehend selbst frei gestalten. Für öffentliche Bauherren eignen sich im EU-Raum [29], [62], [15], [14] das x Verhandlungsverfahren und der x wettbewerbliche Dialog als Projektabwicklungsform [43] für PPP- und andere z. B. lebenszyklusorientierte Projekte. In der Schweiz [16], [92] dürfen diese Abwicklungsformen auf kantonaler Ebene nicht angewendet werden. Alternativ eignen sich für systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote in der Schweiz bei öffentlichen Auftraggebern modifizierte x Investorenwettbewerbe bzw. x TU-Wettbewerbe, die zusätzlich Garantien für Betrieb und Unterhalt beinhalten müssen. Entsprechend der Typologie der Auftragnehmersegmentierung nach GIRMSCHEID [35] und SCHULTE [90] werden als Zielkunden private sowie öffentliche Kunden mit einer hohen Motivation hinsichtlich der Nachhaltigkeit ihrer Immobilien identifiziert. In der Einführungsphase dieses systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots eignen sich besonders: x öffentliche Bauherren, die PPP-Beschaffungsprojekte realisieren möchten und x private, meist professionelle Bauherren, die langfristig die Werterhaltung sowie Rendite ihrer Immobilien sichern wollen als potentielle Kunden entsprechender Systemleistungsanbieter. Öffentliche Bauherren, die PPP-Beschaffungsprojekte realisieren möchten, fokussieren auf die Lebenszykluskosten ihrer Investitionen und nicht wie üblich nur 1
Professionelle Bauherren sind nach GIRMSCHEID [35] durch ihre häufige und üblicherweise hohe Nachfrage nach Bauleistungen gekennzeichnet.
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Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot - Potentielle Zielkunden
auf die Investitionskosten. Daher eignet sich diese Kundengruppe zur Einführung solcher systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebote besonders gut. Da bei PPP-Projekten nicht nur die Investitionskosten sondern insbesondere auch die Lebenszykluskosten als Entscheidungskriterium dienen, sind energetisch sowie unterhaltstechnisch optimierte Gebäude als systemgeschäftliche LCLeistungsangebote von privaten Leistungsanbietern der Schlüssel zur erfolgreichen Zielerreichung. Bei PPP-Projekten müssen meist die Betriebs- und Unterhaltskosten unter Berücksichtigung eines definierten Standard-Nutzerverhaltens im Rahmen eines Service Level Agreements [84] garantiert werden. Dies motiviert potentielle Leistungsanbieter dazu, ressourcen- und nutzungsoptimierte Gebäude zu entwickeln und projektspezifisch nach den Bedürfnissen des jeweiligen Kunden anzubieten. Private, professionelle Bauherren, die Besitzer ihrer Immobilien bleiben, sind langfristig an deren Marktwert und der Rendite etwaiger Neuinvestitionen bzw. Erneuerungsmassnahmen im Bestand interessiert. Darüber hinaus weisen sie aufgrund ihres häufigen bzw. hohen Nachfragevolumens das entsprechende Erfolgspotential für die Einführungsphase eines neuen systemgeschäftlichen LCLeistungsangebotes auf. Die Kundengruppe privater, professioneller Bauherren lässt sich in Bezug auf ihr primäres Investitionsinteresse weiter untergliedern in: x gewerbliche Selbstnutzer, die zum Zweck der Befriedigung eines eigenen Nutzungsbedürfnisses investieren, x Vermieter, die zum Zweck der Erfüllung eines Bereitstellungsauftrags bzw. zur Bereitstellung von Gebäudeflächen für ein nachfragendes Buying Center investieren und x institutionelle Investoren, welche die Immobilieninvestition als eine reine Kapitalanlage mit starkem Fokus auf die Rendite betrachten.
9 Potentielle Auftraggeberarten für lebenszyklusorientierte Systemleistungsangebote
Segementierungskriterien
Öffentliche Auftraggeber Öffentlich/ Privat
Private Auftraggeber
Staatl. Organe (Bund, Kanton, Gemeinde)
Privatrechtl. Organisationen o. staatl. Bezug
Beschaffung unterliegt Gesetzen und Verordnungen
Beschaffung kann im Rahmen der gesetzlich. Möglichkeiten frei gestaltet werden
Professionelle Auftraggeber Nachfragehäufigkeit und -volumen PPP-Projektabwicklungsmodelle
PPP-Projekte Investitionszweck
Schulen Verwaltungsgebäude Kläranlagen …
LC-Projekte Schulen Verwaltungsgebäude …
Gelegenheitsauftraggeber
Häufiges bzw. hohes Nachfragevolumen
Seltenes bzw. geringes Nachfragevolumen
I.d.R. eigene baufachl. Kapazitäten
Keine eigenen baufachl. Kapazitäten
Institutionelle Investoren Reine Investition bzw. Kapitalanlage Starker Renditefokus
Gewerbliche Selbstnutzer Bauen für den Eigenbedarf Befriedigung eines eigenen Nutzungsbedürfnisses
„Bereitstellung“ Erfüllung eines Bereitstellungsauf trages Vermietung v. Nutzungsfläche
Systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote
Bild 2:
Potentielle Zielkunden für lebenszyklusorientierte Systemleistungsangebote
Zur Einführung von systemgeschäftlichen LC-Leistungsangeboten sollten Bauunternehmen bzw. entsprechende Leistungsanbieter spezifische strategische Geschäftsfelder (SGF) bzw. strategische Geschäftseinheiten (SGE) bilden. Internationale Bauunternehmen sowie grosse Baudienstleister haben bereits strategische Geschäftseinheiten (SGE) gebildet für: x PPP-Leistungen – mit Lebenszyklusverantwortung in Partnerschaft mit öffentlichen Auftraggebern x CM-Leistungen – ohne Lebenszyklusverantwortung, jedoch für Gesamtinvestitionen. Im Rahmen solcher strategischen Geschäftseinheiten (SGE) können optimierte, kooperative, systemgeschäftliche LC-Leistungen angeboten werden. Alternativ können diese oder zusätzliche SGE auf die innovativen, systemgeschäftlichen LCLeistungen hin neu ausgerichtet werden. In der Einführungsphase des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots am Baumarkt sollte das neue LC-Leistungsangebot schwerpunktmässig auf gewerbliche Selbstnutzer2 sowie auf die PPP-Nachfrage der öffentlichen Hand abgestimmt werden. Dabei steht das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot grundsätzlich auch anderen Kundengruppen offen. Gewerbliche Selbstnutzer sowie die PPPNachfrage der öffentlichen Hand stellen die direktesten Anspruchsgruppen für lebenszyklusorientierte Immobilien dar, weil sie:
2
Einen Hinweis auf das entsprechende Potential dieser Kundengruppen am Schweizer Baumarkt liefert.
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2
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot - Potentielle Zielkunden
x die Betriebs- und Unterhaltskosten sowie die sonstigen Bewirtschaftungskosten direkt selbst tragen, x ein Interesse an der vor allem kostenwirksamen Optimierung zur (energetisch) effizienten Bewirtschaftung ihrer Immobilien haben und x sich auf ihre unternehmerischen bzw. öffentlichen Kernkompetenzen konzentrieren wollen, die in der Regel nicht baubezogen sind. Nach erfolgreicher Einführung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebotes bei gewerblichen Selbstnutzern sowie bei öffentlichen PPP-Kunden wird sich die Nachfrage im Markt auch auf andere Nachfragegruppen, wie z. B. private Vermieter und Investoren, öffentliche Bauherren sowie private und öffentliche Gelegenheitsauftraggeber ausweiten. Eine wichtige Nachfragegruppe sind beispielsweise Pensionskassen und Immobilienfonds, die ein entsprechend grosses Portfolio an Miet- und Bürogebäuden besitzen und an einer nachhaltigen Werterhaltung und Rendite dieser Immobilien interessiert sind. Professionelle, private Bauherren sowie öffentliche PPP-Kunden entsprechen darüber hinaus den Kriterien, die relevante Zielkunden in der Einführungsphase neuer Angebotskonzepte nach SCHULTE haben müssen [90]: x Sie weisen in ihrer Eigenschaft als professionelle Bauherren eine vergleichsweise hohe Nachfragebedeutung für lebenszyklusorientierte Bauleistungen auf und x in ihrer Eigenschaft als gewerbliche bzw. öffentliche Selbstnutzer zur Aufgabenerfüllung ihres Geschäftsziels und aufgrund des Bedürfnisses nach mehr Lebenszyklusorientierung ihrer Gebäude, die sie in der Forderung nach einem entsprechenden Paradigmawechsel ausdrücken, können sie als innovationsfreudige Kunden bzw. sogenannte frühe Adopter eingestuft werden. Frühe Adopter stehen im Fokus der Akquisitionsbemühungen in der Einführungsphase des LC-Leistungsanbieters. Gewerbliche Selbstnutzer benötigen in ihrer Geschäftsausübung Immobilien z. B. für x x x x x
Verwaltung, Forschung und Entwicklung, Produktion, Logistik und Verkauf.
Als Beispiel für die gewählte Kundengruppe werden Banken, Versicherungen und sonstige Bauherren benannt, die im Rahmen ihrer Geschäftstätigkeit Büro- bzw. Verwaltungsgebäude benötigen. Öffentliche Selbstnutzer benötigen für ihre Aufgabenerfüllung Immobilien z. B. für x Verwaltung, x Schulen,
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x x x x
Gefängnisse, Krankenhäuser, Strassen / Werkhöfe und Leitungssysteme.
Das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot schliesst grundsätzlich keine hier nicht erwähnten Kundengruppen aus. Vielmehr soll das systemgeschäftliche LCLeistungsangebot nach der Einführung in den Markt und einer Etablierung während der Wachstumsphase auf andere Kundengruppe ausgedehnt bzw. übertragen werden.
3 Marktphasen von systemgeschäftlichen LCLeistungsangeboten Life-Cycle-Contracting [44] bzw. systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote stellen eine Leistungsinnovation gegenüber den traditionellen, investitionsorientierten ELT-, GU- und TU-Leistungsangeboten am Markt für Hochbauleistungen dar. Solche neuen, systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebote durchlaufen in ihren jeweiligen Märkten den sogenannten Leistungslebenszyklus [35]. Dieser Leistungslebenszyklus besteht aus den Marktphasen [35], [64] x x x x x
Entwicklung, Einführung, Wachstum, Reife und Degeneration / Rückgang.
In Abhängigkeit von den einzelnen Marktphasen sind die geeigneten Marktstrategien zu wählen sowie das Leistungsangebot zu strukturieren. Die Zweckmässigkeit des Leistungslebenszykluskonzepts mit seinen Marktphasen für die marktphasengerechte Positionierung eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots wurde bereits bei SCHULTE [90] gezeigt.
Bild 3: Verlauf von Umsatz und Gewinn in den Marktphasen des Leistungslebenszyklus einer Leistungsinnovation ([35] in Anlehnung an [64])
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Marktphasen von systemgeschäftlichen LC-Leistungsangeboten
Bild 3 zeigt den Verlauf von Umsatz und Gewinn einer Leistungsinnovation in den Marktphasen des Leistungslebenszyklus. Sie sind wie folgt charakterisiert: x In der Entwicklungsphase wird das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot entwickelt. Der Leistungsanbieter geht dazu üblicherweise in finanzielle Vorleistung und belastet damit seine finanzielle Situation. Seine Motivation ist die Aussicht auf Umsätze und Gewinne nach Einführung des Produkts bzw. der Leistung. x In der Einführungsphase platziert der Leistungsanbieter seine Leistungsinnovation am Markt. Es kommt zu einem leichten, sukzessive zunehmenden Wachstum. Potentielle Leistungsabnehmer sind innovationsfreudige sogenannte Innovatoren [90]. Aufgrund der Entwicklungs- und Einführungskosten werden Gewinne zeitversetzt erwirtschaftet, weil zunächst die Vorleistungen amortisiert werden müssen. x In der Wachstumsphase erreicht das neue systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot eine breite Marktakzeptanz und Ausweitung in verschiedene Kundensegmente und führt dadurch zu einem starken Umsatzwachstum verbunden mit ansteigenden Gewinnen. x In der Reifephase nehmen die Gewinn- und Umsatzzuwachsraten ab. Das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot ist am Markt weitgehend akzeptiert. Wettbewerber adoptieren das Leistungsangebot in grösserem Umfang und etablieren sich damit im Marktsegment. Die Gewinne stagnieren, weil aufgrund des stärkeren Wettbewerbs mehr (finanzieller) Aufwand betrieben werden muss, um das Leistungsangebot bei potentiellen Kunden zu platzieren und weil der Preiswettbewerb zunimmt. Im Folgenden soll eine mögliche Entwicklung von systemgeschäftlichen LCLeistungsangeboten und ihre Etablierung im Rahmen der verschiedenen Marktphasen generisch erläutert werden. Davon abweichend können solche systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebote marktopportunistisch je nach Unternehmensvision entwickelt werden. Aufgrund der Komplexität und der Risiken von systemgeschäftlichen LCLeistungsangeboten sollte die Entwicklung jedoch x strategisch x organisatorisch x methodisch sorgfältig geplant und mit den notwendigen Marketingstrategien und Ressourcen ausgestattet werden. Zur Entwicklung neuer systemgeschäftlicher LC-Leistungsangebote z. B. im Rahmen eines Businessplans eigenen sich die Leistungs- und Produktzyklen von ABRAMOVITZ [1]. Der generische Verlauf des Leistungslebenszyklus in den verschiedenen Marktphasen zeigt auf, wie x Kunden einerseits und
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Einführungsphase
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x Wettbewerber andererseits auf die Einführung z. B. eines neuen systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots im Hochbau reagieren.
3.1 Einführungsphase In der Einführungsphase zielen die Anstrengungen des LC-Leistungsanbieters auf die Entwicklung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots ab. Dabei sollen in bestehenden und bereits bekannten Märkten innovative Leistungen / Produkte etabliert werden. Die Herausforderung besteht darin, Kunden d. h. Bauherren für das neue Leistungsangebot zu gewinnen. Dabei ist insbesondere die Zurückhaltung hinsichtlich der zeitlich verlängerten Abhängigkeit der Bauherren von den Leistungsanbietern bis in die Nutzungsphase hinein zu überwinden. Zu den systemgeschäftlichen LC-Leistungsinnovationen können z. B. x ressourcenoptimierte Gebäude und / oder x nutzungstechnisch optimierte Gebäude gehören. Zu den ressourcenoptimierten Gebäuden gehören insbesondere die energetisch optimierten Gebäude. Dabei ist im Sinne einer nachhaltigkeitsorientierten Optimierung vor allem die Einsparung fossiler Energieträger vorrangig, weil sie unwiederbringlich verbraucht werden. Dagegen können Baumaterialien z. B. aus Mineralien und Metallen, die sich im Gebäudepark befinden, bei Austausch und Abriss recycelt werden. Um die dringlichste Aufgabe zur Sicherung des zukünftigen Ressourcenbestandes zu erfüllen, muss der Konsum fossiler Energieträger besonders in der Nutzungsphase reduziert werden. Dazu ist es erforderlich, dass einerseits die Gebäudehülle und andererseits die Energiebereitstellung und -verteilung mit Bezug zur Gebäudenutzung optimiert werden. Dabei kann die allfällige LC-Kostenoptimierung die folgenden Kostenkomponenten beinhalten [34]: x Investitionskosten x Betriebskosten x Unterhalts- und Instandhaltungskosten Das Leistungsbündel zur Gesamtoptimierung bezieht sich auf die Identifizierung des optimalen x Fassaden- und Dachsystems sowie x Energiebereitstellungs- und Verteilungssystems. Bei nutzungsoptimierten Gebäuden müssen effiziente, kostengünstige Konzepte mit dem Ziel entwickelt werden, die Gebäude optimal an die Nutzungsbedürfnisse
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Marktphasen von systemgeschäftlichen LC-Leistungsangeboten
im Nutzungs- bzw. Lebenszyklus anzupassen. Dazu gehören die Anpassung des Gebäudes an neue Technologien, welche die Nutzer im Rahmen ihrer Nutzungsprozesse benötigen, sowie räumliche und gestalterische Änderungen, die sich aufgrund von Nutzungsänderungen oder veränderten Nutzeranforderungen ergeben. Die notwendigen Synergien zur Entwicklung integrierter, systemgeschäftlicher LC-Leistungsbündel lassen sich am effizientesten durch Anbieterkooperationen nach GIRMSCHEID [35] realisieren. Die systemgeschäftlichen LC-Leistungsbündel z. B. eines Unternehmens oder einer Anbieterkooperation sollten in der Einführungsphase aus Leistungsbestandteilen bestehen, mit denen sowohl auf Seiten des Leistungsanbieters als auch auf Seiten potentieller Kunden bereits erste Erfahrungen vorhanden sind (z. B. im Energy-Contracting-Markt). Die Risiken bei der Abgabe von Leistungs- und Kostengarantien halten sich so in überschaubarem Rahmen. Zudem können erste Erfahrungen hinsichtlich weiterer innovativer Leistungsbestandteile gesammelt werden, die dann kontinuierlich weiterentwickelt werden. Im Rahmen einer Projektentwicklung oder eines TU-Leistungsangebots können Teile der Betriebskosten (z. B. die Heizenergiekosten) durch Leistungs- und / oder Kostengarantien abgedeckt werden. Darüber hinaus können nutzungskostenrelevante Leistungsgrössen (z. B. im Bereich der Haustechnik) durch den LCContracting-Leistungsanbieter für die Nutzungsphase garantiert werden. Mittels eines Bonus-Malus-Systems, bei dem sowohl der Leistungsanbieter als auch der Kunde partizipieren, ist sicherzustellen, dass die Leistungsgrössen im Planungsverlauf bis zur Gebäudefertigstellung und darüber hinaus auch in der Nutzungsphase optimiert werden. In jeder Lebenszyklusphase sollten die beteiligten Akteure nach dem LC-Optimum streben. Auch in der Einführungsphase können mit solchen systemgeschäftlichen LCLeistungsangeboten im Rahmen von PPP-Angeboten bereits öffentliche Auftraggeber angesprochen werden. Gerade die Public-Private-Partnership (PPP) mit öffentlichen Auftraggebern eignen sich zur Umsetzung und Erfahrungsgewinnung von systemgeschäftlichen LC-Leistungsangeboten. Diese öffentliche Auftraggebergruppe sucht die Partnerschaft mit Privaten, um die notwendigen Infrastrukturen zur öffentlichen Aufgabenerfüllung zu einem Kostenminimum über den Nutzungszyklus von z. B. 25–30 Jahre bereitzustellen. SCHULTE [90] schlägt in der Einführungsphase Kostendachverträge mit ValueEngineering für die Kostengarantien vor. Dabei werden die Akteure während der Planungs-, Bau- und Nutzungsphase anteilsmässig gemäss ihrem Beitrag zur LCOptimierung durch das Value-Engineering belohnt. So kann Vorbehalten begegnet werden, die auf beiden Seiten aufgrund nicht vorhandener Erfahrung mit Kostengarantien für die Nutzungsphase bestehen. Gleichzeitig wird keiner der an der Transaktion beteiligten Akteure übervorteilt, weil beide Seiten von den Optimierungsanstrengungen der Leistungsanbieter anteilig profitieren. Bei PPP-Projekten lässt sich die Effizienz der systemgeschäftlichen LCLeistungsangebote mittels der Service-Level-Agreements messen. Generell sollten in der Einführungsphase nur Leistungs- und / oder Kostengarantien mit begrenz-
3.2
Wachstumsphase
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tem Umfang gegeben bzw. eingefordert werden, um Erfahrungen für die Folgephasen sammeln zu können und um die Risiken für Anbieter und potentielle Kunden auf ein für beide Seiten vertretbares Mass einzugrenzen. Dabei sollten die Leistungs- und / oder Kostengarantien jedoch mindestens die Leistungsfähigkeit über eine definierte, operative, funktionsfähige Nutzungsdauer sowie die dazugehörigen Unterhaltskosten für Fassade, Dachsystem, Heizenergiebereitstellungs- und -verteilsysteme umfassen. Die Leistungs- und / oder Kostengarantien gelten unter Berücksichtigung definierter Nutzungsstandards. Die strategischen Ziele der Anbieter systemgeschäftlicher LC-Leistungsangebote in der Einführungsphase sind: x Erarbeitung eines Referenzportfolios, um dieses im Marketing der sich anschliessenden Wachstumsphase zur Gewinnung weiterer systemgeschäftlicher LC-Leistungsangebots-Aufträge nutzen zu können. x Gewinnen von Erfahrungen in der konkreten Gestaltung und Abwicklung von systemgeschäftlichen LC-Leistungsangeboten, insbesondere in der erfolgreichen Abwicklung von Leistungs- und / oder Kostengarantien in der Nutzungsphase lebenszyklusorientierter Immobilien.
3.2 Wachstumsphase In der Wachstumsphase zielen die marktbezogenen Anstrengungen der Anbieter auf die Durchdringung des Marktes mit dem in der Einführungsphase etablierten systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebot und darauf aufbauenden Leistungsinnovationen ab. Das Wachstum wird ausgelöst durch Zuwächse an (Bild 4): x PPP-Projekten der öffentlichen Hand zur Steigerung der Kosteneffizienz der öffentlichen Aufgabenerfüllung x Wohn- und Bürobauprojekte, die von privaten Bauherren nachgefragt werden, um nachhaltig die langfristige Rendite und Werterhaltung zu sichern. In der Öffentlichkeit ist der Begriff Nachhaltigkeit kein Modewort mehr. Vielmehr hat die Nachhaltigkeit im Bewusstsein der Öffentlichkeit reale Alltags- und Entscheidungsbedeutung erlangt. Dies ist die Folge steigender Energie- bzw. Rohstoffpreise als Ergebnis steigender Nachfrage bei begrenzten Ressourcen, sowie der potentiellen Klimaveränderung unter anderem als Ergebnis des CO2Ausstosses im Zusammenhang mit der Verbrennung fossiler Ressourcen. Auch die Politik in der Schweiz hat sich dieser Herausforderung durch Ausrichtung auf die 2000-Watt-Gesellschaft und ambitionierte Ziele bei der Reduktion der CO2Emmissionen bereits angenommen. Öffentliche Auftraggeber müssen daher immer öfter den Nachweis der Nachhaltigkeit ihrer Investitionen erbringen. Bei privaten Mietern ist die wirtschaftliche bzw. kostenbezogene Nachhaltigkeit ihrer
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Marktphasen von systemgeschäftlichen LC-Leistungsangeboten
Bild 4:
Reife
Wachstum
Einführung
Entwicklung
Umsatz/Gewinn [CHF]
Immobiliennutzung ein wichtiges Entscheidungskriterium, weil nicht die Nettomiete sondern die Bruttomiete als Kostenposition ihr wirtschaftliches Ergebnis belastet. Daher ist für Mieter nicht die Nettomiete das Entscheidungskriterium, sondern die Bruttomiete mit allen Nebenkosten für z. B. Energie und Unterhalt.
Geschäftsmodell LC-Gebäude – Entwicklung in den Marktphasen
Das Umsatzwachstum weist auf die Akzeptanz des systemgeschäftlichen LCLeistungsangebots am Baumarkt hin. Dies führt dazu, dass weitere Leistungsanbieter von Lebenszyklusleistungsangeboten in den Markt eintreten und klassische TU-Leistungsangebote durch Lebenszyklusleistungsangebote substituieren. Als Leistungsinnovator am Markt profitiert der systemgeschäftliche LCLeistungsanbieter von der eingenommenen Pionierrolle. Dieser Vorteil ergibt sich im Wesentlichen aus der entwickelten Vorreiterposition bei potentiellen Kunden des Leistungsangebots. Der Pionier kann seinen Erfahrungsvorsprung, der im betrachteten Geschäftsfeld eine hohe Bedeutung einnimmt [90], gegenüber den potentiellen Kunden wettbewerbsvorteilhaft geltend machen. Um sich weiter von den in den Markt eintretenden Wettbewerbern zu differenzieren, generiert der LCContracting-Leistungsanbieter weitere Leistungsinnovationen und erweitert die Leistungs- und Kostengarantien für die Nutzungsphase sukzessive. Im Zuge der Entwicklung systemgeschäftlicher LC-Leistungsinnovationen müssen bei der ressourcenbezogenen Optimierung der Module und Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots sowohl die einmalig aufzuwendende graue Energie als auch der permanenten Energiebedarf während der Nutzung berücksichtigt werden. Durch den Einbezug von Recyclingmaterialien kann graue Energie eingespart und in der Energiebilanzierung bei der Gesamtoptimierung zum Abzug gebracht werden. Dies kann im konkreten Fall sowohl die Fassa-
3.2
Wachstumsphase
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de als auch das Energiebereitstellungs- und -verteilungssystem, aber auch die Baukonstruktion betreffen. Bei der nutzungsbezogenen Optimierung können systemgeschäftlichen LCLeistungsinnovationen Module und Teilsysteme beinhalten, die eine einfache Anpassung an technologische Entwicklungen im Nutzungsbereich sowie flexible Anpassungen bei einem Nutzerwechsel erlauben. In einem geeigneten Anforderungsmanagement mit potentiellen Kunden werden weitere Leistungs- und Kostengarantien entwickelt und Leistungsbündel auf spezifische Kunden (Key-Accounts) abgestimmt. Mittels dieser Strategie können professionelle institutionelle Bauherren auch langfristig an den LC-Leistungsanbieter gebunden werden. Zu den Leistungsbestandteilen in der Wachstumsphase gehört im Wesentlichen die langfristige Erweiterung der übernommenen Leistungs- und / oder Kostengarantien. Basis dieser Leistungs- und / oder Kostengarantien ist die fundierte Abschätzung der Lebenszyklus- respektive Nutzungskosten eines Gebäudes z. B. mittels des risikobasierten probabilistischen LC-NPV-Modells von GIRMSCHEID [34]. Im Sinne eines Contractings übernimmt der LC-Leistungsanbieter aus Gründen der Kredibilität den Betrieb auf Basis eines Service Level Agreements (SLA) und garantiert für die von ihm verantworteten Nutzungssysteme für einen vorher vereinbarten Nutzungszeitraum. Die Definition des Übergabezustands der Teilsysteme zum Vertragsende ist elementarer Bestandteil der Bestimmung der Lebenszykluskosten der Anlageteile im Hochbau nach GIRMSCHEID [34]. Die entsprechenden Details sind Bestandteil der Leistungsvereinbarung zwischen Auftraggeber und Leistungsanbieter. Nach Vertragsende erfolgt dann die Übergabe nach einem Bonus-Malus-System. Das Bonus-Malus-System spiegelt den Zustand bzw. Erneuerungszustand der Module und Teilsysteme verglichen mit dem vereinbarten Übergabezustand wider. Der Betrieb kann dann an den Nutzer übergeben werden, jedoch sollten sich beide Seiten die Option der Verlängerung des Betriebs offenhalten. Das Konzept des LC-Contractings verfolgt das Ziel der ganzheitlichen Optimierung eines Gebäudes über seinen kompletten Lebenszyklus hinweg. Um dies zu erreichen, sollte der LC-Leistungsanbieter bereit sein, GebäudemanagementLeistungen unter dem Gesichtspunkt dieser ganzheitlichen Optimierung auch für private Auftraggeber zu übernehmen, wie dies bei PPP-Projekten üblich ist. In der Wachstumsphase müssen die Kernkompetenzen für die systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebote weiterentwickelt bzw. ausgebaut werden. Aufgrund der (zunehmenden) Komplexität der Leistungsbündel bei systemgeschäftlichen LC-Leistungsangeboten sowie wegen des damit einhergehenden langfristigen Commitments der beteiligten Leistungsanbieter müssen auch die Transaktionsstrukturen – im vorliegenden Fall Anbieterkooperationen – weiter entwickelt werden. Dieser ressourcenbasierte Anbieteransatz muss durch vertiefte Kooperation der Schlüsselpartner und Ausweitung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots weiterentwickelt werden.
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3
Marktphasen von systemgeschäftlichen LC-Leistungsangeboten
Gegenüber den für die jeweiligen strategischen Geschäftsfelder (SGF) identifizierten Kundengruppen wird das Ziel des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots kommuniziert, damit diese sich auf die Wertschöpfung im Rahmen ihrer Kernkompetenzen bzw. ihr Kerngeschäfts konzentrieren können. Sowohl in der Wachstums- als auch in der sich anschliessenden Reifephase erwirbt der systemgeschäftliche LC-Leistungsanbieter wesentliche Erkenntnisse und Kompetenzen hinsichtlich der Nutzung der Gebäude. In diesen Phasen ist eine Rückkopplung dieser Erkenntnisse und Kompetenzen für die Weiterentwicklung von Leistungsinnovationen in Folgeprojekten möglich und notwendig. Durch die Rückkopplung verbessert sich das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot sukzessive entsprechend den Anforderungen potentieller Kunden und trägt so zur nachhaltigen Kundenorientierung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots bei. Aus Sicht des systemgeschäftlichen LC-Leistungsanbieters soll der im begleitenden Innovations- und kontinuierlichen Verbesserungsprozess generierte Leistungsinnovationsvorsprung gegenüber Wettbewerbern möglichst lange aufrechterhalten werden, um die mit dem starken Umsatzwachstum einhergehenden Gewinne möglichst langfristig erwirtschaften zu können. Die strategischen Ziele der systemgeschäftlichen LC-Leistungsanbieter in der Wachstumsphase sind: x Ausbau der führenden Marktposition und x kundenorientierte Weiterentwicklung des lebenszyklusorientierten Leistungsangebots insbesondere durch technische, ressourcen- und nutzungsorientierte Leistungsinnovationen in den integrierten bzw. vernetzten Teilsystemen eines Systemleistungsangebots sowie x Ausbau der Gebäudemanagement-Leistungen zur holistischen Optimierung von Struktur, Betrieb und Unterhalt von Gebäuden.
3.3 Reifephase In der Reifephase ist der Markt für systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote weitgehend entwickelt. Die Anstrengungen der Leistungsanbieter zielen darauf ab, ihre Marktpositionen gegenüber Wettbewerbern zu verteidigen. SCHULTE [90] sieht in der Untersegmentierung des Marktsegments durch eine entsprechende Konzentrationsstrategie der systemgeschäftlichen LC-Leistungsanbieter eine adäquate Reaktion der Marktteilnehmer, ihre Marktposition zu verteidigen. Grundlage dieser Konzentrationsstrategie ist die kontinuierliche Weiterentwicklung der Kernkompetenzen der systemgeschäftlichen LC-Leistungsanbieter und der Leistungsangebote (Leistungsmodifikation [64]). In den Marktsegmenten, in denen sich die Leistungsanbieter spezialisieren, kommt es zur
3.4
Degenerationsphase
21
Ausbildung neuer Leistungslebenszyklen mit den entsprechenden Marktphasen (Bild 3). Der Erfolg in der Reifephase hängt nicht unwesentlich auch von den segmentmarktspezifischen Ressourcen-Vorteilen ab. Diese ergeben sich aus der Auswahl der richtigen Kooperationspartner. Diese Kooperationspartner müssen innovativ sein, damit das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot kundenorientiert und innovativ weiterentwickelt werden kann. In der Reifephase müssen Unternehmen darum bemüht sein, weitere Baumarktsegmente für ihre Produkte bzw. Leistungen zu erschliessen (Marktmodifikation [64]). In einer Marktumgebung, in der systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote etabliert sind, fällt es leichter, neue Kundengruppen vom Leistungsangebot zu überzeugen bzw. auf sie abgestimmte Leistungsangebotsvarianten zu kreieren. Die strategischen Ziele der systemgeschäftlichen LC-Leistungsanbieter in der Reifephase sind: x Abschöpfung und Sicherstellung der Marktanteile im Hochbaumarkt für LCLeistungen x kontinuierliche innovative Weiterentwicklung des systemgeschäftlichen LCLeistungsangebots zur Differenzierung von den Wettbewerbern und zur Konzentration auf bestimmte Kundengruppen und Leistungsangebotsvarianten x Entwicklung neuer Leistungsangebote
3.4 Degenerationsphase In der Degenerationsphase geht der Absatz im Marktsegment für systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote und in der Folge auch der Gewinn wahrnehmbar zurück. Ursache für den Absatzrückgang ist der intensivere Wettbewerb durch die Zunahme der Anbieter. Deshalb kommt es in den Unternehmen zu Überkapazitäten, auf die diese mit Preissenkungen reagieren. Wenn keine Effizienzsteigerungen mehr möglich sind, führt dies zur Reduzierung der Gewinne [64]. Das Unternehmen oder die Anbieterkooperation können z. B. mittels der folgenden strategischen Massnahmen auf diese Situation reagieren: x Abstossen des Geschäftsbereichs, indem Anlagen (Assets) möglichst vorteilhaft verwertet werden x Erhöhung der Investitionen in Forschung und Entwicklung, um nachhaltige Produkt- und / oder Leistungsinnovationen zu generieren und so proaktiv neue Marktchancen wahrzunehmen Über entsprechende Leistungsinnovationen werden moderne, innovative Unternehmen versuchen, sich weiter von ihren Wettbewerbern zu differenzieren. Die Alternativen Einstieg in einen Preiswettbewerb bzw. Marktaustritt [90] sind we-
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Marktphasen von systemgeschäftlichen LC-Leistungsangeboten
der für potentielle Kunden noch für die beteiligten Unternehmen echte Optionen [2]. Darüber hinaus ist insbesondere aufgrund der weiteren Verknappung energetischer Ressourcen mit einem zunehmenden lebenszyklusorientierten Optimierungsbedarf von Gebäuden zu rechnen. Für das hier vorgestellte Konzept eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots ist deshalb bis auf Weiteres nicht mit einer wirklichen Regenerationsphase im Leistungslebenszyklus zu rechnen. Statt dessen müssen sich die Leistungsanbieter durch kontinuierliche Weiterentwicklung ihrer lebenszyklusorientierten Kernkompetenzen sowie durch die Generierung lebenszyklus- und systemorientierter, nachhaltiger Leistungsinnovationen um ständig neue Leistungslebenszyklen bemühen.
3.5 Zusammenfassung In Anlehnung an GIRMSCHEID [35] und SCHULTE [90] wurden die Leistungslebenszyklusphasen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots dargestellt. Dabei wurde die strategische Bedeutung der Einführungsphase beschrieben, von deren Erfolg der Verlauf des Leistungslebenszyklus in den sich anschliessenden Phasen massgeblich abhängt. Das hier im Folgenden beschriebene Konzept zur Gestaltung eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebotes fokussiert deshalb primär auf diese Einführungsphase.
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LC-Kostentreiber von Gebäuden
4.1 Konzeption des Nachweises Das Ziel des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots ist es, die Lebenszykluskosten eines Gebäudes zu optimieren bzw. zu minimieren. Entsprechend dem Pareto-Prinzip sollen im Folgenden die Kostentreiber ermittelt werden, die massgeblichen Einfluss auf die Lebenszykluskosten eines Gebäudes haben. Um die relevanten Kostentreiber zur Begründung der systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebote bzw. zur Gestaltung der systemgeschäftlichen LC-Leistungsbündel zu begründen, muss die Analyse der Kostenstrukturen wie folgt gegliedert werden (Bild 5): x Analyse der Kosten nach Gebäudetypen und Nutzungsarten in Bezug auf die LC-Kosten über n Lebenszyklusjahre unter Berücksichtigung der Herstellkosten sowie der Betriebs- und Unterhaltskosten x Analyse der Kostengruppen (Kapitalkosten oder Investitionskosten / Objektmanagementkosten / Betriebs- und Instandhaltungskosten / Instandsetzungskosten / Rückbau bzw. Entsorgungskosten) z. B. für Bürogebäude x Analyse der detaillierten Kostengruppe Betrieb und Instandhaltung
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Bild 5:
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LC-Kostentreiber von Gebäuden
Kostenstrukturanalyse von Gebäudearten
Systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote mit Leistungs- und / oder Kostengarantien sollten an den identifizierten Kostentreibern ansetzen. Das Ziel der Leistungs- und Kostengarantien muss es sein, dem Kunden die LC-Leistungs- und -kostensicherheit für die jeweilige bauliche Anlage zu gewährleisten und ihn somit von Risiken zu befreien, die in der Sphäre des LC-Leistungsanbieters liegen. Zudem motivieren Leistungs- und Kostengarantien die Leistungsanbieter bzw. die Anbieterkooperation, die entsprechenden Module und Teilsysteme ganzheitlich lebenszyklusorientiert zu optimieren. Zur Identifikation der LC-Kostentreiber wird die folgende Vorgehensweise gewählt: x kurze Darstellung der Kostenstrukturpläne in den verschiedenen nationalen Normen x Vorstellung des Annuitätenmodells, mittels dem aus den LC-Prozessausgaben die jährlichen Gesamtannuitäten ermittelt werden können x Erläuterung der Abhängigkeit der LC-Ausgaben von der Gebäudenutzung x Exemplarische Darstellung der jährlichen Gesamtannuitäten in den Hauptkostengruppen für Bürogebäude x Analyse der durchschnittlichen (jährlichen) Betriebskosten sowie der zugehörigen Unterkostengruppen von Bürogebäuden
4.2
Cashflow / Kostenstrukturplan zur Erfassung der Lebenszyklusausgaben bzw. kosten
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4.2 Cashflow / Kostenstrukturplan zur Erfassung der Lebenszyklusausgaben bzw. -kosten Im Rechnungswesen muss man sich entscheiden, ob man eine Untersuchung im finanziellen oder betrieblichen Rechnungswesen durchführt.
Bild 6:
Rechnungswesen-Struktur zur Cashflow- bzw. Kosten-Leistung-Betrachtung
Im Rahmen des finanziellen Rechnungswesens spricht man von Cashflow, wenn man Einnahmen und Ausgaben unter Berücksichtigung des zeitlichen Anfalls betrachtet. Im Rahmen des betrieblichen Rechnungswesens spricht man von Kosten als Wertverzehr. Daher werden Investitionen nicht hinsichtlich der betragsmässigen Ausgaben in ihrem zeitlichen Anfall berücksichtigt, sondern durch die Abschreibungen, die den Wertverzehr z. B. einer Immobilie beschreiben, und die Zinsen (die natürlich bis zum Ende der Abschreibung zu berücksichtigen sind). Die laufenden Ausgaben stellen Kosten dar, da die Ausgaben und der Wertverzehr zum gleichen Stichtag erfolgen (z. B. für Verwaltung, Betrieb, Instandhaltung). Dazu hat man zwei Möglichkeiten: x Cashflow-Betrachtung auf der Geldvermögensebene unter Berücksichtigung der realen zeitabhängigen Zahlungsströme x Kosten-Erlös-Betrachtung als Darstellung des Wertzuwachs bzw. Wertverzehrs auf der betrieblichen Vermögensebene Die Lebenszyklusausgaben setzen sich aus den Ausgaben zusammen, die in den einzelnen Lebenszyklusphasen eines Gebäudes anfallen. Hierzu gehören x die Bauausgaben für die Vorbereitung, Planung und Ausführung von Bauprojekten [23], x die Nutzungsausgaben von Gebäuden vom Beginn ihrer Nutzbarkeit bis zu ihrer Beseitigung [24] sowie x die Ausgaben für Modernisierung, Umbau, Erweiterung und Beseitigung von Gebäuden.
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4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
Im Bauwesen wird meist der Begriff Kosten verwendet. Teilweise werden die Begriffe Kosten und Ausgaben aus Unkenntnis über die begriffliche Abgrenzung sogar synonym verwendet. Dies zeugt jedoch vor allem von einem mangelnden Verständnis des Rechnungswesens. Im Folgenden soll der Begriff Kosten wie in der Bauwirtschaft üblich verwendet werden. Dabei ist zu beachten, dass Ausgaben und Kosten im Betrag identisch sind, wenn der Cashflow und Wertverzehr zum gleichen Zeitpunkt stattfinden. Allerdings ist insbesondere bei Investitionen der Zeitpunkt der Ausgaben nicht identisch mit dem Wertverzehr. Bei diesen Investitionen zeigt die Cashflow-Betrachtung den gesamten Betrag zum Zeitpunkt des Anfalls, während die Kosten-Betrachtung den Wertverzehr in Form der Abschreibung über die Abschreibungsperiode darstellt. Baukostengliederung Die Vorbereitung, Planung und Ausführung von Bauprojekten (Erstellung) sowie die Modernisierung, der Umbau, die Erweiterung und ggfs. die Beseitigung von Gebäuden werden im Rahmen sogenannter Bauprojekte abgewickelt. Die Kosten solcher Bauprojekte werden in Anlehnung an die folgenden Normen ermittelt und strukturiert: Schweiz: x SN 506 500 – Baukostenplan BKP [95] Der Baukostenplan gliedert die bei der Planung und Erstellung einer baulichen Anlage anfallenden Kosten. Die Gliederung erfolgt weitgehend unterteilt nach Leistungsbereichen bzw. Gewerken. x SN 506 502 – Elementkostengliederung EKG [94] Der Baukostenplan gliedert die bei der Planung und Erstellung einer baulichen Anlage anfallenden Kosten. Die Gliederung erfolgt weitgehend unterteilt nach funktionalen Elementen einer baulichen Anlage. Deutschland: x DIN 276-1 – Kosten im Bauwesen – Teil 1: Hochbau [23] Die DIN 276-1 dient der Ermittlung und Gliederung von Kosten zur Kostenplanung im Hochbau. Die DIN 276-1 erlaubt sowohl die Gliederung nach der Elementmethode als auch die Gliederung nach Leistungsbereichen / Gewerken [23]. Nutzungskostengliederung Nutzungskosten sind die in baulichen Anlagen anfallende „regelmässig oder unregelmässig wiederkehrende Kosten von Beginn ihrer Nutzbarkeit bis zu ihrer Beseitigung (Nutzungsdauer)“ [24]. Die Untergliederung der Nutzungskosten von Gebäuden erfolgt üblicherweise in Anlehnung an bekannte und bewährte Gliederungsstrukturen. Beispiele für solche Gliederungsstrukturen sind:
4.2
Cashflow / Kostenstrukturplan zur Erfassung der Lebenszyklusausgaben bzw. kosten
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Schweiz: x SN 506 501 – Liegenschaftenkontenplan (LKP) [93] Der Liegenschaftenkontenplan dient der Bilanzierung von Liegenschaften und gliedert nach Passiva und Aktiva sowie nach Aufwands- und Ertragsarten als Grundlage der Finanzbuchhaltung. x SIA D 0165 – Kennzahlen im Immobilienmanagement [97] Die Dokumentation SIA D 0165 definiert und erläutert Flächen-, Volumen und Kostenkennzahlen bzw. die entsprechenden Parameter, die in der Nutzungsphase relevant sind. Für die Kostengliederung in der Nutzungsphase lehnt sich die SIA D 0165 ausdrücklich an die DIN 18960 [97] an. Deutschland / Schweiz x DIN 18960 – Nutzungskosten im Hochbau [24] Die DIN 18960 dient insbesondere der Gliederung von Nutzungskosten im Hochbau. x GEFMA 200 – Kosten im Facility Management [31] Die GEFMA-Richtlinie 200 liefert eine lebenszyklusübergreifende Kostengliederungsstruktur für das Facility Management. Für die Kosten im Hochbau (Erstellungsphase) bezieht sie sich auf die DIN 276 „Kosten im Hochbau“. Zur Gliederung der Nutzungskosten wird die DIN 18960 einbezogen. Die GEFMARichtlinie 200 steht seit Juli 2004 als Entwurf zur Diskussion für potentielle Interessensgruppen. Europa x CEEC Code of Measurement for Cost Planning [18] Der CEEC Code of Measurement for Cost Planning dient der Kostengliederung auf europäischer Ebene. Er dient der Gliederung der Baukosten auf einer den nationalen Kostengliederungsnormen übergeordneten Ebene. Der CEEC Code of Measurement for Cost Planning ordnet die nationalen Kostengliederungsnormen den entsprechenden europäischen Kostengruppen zu. Bild 7 fasst die Strukturierung der Lebenszykluskosten nach den gängigen Normen zusammen und gibt einen Überblick über die verwendeten Begriffe. Die Darstellung der Gliederungsstrukturen für die Nutzungsphase zeigt, dass die DIN 18960 Gliederungsgrundlage für alle wichtigen Kostengliederungen im deutschsprachigen Raum ist. Sowohl in der Schweiz als auch in Deutschland hat sich die DIN 18960 als Standard für die Kostengliederung in der Nutzungsphase etabliert. Aufgrund dieses Verbreitungsgrades ist die DIN 18960 deshalb gut geeignet als Gliederungsgrundlage für das Gestaltungskonzept für ein systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot zu dienen.
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4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
Lebenszykluskosten Rückbaukosten
Nutzungskosten
Bild 7:
…
430 Instand. Aussenanlagen
420 Instand. Techn. Anlagen
370 Abgaben, Beiträge
360 Sicherheit & Überwachung
350 Bedienung, Inspekt. & Wartung
340 Reinigung & Pflege / Aussenanl.
330 Reinigung & Pflege / Gebäude
320 Entsorgung (Abwasser, Abfall etc.)
310 Versorgung (Wasser, Energie etc.)
…
230 Fremdleistungen
220 Sachkosten
410 Instand. Baukonstruktion
Instandsetzungskosten NKG 400
Bewirtschaftungskosten ObjektmanaBetriebskosten gementkosten NKG 300 NKG 200
210 Personalkosten
…
130 Abschreibung
120 Eigenmittel
9 Ausstattung
110 Fremdmittel
6-8 Reserve
5 Baunebenkosten
Kapitalkosten NKG 100
4 Umgebung
3 Betriebseinrichtungen
Alle in baulichen Anlagen und deren Grundstücken entstehenden regelmässig oder unregelmässig wiederkehrenden Kosten von Beginn ihrer Nutzbarkeit bis zu ihrer Beseitigung (Nutzungsdauer)
2 Gebäude
Aufwendungen für Güter, Leistungen, Steuern und Abgaben, die für die Vorbereitung, Planung und Ausführung von Bauprojekten erforderlich sind
1 Vorbereitungsarbeiten
Nutzungskosten im Hochbau DIN 18960 Kennzahlen im Immobilienmanagement SIA D 0165/DIN 18960
0 Grundstück
Kosten im Bauwesen – T1 Hochbau DIN 276-1 Baukostenplan BKP SN 506 500
Kosten des Um- und Rückbaus von Gebäuden sind Kosten nach DIN 276-1 bzw. Baukostenplan BKP
Entwicklungs-/ ErstellungsPlanungskosten kosten
Begriffe und Struktur von Lebenszykluskosten im Hochbau
4.3 Annuitätenmodell Das Annuitätenmodell soll aufzeigen, wie man aus dem LC-Cashflow die jährlichen Annuitätskosten eines Gebäudes ermittelt. Diese Annuitätskosten werden hier konstant über den Lebenszyklus angenommen. Sie können allerdings bei Veränderungen der Kostensteigerungsquote angepasst werden. Die ermittelten Annuitätskosten sollen akkumuliert über den betrachteten Lebenszyklus tLC alle Prozessausgaben (Investitions- und Nutzungsausgaben) decken, die sich über diesen Lebenszyklus ansammeln, einschliesslich der Verzinsung des eingesetzten Kapitals für die Investitionen für den Bau sowie für die Instandsetzungen. In Bild 8 sind die Prozessausgaben eines Gebäudes dargestellt.
4.3
Annuitätenmodell
Bild 8:
29
Prozessausgaben eines Gebäudes
Darauf aufbauend werden die jährlichen Annuitäten ermittelt. Die Annuitäten können unterteilt werden in: x Investitionsannuitäten x laufende Kostenannuitäten Investitionsannuitäten Die jährlichen Investitionsannuitäten (Amortisation + Zinsen) müssen für den angegebenen Zeitraum (Betrachtungszeitraum) das gleiche Kapital ergeben wie die verzinsten, aperiodischen Investitionsausgaben: x Planungs- und Bauausgaben x Instandsetzungsausgaben vom Zeitpunkt ti der Ausgabe bis zum Ende des Betrachtungszeitraum tLC. Dabei können zwei Varianten gewählt werden: x Variante 1 – Das Gebäude wird nach 50 Jahren nicht weiter genutzt und abgerissen x Variante 2 – Das Gebäude wird nach 50 Jahren weiter genutzt und erneuert Im ersten Fall müssen alle Instandsetzungen innerhalb der Restlebenszeit ǻt = t50 – ti abgeschrieben und verzinst werden oder es muss der Restwert berücksichtigt werden. Im zweiten Fall können die Annuitäten für die Instandsetzungsausgaben über die durchschnittliche Nutzungszeit z. B. bei HKL weitere 26 Jahre, also bis zum Jahr 52, der Lift weitere 30 Jahre bis zum Jahr 60 abgeschrieben werden und nicht auf die Restnutzungszeit des Gebäudes mit dem Abriss nach 50 Jahren.
30
4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
Die verzinsten Investitionsannuitäten müssen akkumuliert bis zum Ende des LC-Zyklus (meist auch als Abschreibungszeitraum definiert) das gleiche Endkapital ergeben wie die verzinsten Investitionskosten bezogen bzw. akkumuliert auf diesen Endzeitpunkt. Laufende Kostenannuitäten: Die laufenden Kostenannuitäten für Verwaltung, Betrieb und Instandhaltung fallen mit den Ausgaben zusammen. Daher fallen auch keine kalkulatorischen Zinsen an. Die Abbildungen Bild 9, Bild 10, Bild 11 und Bild 12 geben einen Überblick über dieses Konzept zur Berechnung der Annuitäten. Berechnung der Investitionsannuitäten: Die Investitionsannuität setzt sich aus der Amortisation und den Zinsen für das jeweilige Restkapital zusammen. Bild 9 zeigt, wie sich die Verteilung von Rückzahlung (Amortisation) und Zinsen über die Laufzeit verändert. Annuitätszahlung an [CHF]
kan
Annuität Rückzahlung/ Tilgung
Tilg kan
Zinsen t0
Bild 9:
tEnde
t
Annuität – Rückzahlungs- und Zinszahlungsentwicklung
In Bild 10 kann man die Entwicklung der Kapitalkosten über die Rückzahlungszeit einer Investition verfolgen. Einerseits kann man unter Berücksichtigung der Zinszahlungen aus Bild 9 die gesamten Kapitalkosten am Ende der Rückzahlungszeit ablesen. Andererseits wird deutlich, wie die Restschuld unter Beachtung der jährlichen Tilgung aus Bild 9 abnimmt. Die Annuitätskosten ergeben dann, summiert über die Rückzahlungszeit, wiederum die Gesamtkapitalkosten.
4.3
Annuitätenmodell
31
K 50
K 0Invest
kan
Annuität
Bild 10: Entwicklung der Kapitalkosten
Bild 11 zeigt exemplarisch die Berechnung der Investitionsannuitäten über 50 Jahre für Investitions- und Instandsetzungsausgaben sowie die anfallenden Zinsen. Die Investitionsausgaben werden zeitbezogen durch jährliche Zahlungen amortisiert. Dadurch werden die aperiodischen Ausgaben zu periodischen Kosten / Annuitäten bestehend aus Amortisation und Zinsen. Die jährlichen Annuitäten für die aperiodischen Bau- sowie Instandsetzungsund Erneuerungsinvestitionen ergeben sich zu:
kanap
kanInvest kanInstand
kanap
kanInvest kanHKL kanLift kanFass. kanDach ...
kanap
¦k
n
i 1
i an
32
4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
Ausgaben/ Kosten
K 50Invest K Invest
kanInvest 0
Annuitäten 50
10
Jahre
Ausgaben/ Kosten
K 50HKL K tHKL 20 kanHKL 0
Annuitäten
10
50
Jahre
Ausgaben/ Kosten
K tLift50 kanLift 0
K tLift30 Annuitäten
10
50
Ausgaben/ Kosten
Jahre
. K tFass 50
. K tFass 35
Annuitäten 0
10
kanFass. 50
Jahre
Bild 11: Bestimmung der Investitions- und Erneuerungs- / Instandsetzungsannuitäten
4.3
Annuitätenmodell
33
Berechnung der laufenden Kostenannuitäten: Bild 12 zeigt die Bestimmung der laufenden Kostenannuitäten. Dabei entsprechen die Ausgaben für Verwaltung, Betrieb und Instandhaltung den Kosten bzw. Annuitäten für Verwaltung, Betrieb und Instandhaltung, da sie zeitgleich anfallen. Ausgaben/ Kosten
kanBetrieb
Annuitäten
10
0
50
Jahre
50
Jahre
Ausgaben/ Kosten
Verwaltung kan
Annuitäten
10
0
Bild 12: Bestimmung der Betriebs- und Verwaltungsannuitäten
Die jährlichen Gesamtannuitätskosten der Immobilien ergeben sich zu:
kan
Verwaltung kanInvest kanInstand kanBetrieb kan
kanInvest
kanInstand
kanBetrieb
Verwaltung kan
Bild 13: Jährliche Gesamtannuitätskosten
34
4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
4.4 Abhängigkeit der LC-Kosten vom Gebäudetyp und der Nutzungsart Die Lebenszykluskosten von Gebäuden setzen sich aus der Summe der Kosten zusammen, die in den verschiedenen Lebenszyklusphasen anfallen:
x x x x
Projektentwicklungs- und Planungskosten Bauwerkerstellungskosten Nutzungskosten (Betrieb, Instandhaltung und Instandsetzung, ggfs. Umbau) ggfs. Rückbaukosten
Die Höhe der Lebenszykluskosten ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Zu diesen Einflussfaktoren gehören insbesondere [74]:
x x x x x x x x
Standort Art der Gebäudenutzung Anzahl der Nutzungseinheiten Menge der Grundflächen Räumliche Konzeption und Tragkonstruktion Ausbau Standard Nutzungsflexibilität
Der Einflussgrad dieser Faktoren auf die Höhe der Lebenszykluskosten ist stark abhängig von den projektspezifischen Randbedingungen einer Baumassnahme. Insbesondere die Art der Gebäudenutzung hat wesentlichen Einfluss auf die Höhe der Lebenszykluskosten. Die Art der Gebäudenutzung lässt sich weiter in die folgenden Objektnutzungstypen unterscheiden:
x x x x x x x x x x
Einfamilienhäuser (EFH) Mehrfamilienhäuser (MFH) Büro-, Verwaltungs- und Handelsgebäude Krankenhausgebäude Schul- und Bildungsgebäude Justiz- und Polizeigebäude Hotel- und Gastronomiegebäude Produktionsgebäude Lagergebäude etc.
Aus der jeweiligen Art der Gebäudenutzung bzw. aus dem Objektnutzungstyp ergeben sich weitere Einflussfaktoren für die Lebenszykluskosten von Gebäuden. Dies sind der Installationsgrad des Gebäudes einerseits sowie der Anonymitätsgrad der Gebäudenutzer andererseits. Beide Einflussfaktoren haben insbesondere Einfluss auf die Höhe der in der Nutzungsphase anfallenden Betriebskosten.
4.5
Datenlage zur Ermittlung der Lebenszykluskosten von Gebäuden
35
Der Installationsgrad [74] eines Gebäudes ist ein Mass für die Höhe des Anteils der technischen Installationen im Gebäude und bestimmt sich aus dem Verhältnis der Kosten der technischen Anlagen zu den Gesamtbauwerkerstellungskosten. Ein hoher Installationsgrad schlägt sich sowohl in hohen Investitions- als auch insbesondere in hohen Nutzungskosten nieder. Beispielsweise haben Krankenhausgebäude unter anderem aufgrund ihres hohen Installationsgrades wesentlich höhere Betriebs- bzw. Nutzungskosten als beispielsweise Bürogebäude mit StandardNutzungsinfrastruktur. Mit Anonymitätsgrad ist im vorliegenden Fall die Anonymität gemeint, mit der sich Nutzer im Gebäude bewegen und ob bzw. wie weit sich Nutzungskosten bestimmten Nutzern zuordnen lassen. Der Anonymitätsgrad der Nutzer eines Gebäudes hat insbesondere Einfluss auf die nutzerabhängigen Verbrauchsgrössen (Energie, Wasser etc.) eines Gebäudes. So sind die Kosten der Ver- und Entsorgung eines Bürogebäudes oder eines Hotels in dem sich die Nutzer weitestgehend anonym im Verbrauch von Ressourcen bewegen, wesentlich höher als in Wohngebäuden (EFH, MFH), in denen die Nutzer per verbrauchsgerechter Abrechnung individuell an den Kosten beteiligt werden.
4.5 Datenlage zur Ermittlung der Lebenszykluskosten von Gebäuden Zur Ermittlung der Wirtschaftlichkeit einer Investition stehen verschiedene Verfahren zur Prognose und vergleichenden Bewertung verschiedener Investitionsalternativen zur Verfügung. Exemplarisch wird an dieser Stelle auf das risikobasierte probabilistische LC-NPV-Modell von GIRMSCHEID zur Bewertung alternativer baulicher Lösungen verwiesen [34]. Im Rahmen der Anwendung dieser Verfahren zur fundierten Ermittlung bzw. Prognose der Lebenszykluskosten werden Erfahrungswerte in Form von Kostenkennwerten benötigt. Dabei sind erfahrungsbasierte Kostenkennwerte für alle Lebenszyklusphasen, das heisst neben den initialen Investitionskosten insbesondere auch die Nutzungskosten von entsprechenden Immobilien notwendig. Für die initialen Investitionskosten besteht eine breite, allgemein anerkannte Datenbasis, die von entsprechenden Institutionen erhoben und veröffentlicht wird. In der Schweiz werden diese Daten beispielsweise durch die Schweizerische Zentralstelle für Baurationalisierung CRB erhoben und im Bauhandbuch BHB bzw. im Baukostenkennwerte-Katalog BKK [45] veröffentlicht. In Deutschland ermittelt z. B. das Baukosteninformationszentrum Deutscher Architektenkammern (BKI) Kostenkennwerte auf Basis abgerechneter Bauprojekte und veröffentlicht diese in den BKI Baukosten [8]. Darüber hinaus evaluieren Bauleistungsanbieter und Planer sowie die Anbieter entsprechender Dienstleistungen eigene Kostendaten aufgrund bereits abgerechneter Bauprojekte.
36
4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
Für die in der Nutzungsphase anfallenden Kosten gibt es bisher keine Institution, die Nutzungskostendaten von Gebäuden auf einer breit abgestützten und allgemein anerkannten Datenbasis evaluiert. Ohne entsprechende erfahrungsbasierte Nutzungskostenkennzahlen muss eine Nutzungs- bzw. Lebenszykluskostenberechnung jedoch als bis zu einem gewissen Grad spekulativ angesehen werden. Als offensichtlichster Grund für das Fehlen erfahrungsbasierter Nutzungskostenkennzahlen lässt sich der bisher vorherrschende Investitionskostenfokus benennen. Aufgrund dieses Investitionskostenfokus haben sich Investoren bisher primär für die initialen Investitionskosten interessiert, weil sie die Betriebskosten auf die Nutzer abwälzen können. Erst mit der Lebenszyklusorientierung der Anspruchsgruppen von Immobilien geraten die Nutzungskosten als wichtige Einflussgrösse der Gesamtlebenszykluskosten in den Fokus der Kostenbetrachtung. Dabei steht sowohl die Lebenszyklusorientierung des Baumarktes insgesamt als auch die breit abgestützte Evaluation von Nutzungskosten von Gebäuden erst am Anfang. Der FM-Monitor [27], [28] untersucht auf Basis eines Portfolios von etwa 1200 Objekten (in den Nutzungsarten Handel und Verwaltung, Wohnen, Industrie, Fürsorge und Gesundheit, Unterricht, Bildung und Forschung, Justiz und Polizei sowie Land- und Forstwirtschaft) verschiedene Aspekte des Facility-ManagementMarktes in der Schweiz. Darunter finden sich auch Kostenkennzahlen der Verwaltungs- und Betriebskosten von Gebäuden der Nutzungsarten Handel und Verwaltung sowie Unterricht, Bildung und Forschung als Teil der Nutzungskosten nach DIN 18960 [24]. In Deutschland erhebt der Immobiliendienstleister Jones Lang LaSalle aus einem Portfolio von 358 Büroimmobilien die Büronebenkostenanalyse OSCAR (Office Service Charge Analysis Report) [58]. Aus beiden Studien können Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Nutzungskosten von bestimmten Gebäuden (für Handel und Verwaltung sowie Unterricht, Bildung und Forschung einerseits und Büroimmobilien allgemein andererseits) gezogen werden. Allerdings finden sich darin keine Hinweise auf die Lebenszykluskosten insgesamt bzw. auf die zugrunde liegenden Systemstandards der passiven Bauelemente und des HKL-Systems sowie auf die Investitionskosten der untersuchten Objekte. Darüber hinaus erheben verschiedene Facility-Management-Anbieter die Nutzungskosten ihres Objektportfolios und nutzen diese Daten für Benchmarking und Optimierung im Rahmen des durchgeführten Facility Managements. Weil diese Daten aber einen wichtigen Wettbewerbsvorteil gegenüber Wettbewerbern im Facility-Management-Markt darstellen, werden diese Daten nicht bzw. nur sehr selten und in gezielten Ausschnitten veröffentlicht, was dann eher als Marketingmassnahme des Unternehmens denn als Information interpretiert werden muss. Die verschiedenen Aspekte der Lebenszykluskosten von Gebäuden bzw. insbesondere das Verhältnis der Nutzungskosten zu den initialen Investitionskosten wurden in der Vergangenheit von verschiedenen Autoren untersucht. Dazu sei an-
4.5
Datenlage zur Ermittlung der Lebenszykluskosten von Gebäuden
37
gemerkt, dass die verschiedenen im Rahmen einer Literaturrecherche gefundenen Studien sehr unterschiedlichen Rahmenbedingungen unterliegen. Die wichtigsten Abgrenzungsmerkmale dieser Studien sind:
x x x x
das Alter der Studien, der Betrachtungszeitraum der Studien, die untersuchten Objekttypen bzw. Nutzungsarten sowie die evaluierten Kostenbestandteile.
So beziffern STAUDT ET AL. die Nutzungskosten von Verwaltungsgebäuden auf 75–90 % der Lebenszykluskosten eines Gebäudes bei einer Nutzungsdauer von 40 bis 60 Jahren [105] (Bild 14). Dabei beziehen sie sich auf ein Literaturstudium ohne eigene quantitative Empirie. Kosten (indiziert)
Gebäudekosten total (nach 40 Jahren)
500
Betriebs-, Instandsetzungs- und Instandhaltungskosten Gebäudekosten total (nach 7 Jahren) 200
Betriebs-, Instandsetzungs- und Instandhaltungskosten
Planungs- und Erstellungskosten 100
Inbetriebnahme
Nutzungsdauer: 7 Jahre
Nutzungsdauer: 40 Jahre
Jahre
Bild 14: Gebäudelebenszykluskosten [105]
ROTERMUND UND ZAIN stellen für Verwaltungsgebäude fest, dass bereits nach 8 bis 12 Jahren die kumulierten Nutzungskosten die Höhe der Erstellungskosten erreichen und prognostizieren eine weitere Reduzierung dieses Zeitraums auf 6 bis 10 Jahre [86]. Diese Aussage deckt sich weitestgehend mit der von STAUDT ET AL. (s. a. Bild 14), die hierfür eine Periode von 7 Jahren angeben. Allerdings geben ROTERMUND UND ZAIN die Quelle, auf die sie ihre Aussage stützen, nicht preis. BRASCHEL UND HETZER beziffern die Höhe der Nutzungskosten von Verwaltungsgebäuden nach 7 Jahren mit der Höhe der Investitionskosten und bei einer Nutzungsdauer von 40 Jahren mit dem Fünffachen der initialen Investitionskosten [10]. Dies übertrifft die Zahlen von STAUDT ET AL. Allerdings geben auch sie keine Quelle für ihre Angabe an. HERZOG beschränkt sich auf die qualitative Aussage, dass die Nutzungskosten die wesentlichen Kosten im Lebenszyklus einer Baukonstruktion seien. Allerdings liegt der Fokus ihrer Betrachtungen auf den in der Nutzungsphase anfallenden In-
38
4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
standhaltungskosten, so sie denn konstruktiv in der Planung und Erstellung beeinflusst werden können [55]. BAHR UND LENNERTS untersuchen in ihrer Arbeit mit dem Instandhaltungsaufwand öffentlicher Hochbauten lediglich einen Teil der in der Nutzungsphase anfallenden Kosten [5], [4]. Sie geben für die an 17 realen Objekten empirisch untersuchten Instandhaltungskosten einen Anteil von 25 bis 30 % der Nutzungskosten an. Dabei setzen sie weder die Instandhaltungs- noch die Nutzungskosten ins Verhältnis zu den Erstellungskosten. Aufgrund der Beschränkung auf die Instandhaltungskosten öffentlicher Hochbauten fehlt die Möglichkeit des Vergleichs mit den bisher genannten Zahlen. PELZETER untersucht in ihrer Arbeit [79] den Einfluss der Aspekte Lage, Gestaltung und Umwelt auf die Lebenszykluskosten von Gebäuden und integriert diese Einflussfaktoren in ein Berechnungsverfahren zur Ermittlung von Lebenszykluskosten. Dabei stellt sie fest, dass die absoluten Ergebnisse der LC-Kostenberechnung nur zum Vergleich verschiedener Investitionsalternativen herhalten können, weil eine empirische Datenbasis über die Höhe insbesondere der Nutzungskosten fehle [79]. In einer vergleichenden Analyse zweier Objekte, in der es ihr schlussendlich um den Vergleich verschiedener Berechnungsverfahren geht, stellt PELZETER zumindest qualitativ fest, dass die Nutzungskosten die Erstellungskosten im Laufe des Lebenszyklus übersteigen und die Nutzungskosten von den „Betriebs- und Verwaltungskosten dominiert“ [79] werden. Eine absolute Aussage zum Verhältnis der Nutzungskosten zu den Erstellungskosten von Gebäuden kann ihrer Arbeit deshalb ebenfalls nicht entnommen werden. PREISIG UND KASSER bestimmen in ihrer Fallstudie die Lebenszykluskosten eines normalen Bürogebäudes in Zürich und kommen zu dem Ergebnis, dass die kumulierten Nutzungskosten nach 36 Jahren rund 75 % der Lebenszykluskosten ausmachen [82]. (Bild 153) Auch diese Aussage deckt sich weitestgehend mit der von STAUDT ET AL. Allerdings ist die Verallgemeinerbarkeit der Aussage auf Basis einer einzigen Fallstudie zumindest mit Vorsicht zu geniessen, da keine Angaben zu den Auswahlkriterien gemacht werden und damit die Repräsentativität der Fallstudie nicht eindeutig feststeht. In der zugänglichen Dokumentation zur Studie werden keine Angaben zu den Kriterien gemacht, die zur Auswahl des spezifischen Fallbeispiels geführt haben. In der SIA-Empfehlung 112/1 [96] findet sich der Hinweis darauf, dass die Nutzungskosten im Lebenszyklus eines Gebäudes ein Vielfaches der Erstellungskosten erreichen können. Durch den normativen Charakter der SIA-Empfehlung wird diese qualitative Aussage zum Stand der Technik erhoben, ohne Angaben zur Grundlage dieser Aussage machen zu müssen.
3
Bild 15 zeigt die Lebenszykluskosten eines Bürogebäudes in Zürich als Summe der Baukosten und der kumulierten Nutzungskosten ohne Zinsen (Ausgaben).
4.5
Datenlage zur Ermittlung der Lebenszykluskosten von Gebäuden
39
Bild 15: Cash-out-Betrachtung: Die Lebenszykluskosten eines normalen Bürogebäudes in Zürich als Summe der Baukosten und der kumulierten Nutzungskosten (ohne Zinsen) [82].
Bild 16: Qualitativer Verlauf der Lebenszykluskosten für Büro- und Verwaltungsgebäude im Vergleich der angegebenen Quellen.
Resümee Bild 16 ordnet die Aussagen der analysierten Quellen im zeitlichen Verlauf des Lebenszyklus von Gebäuden. Insgesamt muss festgestellt werden, dass einerseits das Untersuchungsobjekt der analysierten Studien und andererseits der Grad der wissenschaftlichen Güte der analysierten Studien zu unterschiedlich ist. Eine quantitative Aussage hinsichtlich
40
4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
des Verhältnisses von Investitionskosten zu Nutzungskosten im Lebenszyklus eines Gebäudes ist deshalb aus wissenschaftlich fundierter Sicht nicht möglich. Stattdessen erscheint nur eine qualitative Aussage möglich:
Die Nutzungskosten machen, verglichen mit den initialen Investitionskosten, einen wesentlichen Anteil der Lebenszykluskosten eines Gebäudes aus. Diese qualitative Aussage kann für den Zweck der vorliegenden Arbeit aus ausreichend angesehen werden und soll das Motiv zur Entwicklung eines Gestaltungskonzeptes für ein Lebenszyklusleistungsangebot im Hochbau stützen. Die Arbeit folgt damit der SIA-Empfehlung 112/1 [96], die mit ihrem normativen Charakter als Stand der Technik angenommen werden darf. Bereits bei GIRMSCHEID UND LUNZE wurde im hohen Anteil der Nutzungskosten an den Lebenszykluskosten der notwendige Paradigmawechsel hin zur Lebenszyklusbetrachtung von Gebäuden begründet [44].
4.6 Nutzungskosten von Bürogebäuden Die DIN 18960 gliedert die in der Nutzungsphase anfallenden Kosten in vier Nutzungskostengruppen (NKG):
x x x x
Kapitalkosten (NKG 100) Objektmanagementkosten (NKG 200) Betriebskosten (NKG 300) Instandsetzungskosten (NKG 400)
Auf der Basis des in Kapitel 4.3 vorgestellten Annuitätenmodells werden exemplarisch mit den Daten der beiden Studien
x Fallbeispiel Bürogebäude Zürich [82] x OSCAR 2008 [58] die Annuitätskosten von Büroimmobilien ermittelt. Als Betrachtungsperiode werden für beide Immobilien 36 Jahre festgelegt. Alle Ausgaben und die Zinsen für die Investitionen, akkumuliert auf den Endzeitpunkt, müssen identisch sein mit den akkumulierten Annuitäten bezogen auf den Endzeitpunkt. Zur Berechnung der Annuitäten muss man grundsätzlich folgende zwei Modelle und deren Unterschied beachten:
x Annuitätsmodell 1 – konstante Annuitätszahlungen pro Jahr (Bild 17), aber progressive Tilgung x Annuitätsmodell 2 – veränderliche Annuitätszahlungen, aber konstante Tilgungen (Bild 18)
4.6
Nutzungskosten von Bürogebäuden
41
K
Kapit
ten alkos
Z 36
Z 50
K 0Invest
K 50Invest
K 36Amor. K 0Invest
linea r
K Rest ,36
kan
Tilg kan
kan
progressive Tilgung/a
konstant
Bild 17: Annuitätenmodell 1 – konstante Annuitäten
Üblicherweise wird das Annuitätsmodell 1 angewendet. Dies hat zur Folge, dass die Abschreibung progressiv angesetzt wird bzw. sich mathematisch ergibt. Der Zinsanteil der Annuität ist am Beginn der Rückzahlungsperiode sehr gross und nimmt dann mit geringer werdender Restschuld sukzessive ab (Bild 17). Bei der veränderlichen Annuität wird eine konstante jährliche Tilgung vorgenommen, die mit einer linearen Abschreibung zu vergleichen ist. Da die Restschuld gleichmässig abnimmt, nimmt auch der Zinsanteil innerhalb der Annuität linear ab (Bild 18). Für eine grobe Annäherung der veränderlichen Annuitätszinsen wird ein mittlerer jährlicher Zins, z. B. bei der Berechnung der Zinskosten bei der linearen Abschreibung von Baugeräten angesetzt (Bild 19 und Bild 20).
42
4
K
Investition/Tilgung Tilg Rückzahlung kan
K
LC-Kostentreiber von Gebäuden
konstant / a
Invest 0
t0=0
tEnd=50
36
tEnd=50
t
Zinsen
kanZins k
Zins an
kanZins, j
kanZins, j n
t0=0
kan
t
Annuitäten
kan ,0 k
kan ,i
kan ,i n
Zins an
Tilg kan
t0=0
36
konstante Tilgung / a
36
tEnd=50
Bild 18: Annuitätenmodell 2 – veränderliche Annuitäten bei konstanter Tilgung
t
4.6
Nutzungskosten von Bürogebäuden
43
Tilg kan
K0
K0 2
t Ende 2
t Ende
Bild 19: Konstante Tilgung der Investition
kan
kanZins,i
kanZins, m
mittlere Zinskostenannuität / a
kanZins, m Tilg kan
Tilg kan
t Ende 2
t Ende
Bild 20: Annuitäten – Zinsverlauf bei konstanter Tilgung
Der mittlere jährliche Zins (Bild 20) basiert auf dem halben konstanten Kapitalwert über die Abschreibungszeit: kanZins, m
§ K0 · § p · ¨ ¸¨ ¸ © 2 ¹ © 100 ¹
Bürogebäude Zürich [82] Die Annuitätsanalyse wird für die folgenden zwei Varianten durchgeführt:
x Variante 1 – Gebäude wird nach 50 Jahren abgerissen x Variante 2 – Gebäude wird unbegrenzt genutzt, d. h. regelmässig erneuert.
44
4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
Bei beiden Varianten wird eine Betrachtungsdauer von 36 Jahren angenommen. Da bei Variante 1 das Gebäude eine Lebensdauer von 50 Jahren hat, ist die Betrachtungsdauer willkürlich, da die Annuitäten über die 50 Jahre konstant sind und somit den gleichen Wert wie z. B. bei einer Betrachtung über 36 Jahre ergeben. Variante 1 – Gebäude wird nach 50 Jahren abgerissen Die Betrachtungsweise in Variante 1 geht davon aus, dass die Nutzeranforderungen sich innerhalb von 50 Jahren so verändert haben, dass das Gebäude abgerissen werden muss. Auch eine umfassende Umrüstung erfordert möglicherweise eine komplette Abschreibung aller Werte, obwohl nicht alle Werte ihre maximale Nutzungsdauer erreicht haben (Bild 22 und Bild 24). Jedoch erzielen solche Anlagenteile gebraucht meist keinen Erlös. Daher müssen alle Gebäude- und Anlagenteile abgeschrieben werden, auch wenn sie, z. B. nach einer Erneuerungsmassnahme, ihre maximale Nutzungsdauer noch nicht erreicht haben. In Bild 22 und Bild 24 sind zwei unterschiedliche Systemabgrenzungen zur Bestimmung der Annuitäten – z. B. zur Bestimmung des jährlichen Mindest-NettoMietzinses – dargestellt, die sich wie folgt unterscheiden:
x Variante 1a – Teilsystemabschreibung: Bild 22 geht von der differenzierten Abschreibung der Gebäudeteil- und Anlagensysteme von Beginn an aus. Dies ist im Hinblick auf die generelle Systemund Teilsystembetrachtung die rational richtige Vorgehensweise. Diese Methode ist periodenwertverzehrgerecht, denn es muss derjenige zahlen, der den Wertverzehr nutzt. x Variante 1b – Initialsystemabschreibung Bild 24 zeigt eine weitere Variante der Systemabgrenzung. In Bild 24 werden die Initialinvestitionen unabhängig von der Nutzungsdauer der einzelnen Gebäudeteil- und Anlagensysteme über 50 Jahre pauschal abgeschrieben. Diese Methode ist nicht wertverzehrorientiert, sondern verteilt den Wertverzehr periodenunecht. Bei einer Endsystemabgrenzung mit Abriss des Gebäudes, wie sie in der Variante 1 vorgenommen wird, führt dies zu gleichen konstanten Annuitäten, weil diese immer aus den Endkapitalwerten ermittelt werden. Obwohl die Systemabgrenzung nach Instandsetzungs- und Erneuerungszyklen der Teilsysteme (Bild 24) identisch ist mit einer teilsystembezogenen Abschreibung und somit den Wertverzehr richtig abbildet, wird in der Baupraxis meist die gesamte Initialinvestition (Bild 22) über den Lebenszyklus (z. B. 50 Jahre) abgeschrieben. Dies spiegelt sich auch in der Kostengruppengliederung des BKI [8] oder der CRB [95] wieder. Im Folgenden wird auf der Basis des Bürogebäudes Zürich (Bild 21) die mathematische Vorgehensweise dargestellt und exemplarisch in den Beispielen zu Bild 22 und Bild 24 durchgerechnet.
4.6
Nutzungskosten von Bürogebäuden
45
Bild 21: LC-Cash-out – Bürogebäude Zürich [82].
Zugrundeliegende Annahmen Für das Bürogebäude werden die folgenden Annahmen hinsichtlich Investitionsund Erneuerungskosten sowie Nutzungszeiten für die Gebäudeteil- und Anlagensysteme getroffen: Gesamtinitialinvestition K0Gesamt
2.25 Mio. CHF
davon entfallen auf:
4
x Gebäudehülle (Dach und Fassade) sowie Heizungszentrale (GH + HZ) ca. 35 % der Bauwerkskosten: K 0GH+HZ 0.35 2.25 Mio. CHF 0.788 Mio. CHF GH+HZ Nutzungszeit: t Nutz
25 Jahre
x Liftanlage (LS) ca. 1 % der Bauwerkskosten: K 0LS 0.01 2.25 Mio. CHF 0.023 Mio. CHF LS Nutzungszeit: t Nutz
30 Jahre
x Klimaanlage sowie Storensteuerung (KA + SS) ca. 5 % der Bauwerkskosten: K 0KA+SS 0.05 2.25 Mio. CHF 0.113 Mio. CHF
4
Die Ermittlung der jeweiligen Kostenanteile erfolgt auf Basis der der statistischen Kostenkennwerte für Gebäude des BKI Baukosteninformationszentrums Stuttgart [8]. Angenommen wurde ein Bürogebäude mit hohem Standard.
46
4 KA+SS Nutzungszeit: t Nutz
LC-Kostentreiber von Gebäuden
36 Jahre
x Übrige Bauwerkskosten insbesondere Tragstruktur (TS): K 0TS 2.25 0.788 0.023 0.113 Mio. CHF 1.326 Mio. CHF TS Nutzungszeit: t Nutz
50 Jahre
Am Ende der jeweiligen Nutzungszeit fallen Sanierungsmassnahmen mit den folgenden Kosten an. Diese unterscheiden sich teilweise signifikant von den initialen Teilsysteminvestitionen durch komplexe Systemanforderungen z. B. im Rahmen der Erneuerung der Klimaanlage und der Lifte. GH&HZ K 25
K 30LS
0.95 Mio. CHF
0.2 Mio. CHF
K 36KA&SS
1.1 Mio. CHF
Als Abrisskosten werden ca. 10 % der initialen Investitionskosten angenommen: K 50Abriss
0.1 2.25
0.225 Mio. CHF
Als kalkulatorischer Zinssatz für die Diskontierung der Zahlungsströme wird der Schweizer Immobilien Index für Büroimmobilien für das Jahr 2007 angenommen. Er berücksichtigt die Verzinsung des im Büroimmobilienbestand gebundenen Kapitals (total return) von institutionellen Investoren. Der Schweizer Immobilien Index für Büroimmobilien 2007 beträgt 6.9 % [78]. Damit ergibt sich der Diskontierungsfaktor DF [34] zu: DF
(1 q) 1 0.069 1.069
Annuitätenberechnung i Die Annuitäten werden aus dem Endkapitalwert K End wie folgt ermittelt:
k
i an
K
ki :
i End
1 1 p 100
p 100
i
Annuität für das Gebäude- bzw. Anlagenteil i [CHF / a ] i
^i i
TS - Tragstruktur i
i
LS - Liftanlage i
GH&HZ - Gebäudehülle & Heizzentrale KA&SS - Klimaanlage & Sorensteuerung`
4.6
Nutzungskosten von Bürogebäuden
47
i K End : Endkapitalwert am Ende der Nutzungszeit für das Gebäude- bzw. bzw. Anlagenteil i [CHF ]
i K End
l: n: K 0i : K li :
p K 0i 1 100
n
m l n
¦ K 1 i l
p 100
m l
l 1l
Erneuerungszeitpunkt des Gebäude- bzw. Anlagenteils bzw. Nutzungszeit Gesamtnutzungszeit des Gebäudes (Lebenszeit) Kapitalwert der initialen Investition für das Gebäude- bzw. Anlagenteil i [CHF ] Kapitalwert der Erneuerungsinvestition zum Zeitpunkt der Erneuerung für das Gebäude- bzw. Anlagenteil i [CHF ]
Beispielrechnung Variante 1a – Teilsystemabschreibung Die differenzierte Teilsystemabschreibung der Initialinvestition nach ihren Erneuerungszyklen ist periodenrichtig und somit wertverzehrgerecht. Die Berechung der Gesamtannuität erfolgt in Anlehnung an Bild 22.
K LS
k GH+HZ
k
GH+HZ an
TS kan
TS kan
0
0
Fortsetzung nächste Seite
GH+HZ K Rest
TS K Rest
K 0Invest, GH+HZ
GH+HZ K 25 Z
GH+HZ K End
4
K GH+HZ
k TS
K TS
K Invest
48 LC-Kostentreiber von Gebäuden
Bild 22: Variante 1a – Gebäude wird nach 50 Jahren abgerissen, mit Teilsystemabgrenzung
k Abriss
K Abriss
k KA+SS
K KA+SS
kanLS
K LS
kanLS
kanAbriss
kanAbriss
kanKA+SS
kanLS
KA+SS K Rest
LS K Rest
0
0
kanLS
kanKA+SS
kanKA+SS
kanLS
KA+SS K End 50
LS K End 50
KA+SS K End
LS K End
4.6 Nutzungskosten von Bürogebäuden 49
Bild 22: Variante 1a – Gebäude wird nach 50 Jahren abgerissen, mit Teilsystemabgrenzung (Forts.)
50
4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
Berechnung der Gesamtkapitalkosten am Ende der Gebäudenutzungszeit (Bild 22): TS K 50
K 50GH+HZ
p K 0TS 1 100
50
1.326 1.06950
p K 0GH+HZ 1 100
25
p GH+HZ K 25 1 100
0.788 1.06925 0.95 1.069 25 K 50LS
p K 0LS 1 100
30
p K 30LS 1 100
p K 0KA+SS 1 100
36
25
20
0.930 Mio. CHF
p K 30KA+SS 1 100
0.113 1.06936 1.1 1.06914 K 50Abriss
9.215 Mio. CHF
0.023 1.06930 0.2 1.069 20 K 50KA+SS
37.2760 Mio. CHF
14
4.048 Mio. CHF
0.225 Mio. CHF
Berechnung der Investitions-, Erneuerungs- und Abrissannuitäten nach Bild 22: TS kan
GH+HZ kan
k anLS
TS K 50
p 100
1 p 100
K 50GH+HZ K 50LS
50
37.2760
1
p 100
1 p 100
50
1
p 100
1 p 100
kanKA+SS
K 50KA+SS
kanAbriss
K 50Abriss
50
1
1 p 100
50
1
p 100
1 p 100
50
1
9.215
0.930
p 100
0.069 1.06950 1 0.069 1.06950 1
0.069 1.06950 1
0.0235 Mio. CHF/a
0.0024 Mio. CHF/a
0.069 1.06950 1
0.0103 Mio. CHF/a
0.069 1.06950 1
0.0006 Mio. CHF/a
4.048
0.225
0.0949 Mio. CHF/a
Investitions-, Erneuerungs- und Abrissannuität: kanKG100+400
TS GH+HZ kan kan kanLS kanKA+SS kanAbriss
0.1317 Mio. CHF/a
Berechnung der laufenden Kostenannuitäten des Betriebs:
4.6
Nutzungskosten von Bürogebäuden
51
Für die periodischen Kosten der Nutzungskostengruppen NKG 200 (Verwaltung) und NKG 300 (Betriebs-, Unterhalt- und Instandhaltungskosten) fallen die Zeitpunkte des Anfalls der Einnahmen und Ausgaben zusammen. Eine Diskontierung ist deshalb nicht notwendig. Diese periodischen Kosten fliessen direkt in die Annuität ein. kanKG200
0.64 Mio. CHF 36
kanKG300
(1.29 0.64) Mio. CHF 36
0.0178 Mio. CHF/a
0.0536 Mio. CHF/a
Die totalen Annuitäten entsprechend den Kostengruppen (KG) sind wie folgt: kanKG100+400
0.1317 Mio. CHF/a 65%
k
KG200 an
0.0178 Mio. CHF/a 9%
k
KG300 an
0.0536 Mio. CHF/a 26%
Gesamt kan
0.2031 Mio. CHF/a 100%
Der Mindest-Mietzins ist in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1: Mindest-Gebäudemiete Mindest-Nettomiete [Mio. CHF]
Mindest-Bruttomiete [Mio. CHF]
jährlich
0.1317
0.2031
monatlich
0.0110
0.0169
Die Zusammensetzung der Gesamtannuitäten entsprechend den Kostengruppen (KG) ist in Bild 23 dargestellt.
52
4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
NKG 100 + 400 Kapital- & Instandsetzungskosten
26%
NKG 200 Objektmanagementkosten 9%
65%
NKG 300 Betriebskosten
Bild 23: Variante 1a – Zusammensetzung der Gesamtannuitäten nach Kostengruppen (KG)
Beispielrechnung Variante 1b – Initialsystemabschreibung Bei der undifferenzierten, ganzheitlichen Initialsystemabschreibung über eine globale Abschreibungszeit verteilt sich die Abschreibung einzelner Teilsysteme und Module eines Gebäudes. Damit ist die Abschreibung und Verzinsung nicht perioden- und wertverzehrgerecht. Trotzdem soll sie hier vorgestellt werden, weil sie im Rahmen des Facility Managements und in Abschreibungshandbüchern so verwendet wird. Diese Methode ist aber aus betriebs- und finanzwirtschaftlicher Sicht nicht über alle Zweifel erhaben. Die Berechung der Gesamtannuität erfolgt in Anlehnung an Bild 24.
4.6
Nutzungskosten von Bürogebäuden
53
K Invest
K Invest
K 0Init K 50Init
kanInit
kanInit
K 50Init 50
K GH+HZ GH+HZ kan
GH+HZ K 25
K 50GH+HZ
GH+HZ kan GH+HZ kan
K 50GH+HZ 50
K LS K LS Bild 24: Variante 1b – Gebäude wird nach 50 Jahren abgerissen, mit Initialsystemabschreibung
54
4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
K LS K 50LS
K 30LS
kanLS kanLS
kanLS
K 50LS 50
K KA+SS
K 36KA+SS
kanKA+SS
K 50KA+SS
kanKA+SS
kanKA+SS
K50KA+SS 50
K Abriss
K 50Abriss kanAbriss kanAbriss
Bild 24: Variante 1b – Gebäude wird nach 50 Jahren abgerissen, mit Initialsystemabschreibung (Forts.)
Berechnung der Gesamtkapitalkosten am Ende der Gebäudenutzungszeit (Bild 24):
4.6
Nutzungskosten von Bürogebäuden
K 50Init K 50GH+HZ K 50LS K 50KA+SS K 50Abriss
p K 0Init 1 100
50
2.25 1.06950
p GH+HZ 1 100 K 25
p K 30LS 1 100
(50 25)
(50 30)
p K 36KA+SS 1 100
55
63.2511 Mio. CHF
0.95 1.069 25
0.2 1.069 20
(50 36)
1.1 1.06914
5.0369 Mio. CHF
0.7596 Mio. CHF 2.7995 Mio. CHF
0.225 Mio. CHF
Berechnung der Investitions- und Abrissannuitäten nach Bild 24: kanInit
K 50Init
p 100
1 p 100
50
1
p 100
kanAbriss
K 50Abriss
kanKG100
kanInit kanAbriss
1 p 100
50
0.069 1.06950 1
0.1610 Mio. CHF/a
0.069 1.06950 1
0.0006 Mio. CHF/a
63.2511
0.225
1
0.1616 Mio. CHF/a
Berechnung der Erneuerungsannuitäten nach Bild 24: GH+HZ kan
kanLS
K 50GH+HZ K 50LS
p 100
1 p 100
50
1
p 100
1 p 100
50
1
0.7596
p 100
kanKA+SS
K 50KA+SS
kanKG400
GH+HZ kan kanLS kanKA+SS
1 p 100
50
5.0369
1
0.069 1.06950 1
0.069 1.06950 1
2.7995
0.0128 Mio. CHF/a
0.0019 Mio. CHF/a
0.069 1.06950 1
0.0071 Mio. CHF/a
0.0218 Mio. CHF/a
Berechnung der laufenden Kostenannuitäten des Betriebs:
56
4
kanKG200 kanKG300
LC-Kostentreiber von Gebäuden
0.64 Mio. CHF 0.0178 Mio. CHF/a 36 (1.29 0.64) Mio. CHF 0.0536 Mio. CHF/a 36
Die totalen Annuitäten entsprechend den Kostengruppen (KG) sind wie folgt: kanKG100
0.1616 Mio. CHF/a 63%
k
KG200 an
0.0178 Mio. CHF/a 7%
k
KG300 an
0.0536 Mio. CHF/a 21%
k
KG400 an
0.0218 Mio. CHF/a 9%
Gesamt kan
0.2548 Mio. CHF/a 100%
Der Mindest-Mietzins ist in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2: Mindest-Gebäudemiete Mindest-Nettomiete [Mio. CHF]
Mindest-Bruttomiete [Mio. CHF]
jährlich
0.1834
0.2548
monatlich
0.0153
0.0212
Die Zusammensetzung der Gesamtannuitäten entsprechend den Kostengruppen (KG) ist in Bild 25 dargestellt.
9% NKG 100 Kapitalkosten 21% 7%
NKG 200 Objektmanagementkosten 63%
NKG 300 Betriebskosten NKG 400 Instandsetzungskosten
Bild 25: Variante 1b – Zusammensetzung der Gesamtannuitäten nach Kostengruppen
Variante 2 – Gebäude wird unbegrenzt genutzt, d. h. regelmässig erneuert Die Betrachtungsweise in Variante 2 geht davon aus, dass das Gebäude langfristig umnutzungsfähig bleibt und die Umnutzung oder Nutzungsanpassung mit den Er-
4.6
Nutzungskosten von Bürogebäuden
57
neuerungszyklen der Gebäude- und Anlagenteile zusammenfällt. In solchen Fällen betrachtet man einen Investitionszyklus z. B. von 36 Jahren. In diesem Fall der „unbegrenzten“ Nutzung werden die Abschreibungen und damit die Annuitäten auf den Gebrauchszyklus der baulichen Anlagenteile ausgelegt (Bild 28), um z. B. den jährlichen Mindest-Netto-Mietzins zu ermitteln. Zum Endzeitpunkt des betrachteten „Investitionszyklus“ haben die Gebäudeund Anlagenteile einen Restwert, da das Gebäude weiter genutzt wird. Zur zeitlichen und kostenmässigen Systemabgrenzung der Investitionen und deren Amortisation muss der Restwert des Gebäudes mit den unterschiedlichen Restwerten der Gebäude- und Anlagenteile berücksichtigt werden. Die Ermittlung des Restwertes erfolgt nach Bild 26 oder nach Bild 27. Dabei muss beachtet werden, ob eine lineare oder progressive Abschreibung gewählt wird. Wenn mit konstanten Annuitäten gerechnet wird, ist die Tilgung und damit die Abschreibung progressiv (Bild 17), bei linearer Tilgung bzw. Abschreibung ist die Annuität jedoch nicht konstant (Bild 18). kan
Annuitäten
kan
Annuität
Tilg kan ,t
konstant
progressiv Tilgung
Zinsen t0
K Invest
kanZins,t
tB
tEnd
t
Wert pro K Rest ,tB Tilg kan ,t
progressiv
t n
Tilg K 0Invest ¦ kan ,t t 1
Kapital/Wert pro K Rest
t
t0
tB
tEnd
Betrachtungszeitraum
Bild 26: Restwertbestimmung mit progressiver Abschreibung und konstanten Annuitäten
58
4
K Invest
LC-Kostentreiber von Gebäuden
lin K Rest , tB Tilg kan ,t
konstant
t n
Tilg K 0Invest ¦ k an ,t t 1
Tilg K 0Invest n kan , konst
lin K Rest
kan
k an
Annuität
veränderlich
kanZins,t Tilg kan ,t
konstant
Bild 27: Restwertbestimmung mit linearer Abschreibung und veränderlichen Annuitäten
In einem System mit zeitlich quasi unendlichen Systemgrenzen sollten, wenn konstante Annuitäten erzielt werden sollen, bereits von Anfang an die Gebäudeteilund Anlagensysteme getrennt nach ihren Nutzungsperioden (Bild 28) analysiert werden. Wenn die Initialinvestition des Gebäudes pauschal ohne Differenzierung nach Gebäudeteil- und Anlagensystemen abgeschrieben wird, führt das zu Sprüngen in den Annuitäten im Lebenszyklus des Gebäudes (Bild 30). Zugrunde liegende Annahmen Für das Bürogebäude (Bild 21) werden die folgenden Annahmen hinsichtlich Investitions- und Erneuerungskosten sowie Nutzungszeiten für die Gebäudeteil- und Anlagensysteme getroffen: Gesamtinitialinvestition K 0Gesamt 2.25 Mio. CHF
davon entfallen auf:5 x Gebäudehülle (Dach und Fassade) sowie Heizungszentrale (GH + HZ) ca. 35 % der Bauwerkskosten: K 0GH+HZ 0.35 2.25 Mio. CHF 0.788 Mio. CHF GH+HZ Nutzungszeit: t Nutz
5
25 Jahre
Die Ermittlung der jeweiligen Kostenanteile erfolgt auf Basis der der statistischen Kostenkennwerte für Gebäude des BKI Baukosteninformationszentrums Stuttgart [8]. Angenommen wurde ein Bürogebäude mit hohem Standard.
4.6
Nutzungskosten von Bürogebäuden
59
x Liftanlage (LS) ca. 1 % der Bauwerkskosten: K 0LS 0.01 2.25 Mio. CHF 0.023 Mio. CHF LS Nutzungszeit: t Nutz 30 Jahre x Klimaanlage sowie Storensteuerung (KA + SS) ca. 5 % der Bauwerkskosten: K 0KA+SS 0.05 2.25 Mio. CHF 0.113 Mio. CHF KA+SS 36 Jahre Nutzungszeit: t Nutz x Übrige Bauwerkskosten insbesondere Tragstruktur (TS): K 0TS 2.25 0.788 0.023 0.113 Mio. CHF 1.326 Mio. CHF TS Nutzungszeit: t Nutz
50 Jahre
Am Ende der jeweiligen Nutzungszeit fallen Sanierungsmassnahmen mit den folgenden Kosten an: GH&HZ K 25
K K
LS 30
KA&SS 36
0.95 Mio. CHF 0.2 Mio. CHF 1.1 Mio. CHF
Als kalkulatorischer Zinssatz für die Diskontierung der Zahlungsströme wird der Schweizer Immobilien Index für Büroimmobilien für das Jahr 2007 angenommen. Er berücksichtigt die Verzinsung des im Büroimmobilienbestand gebundenen Kapitals (total return) von institutionellen Investoren. Der Schweizer Immobilien Index für Büroimmobilien 2007 beträgt 6.9 % [78]. Damit ergibt sich der Diskontierungsfaktor DF [34] zu: DF
(1 q ) 1 0.069 1.069
Beispielrechnung Variante 2a – Teilsystemabschreibung In Bild 28 ist die Annuitätsanalyse für die Variante 2a, d. h. unbegrenzte Nutzung bzw. regelmässige Erneuerung mit Teilsystemabschreibung getrennt nach Nutzungsdauern dargestellt. Bei der differenzierten Teilsystemabschreibung der Initialinvestition nach ihren Erneuerungszyklen werden die Gebäude und Anlagenteile des Gebäudes wertverzehrgerecht amortisiert und in der Nettomiete berücksichtigt. Diese Methode der Abschreibung und Amortisation ist aus betriebswirtschaftlicher Sicht die objektivste Vorgehensweise. Denn es muss derjenige Nutzer zahlen, der den jeweiligen Wertverzehr verursacht. Dabei werden neben der Abschreibung auch die Zinsen berücksichtigt.
60
4
K
LC-Kostentreiber von Gebäuden
Investitionen Neubau + Erneuerungen KA + SS LS GH + HZ TS
t=0
10
20
25
30
50
t
36
50
t
36
50
t
36
50
t
36
50
36 40
Betrachtungszeitraum K
TS
Investition TS
TS K Rest
TS K Invest
TS kan
Annuitäten TS
TS kan
K GH+HZ Investition GH + HZ GH+HZ K Invest
GH+HZ K Invest GH+HZ kan Annuität GH + HZ
25
GH+HZ K Rest
GH+HZ kan
25 K LS Investition LS
t
Fortsetzung nächste Seite
Bild 28: Variante 2a – Gebäude wird „unbegrenzt“ genutzt, d. h. regelmässig erneuert
4.6
Nutzungskosten von Bürogebäuden
61
K LS
LS
LS K Invest
LS K Invest
LS K Rest
kanLS kanLS
K KA+SS
KA+SS K Invest
KA + SS
KA+SS K Invest
kanKA+SS
KA + SS
kanKA+SS
Gesamt K Rest, 36
TS GH+HZ LS KA+SS K Rest K Rest K Rest K Rest
Bild 28: Variante 2a – Gebäude wird „unbegrenzt“ genutzt, d. h. regelmässig erneuert (Forts.)
62
4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
Berechnung der Gesamtkapitalkosten am Ende des jeweiligen Nutzungszyklus (Bild 28): TS K 50
K 50GH+HZ K 60LS K 72KA+SS
p K 0TS 1 100
50
1.326 1.06950
p GH+HZ 1 100 K 25
p K 30LS 1 100
25
30
37.2760 Mio. CHF
0.95 1.06925
0.2 1.06930
p K 36KA+SS 1 100
36
5.0369 Mio. CHF
1.4803 Mio. CHF
1.1 1.06936
12.1504 Mio. CHF
Berechnung der Investitions-, Erneuerungsannuitäten nach Bild 28: TS kan
GH+HZ kan
kanLS kanKA+SS
kanKG100+400
TS K 50
p 100
1 p 100
K 50GH+HZ K 60LS
50
37.2760
1
p 100
p 100
1
25
1
p 100
1
K 72KA+SS
p 100
30
1
1 p 100
36
5.0369
1.4803
p 100
1
0.069 1.06950 1 0.069 1.06925 1
0.069 1.06930 1
12.1504
TS GH+HZ kan kan kanLS kanKA+SS
0.0949 Mio. CHF/a
0.0808 Mio. CHF/a
0.0160 Mio. CHF/a
0.069 1.06936 1
0.0835 Mio. CHF/a
0.2752 Mio. CHF/a
Berechnung der Restwerte nach 36 Jahren:
4.6
K
Nutzungskosten von Bürogebäuden
TS Rest,36
K
TS 0
1
p 100
36
k
TS an
1 p 100
GH+HZ K Rest,36
GH+HZ 1 K 25
(36 25)
K
K
LS 30
1
p 100
(36 30)
k
1
1.06936 1 0.069
GH+HZ kan
0.95 1.06911 0.0808 LS Rest,36
36
p 100
1.326 1.06936 0.0949 p 100
63
1 p 100
1 p 100
0 bzw. K 36KA+SS
1
0.7106 Mio. CHF
(36 30)
1
p 100
1.0696 1 0.069 1.1 Mio. CHF
0.2 1.0696 0.0160 KA+SS K Rest,36
(36 25)
p 100
1.06911 1 0.069
LS an
0.8301 Mio. CHF
0.1843 Mio. CHF
Summe Restwert nach 36 Jahren: Gesamt K Rest,36
TS GH+HZ LS KA+SS K Rest,36 K Rest,36 K Rest,36 K Rest,36
0.8301 0.7106 0.1843 0 1.725 Mio. CHF
Der Restwert repräsentiert den Wert, der nach der willkürlich gewählten Betrachtungsperiode noch bis zum Nutzungsendzeitpunkt durch die verbleibenden Annuitäten eingenommen bzw. abgeschrieben werden muss. Die Annuitäten sind somit bis zum Nutzungsende des Gebäudes bzw. der Gebäude- und Anlagenteile konstant und unabhängig vom verbleibenden Restwert der Infrastruktur zum Betrachtungszeitpunkt zu leisten. Daher muss der Restwert bei der Betrachtung berücksichtigt werden. Jedoch hat bei den Annuitäten der Restwert keine betragsmässige, sondern nur eine zeitliche Wirkung, da die Annuitäten bis zum Nutzungsendzeitpunkt geleistet werden müssen. Laufende Kostenannuitäten des Betriebs: kanKG200 kanKG300
0.64 Mio. CHF 0.0178 Mio. CHF/a 36 (1.29 0.64) Mio. CHF 0.0536 Mio. CHF/a 36
Die totalen Annuitäten entsprechend den Kostengruppen (KG) sind wie folgt:
64
4
kanKG100+400
0.2752 Mio. CHF/a 79%
k
KG200 an
0.0178 Mio. CHF/a 5%
k
KG300 an
0.0536 Mio. CHF/a 16%
Gesamt kan
LC-Kostentreiber von Gebäuden
0.3466 Mio. CHF/a 100%
Der Mindest-Mietzins ist in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3: Mindest-Gebäudemiete Mindest-Nettomiete [Mio. CHF]
Mindest-Bruttomiete [Mio. CHF]
jährlich
0.2752
0.3466
monatlich
0.0229
0.0289
Die Zusammensetzung der Gesamtannuitäten entsprechend den Kostengruppen (KG) ist in Bild 29 dargestellt.
5%
15%
NKG 100 + 400 Kapital- & Instandsetzungskosten NKG 200 Objektmanagementkosten
79%
NKG 300 Betriebskosten
Bild 29: Variante 2a – Zusammensetzung der Gesamtannuitäten nach Kostengruppen (KG)
Beispielrechnung Variante 2b Initialsystemabschreibung In Bild 30 ist die Annuitätsanalyse für die Variante 2b, d. h. unbegrenzte Nutzung bzw. regelmässige Erneuerung mit Initialsystemabschreibung dargestellt. Bei der undifferenzierten, ganzheitlichen Initialsystemabschreibung über eine globale Abschreibungszeit (z. B. 50 Jahre) verteilt sich die Abschreibung der einzelnen Teilsysteme und Module des Gebäudes über eine Gesamtzeit. Dabei wird nicht berücksichtigt, dass einzelne Gebäudeteilsysteme oder Module (z. B. Heizung / Fassade etc.) wesentlich früher erneuert werden müssen. Trotz früherer Instandsetzung und Erneuerung wird die Initialinvestition, in der die Teilsysteme und Module mit früheren Reinvestitionen (z. B. nach 20 Jahren) enthalten sind, über eine längere Komplexperiode (z. B. 50 Jahre) abgeschrieben. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass einige der Teilsysteme und Module zum Zeitpunkt ihrer Erneuerung nicht abgeschrieben sind. Das heisst, das
4.6
Nutzungskosten von Bürogebäuden
65
Investitionskapital ist noch nicht amortisiert. Wird auf dieser Basis die NettoMiete errechnet, ist diese zu gering für die Amortisation gewisser Teilsystem der Gebäude. Wird der Komplexabschreibungszeitpunkt wesentlich verringert, so tritt der umgekehrte Effekt ein. Der Mieter bezahlt eine zu hohe Netto-Miete. Bezüglich der Ermittlung der Annuitäten wird die Variante 2b weiter untergliedert in die folgenden Annuitätenvarianten: x Variante 2b-1: In dieser Variante werden die Annuitäten der Erneuerungsinvestitionen erst ab Anfall der Erneuerung auf die zukünftige Nutzungszeit verteilt (somit ändert sich jeweils die Nettomiete). Diese Methode ist wertverzehrgerechter aber noch mit der Ungenauigkeit der verschmierten Abschreibung aller Anlagenteile über eine Gesamtperiode (z. B. 50 Jahre) behaftet. x Variante 2b-2: In dieser Variante werden die Annuitäten der ersten Erneuerungsinvestition schon im Voraus mit dem Zeitpunkt t=0 vorauseilend erhoben. Diese Methode belastet den ersten Mieter schon im Voraus, ohne dass er definitiv in den Genuss der ersten Erneuerungsphase kommt. Normalerweise sollten die Annuitäten wertverzehrgerecht in der Miete erhoben werden. Diese Methode ist somit nicht geeignet.
66
4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
K 0Init
K 0Init
Init K End
50
kanInit kanInit
TS kan
K GH+HZ GH+HZ K End=50 GH+HZ kan ,50
K
GH+HZ K Rest,36
GH+HZ 25
GH+HZ kan ,25
GH+HZ kan
GH+HZ kan ,25
GH+HZ kan
GH+HZ kan ,25
GH+HZ kan ,50
K LS
kanLS,60
kanLS
K30LS
LS K Rest,36
kanLS,30
LS K End
kanLS,30
Fortsetzung nächste Seite
Bild 30: Variante 2b – Gebäude wird erneuert und weiter genutzt, mit Initialsystemabschreibung
4.6
Nutzungskosten von Bürogebäuden
67 ,
an ,60
kanLS
kanLS,30
kanLS
kanLS,30
kanLS,60
K KA+SS
kanKA+SS ,72
K 36KA+SS
kanKA+SS ,36
kanKA+SS kanKA+SS ,36
kanKA+SS
kanKA+SS ,36
kanKA+SS ,72
Gesamt K Rest,36
n
¦K
i Rest,36
i 1
kan,Rest,36
Gesamt K Rest,50
n
¦K
i Rest,50
i 1
Gesamt K Rest,36
n
¦K
i Rest,36
i 1
Bild 30: Variante 2b – Gebäude wird erneuert und weiter genutzt, mit Initialsystemabschreibung (Forts.)
68
4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
Berechnung der Gesamtkapitalkosten am Ende des jeweiligen Nutzungszyklus (Bild 30):
1
p K 0Init 1 100
K 50Init. TS K100
TS K 50
50
50
p 100
1
K 50GH+HZ
p GH+HZ K 25 1 100
GH+HZ K 75
K 50GH+HZ
p 100
1
K 60LS
p K 30LS 1 100
K 90LS
K 60LS
p 100
2.25 1.06950
63.2511 Mio. CHF
1.326 1.06950
37.2760 Mio. CHF
25
25
30
30
p K 36KA+SS 1 100
KA+SS K108
K 72KA+SS
0.95 1.06925
5.0369 Mio. CHF
1.4803 Mio. CHF
0.2 1.06930
1.4803 Mio. CHF
36
p 100
5.0369 Mio. CHF
0.2 1.06930
36
1
K 72KA+SS
0.95 1.06925
1.1 1.06936
12.1504 Mio. CHF
1.1 1.06936
12.1504 Mio. CHF
Berechnung der Investitions- und Erneuerungsannuitäten nach Bild 28: Initialinvestition / Tragstruktur: x Jahr 1 – Jahr 50 kanInit.,50
K 50Init.
p 100
1
p 100
50
1
0.069 1.06950 1
0.1610 Mio. CHF/a
0.069 1.06950 1
0.0949 Mio. CHF/a
63.2511
x ab Jahr 50: TS kan ,50
TS K100
p 100
1 p 100
50
1
37.2760
GH + HZ: x Variante 2b-1: –
Jahr 25 – Jahr 50 GH+HZ kan ,25
K 50GH+HZ
p 100
1
p 100
25
1
5.0369
0.069 1.06925 1
0.0808 Mio. CHF/a
4.6
Nutzungskosten von Bürogebäuden
–
69
ab Jahr 50: GH+HZ kan ,25
K 75GH+HZ
p 100
1 p 100
25
1
5.0369
0.069 1.06925 1
0.0808 Mio. CHF/a
5.0369
0.069 1.06950 1
0.0128 Mio. CHF/a
5.0369
0.069 1.06925 1
0.0808 Mio. CHF/a
x Variante 2b-2 –
Jahr 1 – Jahr 50: GH+HZ kan ,50
–
K 50GH+HZ
p 100
1 p 100
50
1
ab Jahr 50: GH+HZ kan ,25
GH+HZ K 75
p 100
1 p 100
25
1
LS x Variante 2b-1 –
Jahr 30 – Jahr 60 kanLS,30
–
K 60LS
p 100
1 p 100
30
1
1.4803
0.069 1.06930 1
0.0160 Mio. CHF/a
1.4803
0.069 1.06930 1
0.0160 Mio. CHF/a
1.4803
0.069 1.06960 1
0.0019 Mio. CHF/a
1.4803
0.069 1.06930 1
0.0160 Mio. CHF/a
ab Jahr 60 kanLS,30
K 90LS
p 100
1 p 100
30
1
x Variante 2b-2 –
Jahr 1 Jahr 60 kanLS,60
–
K 60LS
p 100
1 p 100
60
1
ab Jahr 60 kanLS,30
K 90LS
KA + SS x Variante 2b-1
p 100
1 p 100
30
1
70
4
–
LC-Kostentreiber von Gebäuden
Jahr 36 – Jahr 72 kanKA+SS ,36
–
K 72KA+SS
p 100
1 p 100
36
1
12.1504
0.069 1.06936 1
0.0835 Mio. CHF/a
12.1504
0.069 1.06936 1
0.0835 Mio. CHF/a
12.1504
0.069 1.06972 1
0.0069 Mio. CHF/a
12.1504
0.069 1.06936 1
0.0835 Mio. CHF/a
ab Jahr 72 kanKA+SS ,36
KA+SS K108
p 100
1 p 100
36
1
x Variante 2b-2 –
Jahr 1 – Jahr 72 kanKA+SS ,72
K 72KA+SS
p 100
1 p 100
72
1
ab Jahr 72
–
kanKA+SS ,36
KA+SS K108
p 100
1 p 100
36
1
Berechnung der Restwerte nach 36 Jahren: Initialinvestition / Tragstruktur
K
Init. Rest,36
K
Init. 0
1
p 100
36
k
Init. an,50
1
2.25 1.06936 0.1610
p 100
36
1
p 100
1.06936 1 1.4128 Mio. CHF 0.069
GH + HZ x Variante 2b-1: K
GH+HZ Rest,36
K
GH+HZ 25
1
p 100
(36 25)
k
0.95 1.06911 0.0808
GH+HZ an,25
1 p 100
(36 25)
1
p 100
1.06911 1 0.069
0.7106 Mio. CHF
x Variante 2b-2 K
GH+HZ Rest,36
K
GH+HZ 25
1
p 100
(36 25)
k
0.95 1.06911 0.0128
GH+HZ an,50
1
1.06936 1 0.069
p 100
(36)
1
p 100
0.1156 Mio. CHF
4.6
Nutzungskosten von Bürogebäuden
71
LS: x Variante 2b-1 LS K Rest,36
K 30LS 1
p 100
(36 30)
LS kan,30
0.2 1.0696 0.0160
1 p 100
(36 30)
1
p 100
1.0696 1 0.069
0.1843 Mio. CHF
x Variante 2b-2 K
LS Rest,36
K
LS 30
1
p 100
(36 30)
k
0.2 1.0696 0.0019
LS an,60
1 p 100
(36)
1
p 100
1.06936 1 0.069
0.0218 Mio. CHF
KA + SS: x Variante 2b-1
KA+SS K Rest,36
0 bzw. K 36KA+SS
1.1 Mio. CHF
Summe Restwert nach 36 Jahren: x Variante 2b-1 Gesamt K Rest,36
Init. GH+HZ LS KA+SS K Rest,36 K Rest,36 K Rest,36 K Rest,36
1.4128 0.7106 0.1843 0
2.3077 Mio. CHF
x Variante 2b-2 Gesamt K Rest,36
Init. GH+HZ LS KA+SS K Rest,36 K Rest,36 K Rest,36 K Rest,36
1.4128 0.1156 0.0218 0 1.5502 Mio. CHF
Bild 31 zeigt die Zusammensetzung der wertverzehrorientierten sowie der periodenverschmierten Investitions- und Erneuerungsannuitäten im Verlauf des Lebenszyklus.
72
4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
kan
kanKA+SS ,36 kanLS,30
GH+HZ kan ,25
kanKA+SS ,36 kanLS,30
GH+HZ kan ,25
kanInit,50.
TS kan ,50
kan kanKA+SS ,36 GH+HZ kan ,50
kanInit.,50
kanLS,60
kanKA+SS ,72
GH+HZ kanLS,60 kan ,25 k
KA+SS an ,72
kanLS,30
TS kan ,50
Bild 31: Variante 2b Initialsystemabschreibung – Vergleich des wertverzehrorientierten und des periodenverschmierten Annuitätenverlaufs
Die undifferenzierte, ganzheitliche Initialsystemabschreibung ist für eine periodengerechte, wertverzehrorientierte Annuitätenberechnung ungeeignet. Zudem würden sich in der Variante 2b-1 erhebliche Annuitätssprünge ergeben, obwohl einige Gebäude- und Anlagenteile noch nicht abgeschrieben sind, obwohl sie schon erneuert werden müssten. Die Variante 2b-2 stellt eine Glättung der Annuitäten dar. In der Variante 2b-2 sind einerseits einige initiale Gebäude- und Anlagenteile noch nicht abgeschrieben, obwohl sie erneuert wurden, andererseits werden die Annuitäten für die erste Erneuerung dieser Gebäude und Anlagenteile bereits auf den Beginn der Inbetriebnahme vorgezogen. Dadurch wird durch den periodenverschmierten Abschreibungseffekt der Variante 2b-2 die verzögerte Abschreibung in etwa ausgeglichen. Beide Methoden sind ungenau in der periodengerechten Wertverzehrbetrachtung, trotzdem werden sie in der Praxis angewendet. Büronebenkostenanalyse OSCAR 2008 [58] Bild 32 zeigt den Cashflow des Büroimmobilienportfolios der Büronebenkostenanalyse OSCAR 2008 [58] über einen Betrachtungszeitraum von 36 Jahren auf Basis der Analyse im Jahr 2008 bezogen auf einen Quadratmeter Büro-NettoGrundfläche.
4.6
Nutzungskosten von Bürogebäuden
73
Bild 32: LC-Cash-out – Bürogebäudeportfolio OSCAR 2008 (in Anlehnung an [58])
Bestimmung der Annuitäten Sowohl die Investitionsannuitäten für die initiale Investition (NKG 100) und die Ersatzinvestitionen zur Instandsetzung (NKG 400) als auch die laufenden Kostenannuitäten für Objektmanagement (NKG 200) und Betrieb, Wartung und Unterhalt (NKG 300) können direkt der Büronebenkostenanalyse [58] entnommen werden. Investitionsannuität
kanKG100
115.32
€ a m2
63%
Erneuerungsannuität kanKG400
5.28
€ a m2
3%
Laufende Kostenannuitäten kanKG200
5.16
kanKG300
56.16
€ a m2
3%
€ a m2
31%
Die Gesamtannuität beträgt: total kan
kanKG100 kanKG200 kanKG300 kanKG400
181.92
€ a m2
100% o 15 Monat€ m2
Bild 33 zeigt die Anteile der einzelnen Nutzungskosten an der Gesamtannuität.
74
4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
3% NKG 100 Kapitalkosten 31%
NKG 200 Objektmanagementkosten NKG 300 Betriebskosten
63%
NKG 400 Instandsetzungskosten
3%
Bild 33: Gesamtannuitätskosten (Vollkosten) – Bürogebäudeportfolio OSCAR 2008 (in Anlehnung an [58])
Der Investitionsannuität liegt die folgende initiale Investition zugrunde [58]:
K
Init. 0
k
KG100 an
1 1 p 100
50
50
p 100
1
115.32
p 100
1.06950 1 1.06950 0.069
1612 m€2
Der Gesamtkapitalwert der initialen Investition sowie der Gesamtannuitäten über eine Betrachtungsperiode von 36 Jahren beträgt:
K
Gesamt 36
K
Init. 0
1
p 100
36
400
¦k
1 p 100
1612 1.069 5.16
1.069
36
1
p 100
i 200
36
27502.2244
KGi an
36
0.069
1
56.16
1.069
36
0.069
1
5.28
1.069
36
1
0.069
€ m2
Gesamt Die Gesamtannuität auf Basis des Gesamtkapitalwertes K 36 beträgt:
Gesamt kan
K 36Gesamt
p 100
1
p 100
36
1
27502.2244
0.069
1.069
36
1
188.90
€ a m2
o 15 Monat€ m2
Die Gesamtannuitäten der Fallbeispiele Bürogebäude Zürich (Bild 25) und Bürogebäude OSCAR 2008 (Bild 33) beinhalten die Anteile zur Deckung der verschiedenen Nutzungskosten. Die Gesamtannuität dient zur periodischen Deckung der
4.6
Nutzungskosten von Bürogebäuden
75
aperiodischen Investitionen durch Abschreibungskosten und kalkulatorische Zinsen sowie der periodischen Ausgaben bzw. Kosten im Lebenszyklus eines Gebäudes. Diskussion der Ergebnisse der beiden Fallbeispiele In allen vier Nutzungskostengruppen lassen sich grundsätzlich Ansätze für die Bestandteile eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots finden:
x Kapitalkosten (NKG 100): Kapitalkosten beinhalten nach DIN 18960 insbesondere die kalkulatorische Abschreibung sowie die Verzinsung des zur Erstellung des Gebäudes investierten Kapitals. Die Investitionsannuitäten bilden die Kapitalkosten ab und beinhalten somit neben der kalkulatorischen Abschreibung auch die Kapitalverzinsung des investierten Kapitals. Gemäss der vorliegenden exemplarischen Auswertung ergeben die Investitionsannuitäten für Abschreibung und Verzinsung des investierten Kapitals (Kapitalkosten – NKG 100) einen Anteil von etwa 64 % bzw. 63 % bezogen auf die Vollkosten einer Büroimmobilie. Eine optimierende Einflussnahme auf die Kapitalkosten ist insbesondere über die Optimierung der Investitionskosten möglich. Der Optimierungsansatz, der bei den Investitionskosten ansetzt, entspricht grundsätzlich der Vorgehensweise in der traditionellen investitionskostenorientierten Projektabwicklung. Mehrinvestitionskosten zur Optimierung der Nutzungskosten verursachen einen kalkulatorischen Zusatzaufwand für Abschreibung und Zinsen. Beim dynamischen Vergleich verschiedener LC-Optimierungsvarianten mittels NPVoder Kosten-Barwert-Methode [34] ist zu beachten, dass die Mehraufwendungen für die Optimierungsmassnahmen inklusive der entsprechenden Verzinsung gleich oder geringer sein müssen als das Einsparpotential dieser Optimierungsmassnahme in der Nutzungsphase. Anders ausgedrückt ist eine Optimierungsvariante dann als wirtschaftlich sinnvoll zu betrachten, wenn der diskontierte Gegenwartswert des Einsparpotentials in der Nutzungsphase Einspar NPVǻNutzungskosten grösser ist, als die Mehrinvestition NPVǻMehrinvestition unter Berücksichtigung der im betrachteten Zeitraum anfallenden Kapitalzinsen. In Anlehnung an das NPV-Differenzaxiom von GIRMSCHEID [33] kann deshalb die notwendige Bedingung formuliert werden: Einspar NPVǻNutzungskosten NPVǻMehrinvestition ! 0
x Objektmanagementkosten (NKG 200): Objektmanagementkosten beinhalten nach DIN 18960 im Wesentlichen die Kosten für die technischen, kaufmännischen und infrastrukturellen Managementleistungen eines Gebäudes. Die exemplarische Auswertung der beiden Fallbeispiele ergibt eine geringe Diskrepanz in den jeweiligen Anteilen der Objektmanagementkosten an den Vollkosten der Büroimmobilien. So betragen die Objektmanagementkosten beim Fallbeispiel Bürogebäude Zürich 7 % und beim Fallbeispiel OSCAR 2008 3 % der Vollkosten. Mangels genauerer Angaben
76
4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
kann über den Grund nur spekuliert werden. Eine mögliche Begründung ist ein mit der Nutzung des Gebäudes erklärbarer erhöhter Verwaltungsaufwand. Beiden Beispielen gemeinsam ist, dass die Objektmanagementkosten einen insgesamt vergleichsweise geringen Anteil ausmachen. x Betriebskosten (NKG 300): Betriebskosten beinhalten nach DIN 18960 im Wesentlichen die Kosten der Ver- und Entsorgung, Reinigung und Pflege, Bedienung, Inspektion und Wartung eines Gebäudes. Auch in dieser Nutzungskostengruppe ergibt sich in der exemplarischen Auswertung eine Diskrepanz. Während das Fallbeispiel Zürcher Bürogebäude 21 % Betriebskosten verursacht, sind dies im Portfolio der Studie OSCAR 2008 31 %. Auch in diesem Fall kann über die Ursache mangels genauerer Angaben nur spekuliert werden. Eine mögliche Begründung kann im Alter des Gebäudeportfolios des Fallbeispiels OSCAR 2008 gesucht werden. Möglicherweise ist hier noch eine vergleichsweise energieineffiziente Haustechnik eingebaut, die neben einem vergleichsweise hohen Energieverbrauch auch hohe Kosten im Unterhalt verursacht. In beiden Fällen dominieren die Betriebskosten jedoch die in der Nutzungsphase anfallenden Kosten. x Instandsetzungskosten (NKG 400): Die Instandsetzungskosten beinhalten im Wesentlichen die Kosten für Instandsetzung und Erneuerung der Baukonstruktion und der technischen Anlagen. Der Anteil der Instandsetzungskosten im Beispiel Bürogebäude Zürich an den Vollkosten beträgt 8 %, während der Anteil in der Studie OSCAR 3 % beträgt. Ohne genauere Kenntnis der Baukonstruktion und der technischen Gebäudeausrüstung insbesondere des Zürcher Bürogebäudes kann über einen Grund hierfür keine Vermutung angestellt werden. Aus der Zusammensetzung der Vollkosten beider Beispiele kann die Aussage gemacht werden, dass die Instandsetzungskosten von Bürogebäuden ebenfalls einen vergleichsweise geringen Anteil an den Nutzungskosten von Gebäuden ausmachen. Die Kapitalkosten NKG 100 sowie die Instandsetzungskosten NKG 400 werden bei Vermietung über die Nettomiete abgegolten. Damit lassen sich aus den analysierten Beispielen zwei qualitative Aussagen ableiten: x Die Nutzungskosten machen einen wesentlichen Anteil der Lebenszykluskosten eines Gebäudes aus (bei Bürogebäuden 36 %). x Die Nutzungskosten werden von den Betriebskosten eines Gebäudes dominiert (ca. 80 % der Nutzungskosten). Der Fokus der Lebenszykluskostenoptimierung sollte u. a. auf der lebenszyklusorientierten Optimierung der Investitions- und Betriebskosten liegen. Eine nachhaltige Optimierung der Module und Teilsysteme eines Gebäudes setzt bei diesen Investitions- und Betriebskosten an und berücksichtigt dabei die kompletten Lebenszykluskosten der Module und Teilsysteme, die diese Betriebskosten verursachen. Durch die integrale Projektabwicklung über alle Lebenszyk-
4.7
Massgebliche Betriebskosten und ihre Unterkostengruppen
77
lusphasen (Planung, Erstellung und Betrieb / Nutzung) hinweg ist das Optimierungspotential entsprechender Leistungsangebote umso höher, je frühzeitiger die Leistungsanbieter in den Lebenszyklus eines Gebäudes eingebunden werden. Im Folgenden werden die Unterkostengruppen der Nutzungskostengruppe NKG 300 (Betriebskosten) weiter analysiert, um die These zu untermauern, dass zukünftig ein wesentliches Optimierungspotential u. a. in den Energiekosten liegt, und zwar aufgrund der begrenzten Ressourcen und der weltweit steigenden Nachfrage.
4.7 Massgebliche Betriebskosten und ihre Unterkostengruppen Die Betriebskosten (NKG 300) bestehen nach DIN 18960 [24] aus: x Versorgung (NKG 310) mit den Kosten für die Versorgung eines Gebäudes mit Wasser, Energieträgern und sonstigen Medien x Entsorgung (NKG 320) mit den Kosten für die Entsorgung von Abwasser sowie anfallenden Abfällen x Reinigung und Pflege von Gebäuden (NKG 330) mit den Kosten für die Unterhaltsreinigung der Räume eines Gebäudes, der Glas- und Fassadenreinigung sowie der Reinigung technischer Anlagen x Reinigung und Pflege von Aussenanlagen (NKG 340) mit den Kosten für die ausserhalb des Gebäudes anfallenden Reinigungs- und Pflegearbeiten x Bedienung, Inspektion und Wartung (NKG 350) mit den Kosten für die Inspektion und Wartung der Baukonstruktionen, der technischen Anlagen, der Aussenanlagen und der Ausstattung von Gebäuden x Sicherheits- und Überwachungsdienste (NKG 360) mit den Kosten für Kontrollen aufgrund öffentlich-rechtlicher Bestimmungen sowie für den Objekt- und Personenschutz x Abgaben und Beiträge (NKG 370), die in der Nutzungsphase für Steuern, Versicherungsbeiträge und sonstige Abgaben und Beiträge anfallen x sonstige Betriebskosten (NKG 390) Der FM Monitor [28] analysiert seit 2002 jährlich den Facility-ManagementMarkt in der Schweiz. Ein Aspekt der Studie ist dabei die Ermittlung verschiedener Flächen- und Kostenkennzahlen von Immobilien in der Schweiz. Basis dieser Kennzahlen ist ein Objektportfolio aus etwa 1200 Objekten aus den Bereichen Handel und Verwaltung sowie Unterricht, Bildung und Forschung sowie weiteren Bereichen, für die jedoch keine Kostenkennzahlen ermittelt werden. Für die hier analysierte Fragestellung interessieren die Kostenkennzahlen der Betriebskosten der analysierten Gebäude aus dem Bereich Handel und Verwaltung. Bild 34 zeigt exemplarisch die Zusammensetzung der Betriebskosten von Handels- und Verwaltungsgebäuden in der Schweiz im Jahr 2007.
78
4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
NKG 370 Abgaben &Beiträge
NKG 360 Sicherheit & Überwachung
3%
NKG 310 & 320 Ver& Entsorgung
9% 28%
NKG 350 Bedienung, Inspektion & Wartung
29% 31%
NKG 330 & 340 Reinigung und Pflege
Bild 34: Anteile der Betriebskostenarten NKG 310 bis NKG 370 der DIN 18960 an den Betriebskosten von Büroimmobilien in der Schweiz (in Anlehnung an [28])
Der FM Monitor 2007 identifiziert die Kosten für Ver- und Entsorgung (NKG 310 und 320) mit 28 %, die Reinigungskosten (NKG 330 und 340) mit 31 % sowie die Kosten für Bedienung, Inspektion und Wartung (NKG 350) mit 29 % als die massgeblichen Kostentreiber in den Betriebskosten (Bild 34) [28]. Diese Nutzungskostengruppen stellen potentielle Ansatzpunkte für die modul- und teilsystemübergreifende Optimierung im Rahmen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots für Bürogebäude dar. Bezogen auf die Gesamtannuitätskosten betragen die Versorgungs- und Entsorgungskosten für Wasser und Energie derzeit (retrospektiv): kW E
0.31 0.28 # 0.09 9 %
Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass die Nutzungskostengruppe NKG 300 Betriebskosten ca. 31 % der Gesamtannuität darstellt (Bild 33) und die Nutzungskostengruppe NKG 310 & 320 Ver- und Entsorgungskosten einen Anteil von ca. 28 % an den Betriebskosten haben. Diese retrospektiven 9 % der jährlichen Annuitätskosten eines Gebäudes scheinen auf den ersten Blick kostenmässig nicht sehr ins Gewicht zu fallen. Jedoch sei an dieser Stelle angemerkt, dass eine Senkung der Ver- und Entsorgungskosten für Wasser und Energie mit dem Ergebnis der Senkung der jährlichen Annuitätskosten um nur 1 % auch eine Steigerung der Rendite um 1 % bedeuten kann. In einem Markt mit geringen Margen und einer üblichen Rendite im einstelligen Prozentbereich (6 bis 7 %) stellt dies eine nicht unerhebliche Renditesteigerung dar. Vor dem Hintergrund exponentiell steigender Energiepreise ist jedoch das Potential zur prospektiven Renditesteigerung sogar noch wesentlich grösser: Durch
4.7
Massgebliche Betriebskosten und ihre Unterkostengruppen
79
die vorhersehbare Steigerung der Preise vor allem für fossile Energieträger steigt auch die Bedeutung der Betriebskosten für die Rendite eines Gebäudes. Deshalb werden auch die Einsparungen bei den Kosten für die Ver- und Entsorgung von Wasser und Energie zukünftig exponentiell steigende Auswirkungen haben, weil ihr kostenmässiges Gewicht zukünftig steigen wird. So kann sich beispielsweise die Optimierung des energetischen Gebäudesystems bestehend aus HKL-System und Fassade positiv auf den Energieverbrauch und damit auf die Versorgungskosten und darüber hinaus auch auf die Reinigungskosten auswirken. Dies setzt ein entsprechend optimiertes Reinigungskonzept für die Fassade voraus. Die Anteile der Unterkostengruppen an den Betriebskosten schwanken systemabhängig unter anderem in Abhängigkeit von der Art der Gebäudenutzung. Bei Gebäuden mit energieintensiver Nutzung ist der Anteil der Ver- und Entsorgungskosten naturgemäss höher. Hier ist der Hebel von energetischen Optimierungsmassnahmen grösser. Lebenszykluskosten
Nutzungskosten im Hochbau DIN 18960
Sicherheit NKG 360
Instandhaltung NKG 350
Instandsetzungskosten NKG 400
Baukonstruktionen
Technische Anlagen
Strom
Wasser
Öl, Gas, Fernwärme
Betriebskosten NKG 300
Abgaben und Beiträge NKG 370
Objektmanagementkosten NKG 200
Reinigung und Pflege NKG 330 & 340
Kapitalkosten NKG 100
Ver- und Entsorgung NKG 310 & 320
Kosten im Bauwesen – T1 Hochbau DIN 276-1
Rückbaukosten
Nutzungskosten
Unterhaltsreinigung
Erstellungskosten
Glas-/Fassadenreinig.
Entwicklungs-/ Planungskosten
Potentielle Kostentreiber
Bild 35: Identifikation der potentiellen Kostentreiber im Lebenszyklus eines Gebäudes
Bild 35 fasst die Identifikation der potentiellen Kostentreiber im Lebenszyklus eines Gebäudes zusammen. Danach ergeben sich die folgenden Kostenpositionen als die massgeblichen Kostentreiber im Lebenszyklus eines Gebäudes: x Ver- und Entsorgung von Wasser (in NKG 310 & 320 enthalten) x Öl, Gas und / oder Fernwärme zur Versorgung des HKL-Systems (in NKG 310 enthalten) x Strom zur Versorgung elektrischer Systeme (in NKG 310 enthalten) x Reinigung (in NKG 330 & 340 enthalten)
80
4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
x Instandhaltung (Bedienung, Inspektion und Wartung) technischer Anlagen und der Baukonstruktionen (in NKG 350 enthalten)
4.8 Ziele und Gründe zur energetischen Optimierung von Gebäuden Die vorgestellte retrospektive Analyse der Gebäude geht von den vergangenheitsbezogenen Energiepreisen und deren Verteilung in den letzten 36 Jahren aus. Die Energieversorgung der Gebäude bzw. des Gebäudeparks ist heute (im Jahr 2010) noch fast ausschliesslich auf fossile Energie ausgerichtet. Heute werden in der Schweiz ca. 50 % der fossilen Energie zur Heizung von Gebäuden verbraucht (Bild 36). Zudem wird der Gesamtenergieverbrauch der Schweiz zu fast 80 % aus fossilen Energieträgern gedeckt (Bild 37). Sonstige 1.0%
Mobilität 35.9%
Raumwärme 44.1%
Prozesswärme 12.8%
Antriebe, Prozesse 0.3% Warmwasser 5.9%
Bild 36: Prozentualer Anteil der Verwendungszwecke von Treib- und Brennstoffen 2006 (in Anlehnung an [59])
4.8
Ziele und Gründe zur energetischen Optimierung von Gebäuden
81
Kernkraft Wasserkraft
Fossile Energieträger
Bild 37: Prozentualer Anteil verschiedener Energieträger am Gesamtenergieverbrauch in der Schweiz bis 2008 [59]
Durch den weiteren prognostizierten enormen Anstieg der Weltbevölkerung auf ca. 10 Mrd. Menschen und deren gleichzeitiges Streben nach besseren Lebensbedingungen und Wohlstand wird die Energienachfrage verglichen mit den letzten 10 Jahren exponentiell steigen. Die sich entwickelnden Länder und Entwicklungsländer streben nach dem Konsummodell unserer westlichen Gesellschaften (Bild 38). Gleichzeitig nehmen die Energie- und Förderreserven der gut erreichbaren Ölund Gasvorkommen ab (Bild 38) und darüber hinaus werden die jetzigen Förderländer ihre Förderung moderat drosseln, um in ihren Monoressourcen-Volkswirtschaften möglichst lange von hohen Energiepreisen zu profitieren. Es werden sicherlich noch neue Ölsandfelder und sehr tiefe Öl- und Gasreserven entdeckt werden, aber deren Förderung wird mit wesentlich höheren Risiken (Förderung aus Meerestiefen > 2000m) verbunden und kostenaufwendiger sein als bisher.
Bevölkerungswachstum
6.9 Mrd. Rohölförderung
LC-Kostentreiber von Gebäuden
10 Mrd.
Weltbevölkerung in Milliarden
4
Gb
Förderung und Entdeckung von Erdöl
82
Bild 38: Entwicklungsleitparameter - Erdölförderung und -entdeckung sowie Konsumsteigerung durch Erdbevölkerungswachstum (in Anlehnung an [9])
Damit wird der Preis für fossile Energieträger zweidimensional unter Druck geraten: x einerseits durch die weltweite Konsumnachfragesteigerung und x andererseits durch die abnehmenden Reserven. Zudem wird der Finanzspekulationsdruck auf den Preis fossiler Energieträger als einem raren aber begehrten Produkt zu einer weiteren Verteuerung fossiler Energieträger führen. Somit werden die energiepreisbedingten Ver- und Entsorgungskosten zukünftig einen wesentlich höheren Anteil an den Betriebskosten haben und die Betriebskosten somit insgesamt erhöhen. Damit wird der Betriebskostenanteil von jetzt 31 % bezogen auf die Gesamtannuität exponentiell steigen. Die prospektive, exponentielle Verteuerung fossiler Energieträger hat enorme volkswirtschaftliche Konsequenzen. Die bis heute wesentlich von fossilen Energieträgern abhängige Weltwirtschaft muss immer mehr volkswirtschaftlichen Mehrwert in den Kauf von Energie stecken. Damit bleibt immer weniger Mehrwert für Investitionen, Forschung und Konsum. Um die volkswirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit auch unter solchen weltwirtschaftlichen Rahmenbedingungen zu erhalten, streben vorausdenkende Länder nach einer geringeren Abhängigkeit von fossilen Energieträgern. In der Schweiz haben vor allem die ETH Zürich und die Stadt Zürich die Ziele einer 2000-Watt-Gesellschaft geprägt (Bild 39). Das Problem in der Bauwirtschaft ist die relative lineare retrospektive Kostenentwicklung der Energiepreise, die immer noch als Grundlage für eine prospektive Kostenentwicklungsprognose für eine langlebige Immobilie dient. Immobilien, die heute gebaut werden, bestimmen das Kostenniveau von „morgen“, d. h. der Zukunft. Heutige Wirtschaftlichkeitsanalysen müssen auf die schwer zu prognostizierende Energiepreisentwicklung ausgelegt werden. Die retrospektiven Ansätze aller energieabhängigen Kostengruppen führen zu „falschen“ Zielprioritäten in der Zu-
4.8
Ziele und Gründe zur energetischen Optimierung von Gebäuden
83
kunft. Um die Preisentwicklung fossiler Energieträger zu antizipieren, müssen entsprechende Markt-Preis-Nachfrage-Modelle entwickelt werden. Watt pro Person
Stromproduktion (in TWh) aus erneuerbaren Energiequellen
6000
5000
4000
Zwischenziel: Reduktion der fossilen Energieträger um 50% bis 2050
3000
nicht fossile Energieträger
2000
1000
fossile Energieträger 1900
1950
2000
2050
2100
Energie-Import 2150
2003
2050
Photovoltaik Biomasse Geothermie Windenergie Wasser Kleinkraftwerke Wasser Grosskraftwerke
0.017 0.78 0.005 0.3 34.0
5.7 3.8 2.1 1.2 1.3 36.0
TOTAL
35.1
50.1
Wärmeproduktion (in TWh) aus erneuerbaren Energiequellen 2003
2050
Wärmepumpen Biomasse Solarthermie Geothermie
1.4 5.2 0.19 -
11.3 7.2 3.4 2.4
TOTAL
6.8
24.3
Bild 39: Nachhaltigkeit – Politischer Absenkpfad der 2000-Watt-Gesellschaft [61]
Zudem wird die politische Schwerpunktbildung, wie die Absenkung des fossilen Energieniveaus erreicht werden soll, entscheidend die Szenarien bestimmen (Bild 39). Grundsätzlich kann festgestellt werden, dass durch bessere Passivierung des Gebäudeparks fossile Energieträger eingespart werden können, ohne dass dabei der Nutzungskomfort eingeschränkt werden muss. Die dringlichste Problemstellung zur Nachhaltigkeit in Bezug auf terrestrische Ressourcen ist der absehbare drastische und unwiderrufliche Rückgang fossiler Energievorkommen und der Anstieg des CO2-Ausstosses. Fossile Energieträger können nach der energetischen Nutzung nicht wiedergewonnen werden, sie sind endgültig verloren. Andere im Gebäudepark gebundene Ressourcen, wie z. B. Eisen, Kupfer und Gesteine können dagegen wiedergewonnen werden. Daher müssen die Volkswirtschaften in den Bereichen x Gebäude, x industrielle Prozesse und x Verkehr auf weniger Energieverbrauch ausgelegt werden, um nicht zu grosse Kapitalwerte in den Kauf fossiler Energieträger zu binden. Bei Gebäuden, gleichgültig ob es sich dabei um Neubau oder Instandsetzung und Erneuerung des bestehenden Gebäudeparks handelt, muss der Fokus verstärkt auf Passivierung, eigene regenerative Energiegewinnung und Nutzungsflexibilität gelegt werden, um zukünftige Nutzungsänderungen mit geringen Kosten umsetzen zu können. Daher ist es unabdingbar, sich mit den Gebäudeteilsystemen und -modulen auseinanderzusetzen, deren projektspezifische Kombination zur energetischen le-
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4
LC-Kostentreiber von Gebäuden
benszyklusorientierten Kostenminimierung führt. Dies muss anhand einer szenarienorientierten Wirtschaftlichkeitsanalyse erfolgen. [34]
4.9 Zusammenfassung Für die Umsetzung von Lebenszyklusleistungsangeboten im Hochbau gibt es zwei wichtige Motive: x das Nachhaltigkeitsmotiv sowie x das Wirtschaftlichkeitsmotiv. In Bezug auf das Nachhaltigkeitsmotiv haben potentielle Kunden ein gesteigertes Interesse an der Nachhaltigkeit ihrer Immobilien. Diese Motivation ergibt sich aus der Überzeugung, dass sich die Nachhaltigkeit eines Gebäudes auch auf die langfristige Werthaltigkeit von Gebäuden auswirkt. Die Nachhaltigkeit ihrer Immobilien verleiht Unternehmen auch ein nachhaltigeres Image insgesamt. Unternehmen können die Nachhaltigkeit ihrer Immobilien deshalb in entsprechenden Unternehmensnachhaltigkeitsreports darstellen. Auch die Mechanismen an den Finanzmärkten verlangen von den an ihnen gehandelten Unternehmen den Nachweis ihrer Nachhaltigkeit aus verschiedenen Perspektiven (Produkte, Unternehmensprozesse, Immobilien etc.) Entsprechend ausgerichtete Unternehmen stellen so einen gewissen Weitblick unter Beweis. Die mit Nachhaltigkeit verbundene langfristig strategische, ganzheitliche Sichtweise signalisiert potentiellen Unternehmensinvestoren Seriosität in der strategischen Planung und die damit verbundene Sicherheit ihrer Investitionen. Das Nachhaltigkeitsmotiv ist in der Mitte der Gesellschaft angekommen und wird von langfristigen Wirtschaftlichkeitsüberlegungen getragen. Deshalb lässt es sich nicht streng vom Wirtschaftlichkeitsmotiv trennen. Das Wirtschaftlichkeitsmotiv beschreibt das Streben nach Werterhaltung bzw. Wertsteigerung und höherer Rendite von Investitionen in Immobilien. Aus diesem Grunde setzt ein Lebenszyklusleistungsangebot an den dargestellten Kostentreibern im Lebenszyklus von Gebäuden zur Sicherung der Nachhaltigkeit an. Dabei muss die Wirtschaftlichkeit einer Optimierungsmassnahme im Gesamtlebenszyklus betrachtet werden. Demnach ist eine Optimierungsmassnahme nur dann wirtschaftlich sinnvoll, wenn die durch die Optimierung bei gleichzeitigem Werterhalt verursachten Einsparungen grösser (oder mindestens gleich) sind als die Mehrinvestitionskosten inklusive entsprechend anfallender Zinsen. Auch wenn das retrospektive wirtschaftliche Optimierungspotential auf den ersten Blick auf die Gesamtlebenszykluskosten bezogen klein erscheint, so ist zu beachten, dass jeder Prozentpunkt eingesparter Kosten die Renditen in der Immobilienwirtschaft um eben diesen Prozentpunkt erhöht. Alternativ können Kosteneinsparungen bei den Nutzungskosten als Wettbewerbsvorteil in hart umkämpften Immobilienmärkten eingesetzt werden. Denn gerade im Hinblick auf die prospek-
4.9
Zusammenfassung
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tiv steigenden Energiekosten und die erhöhten Anforderungen an den Nutzungskomfort in Gebäuden werden potentielle Gebäudenutzer ihre Miet- und Investitionsentscheide auch von der Höhe der zukünftigen Nebenkosten im Kontext exponentiell steigender Preise für fossile Energieträger abhängig machen. Insbesondere bei den Energiekosten verbinden sich das Nachhaltigkeits- und das Wirtschaftlichkeitsmotiv. Entsprechende Optimierungsmassnahmen im Gesamtsystem lassen sich mit dem Nachhaltigkeits- und dem Wirtschaftlichkeitsmotiv begründen. Dabei sollte der mit dem Nachhaltigkeitsmotiv begründete Nutzen auch positiv in die Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen mit einfliessen. Mögliche Ansätze zur Bewertung der Nachhaltigkeit von Immobilien bieten die Zertifizierungssysteme für verschiedene Grundkonzepte energetisch optimierter Gebäude (z. B. BREEAM, Passivhausstandard, Minergie, LEED und DGNB), in denen die Green Building-Prinzipien bzw. die Nachhaltigkeit der Gebäude (ökologisch, ökonomisch, sozial) messbar gemacht wird. Mit Bezug zu den beiden Motiven Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit sollen die den LC-Kostentreibern von Gebäuden zuordbaren Module und Teilsysteme eines Bauwerks deshalb im Rahmen eines Lebenszyklusleistungsangebotes entlang der Wertschöpfungskette zu komplexen, interaktiven integrierten bzw. vernetzten Teilsystemen des Gesamtsystems „Lebenszyklusorientiertes Gebäude“ gebündelt werden.
5 Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Systemkonzeption nachhaltiger Gebäude Die Systemkonzeption nachhaltiger Gebäude über ihren Lebenszyklus, die zu einem LC-Gesamtkostenminimum führen soll, beinhaltet: x Einbettung in das natürliche und anthropogene Umfeld, x Sicherheit, Wohnhygiene und Nutzungskomfort sowie Umnutzungsmöglichkeiten bei veränderten Bedürfnissen und x Reduzierung des Gesamtenergiekonsums im Betrieb, unter besonderer Beachtung der fossilen Energieträger. Besonders bei Gebäuden wird die Energiefrage in Zukunft, d. h. in den nächsten 30 bis 50 Jahren, eine immer bedeutendere Rolle für die Nachhaltigkeit spielen. Daher werden im Folgenden die Aspekte systemgeschäftlicher LCLeistungsangebote vorgestellt: x x x x
Internationale Standards für nachhaltige Gebäude Module zur energetischen Optimierung Ausbaukonzepte zur flexiblen Nutzung Leistungsbündel zur Gestaltung von systemgeschäftlichen LC-Bauleistungen
Darauf aufbauend werden die potentiellen energietechnisch beeinflussenden Module (Bauteile) und Teilsysteme und deren integrierte Vernetzung aufgezeigt, die zu einem kundenspezifisch optimierten Gesamtsystem führen. Dazu gehören das energetisch passive Teilsystem mit der Gebäudehülle und der Bauteilaktivierung, das Teilsystem der HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung mit den einzelnen Anlagenmodulen sowie die Beleuchtung, die elektrische Energieversorgung und die Wasserversorgungs- und -entsorgungsmodule sowie der Ausbau für flexible Nutzung. Mit solchen Systemkonzeptionen können lebenszyklusorientierte, projektspezifisch optimierte, massgeschneiderte Lösungen für die bauliche Aufgabenstellung des jeweiligen Kunden / Bauherrn entwickelt werden. Basis der individuellen Angebotsgestaltung ist die Evaluation der individuellen Anforderungen eines potentiellen Kunden mittels eines entsprechenden Anforderungsmanagements [36]. Die spezifischen Anforderungen von Bauherren werden erfüllt, indem aus einer breiten Palette von verschiedenen energetischen Modulen und Teilsystemen ein kundenorientiertes systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot synergetisch entwickelt wird.
5 88
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Systemkonzeption nachhaltiger Gebäude
5.1 Internationale Standards zur Bewertung nachhaltiger, energetisch optimierter Gebäude Green Building steht als internationales Synonym für die Anstrengungen zum Planen und Bauen nachhaltiger Gebäude. Der Begriff des Green Building zielt darauf ab, die durch das Planen, Bauen und Nutzen von Gebäuden beanspruchten Ressourcen (Energie, Wasser und Materialien) möglichst effizient zu nutzen und darüber hinaus den Einfluss der Gebäude auf die Gesundheit ihrer Nutzer sowie auf die Umwelt insgesamt zu reduzieren [17]. Dabei liegt der Fokus auf der systemischen Betrachtung von Gebäuden als integriertes System im kompletten Lebenszyklus [46]. In der Folge haben Gebäude, die nach Green-Building-Prinzipien erstellt werden, einen geringeren negativen Einfluss auf ihre Umwelt und können als nachhaltig im Sinne aller drei Nachhaltigkeitsaspekte (ökologisch, ökonomisch, sozial) angesehen werden [67]. Zu den ersten „Green Buildings“ gehören das „Willis, Faber and Dumas Headquarter“ von Norman Foster in England (1977) und das „Gregory Bateson Building“ von Sim van der Ryn in den USA (1978) [17]. Um die Nachhaltigkeit von Gebäuden, die nach Green-Building-Prinzipien erstellt werden, messbar und damit auch vergleichbar zu machen, haben sich international verschiedene Zertifizierungssysteme etabliert. Dabei erfolgt die Umsetzung des Green Building international mit unterschiedlichen Schwerpunkten. BREEAM Die durch das „Building Research Establishment (BRE)“ der britischen Regierung entwickelte „Building Research Establishment Environmental Assessment Method (BREEAM)” [11] wurde 1990 als Zertifizierungssystem für nachhaltige Gebäude eingeführt. Die Prüfungsschwerpunkte des britischen Zertifizierungssystems BREEAM sind:
x x x x x
Gebäudemanagement (Planen, Bauen und Betreiben) Gesundheit und Komfort Ressourcenverbrauch im Lebenszyklus (Energie und Wasser) Eingesetzte Materialien sowie Abfallvermeidung und Recycling Flächenverbrauch und ökologischer Einfluss
In den verschiedenen Prüfungsschwerpunkten werden nach einem vorgegebenen Katalog Punkte vergeben und dem Gebäude die Nachhaltigkeit anhand von Noten („pass“, „good“, „very good“ und „excellent“) zertifiziert. BREEAM ist Vorbild für weitere Zertifizierungssysteme auf der ganzen Welt wie zum Beispiel HK-BEAM Hongkong und BREEAM Netherlands. Passivhausstandard Parallel zu den britischen Anstrengungen wurde in Deutschland der Passivhausstandard entwickelt. Die Entwicklung mündete 1991 im Bau des ersten Passivhauses in Darmstadt [104]. Der Passivhausstandard legt keine Bauweise fest, sondern
5.1
Internationale Standards zur Bewertung nachhaltiger, energetisch optimierter Gebäude
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gibt einen Baustandard hinsichtlich des Energiekonzeptes eines Gebäudes vor. Das Grundprinzip basiert darauf, verloren gehende Wärme auf ein Minimum zu reduzieren und die ohnehin im Gebäude anfallende Wärme und die solare Wärme maximal zu nutzen [104]. Demnach kommen Passivhäuser ohne eine aktive Heizungsanlage im herkömmlichen Sinne aus. Stattdessen nutzen Passivhäuser interne und solare Wärmegewinne und verhindern Wärmeverluste. Der Restheizwärmebedarf darf 15 kWh/m2a nicht überschreiten [47] und wird üblicherweise durch eine Wärmepumpe (Erdwärme, Luft etc.) gedeckt. Die Dichtigkeit der Gebäudehülle zur Vermeidung von Wärmeverlusten erfordert eine Lüftungsanlage, die zur Vermeidung von Lüftungswärmeverlusten als Komfortlüftung, d. h. mit Wärmerückgewinnung, konzipiert wird. Minergie® In der Schweiz gibt es mit dem Minergie®-Zertifizierungssystem vergleichbare Green-Building-Anstrengungen. Erste Minergie®-Gebäude wurden 1994 in Kölliken (CH) gebaut. 1998 gründeten die schweizerischen Kantone Zürich und Bern den schweizerischen Verein Minergie® und führten das Minergie®-Label als weltweit geschützte Marke für einen Niedrigenergiehausstandard für Gebäude ein [56]. Das Minergie® Qualitätslabel wird an Gebäude vergeben, die den effizienten Energieeinsatz und die Nutzung erneuerbarer Energieträger nachgewiesen haben, ohne dass darunter die Nutzungsqualität oder die Wirtschaftlichkeit der Gebäude leidet. Dabei werden im Rahmen des Zertifizierungsverfahrens die folgenden Anforderungen überprüft [73]:
x Primäranforderungen an die Gebäudehülle hinsichtlich des Heizwärmebedarfs (z. B. Transmissionswärmeverluste) x Lufterneuerung mittels Komfortlüftung x Gewichtete Energiekennzahl nach SIA 380/1:2009 [101] als Grenzwert für den Energieverbrauch unter Berücksichtigung der Erneuerbarkeit der eingesetzten Energien x Thermischer Komfort im Sommer x Zusatzanforderungen hinsichtlich Beleuchtung, gewerblicher Kälte- und Wärmeerzeugung x Begrenzung der Mehrkosten gegenüber konventionellen Gebäuden auf maximal 10 % Im Jahre 2001 wurde durch den schweizerischen Verein Minergie® das MinergieP®-Label als Passivhausstandard eingeführt. Zur Erlangung des Minergie-P®Labels muss der Energieverbrauch gegenüber dem Minergie®-Standard bezüglich des Heizwärmebedarfs um weitere 30 % gesenkt werden (Bild 40). Grundlage des Minergie-P®-Standards ist ein Passivhausstandard, bei dem die aktive Wärmeenergiezufuhr weitgehend vermieden wird; dies wird durch eine entsprechend dichte Gebäudehülle, die Mobilisierung interner Wärmegewinne sowie die Wär-
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Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Systemkonzeption nachhaltiger Gebäude
merückgewinnung aus Abluft und Abwasser erreicht. Bild 40 stellt die wichtigsten Unterschiede der beiden Qualitätslabel Minergie® und Minergie-P® dar. Als Ergänzung des Minergie®- bzw. Minergie-P®-Standards wurde 2006 das Label Minergie-Eco® eingeführt. Es ergänzt diese energieeffizienzbezogenen Standards hinsichtlich Anforderungen an eine gesunde Nutzung und eine ökologische Bauweise. Bild 41 zeigt die Ergänzungen des Minergie-Eco®-Standards gegenüber dem energieeffizienzbezogenen Minergie®-Standard.
Bild 40: Vergleich der Qualitätslabel Minergie® und Minergie-P® für energieeffiziente Gebäude [73]
5.1
Internationale Standards zur Bewertung nachhaltiger, energetisch optimierter Gebäude
91
Bild 41: Ergänzungen des Minergie-ECO®-Standards gegenüber dem Minergie®-Standard [73]
LEED Im Jahre 1998 wurde durch den U.S. Green Building Council das Zertifizierungssystem “Leadership in Energy and Environmental Design (LEED)” zur Bewertung der Nachhaltigkeit von Gebäuden entwickelt und eingeführt. Das USamerikanische Zertifizierungssystem LEED beurteilt die Nachhaltigkeit von Gebäuden in den folgenden sechs Kategorien:
x x x x x x
Grund und Boden Energie und Atmosphäre Raumluftqualität Wassereffizienz Materialien und Ressourcen Innovation und Design
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Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Systemkonzeption nachhaltiger Gebäude
Je Kategorie kann eine bestimmte Anzahl Punkte erreicht werden, die in der Summe zu einem Leed-Zertifizierungslevel („Certified“, „Silver“, „Gold“, „Platinum“) führen. LEED ist Vorbild für weitere Zertifizierungssysteme auf der ganzen Welt wie zum Beispiel LEED Brasil, LEED India und LEED Canada. DGNB Im Jahre 2009 wurde durch die Deutsche Gesellschaft für nachhaltiges Bauen das „Deutsche Gütesiegel Nachhaltiges Bauen“ (DGNB) eingeführt. Das „Deutsche Gütesiegel Nachhaltiges Bauen“ (DGNB) stellt an sich selbst den Anspruch, die Nachhaltigkeit von Gebäuden umfassender beurteilen zu können als seine englischsprachigen Pendants (BREEAM, LEED) [91]. Mittels eines umfangreichen Kriterienkatalogs werden die folgenden Aspekte des Systems Gebäude hinsichtlich seiner Nachhaltigkeit evaluiert:
x x x x x x
Ökologische Qualität Ökonomische Qualität Soziokulturelle und funktionale Qualität Technische Qualität Prozessqualität Standortqualität
Auf der Basis der Bewertung der benannten Aspekte und unter Berücksichtigung gewisser Mindeststandards wird das „Deutsche Gütesiegel Nachhaltiges Bauen“ (DGNB) in Bronze, Silber oder Gold verliehen. Die Nachhaltigkeit von Immobilien wird zukünftig mehr denn je eine strategische Relevanz in der Immobilienwirtschaft einnehmen [77]. Grosse global agierende Unternehmen haben bereits Nachhaltigkeitsstrategien für ihre Immobilienbestände formuliert, weitere Unternehmen werden folgen. Die Nachhaltigkeit wird deshalb einen steigenden Einfluss auf den Wert von Immobilien und die mit ihnen erzielbare Rendite haben. Um den Grad der Nachhaltigkeit gegenüber dem Markt nachweisen zu können, werden die Kunden der Bauwirtschaft deshalb in Zukunft verstärkt die entsprechende Zertifizierung ihrer Immobilien anstreben. Zur Erreichung dieser energetischen Nachhaltigkeitsstandards unter Berücksichtigung der architektonischen Qualität, der lebenszyklusorientierten Nutzungsflexibilität sowie der antizipierten Nutzungsdauer des Kunden ist es erforderlich, dass sich Ingenieure und Architekten mit den möglichen energetischen Modulen und Teilsystemen vertraut machen.
5.2 Konzeption eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots Um den spezifischen individuellen Anforderungen professioneller institutioneller Bauherren gerecht zu werden, muss ein kundenorientiertes systemgeschäftliches
5.2
Konzeption eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
93
LC-Leistungsangebot flexibel und modular aufgebaut sein. Den potentiellen Kunden sollten aus einer breiten Angebotspalette so projektspezifische, individuelle, massgeschneiderte Leistungsangebote unterbreitet werden. In Abhängigkeit von den Bedürfnissen und Anforderungen eines Bauherrn können die hier konzeptionell beschriebenen Module in die baulichen Teilsysteme integriert werden (Bild 42). Ferner sollen die Teilsysteme in ihren Funktionen zu einem projektspezifischen, kundenorientierten LC-Leistungsangebot vernetzt werden. Die Integration findet auf folgenden Ebenen statt: x Auswahl und Entwicklung der projektspezifischen Module x Integration von verschiedenen Modulen in ein Teilsystem x Integration und Vernetzung der Teilsysteme untereinander
Modulintegration
Teilsystemvernetzung
Die Grundlage der individuellen Angebotsgestaltung ist die Evaluation der individuellen Bedürfnisse eines potentiellen Kunden in einem entsprechenden Anforderungsmanagement [36], die Verknüpfung von Modulen zu Teilsystemen sowie die Vernetzung der Teilsysteme und die Freisetzung der darin enthaltenen Synergiepotentiale.
Bild 42: Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Module und Systemintegration
Das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot fokussiert auf zwei Angebotsschwerpunkte (Bild 42): x Ressourcenbezogene Gebäudeoptimierung: Die im Rahmen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots zu realisierenden Gebäude sind hinsichtlich ihres Energie- und Ressourcenverbrauchs in
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Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Systemkonzeption nachhaltiger Gebäude
der Herstellung sowie während des Betriebs über den Lebenszyklus zu optimieren. Darüber hinaus ist eine weitgehende Energieautarkie in Bezug auf nichtregenerative Energieträger anzustreben, die durch die Gebäudepassivität und den Einsatz von regenerativen Energieträgern erreicht werden kann. Zur Erzielung einer umfassenden Nachhaltigkeit werden die folgenden angebotsbezogenen Teilsysteme betrachtet: – – – –
Energetisch passives Gebäudeteilsystem Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung Teilsystem elektrische Energie Teilsystem Wasserver- und -entsorgung
x Nutzungsbezogene Gebäudeoptimierung: Die im Rahmen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots zu realisierenden Gebäude sind auch hinsichtlich ihrer Nutzung in Bezug auf die Anpassung von technologischen Entwicklungen für die Nutzer sowie für einen eventuellen Nutzer- bzw. Nutzungswechsel während des Lebenszyklus zu optimieren. Wichtige Aspekte der Nutzungsoptimierung eines Gebäudes werden durch die folgenden angebotsbezogenen Teilsysteme abgedeckt: – –
Teilsystem Ausbau Teilsystem Nutzungsinfrastrukturen
Bild 43: Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Projektspezifische, teilsystem- und gewerkeübergreifende Integration und Vernetzung der Angebotsmodule und Teilsysteme
5.2
Konzeption eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
95
Die konzeptionelle Gliederung der potentiellen Bestandteile eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots erfolgt nach Bild 42 und Bild 43 in: x Module, x Teilsysteme sowie x integrierte bzw. vernetzte Teilsysteme. Module sind die Bestandteile eines Teilsystems, die einen Beitrag zur ressourcenbezogenen bzw. nutzungsbezogenen Optimierung des Teilsystems bzw. des lebenszyklusorientierten Gebäudes leisten können. Teilsysteme setzen sich aus gewerkeorientierten Modulen zusammen und strukturieren das Leistungsangebot hinsichtlich ihrer Funktionen im systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebot. Teilsysteme sollten projektspezifisch aus den Modulen so zusammengesetzt werden, dass sie an den identifizierten Kostentreibern (Wasserver- und -entsorgung, regenerative / fossile Energieträger, Reinigung, Instandhaltung etc.) ansetzen. Zudem müssen die Teilsysteme so vernetzt werden (z. B. energetisch passive konstruktive Tragelemente mit Fassade und HKLAnlage), dass daraus eine Lebenszykluskostenminimierung im Rahmen der definierten Anforderungen des Kunden mit lebenszyklusorientierten Leistungs- und / oder Kostengarantien angeboten werden kann. Sowohl Module als auch Teilsysteme beziehen sich auf die bei den Teilsystemlieferanten entwickelten Technologien auf Produkt- bzw. Herstellerebene. Die innovative, kundenorientierte Entwicklung und Optimierung erfolgt im Innovationsprozess auf der Ebene der Systemlieferanten bzw. Hersteller dieser Module. Zwar gehen die Nutzeranforderungen an das Teilsystem in den projektunabhängigen Entwicklungs- bzw. Optimierungsprozess ein, jedoch sind sie dabei noch nicht von einer synergetischen projektspezifischen gewerkeübergreifenden Gesamtoptimierung getrieben. Darüber hinaus sollen die potentiellen Module und die daraus zusammengesetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots die Nachhaltigkeit des Leistungsangebots auf allen Wertschöpfungsstufen sicherstellen: x Nachhaltige Herstellung: Bei der Auswahl von Materialien, Produkten und Anlagen für ein Projekt bzw. für eine Baustelle ist die graue Energie, dass heisst die aufgewendete Energie für Herstellung, Transport, Lagerung, Entsorgung etc., zu berücksichtigen. Zudem sollte bei der Auswahl von Materialien, Produkten und Anlagen auf die ressourcenorientierte Wirkung (z. B. Energieverbrauch, Erneuerungszyklen etc.) in der Nutzung für phasenübergreifende LCOptimierung geachtet werden. Ferner sollte der Einsatz von RecyclingMaterialien in Erwägung gezogen werden. x Nachhaltiges Bauen: Neben der energieeffizienten Leistungserstellung zur Realisierung des Bauwerks sind Abfälle im Bauprozess so weit wie möglich zu reduzieren. x Nachhaltiges Nutzen: Im Mittelpunkt der nachhaltigen Nutzung des Bauwerks steht der energieeffiziente und ressourcenschonende Betrieb des Gebäudes.
5 96
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Systemkonzeption nachhaltiger Gebäude
Hierbei sind insbesondere die energetische Passivität6 und regenerative Energieträger unter Berücksichtigung der Lebensdauer der Anlagenteile und der Nutzungsdauer des Gebäudes zu berücksichtigen. Generell sollte eine weitgehende Energieautarkie im Hinblick auf nichtregenerative Energieträger erreicht werden. Insbesondere vor dem Hintergrund der ökonomischen Nachhaltigkeit sind Gebäude eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots flexibel hinsichtlich ihrer Nutzungsänderung zu gestalten. Zur Optimierung der Nachhaltigkeit einer baulichen Investition muss die vom Investor bzw. Bauherr intendierte Nutzungsperiode berücksichtigt werden. Zudem ist es insbesondere bei technischen Anlagenelementen erforderlich, die Abnutzung und potentielle Innovationen zu prognostizieren. Besonders die nachhaltige Herstellung, Nutzung und das Recycling sind interaktive Phasen, die mit der intendierten Nutzungsperiode optimiert werden müssen. Zudem sollten die Tragstruktur, technischer und architektonischer Ausbau so konzipiert werden, dass ein einfacher selektiver Rückbau und Recycling möglich sind. Dies kann bedeuten, dass für eine sehr lange intendierte Nutzungsphase langlebige Materialien, Konstruktionen und Anlagen eingesetzt werden, wohingegen bei relativ kurzen Nutzungsphasen von Gebäuden (z. B. Lagerhallen, Märkte) oder Teilsystemen von Gebäuden (Geschäftsausbau) kurzlebige, recyclebare Materialien, Konstruktionen und Anlagen eingesetzt werden. Zudem kann aus Erfahrung bezüglich der unterschiedlichen technischen Abnutzung, aber auch aufgrund von kundenbedingten modischen Veränderungswünschen, das bauliche System generisch in die folgenden Teilsysteme untergliedert werden: x x x x x
Tragstruktur – längerfristig Fassade – längerfristig Dach – mittelfristig Technischer Ausbau – mittelfristig Architektonischer kundenbedingter Ausbau – kurz bis mittelfristig
Diese Teilsysteme gliedern sich wiederum in Module. Die innovative, projektspezifische, teilsystem- bzw. gewerkeübergreifende Gesamtoptimierung wird erst im Rahmen der Entwicklung sogenannter integrierter bzw. vernetzter Teilsysteme erreicht. Die integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme entstehen durch die innovative projektspezifische, teilsystem- und gewerkeübergreifende synergetische Verknüpfung der Module und Teilsysteme (Bild 43). Das Ziel der Bildung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme ist es, die Mo6
Die energetische Passivität zielt darauf ab, Wärmeverluste im Gebäude zu vermeiden, nutzbare Wärmegewinne zu optimieren sowie den zeitlichen Unterschied zwischen Wärmeenergieanfall und Wärmeenergiebedarf durch passive Zwischenspeicherung auszugleichen. Der Begriff „passiv“ bezieht sich dabei auf die Passivität der genutzten Energiequellen, deren primäre Funktion nicht die Wärmebereitstellung sondern eine andere ist. Im Gegensatz dazu ist die primäre Funktion von aktiven Wärmeenergiequellen die aktive Wärmeenergiebereitstellung.
5.3
Strategische Ansätze zur Ressourcenoptimierung von Gebäuden
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dule und Teilsysteme so zu kombinieren, dass sich daraus Synergiepotentiale erschliessen, die zu einem wahrnehmbaren Mehrwert für potentielle Kunden führen. Dabei steht die system- und lebenszyklusorientierte holistische Optimierung der Module und Teilsysteme im Kontext des übergeordneten Gesamtsystems sowie unter Berücksichtigung der komplexen Interaktionen an den Schnittstellen zwischen den Teilsystemen im Fokus des innovativen, systemgeschäftlichen LCLeistungsangebots.
5.3 Strategische Ansätze zur Ressourcenoptimierung von Gebäuden Das Ziel der energetischen und nutzungsorientierten Optimierung eines Gebäudes im Kontext seiner Gestaltung und Nutzung sowie der Nutzungs- und Lebensdauer muss es sein, möglichst wenig nichtregenerative Energie zu verbrauchen. Daher muss in einem systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebot jeweils das Kostenoptimum aus Investitions- sowie Betriebs- und Unterhaltskosten gefunden werden. Dies beinhaltet einerseits die Gebäudehülle und andererseits die Erzeugung und Verteilung von regenerativer Energie sowie die Nutzung von regenerativer und nichtregenerativer Energie für Wärme / Kälte, Licht und Kraft. Die energetische Optimierung eines Gebäudes beinhaltet zwei wesentliche strategische Elemente (Bild 44): x Senkung des Gesamtenergieverbrauchs und des CO2-Ausstosses des Gebäudes x Steigerung der Erzeugung und Nutzung regenerativer Energieträger im Gebäude
Bild 44: Strategischer Absenkpfad für nichtregenerative Energieträger – Einflussfaktoren Energiekosten, Energieverbrauch und Energieträgerwechsel im Gebäudepark
Während beispielsweise die Gebäudehülle massgeblichen Einfluss auf den Energieverbrauch eines Gebäudes hat, kann mittels einer geeigneten Konzeption für
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Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Systemkonzeption nachhaltiger Gebäude
die HKL-Anlage der Anteil regenerativer Energieträger wirksam gesteigert werden. Mittel- bis langfristig muss es das Ziel sein, energieautark in Bezug auf nichtregenerative Energieträger zu werden, indem der Energieverbrauch auf ein Mass gesenkt wird, das durch regenerative Energieträger abgedeckt werden kann. Die Aussentemperatur ist eine wichtige Einflussgrösse für das Klima ausserhalb, aber auch innerhalb von Gebäuden. Sie ist massgeblich für den Heizbedarf aufgrund von Transmissions- und Lüftungswärmeverlusten im Winter und bestimmt im Sommer unerwünschte Wärmeeinträge sowie das mögliche Kühlpotential (z. B. per Nachtentlüftung). Bild 45 zeigt den Jahrestemperaturverlauf in Basel für das Jahr 2008. Die Heizgrenze für Passivhäuser liegt bei etwa 10° C. Ab dieser Temperatur müssen Passivhäuser aktiv beheizt werden; bis zu dieser Temperatur reichen die passiven Wärmeträger im Gebäudeinneren (Personen, Anlagen, Abwärme technischer Infrastruktur) sowie die externen Sonnenenergiegewinne. Über einer Temperatur von 20° C müssen Gebäude aktiv gekühlt werden, um ein gewisses Mass an Komfort im Gebäudeinneren aufrechtzuerhalten.
Bild 45: Kühl- und Wärmebedarf eines Passivhauses in Abhängigkeit des Jahrestemperaturverlaufs am Beispiel Basel im Jahr 2008 (in Anlehnung an [71])
Die energetische Optimierungsstrategie muss die Temperaturschwankung über den Jahresverlauf berücksichtigen und sowohl den Heizfall im Winter als auch den Kühlfall im Sommer einbeziehen. Ziel dieser Optimierung sind energetisch passive, bzw. hinsichtlich nichtregenerativer Energieträger weitestgehend autarke Gebäude. Innovative Entwicklungen bei den in der Gebäudehülle eingesetzten Dämmstoffen sorgen dafür, dass Gebäude im Winterfall [53] zunehmend weniger Heizenergie benötigen, weil die Transmissionswärmeverluste auf ein Minimum begrenzt werden können. Dies gilt insbesondere auch für die transparenten Elemente einer Gebäudehülle, die aus modernen wirkungsvollen Wärmeschutzgläsern konzipiert werden. Mit der weitgehenden Lösung des Problems der Transmissionswärmeverluste gerät beim winterlichen Wärmeschutz die Vermeidung von Lüftungswärmeverlusten in den Fokus der planerischen Optimierungsanstrengungen, vor allem dann, wenn das Gebäude über die Fassade belüftet wird. Für die Nutzer eines Gebäudes stellt die individuelle Belüftung über die Fassade eine wesentliche Steigerung des Nutzungskomforts dar.
5.3
Strategische Ansätze zur Ressourcenoptimierung von Gebäuden
99
Neben der Begrenzung der Transmissionswärmeverluste und der Vermeidung von Lüftungswärmeverlusten stellt die Nutzung solarer und auch interner Wärmegewinne einen weiteren Aspekt der energetischen Optimierung eines Fassadenkonzeptes dar. Insbesondere bei Bürogebäuden mit Glasfassaden ist das Raumklima im Sommer [53] mittlerweile der massgebende Fall bei der Bemessung einer Fassade hinsichtlich des Energieverbrauchs eines Gebäudes. Verschiedene Aspekte können und müssen bei der Optimierung berücksichtigt werden. Ein solcher Optimierungsaspekt der Fassade ist die Ausrichtung des Gebäudes insgesamt sowie die Berücksichtigung der Ausrichtung einzelner Fassadenflächen. Aus energetischer Sicht ist für den Sommerfall immer eine Nord-Süd-Ausrichtung zu bevorzugen. Bei transparenten Fassadenanteilen in alle Himmelsrichtungen sind je Himmelrichtung (insbesondere für die Ost- und Westrichtung) besondere Massnahmen des sommerlichen Wärmeschutzes (Sonnenschutz) vorzusehen. Ein hoher Fensterflächenanteil in Fassaden steigert die Transparenz eines Gebäudes in mehrfacher Hinsicht. Neben der Durchlässigkeit für Licht und Sonnenstrahlung stellt er auch den Aussenbezug für die Gebäudenutzer her, was heutzutage als ein wichtiges Komfortkriterium angesehen wird. Umgekehrt ergibt sich durch einen hohen Fensterflächenanteil auch eine gewisse Transparenz für die Betrachter eines Gebäudes, weil sich durch die Nutzung des Gebäudes ein dynamisches Bild von der Gestalt eines Gebäudes ergibt. Dieser Aspekt der Offenheit eines Gebäudes gegenüber seinen Betrachtern wird von kundenorientierten Unternehmen heutzutage als moderner Ausdruck einer offenen Corporate Identity verstanden, die sich im Gebäude des Unternehmens widerspiegeln soll. Der Sonnenschutz eines Gebäudes stellt die wesentliche technische Massnahme zur Reduzierung des Energieeintrags durch Sonnenstrahlung im Sommer dar. Er ist in Abhängigkeit der Ausrichtung der jeweiligen Fassade individuell zu gestalten. Mittels entsprechender Regelungstechnik ist der Sonnenschutz entsprechend einer Regelungsstrategie so zu automatisieren, dass möglichst wenig energetischer Aufwand für die Kühlung des Gebäudes betrieben werden muss. Daneben ist immer auch ein individueller Eingriff auf die Steuerung durch den Nutzer vorzusehen, damit dieser sich nicht durch die Technik bevormundet sieht.
5 100
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Systemkonzeption nachhaltiger Gebäude
Bild 46: Potentiale von regenerativen Energieträgern zur Deckung des Primärenergiebedarfs von Gebäuden (in Anlehnung an [52])
Hinsichtlich der Steigerung der Erzeugung und Nutzung regenerativer Energieträger zur energetischen Versorgung von Gebäuden sind grosse Potentiale regenerativer Energieträger bis jetzt weitgehend ungenutzt. HAUSLADEN [52] prognostiziert, dass mittels dieses Potentials der Anteil regenerativer Energieträger am heutigen Energiebedarf mehr als verdreifacht werden kann (Bild 46).
6 Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
6.1 Energetisch passives Gebäudeteilsystem Die Optimierung des energetisch passiven Gebäudeteilsystems besteht darin, die x Module – Tragkonstruktion x Module – Fassade x Module – raumbildende Teilsysteme einer multifunktionalen Nutzung zuzuführen. Dies bedeutet, dass sie neben ihrer originären Funktion auch als energetisch passive Elemente herangezogen werden. Die Elemente und Module oder auch Teilsysteme dienen dazu, x Wärmedämmkapazität sicherzustellen, x Wärmeverluste zu vermeiden und x Energie passiv zu speichern. Damit können jahreszeitliche Temperaturschwankungen durch die Wärmedämmkapazität der energetisch passiven Gebäudeteilsysteme abgepuffert werden. Ferner können interne tageszeitliche Temperaturschwankungen zeitversetzt ausgeglichen werden. Zudem können diese Elemente und Module zur internen bzw. externen Wärmespeicherung oder auch Kühlung herangezogen werden. Je höher das Optimierungspotential des energetisch passiven Gebäudeteilsystems in einem systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebot ausgeschöpft werden kann, desto geringer braucht die aktive Versorgung eines Gebäudes mit entsprechender Nutzenergie zu sein. 6.1.1
Modul Fassade
Funktionen der Fassade Die Fassade einer Immobilie hat drei grundsätzliche Hauptfunktionen:
1. Sie stellt das äussere Erscheinungsbild bzw. die Gestalt der Immobilie dar, 2. sie begrenzt das Gebäude technisch und funktionell nach aussen, 3. sie schützt vor Wettereinflüssen und verhindert das Entweichen des Innenklimas bzw. grenzt das Gebäudeinnenklima vom Aussenklima ab.
6 102
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
Eine Fassade besteht aus den folgenden Elementgruppen: x feste Trennelemente zwischen Aussen- und Innenklima und deren Befestigung x bewegliche Tür- und Fensterelemente zwischen Aussen- und Innenklima x Beschattungselemente zur Steuerung der Lichtverhältnisse zwischen der Aussen- und Innenhelligkeit bzw. Sichtschutz x Interaktive Trag- und Abdeckelemente für dezentrale Elektro- und HKLInstallationen Die verschiedenen funktionalen Aufgaben dieser Elementgruppen bestehen in: x x x x x x x
Wärmedämmung Energiegewinnung Lüftung Sicherstellung von Aus- und Einblick Schallschutz Sonnenschutz Lichtlenkung
Anordnung der Funktionselemente – Konstruktionsprinzipien Fassaden können hinsichtlich der Anordnung der funktionalen Fassadenelemente in die folgenden grundsätzlichen Konstruktionsprinzipien unterschieden werden [54]:
Bild 47: Einschaliges Fassadenprinzip [54]
x Einschalige Fassade: Bei der einschaligen Fassade liegen die transparenten und opaken Elemente sowie die Funktionselemente (Lüftung, Sonnenschutz, Haustechnik etc.) der
6.1
Energetisch passives Gebäudeteilsystem
103
Fassade in einer Ebene. Durch die parallele Anordnung können die Fassadenelemente unabhängig voneinander ausgelegt werden (Bild 47). Ein wichtiger Vorteil einschaliger Fassaden ist es, dass die jeweiligen Funktionselemente optimal ausgelegt werden können, weil keine Interaktionen mit anderen Funktionselementen zu befürchten sind. x Doppelfassade: Die Doppelfassade besteht aus zwei Fassadenebenen. Die innere, primäre Fassadenebene stellt den räumlichen Abschluss des Gebäudes dar und übernimmt in der Regel die Wärmedämmfunktion. Die äussere sekundäre Fassadenebene schützt das Gebäude vor äusseren Umwelteinwirkungen wie Wind, Wettereinflüsse und Lärm. Zwischen den beiden Fassadenebenen entsteht ein in der Regel belüfteter Zwischenraum. Anlagen der dezentralen Haustechnik zur Versorgung der zugehörigen Räume können in diesem Zwischenraum installiert werden. Darüber hinaus erlauben Doppelfassaden die raumlufttechnische Versorgung des Gebäudes über Fenster. Um die Zu- und Abluftströme verschiedener Nutzungsbereiche voneinander zu trennen, werden Doppelfassaden gegebenenfalls segmentiert (z. B. Schachtfassade, Korridorfassade und Kastenfensterfassade), indem der Fassadenzwischenraum unterteilt wird. Ein wichtiger Nachteil mehrschaliger Fassaden (Bild 48) kann die Interaktion der hintereinander angeordneten Funktionselemente sein. Wichtige Vorteile sind die realisierbare homogene Aussenfläche, sowie der Windschutz, gerade bei sehr hohen Gebäuden mit starken Windkräften, der die natürliche Belüftung – z. B. zur passiven Nachtentlüftung – erlaubt.
Lichtlenkung Sonnenschutz Energiegewinnung Lüftung Ein- und Ausblick
Bild 48: Mehrschaliges Fassadenprinzip [54]
6 104
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
x Wechselfassade: Wechselfassaden kombinieren die Konstruktionsprinzipien der einschaligen und der Doppelfassade. Dabei werden die Nachteile der seriellen Anordnung (z. B. Interaktion der funktionalen Fassadenelemente – z. B. Tageslichteintrag vs. Sonnenschutz) in Fassadenbereichen mit einschaliger Fassade vermieden und die Vorteile der seriellen Anordnung der Fassadenelemente (z. B. Möglichkeit der natürlichen Belüftung ohne Windbelastung und / oder Lärmemissionen) in Fassadenbereichen mit Doppelfassade genutzt.
Lichtlenkung Sonnenschutz Energiegewinnung Lüftung Ein- und Ausblick
Bild 49: Wechselfassadenprinzip [54]
Spezifische Standortanpassung – Fassadenkonzepte In Abhängigkeit der spezifischen Projektanforderung eines konkreten Gebäudes (z. B. Ausprägungsgrad des direkten Aussenbezugs, Schallschutz und Lüftungsverhalten) ergeben sich aus den benannten Konstruktionsprinzipien verschiedene Fassadenkonzepte [53], [60]. Kriterien für die Auswahl solcher Fassadenkonzepte sind:
x gewünschtes äusseres Erscheinungsbild des Gebäudes (Fensterflächenanteil, Transparenzgrad etc.) x Schalldämmwirkung bei natürlicher Belüftung über Fenster x Gewünschter / notwendiger Aussenbezug der Nutzer x Schall- und Geruchsübertragung über den Fassadenzwischenraum x Platzbedarf der Fassade und der darin integrierten Funktionselemente x klimatische Standortbedingungen x Anforderungen an die Zuluft x Reinigungsaufwand
6.1
Energetisch passives Gebäudeteilsystem
105
Beispiele für Fassadenkonzepte, die sich aus diesen Kriterien ergeben, sind (Bild 50): x x x x
Elementfassade Kastenfenster-Fassade Korridorfassade etc.
Bild 50: Fassadenkonzepte zur Umsetzung der Konstruktionsprinzipien einschaliger und mehrschaliger Fassaden [60]
HAUSLADEN hat eine Entscheidungsmatrix für die Auswahl eines geeigneten Fassadenkonzeptes entwickelt [53]. Als wesentliche Eingangsparameter sind zur Benutzung dieser Entscheidungsmatrix die erwünschte Schalldämmwirkung bei natürlicher Lüftung und der Verglasungsanteil der Fassade zu ermitteln (Bild 51). Mit diesen Parametern kann eine projektspezifische Vorauswahl getroffen werden. In Abhängigkeit der Kriterien x x x x x
Regelbarkeit des Zuluftstroms, Platzbedarf, Überhitzung, Schall- und Geruchsübertragung im Fassadenzwischenraum sowie Reinigungsaufwand
kann sich der Anwender der Entscheidungsmatrix dann für ein Fassadenkonzept entscheiden.
6 106
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
Bild 51: Entscheidungsmatrix für Fassadenkonzepte [53]
Materialien für Fassaden Hinsichtlich des Materials und der Beschaffenheit können folgende Fassadentypen unterschieden werden (Bild 52):
x x x x x x x
Ortbetonfassade Mauerwerk Holzfassade Verkleidung (Eternit, Stein etc.) Betonfertigteilfassade Metallfassaden – für Industrie und Lagerbau Glas-Metallfassaden – für Bürogebäude, Wohnungsbauten und öffentliche Gebäude
Energetisch passives Gebäudeteilsystem
107
Fassadenkonstruktionen
Fassadentypen
6.1
Bild 52: Fassadentypen und -konstruktionen (in Anlehnung an [114])
Multifunktionale Aufgaben einer Fassade Als Trennung zwischen Aussen- und Innenklima nimmt die Fassade unter anderem in der Interaktion mit dem HKL-System eine zentrale passive energetische Funktion ein. Im Rahmen des Paradigmawechsels hin zur Lebenszyklusorientierung von Gebäude und Infrastrukturen bestehen für Kunden / Bauherrn zukünftig die in Bild 53 dargestellten Anforderungscluster an nachhaltige lebenszyklusorientierte Fassaden:
x Fassaden müssen die gestalterisch ästhetischen Anforderungen ihrer Eigentümer bzw. Nutzer erfüllen. x Fassaden müssen ihre bauteiltechnische Funktionalität wie folgt erfüllen: – – –
Sicherheits- und klimatechnischer Abschluss des Gebäudes nach aussen Natürliche Belüftung und Belichtung des Gebäudes Energetisch aktive und passive Nutzfläche
x Fassaden müssen zusammen mit den Gebäudeteilsystemen, mit denen sie funktionstechnisch interaktiv verbunden sind, gesamtenergietechnisch optimiert sein.
6 108
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
Bild 53: Typologie der Nutzeranforderungen an Fassaden
Neben der passiven Trennfunktion zwischen Innen und Aussen entwickeln sich Fassaden zunehmend zu multifunktionalen aktiven Gebäudehüllen. Dabei übernehmen insbesondere Metall- / Glasfassaden wichtige Aufgaben der Klimatisierung und Komfortsteuerung eines Gebäudes sowie Licht und Beschattungsfunktionen. Moderne, intelligente Gebäudehüllen können in verschiedenster Weise Einfluss auf die Energie- und Lichtbilanz eines Gebäudes nehmen (Bild 54): x Automatisch öffnende Fensterflügel werden insbesondere nachts zur passiven Belüftung eines Gebäudes eingesetzt und senken so den aktiven Kühlungsbzw. Lüftungsbedarf. x Moderne, automatische Sonnenschutzanlagen dienen dem Blendschutz und verhindern darüber hinaus ein Überhitzen des Gebäudes an sonnenintensiven Tagen. Sie senken so den aktiven Kühlungsbedarf eines Gebäudes. x Teile der in die Gebäudehülle integrierten Sonnenschutzanlage können auch als Lichtleitsysteme ausgebildet werden. Solche Lichtleitsysteme reflektieren in Abhängigkeit vom natürlichen Lichteinfall Tageslicht blendfrei in das Gebäude. Sie sparen so elektrische Energie für die Beleuchtung ein. x Beim Konzept der dezentralen Haustechnik bzw. der integrierten Fassade wird die Belüftung, Heizung und / oder Kühlung des Gebäudes dezentral in die Fassade integriert. Dabei sind wasserführende Elemente, die an das Heizungsnetz angeschlossen sind, zum Heizen bzw. Kühlen in die Fassadenelemente integriert. Die automatische Be- und Entlüftung über die Fassade wird zur Wärmerückgewinnung über Wärmetauscher an diese wasserführenden Fassadenelemente herangeführt. Dieses Konzept spart so Energie zur Wärme- bzw. Kältegewinnung und zur Be- und Entlüftung ein.
6.1
Energetisch passives Gebäudeteilsystem
109
x Durch die Integration solartechnischer und photovoltaischer Fassaden- oder Dachelemente kann die Gebäudehülle zur Gewinnung von Wärmeenergie und elektrischer Energie eingesetzt werden. x Die Überwachung der automatischen Fassade wird mittels optischer und thermischer Sensoren realisiert, die die Helligkeit sowie das Klima in den Räumen feststellen und an die entsprechenden Steuerelemente weiterleiten. Korrekturmassnahmen werden umgesetzt, wenn die vom Nutzer vorgegebenen Parameter (Temperatur, Helligkeit, Blendwirkung etc.) über- oder unterschritten werden. Dazu ist eine intelligente, multifunktionale Entscheidungssoftware bei der Steuerung notwendig, um bei der Korrekturmassnahme den optimalen Komfort bei gleichzeitiger Minimierung der Energiekosten für den Nutzer zu erzielen. Die Fassade trägt so zum Nutzungskomfort im Gebäude bei [106].
Wärmedämmung und Wärmeschutzverglasung zur Verminderung von Transmissionsverlusten Photovoltaik zur elektrischen Energiegewinnung Lichtlenkung zur Tageslichtversorgung
Sonnenschutz gegen Überhitzung und Blendung
Natürliche Belüftung über Fassadenöffnung
Dezentrale Haustechnik für Heizung, Kühlung Lüftung
Bild 54: Gebäudehülle – Elemente in multifunktionalen Fassaden mit Einfluss auf die Energieund Lichtbilanz eines Gebäudes
Mit Schnittstellen zu allen wichtigen Teilsystemen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots nimmt die Fassade eine Schlüsselfunktion im Optimierungsprozess mit anderen Modulen und Teilsystemen ein. Bild 55 fasst die technologische Schnittstellenfunktion der Fassade mit ihren verschiedenen Aspekten hinsichtlich Licht, Temperatur, Belüftung und Schall zusammen [53].
6 110
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
Bild 55: Fassadenfunktionen – Multifunktionale Aufgaben einer Fassade [53]
Die energetische Gesamtoptimierung eines Gebäudes ist nur möglich, wenn neben dem HKL-System auch der energietechnische Einfluss der Fassade berücksichtigt wird. Die Komplexität der Optimierungsaufgabe wird darüber hinaus dadurch erhöht, dass dabei unabhängige und bisweilen sogar gegensätzliche Einflüsse berücksichtigt werden müssen. Dazu gehört, dass die energietechnische Optimierung der Fassade unter Berücksichtigung der optimalen Lichtverhältnisse, des optimalen Schallschutzes und der Lüftung sowie der gestalterisch ästhetischen Anforderungen des Bauherrn erfolgen muss. Dabei sind Fassaden des zeitgenössischen
6.1
Energetisch passives Gebäudeteilsystem
111
Geschmacks (z. B. Metall-Glas-Fassaden) unter energetisch optimierten Gesichtspunkten (z. B. sommerlicher Wärmeschutz) nicht immer die effizienteste Lösung. Trotzdem werden sich Bauherren hinsichtlich ihrer gestalterisch ästhetischen Anforderungen an die Fassade der lebenszyklusorientierten, energetischen Optimierungsaufgabe nicht immer komplett unterordnen wollen oder können. Von der gestalterischen Ästhetik wird nicht zuletzt auch die Werthaltigkeit des Gebäudes wesentlich mitbestimmt. Der lebenszyklusorientierte Wettbewerb um Bauaufträge muss die architektonisch ästhetische Gestaltung der Fassade in Verbindung mit den energetischen, schall- und lichttechnischen Dimensionen zur Sicherung der lebenszyklusorientierten Werthaltigkeit des Gebäudes holistisch optimieren. Die Gradwanderung zwischen Ästhetik und Energiebilanz der Fassade stellt eine besondere Herausforderung an die Planung und Erstellung der Fassade und die integrale, gesamtenergetische Optimierung des Bauwerks dar. Die Fassaden-Contracting-Möglichkeiten im Sinne der Abgabe von Leistungsund Kostengarantien für die Nutzungsphase der Gebäudehülle sind für sich betrachtet vergleichsweise eingeschränkt. Sie beschränken sich weitestgehend auf eine eventuelle Reinigung sowie den Service und Unterhalt von Fassaden. Durch innovative Konstruktionen und den Einsatz moderner Materialien kann die Fassade lebenszyklusorientiert optimiert werden [106]. Grundsätzlich sollte dabei die intendierte Lebens- bzw. Nutzungszeit eines Gebäudes als Ausgangspunkt einer LC-Optimierung einbezogen werden. Die Unterscheidung könnte grob z. B. nach folgenden Aspekten erfolgen: x Langlebige Gebäude (z. B. Bürogebäude) x Kurzlebige Gebäude (z. B. Verkaufshallen) Dabei stehen die Kosten für Reinigung sowie für betriebliche und bauliche Unterhaltskosten (Instandhaltung und Instandsetzung) sowie die Wertbeständigkeit (u. a. Ästhetik, Funktionskombination und Haltbarkeit) im Fokus der Optimierungsanstrengungen. Das eigentliche Contracting-Potential von Fassaden ergibt sich erst in den Interaktionen mit anderen Modulen und Teilsystemen wie dem HKL-System oder der Sonnenenergienutzung mittels Photovoltaik. Hierzu ist die gewerkeübergreifende Zusammenarbeit der entsprechenden Kompetenzträger und die Entwicklung entsprechender projektspezifischer teilsystem- und gewerkeübergreifender integrierter bzw. vernetzter Teilsysteme notwendig. 6.1.2
Modul Bauteilaktivierung
Insbesondere für den Kühlfall von lebenszyklusorientierten Bürogebäuden hat die Berücksichtigung der Speichermassen eines Gebäudes eine hohe Bedeutung. Im Gegensatz zu sogenannten leichten Konstruktionen haben Massebauteile die Möglichkeit, Energie einzuspeichern. Dazu nehmen die Massebauteile die im Raum vorhandene Wärmeenergie tagsüber auf und kühlen so den Raum ab. Nachts wird
6 112
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
mittels Belüftung diese Wärmeenergie abgeführt, so dass der Speicher am nächsten Tag wieder zur Verfügung steht (Bild 56). Tagsüber: Aufnahme der im Raum vorhandenen Wärmeenergie durch speicherfähige Massebauteile
Solare und interne Wärmelasten
Nachts:
Abgabe der gespeicherten Wärmeenergie mittels passiver Nachtentlüftung
Passive Entlüftung
Bild 56: Prinzip der Bauteilaktivierung zur Kühlung von Räumen mittels passiver Nachtentlüftung
Bild 57: Bauteilaktivierung – Beispiel der Betonkernaktivierung einer Decke zur Kühlung von Räumen [65]
Darüber hinaus kann die Speicherfunktion von Massebauteilen auch für den Heizfall angewendet werden. Dabei wird die im Tagesverlauf anfallende Wärmeenergie in den Massebauteilen gespeichert und bei niedrigeren Aussentemperaturen wieder an den Innenraum abgegeben. Aufgrund der gleichmässigen Abstrahlung
6.2
Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung
113
von z. B. massiven Betonwänden ist damit auch eine Erhöhung des Innenraumkomforts verbunden, weil die Abstrahlung zu höherer Behaglichkeit beiträgt. Die Aktivierung von Decken (Bild 57) bzw. anderen Bauteilen zur Speicherung von Energie gewinnt zunehmend an Bedeutung [65]. Eine innovative Möglichkeit der Bauteilaktivierung ist das Durchströmen von Decken bzw. anderen Bauteilen über integrierte Rohrsysteme mit kaltem oder warmem Wasser. Den entsprechend angeschlossenen Räumen kann so Wärme entzogen bzw. zugeführt werden. Die direkte Temperierung von Wänden ist mittels spezieller Steinformate auch im Mauerwerksbau möglich. Dabei werden Rohrleitungen durch dafür vorgesehene Lochungen geführt und mit kaltem oder warmem Wasser beschickt (Bild 58). Dadurch wird die Gebäudehülle zur Strahlungsfläche für Wärme oder Kälte, was ein behagliches Raumklima schafft.
Bild 58: Bauteilaktivierung – Behagliches Wohnklima durch KS-Steine mit integrierten Installationskanälen [6]
6.2 Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung Zur Wärme- und Kältebereitstellung werden heute folgende Energietechnologien benutzt: x Nichtregenerative Energieträger: –
Erdöl, Erdgas und Kohle
6 114
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
x Regenerative Energieträger: – – –
thermische Solarenergie Geothermie Biomasse
Bild 59: Heizvarianten im Überblick [49]
6.2
Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung
115
Bild 59 zeigt einen Überblick über die verschiedenen Möglichkeiten der Nutzung von Wärme in HKL-Anlagen. Die angegebenen Kombinationen sind ein Hinweis auf die vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten der verschiedenen Energiesysteme im Rahmen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots. Die Optimierung des Teilsystems HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung zielt bei der Wärme- und Kältebereitstellung für ein Gebäude auf die Autarkie hinsichtlich nichtregenerativer bzw. fossiler Energieträger ab. Dazu sollte die Wärme- und Kältebereitstellung mittels HKL-Anlage im Rahmen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots möglichst mit regenerativen Energietechnologien erfolgen: x Modul thermische Solarenergie, x Modul Geothermie und x Modul Biomasse. HKL-Anlage Die HKL-Anlage ist das zentrale Element des Teilsystems zur Wärme- und Kältebereitstellung. Die HKL-Anlage wandelt Primärenergieträger in Nutzenergie um (Bild 60) und versorgt ein Gebäude mit Nutzenergie in Form von Wärme, Kälte und / oder Lüftung. Optimierungsanstrengungen setzen bei der ökologischen sowie ökonomischen Nachhaltigkeit der HKL-Anlage an. Die ökologische sowie die ökonomische Nachhaltigkeit lassen sich massgeblich am Energieträger sowie an der effizienten Nutzung der Primärenergieträger durch die HKL-Anlage festmachen. Der effizienzunabhängige Verbrauch der Energieträger für das HKL-System lässt sich von einem definierten Referenzklima in
x nutzerabhängigen Verbrauch und x nutzerunabhängigen Verbrauch unterscheiden. Der nutzerabhängige Verbrauch ergibt sich aus den spezifischen Bedürfnissen der Anwender. Hierzu zählen ein individuelles Raumklimaempfinden und die verschiedenen Einflussmöglichkeiten des Nutzers auf den Verbrauch in der Nutzungsphase. Möglichkeiten der Einflussnahme durch den Nutzer sind beispielsweise natürliche Lüftung per Fenster oder die individuelle Anforderung eines vom Referenzklima abweichenden Raumklimas. Die nutzerabhängigen Änderungen vom Referenznormverhalten in Bezug auf Lüftungsdauer und Referenztemperatur und die daraus resultierenden Verbrauchsabweichungen können durch die Leistungs- bzw. Kostengarantien der Anbieterkooperation für ein systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot nicht abgedeckt werden. Die durch Sensoren registrierten Nutzerreferenzabweichungen müssen erfasst und finanziell gegenüber dem Referenznormverhalten bewertet werden. Dies muss in der Abrechnung klar getrennt ausgewiesen und über entsprechende Kostenfaktoren in der Abrechnung berücksichtigt werden.
6 116
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
Die Optimierung der HKL-Anlage muss im Gesamtkontext von Nutzung, energetisch passiven Bauteilen, Fassade sowie Nutzungs- und Lebenszyklus erfolgen. Innerhalb der gewerkeübergreifenden Optimierung werden die nutzerunabhängigen Verbräuche zum wesentlichen Bestandteil der Optimierungsanstrengungen des Teilssystems HKL. Hierzu gehört im Wesentlichen die Gesamtkonzeption des Teilsystems HKL-Anlage unter Berücksichtigung der effizienten Umwandlung von Primär- in Nutzenergie sowie der verlustarmen Verteilung der Nutzenergie. Die Effizienz der Optimierungsanstrengungen kann über entsprechende Leistungsund / oder Kostengarantien sichergestellt werden.
Bild 60: HKL-Anlage – Umwandlung von Primärenergie in Nutzenergie und Verteilung im Gebäude (in Anlehnung an [65])
Ansatzpunkte für die Optimierung des HKL-Systems sind: x Energieretention – Vermeidung von Nutzenergieabflüssen am Ort der Nutzung (z. B. über die Gebäudehülle) Die Gebäudehülle (Fassade, Dach) ist mittels Wärmedämm-Massnahmen möglichst passiv auszulegen. Ziel ist es, Transmissionswärmeverluste unter Berücksichtigung weiterer bauphysikalischer Faktoren (Feuchtigkeit, Akustik, Brandschutz und Tageslicht) weitestgehend zu vermeiden, um zur Sicherung des angestrebten Raumklimas nur geringe externe Energie zuführen zu müssen. Allerdings muss bei der integrativen, interaktiven Ausgestaltung von Gebäudehülle und HKL-Anlage zur Kosten- und Ressourcenminimierung die Nutzung bzw. Nutzungsdauer des Gebäudes in der Lebenszyklusbetrachtung berücksichtigt werden. Darüber hinaus sind Lüftungswärmeverluste durch zentral gesteuerte Belüftung und Wärmerückgewinnungsverfahren beim Luftwechsel (Komfortlüftung) zu minimieren. Bei der Wärmerückgewinnung wird die Wärme der Abluft eines Belüftungssystems über einen Wärmerückgewinner in Form eines Wärmetau-
6.2
Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung
117
schers an die frische Zuluft zurückgegeben. Zur Unterstützung der Kühlung und Lüftung von Gebäuden kann die passive Gebäudekühlung per Nachtlüftung eingesetzt werden. In Abhängigkeit von den klimatischen Rahmenbedingungen,7 denen eine Fassade ausgesetzt ist, erfolgt der Einsatz der passiven Gebäudekühlung per Nachtlüftung üblicherweise im Rahmen eines hybriden Lüftungssystems. In solchen hybriden Lüftungssystemen wird die passive, natürliche Belüftung eines Gebäudes durch mechanische Lüftungskomponenten unterstützt. Das heisst, es wird einerseits eine passive Belüftung über z. B. offene Fenster und ein unter Umständen vorhandenes Atrium erzeugt. Andererseits wird aktiv mechanisch mittels z. B. entsprechender Ventilatoren sowie Belüftungsschächte und -kanäle belüftet. Die passive Gebäudekühlung per Nachtlüftung setzt speicherfähige Massebauteile (z. B. thermische Masse der Tragkonstruktion) voraus, die die Kälte der Nacht zwischenspeichern und tagsüber bei Bedarf an die Räume abgeben. Die passive Gebäudekühlung per Nachtlüftung trägt so zur Einsparung von Energie zur Kühlung von Gebäuden bei. x Energieressourcen – Auswahl des Primärenergieträgers Vor dem Hintergrund der zunehmend knapper werdenden fossilen Energievorräte ist es ein Ziel des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots, bezüglich externer fossiler Energieträger weitestgehend energieautark zu werden. Bei der Auswahl des Energieträgers sollten deshalb vor allem regenerative Energieträger in Betracht gezogen werden, mittels derer die noch verbleibende Restmenge an externer Energie zur Erzeugung des angestrebten Raumklimas zugeführt wird. Hierzu gehören im Hinblick auf die Wärmeproduktion insbesondere – – –
Sonnenenergie, Geothermie und Biomasse.
Die regenerativen Energieträger stellen wichtige Elemente eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots dar, weil sie einen wichtigen Beitrag zur Energieautarkie von Gebäuden leisten. x Energieumwandlung – Anlage zur Umwandlung von Primär- in Nutzenergie Aus oben genannten Gründen sind Technologien zu bevorzugen, die sich auf den Einsatz regenerativer Energieträger stützen. Zur Wärmegewinnung gehören hierzu z. B. der Einsatz von: – –
Sonnenkollektoren und Wärmepumpenheizung mit Erdsonden.
Beim Einsatz von Verbrennungsanlagen zur Verbrennung fossiler Brennstoffe (z. B. Heizöl, Erdgas etc.) und / oder Biomasse (z. B. Holzpellets, Kompogas 7
Ein wichtiger Faktor ist hier die Differenz zwischen Tages- und Nachttemperatur.
6 118
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
etc.) ist die Polygeneration von Wärme und Elektrizität mittels Wärme-KraftAnlagen anzustreben. Dabei kann die bei der Stromproduktion durch Verbrennung gewonnene Abwärme zur Beheizung eines Gebäudes genutzt werden. Bei der Verwendung von Biomasse muss darauf geachtet werden, dass möglichst räumlich nahe Vorkommen genutzt werden. Zur Sicherstellung des Gleichgewichts zwischen Nachfrage und Angebot wird ein überregionales Ressourcenmanagement notwendig werden. x Energieverteilung – nutzungsgerechte und leckagearme Verteilung der Nutzenergie Die Verteilsysteme für die Nutzenergie sind so auszulegen, dass sie der Nutzungsstruktur des Gebäudes entsprechen. Beispielsweise sind Kreisläufe (für Wärme-, Kälte- oder Lüftungsenergie) entsprechend den Nutzungszonen8 im Gebäude auszulegen. Des Weiteren ist eine nutzungsgerechte Regelung der Kreisläufe sicherzustellen. Durch diese nutzungsgerechte Regelungsmöglichkeit kommt es gerade in Gebäuden mit (zeitlich) stark strukturierter Nutzung9 zu erheblichen Einsparpotentialen von bis zu 20 %, weil nichtgenutzte Gebäudebereiche über z. B. Einzelraumregelungssysteme stark heruntergeregelt werden können [65]. Die Verteilsysteme der thermischen Nutzenergie (Wärme, Kälte, Lüftung) sind qualitativ so auszulegen, dass sie die generierte Nutzenergie weitestgehend verlustarm an den Ort ihrer Nutzung transportieren. Hierzu sind die Verteilsysteme (z. B. Rohrleitungssystem) ausreichend zu isolieren. x Energienutzungsinformationssystem Energienutzungsinformationssysteme ermöglichen die Rückkoppelung an die Nutzer hinsichtlich ihres Energiekonsumverhaltens mittels digitaler Informationssysteme, um ihnen einen Benchmark bzw. den Vergleich zum Referenzklima und mit anderen Nutzern zu ermöglichen.
6.2.1
Modul fossile Energienutzung zur Wärmebereitstellung
Fossile Energieträger sind das Ergebnis eines geologischen Umwandlungsprozesses, bei dem abgestorbenes organisches Material unter hoher Temperatur und hohem Druck zu verschiedenen organischen Kohlenwasserstoffverbindungen umgewandelt wurde. Da der komplexe Umwandlungsprozess mehrere Millionen Jahre in Anspruch nimmt, spricht man bei diesen Energieträgern von nichtregenerativen 8
Als Nutzungszonen werden im vorliegenden Zusammenhang Gebäudebereiche mit zeitlich weitestgehend gleicher und inhaltlich ähnlicher Nutzung bezeichnet. 9 Damit sind Gebäude gemeint, in denen es viele Bereiche gibt, die zu unterschiedlichen Zeiten genutzt bzw. nicht genutzt werden. In solchen Gebäuden ist eine zentrale einheitliche Steuerung des Klimas nicht sinnvoll, stattdessen sind die entsprechenden Nutzungszonen getrennt regelbar auszulegen.
6.2
Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung
119
Energieträgern. Die wichtigsten heute noch verwendeten fossilen Energieträger sind: x Erdöl, x Erdgas und x Kohle. Die globalen Reserven dieser fossilen Energieträger sind begrenzt. Die Prognose über die zeitliche Reichweite ist mit Unsicherheiten behaftet. Einerseits werden immer wieder neue Quellen erschlossen, andererseits steigt der Bedarf insbesondere aufgrund aufstrebender Wirtschaftsräume (wie z. B. China) und der wachsenden Weltbevölkerung stetig an. Die Internationale Energieagentur (IEA) prognostiziert, dass die Reserven an fossilen Energieträgern unter Annahme eines bestimmten Energieszenarios noch mindestens 40 Jahre reichen (Bild 38) [57]. Der wichtigste Nachteil fossiler Energieträger neben der Begrenztheit der Ressourcen sind die beim Verbrennungsprozess freigesetzten CO2-Emmissionen. Sie werden als eine wesentliche Ursache der Klimaerwärmung und der damit verbundenen Folgen für das Leben auf der Erde betrachtet. Bei der Wärmebereitstellung für Gebäude werden fossile Energieträger als Brennstoff für die Heizkessel von Warmwasserheizungsanlagen eingesetzt. Dabei wird im Heizkessel Wasser auf die sogenannte Vorlauftemperatur erwärmt und in das Verteilersystem (Heizungsleitungen und Heizkörper) geleitet. Insbesondere aufgrund des vergleichsweise hohen Bedienkomforts und des geringen Wartungsaufwandes werden heutzutage fast ausschliesslich die fossilen Energieträger leichtes Heizöl und Erdgas eingesetzt [80]. In modernen Heizungsanlagen wird zum Verbrennen der fossilen Brennstoffe (Heizöl oder Erdgas) die sogenannte Brennwerttechnik [80] eingesetzt. Bei der Brennwerttechnik wird der Wirkungsgrad des Heizkessels dadurch erhöht, dass die Kondensationswärme des Wasserdampfes im Abgas des Heizkessels genutzt wird (Bild 61). Die Nutzung der in den Abgasen enthaltenden Wärme erfolgt über Abgaswärmetauscher, die im Rücklauf der Heizung angeordnet werden. Im Gegensatz dazu geht bei konventionellen Heizkesseln durch die Abwärme der Abgase ein grosser Teil der Heizenergie des Brennstoffes (Heizöl, Erdgas) verloren. Aufgrund der niedrigen Temperaturen kondensieren die Abgase von Brennwertkesseln bereits in der Abgasanlage (Bild 61). Das dabei entstehende säurehaltige Kondensat stellt erhöhte Anforderungen an die Abgasanlage: Es muss vermieden werden, dass diese durch das säurehaltige Kondensat beschädigt wird. In der Konsequenz muss die Abgasanlage von Brennwertkesselanlagen feuchtigkeits- und säureunempfindlich ausgelegt werden (z. B. Kunststoff oder Edelstahlrohr im Schornstein). Im Rahmen von systemgeschäftlichen LC-Leistungsangeboten ist die HKLAnlage möglichst so zu gestalten, dass auf den Einsatz von fossilen Primärenergieträgern verzichtet werden kann. Falls dies nicht vollumfänglich möglich ist, sollte die Verbrennung der fossilen Primärenergieträger mittels Brennwerttechnik erfolgen, um die Brennstoffe möglichst effizient auszunutzen. Darüber hinaus ist
6 120
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
beim Einsatz fossiler Primärenergieträger die Polygeneration von elektrischem Strom und Wärmeenergie in Wärme-Kraft-Anlagen anzustreben. Abgas Heizungsvorlauf
Heizkörper
Heizungsrücklauf 1. Wärmetauscher
2. Wärmetauscher Abgasrohr
Gaszufuhr
Abgasventilator
Luftzufuhr
Kondensat
Kondensation des Wasserdampfes im Abgas
Bild 61: Prinzip der Brennwerttechnik
6.2.2
Modul thermische Solarenergienutzung zur Wärmebereitstellung
Für die Nutzung der thermischen Solarenergie zur Wärmebereitstellung in Gebäuden gibt es zwei Anwendungsfälle: x Deckung des Wärmebedarfs für die Warmwasserbereitung und x unterstützende Nutzung für den Wärmebedarf zur Beheizung eines Gebäudes. Bild 62 zeigt das Prinzip einer thermischen Solaranlage zur Warmwasserbereitung. Im Solarkollektor wird über einen Absorber die Energie der Sonnenstrahlung als Wärmeenergie an eine Wärmeträgerflüssigkeit (in der Regel Wasser, ggfs. mit einem Frostschutzmittel) übertragen. Diese Wärmeträgerflüssigkeit transportiert die Wärmeenergie über ein Rohrleitungssystem zu einem Wasserspeicher, in dem Wasser zur weiteren Verwendung durch den Nutzer erwärmt wird.
6.2
Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung
121
Sonnenstrahlung
Solarkollektor
Warmwasser
Zusatzheizung
Wärmetauscher Speicher
Kaltwasser Bild 62: Prinzip einer thermischen Solaranlage zur Warmwasserbereitung (in Anlehnung an [65])
Energieeffizienz und Nachhaltigkeit Der Primärenergiefaktor [103] ist ein dimensionsloser Energiekennwert, der angibt, um wie viel höher die Primärenergiemenge10 ist, die notwendig ist, um den Nutzenergiebedarf eines Gebäudes (Bezugsgrösse MJ) zu decken. Der Primärenergiefaktor bildet damit die bei der Umwandlung von Primär- in Nutzenergie entstehenden Energieverluste ab. Hierzu zählen Energieverluste z. B. bei der Herstellung, dem Transport, der Lagerung und der Verteilung der Primärenergieträger. Bei am Standort erzeugter Nutzenergie (z. B. Wärme oder Strom) beinhalten die Primärenergiefaktoren auch die Energie, die zur Herstellung der Energiewandler (Solarkollektor, Photovoltaikpanel, Wärmepumpenaggregat und die diversen Wärmetauscher) notwendig ist [30]. Der Primärenergiefaktor ist damit der Kennwert eines Energiesystems, der es erlaubt, die Effizienz eines Energieumwand10
Der Faktor berücksichtigt dabei „die Energie, die erforderlich ist, um die Energie zu gewinnen, umzuwandeln, zu raffinieren, zu lagern, zu transportieren und zu verteilen, sowie alle Vorgänge, die erforderlich sind, um die Energie dem Gebäude zuzuführen, das sie verbraucht“ [103].
6 122
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
lungssystems (Primär- in Nutzenergie) zu bewerten. Je geringer der Primärenergiefaktor ist, desto effizienter ist die Umwandlung von Primär- in Nutzenergie und desto geringer sind die dabei entstehenden Energieverluste. Der Primärenergiefaktor wird in der Schweiz unter anderem bei der energetischen Beurteilung von Gebäuden für den Energieausweis herangezogen [103]. Ergänzend zum Primärenergiefaktor wird im SIA-Merkblatt 2031 [103] sowie bei FRISCHKNECHT UND TUCHSCHMID [30] der erneuerbare Primärenergieanteil angegeben. Diese Kennzahl von Energiesystemen erlaubt es indirekt, die Nachhaltigkeit des jeweiligen Energiesystems zu beurteilen. Je höher der erneuerbare Primärenergieanteil eines Energiesystems ist, als desto nachhaltiger kann das Energiesystem bezeichnet werden. Der Primärenergiefaktor der thermischen Solarenergie beträgt 1.34 [30], d. h. es sind 1.34 MJ Primärenergie notwendig, um das Gebäude mit 1 MJ Nutzenergie zu versorgen. Dieser Wert ist vergleichbar mit dem Primärenergiefaktor der Wärmeproduktion mittels Heizöl (1.31 [30]). 1.8
Primärenergief aktor (PF) [-]
1.6 1.4 0.19
1.2 1
Primärenergief aktor nicht-regenerativ
0.8 0.6
1.31
1.15
1.34
Primärenergief aktor regenerativ
0.4 0.2 0 Heizöl
Solarthermie
Bild 63: Energieeffizienz – Vergleich der Primärenergiefaktoren der Energiesysteme Wärme Heizöl und Sonnenenergie zur Erzeugung einer Einheit Nutzenergie (in Anlehnung an [30])
Entscheidend für die lebenszyklusorientierte Bewertung der thermischen Solarenergie über eine Nutzungszeit von mindestens 20 Jahren [112] ist jedoch der hohe Anteil regenerativer Primärenergie (Sonnenenergie). Der Anteil regenerativer Primärenergie (1.15 [30]) an der gesamten Primärenergie beträgt rund 85 % (Bild 63). Der verbleibende Anteil nichtregenerativer Primärenergie von etwa 15 % ent-
6.2
Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung
123
fällt im Wesentlichen auf den Herstellungs- und Installationsprozess der Solarkollektoren, für die eine Nutzungszeit von 25 Jahren angenommen wird.11 Zur Beurteilung des Einflusses eines Energiesystems auf den Treibhauseffekt kann das CO2-Äquivalent herangezogen werden. Das CO2-Äquivalent gibt die Menge an CO2 und – bezüglich ihres Treibhauseffektes – äquivalenten Gasen (z. B. Methan) an, die bei der Verbrennung von fossilen Energieträgern freigesetzt werden [103]. Das CO2-Äquivalent kann als weiterer Hinweis für die Nachhaltigkeit eines Energiesystems betrachtet werden. Es wird als Menge CO2-äquivalente Masse je erzeugter Einheit Nutzenergie angegeben (g/MJ). Das CO2-Äquivalent bei der Erzeugung von Wärme mittels thermischer Solarenergie in Gebäuden beträgt 8 g/MJ (Bild 64). Diese CO2-äquivalente Masse fällt im Wesentlichen bei der Herstellung der Sonnenkollektoren an, für die eine Nutzungsdauer von mehr als 20 Jahren [112] angenommen wird. Zum Vergleich: Das CO2-Äquivalent bei der Erzeugung von Wärme mittels Verbrennung von Heizöl beträgt 88 g/MJ. Damit beträgt der CO2-Anteil der thermischen Solarenergie je MJ nur 9 % der CO2-äquivalenten Masse, die bei der Erzeugung von Wärme durch Verbrennen von Heizöl anfällt [30]. 100
CO2-Äquivalent [g/MJ]
90 80 70 60 50 40
88
30 20 10
8
0 Heizöl
Solarthermie
Bild 64: Vergleich der bei der Wärmeenergieerzeugung emittierten CO2-äquivalenten Treibhausgase der Energiesysteme Wärme Heizöl und Sonnenenergie (in Anlehnung an [30])
Hinsichtlich des Energiebedarfs, der bei der Herstellung, dem Bau, dem Betrieb und der Entsorgung einer Solaranlage anfällt, ermittelt DOKA [25] eine Energie11
Die Nutzenergie wird am Ausgang des Energiewandlers gemessen. Dabei werden die energetischen Aufwendungen für die Herstellung des im Gebäude liegenden Energiewandlers bzw. des Transportmittels berücksichtigt [30].
6 124
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
rückzahldauer (ERZ) von 2.9 Jahren; das heisst, dass die bei der Herstellung, dem Bau, dem Betrieb und der Entsorgung einer Solaranlage anfallende Energieschuld nach 2.9 Jahren zurückgezahlt ist. Zusammenfassend weist die thermische Solarenergie somit gegenüber der traditionellen Beheizung mittels fossiler Energieträger hinsichtlich Effizienz und Nachhaltigkeit eine positive Energiebilanz auf. Das energetische Gesamtsystem des Gebäudes, bestehend aus Heizung / Klima / Lüftung und Fassade, kann um Sonnenkollektoren mit Ertragsgarantie (Abrechnung z. B. in kWh/m2/a in Abhängigkeit der Sonnenscheindauer) ergänzt werden. Bisherige Garantien für Solaranlagen garantieren im Wesentlichen ihre Funktionsfähigkeit und versprechen einen für die Region durchschnittlichen Ertrag. Im Rahmen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots können weiter reichende projektspezifische Ertragsgarantien abgegeben werden. Durch eine Ertragsgarantie für ein spezifisches Projekt kann folgende lebenszyklusorientierte Optimierung erreicht werden: x Über- oder unterdimensionierte Solaranlagen führen zu geringeren spezifischen Erträgen je m2 bzw. zur Unterversorgung des Gebäudes. Durch die interaktive, integrierte Abstimmung der Solaranlage mit der HKL-Anlage und der Gebäudehülle in der Planungsphase kann eine optimal dimensionierte Solaranlage geplant werden. x In der Nutzungsphase kann der projektspezifische Ertrag der Solaranlage auf monatlicher Basis dokumentiert und mittels Datenfernübertragung an den Anbieter gemeldet werden. Der garantierte projektspezifische Ertrag gilt in Abhängigkeit von – – – – –
der effektiv dokumentierten Sonnenscheindauer (Globalstrahlung) der optimalen, ggfs. optimierten Ausrichtung der Solarkollektoren der Einhaltung der vorgegebenen und mit den korrespondierenden Teilsystemen und Modulen abgestimmten Wartungsintervalle, der Sauberkeit der Module sowie der vereinbarten und dokumentierten Beschattungsverhältnisse der Solarkollektoren (Dokumentation z. B. anhand von Fotos aus Sicht der Solarkollektoren in Richtung der verschiedenen Himmelsrichtungen).
Durch die Übernahme von Planung, Installation, Wartung und Unterhalt der entsprechenden HKL-Gesamtanlage einschliesslich Sonnenkollektoren können im Rahmen eines Life-Cycle-Contractings demnach wesentlich weiter reichende Ertragsgarantien12 gegenüber dem Endkunden gegeben werden als bisher üblich. Bei der Bereitstellung eines definierten Raumklimas im Rahmen eines integrierten und vernetzten HKL-Systems für ein systemgeschäftliches LC-Leistungs12 Ertragsgarantien für Solaranlagen stellen Leistungsgarantien im weitesten Sinne dar. Darin garantiert der Leistungsanbieter für eine bestimmte Solaranlage einen Ertrag an Energie (Wärmeenergie, elektrische Energie), knüpft diese Garantie aber an bestimmte optimierte Bedingungen, unter denen die Solaranlage installiert und betrieben wird.
6.2
Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung
125
angebot führt die Integration von Solarkollektoren – ggfs. unter Abgabe projektspezifischer Ertragsgarantien – zur Senkung des fossilen Primärenergiebedarfes der betroffenen Gebäude. Solarenergieanlagen können problemlos auf Dachflächen genutzt werden (multifunktionale Nutzung der Dachfläche). Nur bei denkmalgeschützten Gebäuden und Quartieren ist aus architektonischen und historischen Gründen eine projektspezifische Prüfung notwendig. 6.2.3
Modul Geothermie zur Wärmebereitstellung
Die Nutzung der Erdwärme (Geothermie) zur Wärmebereitstellung für Gebäude gewinnt insbesondere in Nordamerika und Europa zunehmend an Bedeutung als Quelle regenerativer Energie. Mittels erdwärmegekoppelter Wärmepumpen wird dabei die im Untergrund gespeicherte Wärmeenergie für die Beheizung von bzw. die Warmwasserbereitstellung in Gebäuden nutzbar gemacht. Das Prinzip der Wärmepumpe folgt einem thermodynamischen Kreisprozess (Bild 65). Dabei überträgt die Wärmepumpe die Umweltwärmeenergie in einem Verdampfer zunächst auf ein Kältemittel. Im Verdichter wird die im Kältemittel enthaltene Umweltwärme durch Kompression auf ein höheres Temperaturniveau angehoben, um sie dann im Wärmetauscher des Verflüssigers auf Vorlauftemperaturniveau an den Heizkreislauf abgeben zu können. Am Expansionsventil wird das zuvor komprimierte Kältemittel entspannt, wodurch es sich abkühlt und zur erneuten Aufnahme von Wärmeenergie im Verdampfer bereit steht.
Bild 65: Prinzip einer Wärmepumpe als thermodynamischer Kreisprozess
6 126
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
Die Hauptursache für die zunehmende Akzeptanz und Verbreitung von erdgekoppelten Wärmepumpen ist das realisierbare Einsparpotential von fossiler Energie gegenüber rein mit fossilen Energieträgern betriebenen Heiztechnologien (z. B. Ölkessel, Gasbrennwertkessel) [110]. Je nach Leistungsfähigkeit der entsprechenden Anlage können dabei wesentliche Anteile des Wärmeenergiebedarfs eines Gebäudes regenerativ gedeckt werden. Energieeffizienz und Nachhaltigkeit Die anhand des Primärenergiefaktors (PF) bewertete Energieeffizienz der am Gebäudestandort erzeugten Wärme mittels Geothermie beträgt bei Erdsonden 1.52 [30], d. h. es sind 1.52 MJ Primärenergie notwendig, um das Gebäude mit 1 MJ Nutzenergie zu versorgen (Bild 66). Damit ist die Geothermie energieeffizienter als die Wärmeproduktion mittels Heizöl (PF: 1.31 [30]). Die Energieeffizienz der zwei anderen Geothermievarianten (mittels Brunnenanlagen über das Grundwasser bzw. über Erdwärmekollektoren) kann als vergleichbar angenommen werden [30]. 1.8 Primärenergief aktor (PF) [-]
1.6 1.4 1.2
0.66
1
Primärenergief aktor nicht-regenerativ
0.8 0.6
1.52
1.31
Primärenergief aktor regenerativ
0.86
0.4 0.2 0 Heizöl
Geothermie
Bild 66: Energieeffizienz – Vergleich der Primärenergiefaktoren der Energiesysteme Wärme Heizöl und Geothermie zur Erzeugung einer Einheit Nutzenergie (in Anlehnung an [30])
Zur Beurteilung der Nachhaltigkeit des Energiesystems Geothermie wird der Anteil der regenerativen Primärenergie betrachtet. Der Anteil regenerativer Primärenergie (0.86 [30]) an der gesamten Primärenergie (1.52 [30]) beträgt rund 55 %. Mit Bezug zum vergleichsweise hohen Anteil regenerativer Primärenergieträger kann die Geothermie damit im Vergleich zu rein fossil betriebenen Energiesystemen als nachhaltig betrachtet werden. Der verbleibende nichtregenerative Primärenergieanteil entfällt im Wesentlichen auf die Herstellung und Bereitstellung des für den Betrieb der Wärmepumpe notwendigen elektrischen Stroms und die Herstellung bzw. den Transport der
6.2
Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung
127
Erdwärmepumpen-Anlage sowie der geotechnischen Arbeiten / Bohrungen zur Installation der Erdwärmekollektoren. Die Abschreibung dieser grauen, nicht regenerativen Energie erfolgt über eine Nutzungszeit von 30 Jahren. Das CO2-Äquivalent der bei der Beheizung mittels Geothermie anfallenden treibhauswirksamen Emissionen beträgt 17 g/MJ [30] (Bild 67). Im Vergleich zur Wärmeerzeugung mittels Heizöl fallen somit unter Berücksichtigung der angenommenen Nutzungszeit nur 19 % CO2-äquivalenter Emissionen an. Die Geothermie kann damit auch hinsichtlich der Nachhaltigkeit bzgl. des Treibhauseffektes als vergleichsweise nachhaltig bezeichnet werden. 100
CO2-Äquivalent [g/MJ]
90 80 70 60 50 40
88
30 20 10
17
0 Heizöl
Geothermie
Bild 67: Vergleich der bei der Wärmeenergieerzeugung emittierten CO2-äquivalenten Treibhausgase der Energiesysteme Wärme Heizöl und Geothermie (in Anlehnung an [30])
Das Nachhaltigkeits- bzw. das fossile Energieeinsparpotential der Erdwärmepumpenheizung gegenüber einer fossil betriebenen Heizungsanlage kann durch den Einsatz von regenerativen Energien bei der Stromproduktion (z. B. Antrieb der Wärmepumpe mittels photovoltaisch generierten Stroms) noch wesentlich gesteigert werden bis hin zur Autarkie hinsichtlich fossiler Energieträger. Varianten der Erdwärmenutzung Mittels Geothermie (Erdwärmenutzung) kann der Untergrund auf verschiedene Art und Weise zur Gewinnung thermischer Energie genutzt werden. Hierzu gehören die folgenden Anwendungsfälle für Geothermie [108]:
x Nutzung des Grundwassers mit Brunnenanlagen, x Nutzung des oberflächennahen Untergrunds mit Erdwärmekollektoren und x Nutzung des Untergrunds mit Erdwärmesonden. Die Varianten der Erdwärmenutzung unterscheiden sich einerseits darin, wo die Erdwärme aufgenommen wird und andererseits im Medium, mittels dessen die Erdwärme von ihrem Ursprung zur Wärmepumpe transportiert wird.
6 128
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
Brunnenanlagen – geothermische Grundwassernutzung Bei der thermischen Nutzung des Grundwassers mit Brunnenanlagen [108] (Bild 68) wird die in tiefen Grundwasserlagen vorgefundene Wärme für die Beheizung eines Gebäudes nutzbar gemacht. Dazu werden Brunnen in Tiefen (100–400 m) abgeteuft, in denen das Grundwasser eine über das Jahr relativ konstante Temperatur (8–14 °C) hat. Mittels einer Wärmepumpe wird die im Grundwasser enthaltene Wärmeenergie auf ein höheres Temperaturniveau (ca. 50 °C) angehoben. Die Wärmeenergie kann dann über einen Wärmetauscher dem Heiz- bzw. Warmwasserkreislauf eines Gebäudes zugeführt werden. Das kalte Grundwasser, dem die Wärmeenergie entzogen wurde, wird wieder dem Grundwasser zugeführt.
Bild 68: Prinzip der Erdwärmenutzung über das Grundwasser mittels Brunnenanlage und Wärmepumpe
Erdwärmekollektoren – oberflächennahe Erdwärmenutzung Bei der thermischen Nutzung des oberflächennahen Untergrundes mit Erdwärmekollektoren [108] (Bild 69) wird die im oberflächennahen Untergrund vorgefundene Wärme mittels horizontal angeordneter Erdwärmekollektoren für die Beheizung von Gebäuden nutzbar gemacht. Als Transportmedium der Erdwärme aus
6.2
Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung
129
dem Untergrund an die Wärmepumpe wird ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel (z. B. ein Ethylen-Glykol-Wasser-Gemisch) eingesetzt. Die horizontale oberflächennahe Anordnung des Erdwärmekollektors stellt spezifische Anforderungen an die Installation. So dürfen die Erdwärmekollektoren nicht überbaut werden und die Oberfläche darf nicht versiegelt werden. Diese Anforderungen an die Installation und die in der Oberflächennähe begründete geringere Leistungsfähigkeit im Vergleich zu den anderen Varianten der Erdwärmenutzung führt zur Eignung der Erdwärmenutzung des oberflächennahen Untergrundes mit Erdwärmekollektoren vor allem für einfache Anwendungsfälle z. B. bei Einfamilienhäusern.
Bild 69: Prinzip der thermischen Nutzung des oberflächennahen Untergrundes mittels Erdwärmekollektoren [108]
Erdwärmesonden – Erdwärmenutzung des Untergrunds Bei der thermischen Nutzung des Untergrunds mit Erdwärmesonden [108] (Bild 70) wird die in Tiefen zwischen 10 und 200 m vorgefundene Erdwärme für die Beheizung von Gebäuden nutzbar gemacht. Als Wärmetransfermedium dient ein Gemisch aus Wasser und Frostschutz (z. B. ein Ethylen-Glykol-Wasser-Gemisch). Erdwärmesonden stellen die leistungsfähigste Variante der Erdwärmenutzung dar. Die Leistungsfähigkeit kann über die Sondenlänge und die Anzahl der Sonden variiert werden. Grenzen werden durch die Begrenzung der Temperaturänderung gegenüber dem ungestörten Boden (± 17 K bei Spitzenlast) gesetzt, d. h. die Temperatur des Untergrunds darf durch die geothermische Nutzung in Spitzenlastzeiten um nicht mehr als 17 K herabgesetzt werden. Diese Grenze stellt sicher, dass es zu keiner dauerhaften Änderung der Untergrundtemperatur kommen kann. Durch die
6 130
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
so mögliche Regeneration der Untergrundtemperatur steht der Untergrund als Energiespeicher zeitlich nahezu unbegrenzt zur Verfügung.
Bild 70: Prinzip der thermischen Nutzung mittels Erdwärmesonden [108]
Luft-Erdwärmeüberträger – Erdwärmenutzung zur Frischlufttemperierung Im sogenannten Erdwärmeüberträger wird die Erdwärme auch zur Temperierung von für die Belüftung eines Gebäudes benötigter Frischluft eingesetzt (Bild 71). Dazu wird die angesaugte frische Aussenluft über ein Rohrsystem durch das Erdreich geführt und dabei auf die Temperatur des Erdreichs gebracht. Dabei kann der Luft-Erdwärmeüberträger an kalten Tagen, an denen die Aussenluft kälter als das Erdreich ist, genutzt werden, um die angesaugte Frischluft zu erwärmen. An warmen Tagen, an denen die Aussenluft wärmer als das Erdreich ist, unterstützt der Luft-Erdwärmeüberträger die Kühlung eines Gebäudes. Luft-Erdwärmeüberträger stellen insbesondere bei Bürogebäuden und Mehrfamilienhäusern eine energetisch nachhaltige Ergänzung der raumlufttechnischen Anlage (RLT-Anlage) dar [107]. Mittels des Luft-Erdwärmeüberträgers kann der Energiebedarf der RLT-Anlage zur Konditionierung (Wärme oder Kälte) der Frischluft wirksam gesenkt werden.
6.2
Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung
131
Erwärmte Zuluft
Ansaugen der kalten Aussenluft
RLTAnlage Wärmeüberträgerfläche im Erdreich
Bild 71: Prinzip des Luft-Erdwärmeüberträgers (in Anlehnung an [65])
6.2.4
Modul Biomasse
Die in Biomasse gespeicherte Sonnenenergie kann als regenerative Energie zur Gewinnung von Wärmeenergie nutzbar gemacht werden. Dazu wird die Biomasse als Brennstoff von Heizkesselanlagen genutzt. Mögliche Formen der Biomasse zur Nutzung in der Heizungsanlage sind: x feste Biomasse: z. B. Holzpellets, x gasförmige Biomasse: z. B. Biogas (Kompogas) aus Faulungs- bzw. Gärungsprozessen sowie x flüssige Biomasse: z. B. Rapsöl. Holzpelletsheizung Holzpellets sind die maschinell zu stäbchenförmigen Pellets gepressten Holzabfallprodukte (Säge- und Hobelspäne) aus Säge- und Hobelwerken. Sie werden im Holzpelletsheizkessel zur Beheizung und Warmwasserversorgung von Gebäuden eingesetzt. Der regenerative Brennstoff (Holz) ist das wesentliche Unterscheidungsmerkmal zu Heizkesselanlagen, die mit fossilen Energieträgern befeuert werden. Holzpelletsheizungsanlagen benötigen Raum zur Pelletbevorratung (ca. 0.7 m3 je kW Heizlast). Bild 72 zeigt die Systemskizze der Wärmeenergieversorgung eines Gebäudes mittels Holzpelletsheizung. In Bild 73 ist das Funktionsprinzip einer Pelletsheizungsanlage skizziert.
6 132
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
Bild 72: Systemskizze der Biomassenutzung mittels Holzpellets zur Beheizung und Warmwasserversorgung eines Gebäudes.
Bild 73: Prinzip der Biomassenutzung mittels Holzpellets zur Beheizung und Warmwasserversorgung [49]
6.2
Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung
133
Biogas Biogas bzw. Kompogas entsteht bei der Vergärung von organischem Material in sogenannten Biogasanlagen. Als Vergärungssubstrat werden in der Regel Abfallprodukte wie Pflanzenreste, Gülle und Bioabfall aus Garten- und Küchenabfällen verwendet. Mikroorganismen in der Biogasanlage nutzen das Substrat als Nährstoff. Unter Ausschluss von Sauerstoff entsteht bei einer anaeroben Bakteriengärung dabei als biologisches Abbauprodukt das Biogas, dessen Hauptbestandteile das energiereiche Methan (CH4) sowie Kohlendioxid (CO2) sind. Dieses Biogas wird in der Regel einer direkt angeschlossenen Wärme-Kraft-Koppelungsanlage zur Erzeugung von elektrischem Strom und Wärme zugeführt. Darüber hinaus kann Biogas als Treibstoff für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden. Bild 74 zeigt den ökologischen Kreislauf von Biogas.
Bild 74: Systemskizze: Ökologischer Kreislauf von Biogas am Beispiel eines schweizerischen Biogas-Anbieters [63]
Rapsöl Raps ist die im europäischen Raum am häufigsten verwendete Pflanze zur Herstellung von Biotreib- und -brennstoffen.13 Rapsöl wird durch Pressung bzw. Extraktion aus den Samen der Rapspflanze gewonnen. In der sich anschliessenden Aufbereitung, der sogenannten Umesterung, wird unter Zugabe von Methanol und Trennung von Glycerin Biodiesel / -heizöl hergestellt. Das Bioheizöl kann in normalen, für den Betrieb mit fossilen Brennstoffen geeigneten Heizkesselanlagen 13
In Nordamerika wird eher das Öl der Sojapflanze und im asiatischen, afrikanischen und südamerikanischen Raum eher das Öl der Ölpalme verwendet.
6 134
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
verwendet werden. Allerdings ist gegebenenfalls auf einen geeigneten Brenner umzurüsten. Bioheizöl hat eine höhere Viskosität als fossiles Heizöl. Ein für Bioheizöl geeignete Brenner senkt die Viskosität, indem das Bioheizöl vorgewärmt wird. Das Potential von Rapsöl zur Wärmegewinnung in Ölheizkesselanlagen von Gebäuden ist vergleichsweise gering. Der Grund für dieses geringe Potential liegt in erster Linie im hohen Agrarflächenbedarf für den Anbau der Rapspflanzen. Dieser Flächenbedarf steht global betrachtet in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion und zu einer nachhaltigen Forstwirtschaft. Bild 75 zeigt den ökologischen Kreislauf von Raps als Energieträger.
Sonnenenergie
Pressung bzw. Extraktion der Pflanzen zu Pflanzenöl
Anbau von ölhaltigen Pflanzen wie z.B. Raps, Soja oder Ölpalmen
Aufbereitung des Pflanzenöls zu Biodiesel/heizöl
CO2
Verbrennung in Fahrzeugen und Heizungsanlagen
Kraft-/Brennstoffe für Fahrzeuge und Heizungsanlagen
Bild 75: Systemskizze: Ökologischer Kreislauf von Pflanzenöl (z. B. Raps) als Energieträger
Energieeffizienz und Nachhaltigkeit Exemplarisch kann bei FRISCHKNECHT UND TUCHSCHMIDT [30] der Primärenergiefaktor für die Wärmeproduktion mittels einer Holzpelletsheizung entnommen werden. Der Primärenergiefaktor beträgt 1.57 [30], d. h. es sind 1.57 MJ Primärenergie notwendig, um das Gebäude mit 1 MJ Nutzenergie zu versorgen (Bild 76). Damit ist die Energieeffizienz einer Holzpelletsheizung um rund 20 % geringer als eine mit Heizöl betriebene Heizungsanlage (PF: 1.31 [30]).
6.2
Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung
135
1.8
Primärenergief aktor (PF) [-]
1.6 0.28
1.4 1.2 1
Primärenergief aktor nicht-regenerativ
0.8 0.6
1.57
1.31
1.29
Heizöl
Biomasse (Pellets)
Primärenergief aktor regenerativ
0.4 0.2 0
Bild 76: Energieeffizienz – Vergleich der Primärenergiefaktoren der Energiesysteme Wärme Heizöl und Biomasse (Holzpellets) zur Erzeugung einer Einheit Nutzenergie (in Anlehnung an [30])
Für die lebenszyklusorientierte Bewertung des Energiesystems Biomasse zur Wärmeproduktion ist jedoch der hohe darin enthaltene Anteil regenerativer Primärenergie entscheidend. Der Anteil regenerativer Primärenergie (1.29 [30]) an der gesamten Primärenergie (1.57 [30]) beträgt über 80 %. Biomasse kann somit als sehr nachhaltig bewertet werden. Hinsichtlich der Wirksamkeit der Biomasseverbrennung auf den Treibhauseffekt in der Atmosphäre der Erde wird wieder das CO2-Äquivalent betrachtet. Es beträgt bei der Verbrennung von Holzpellets in entsprechenden Heizungsanlagen 14 g/MJ [30] (Bild 77). Der Ausstoss an CO2-äquivalenten Emissionen mit Relevanz für den Treibhauseffekt beträgt damit nur rund 16 % verglichen mit den CO2-äquivalenten Emissionen bei der Verbrennung von Heizöl (88 g/MJ). Ein wichtiger Aspekt der Verbrennung von Biomasse ist, dass dabei im Wesentlichen Emissionen in die Atmosphäre gelangen, die vorher im Rahmen der Photosynthese der zugrundeliegenden Pflanzen für deren Zellwachstum verwendet wurden. Diese Emissionen können deshalb als klimaneutral angesehen werden. Die verbleibenden, oben erwähnten CO2-äquivalenten Emissionen mit Relevanz für den Treibhauseffekt ergeben sich z. B. aus dem Transport der Biomasse sowie der Herstellung des Energiewandlers (Heizkessel) und des Transportmittels.
6 136
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
100
CO2-Äquivalent [g/MJ]
90 80 70 60 50 40
88
30 20 10
14
0 Heizöl
Biomasse
Bild 77: Vergleich der bei der Wärmeenergieerzeugung emittierten CO2-äquivalenten Treibhausgase der Energiesysteme Wärme Heizöl und Biomasse (Holzpellets) (in Anlehnung an [30])
Biomasse als regenerative Energiequelle kann nicht uneingeschränkt als nachhaltig betrachtet werden. Global betrachtet sollte Biomasse zunächst als Nahrungsmittel bzw. stofflicher Rohstoff genutzt werden. Zur Energiegewinnung sollten nur Abfallprodukte der Biomasseverarbeitung verwertet werden, damit Biomasse als Energieträger nicht in Konkurrenz zur Biomasse als Nahrungsquelle oder zur nachhaltigen Forstwirtschaft tritt. Die Konkurrenzsituation entsteht in erster Linie durch den hohen spezifischen Flächenbedarf von Biomasse für die Energieproduktion. Darüber hinaus führt die intensive Nutzung von Agrar- und Waldflächen für die Biomasseproduktion zur Energiegewinnung langfristig zu Bodenverdichtung, Bodenerosion und Schadstoffeinlagerungen [89]. 6.2.5 Vergleichende Betrachtung der Energieeffizienz und Nachhaltigkeit von Energieträgern zur Wärmegewinnung
Im vorliegenden Kapitel wurden verschiedene Energiesysteme vorgestellt, die zur Bereitstellung von Wärme in Gebäuden geeignet sind: x x x x
Wärmebereitstellung mittels fossiler Energieträger, Wärmebereitstellung mittels Solarthermie, Wärmebereitstellung mittels Geothermie sowie Wärmebereitstellung mittels Biomasse.
Bild 78 vergleicht die Energieeffizienz der verschiedenen Energiesysteme exemplarisch. Dabei zeigt sich, dass die Energiesysteme Biomasse (hier am Beispiel
6.2
Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung
137
von Holzpellets), Solar- und Geothermie insgesamt geringfügig weniger energieeffizient sind als fossile Energieträger (hier am Beispiel des fossilen Heizöls). Bei der genaueren Betrachtung zeigt sich jedoch, dass bei den Energiesystemen Biomasse, Solar- und Geothermie der grösste Anteil der eingesetzten Primärenergie regenerativ ist. Aufgrund dieses hohen regenerativen Anteils können diese Energiesysteme zur Wärmebereitstellung in Gebäuden hinsichtlich ihrer Energiebilanz als nachhaltig bezeichnet werden. Vergleicht man die nachhaltigen Energiesysteme Biomasse, Solar- und Geothermie untereinander, so muss die Biomasse hinsichtlich ihres Anteils regenerativer Primärenergie als am nachhaltigsten bezeichnet werden, gefolgt von der Solarthermie und der Geothermie. Dem steht die in Kapitel 6.2.4 erwähnte Tatsache entgegen, dass Biomasse im Gegensatz zur Solar- und Geothermie nicht in beliebigem Masse zur Verfügung steht. Insbesondere der spezifische Anbau von Biomasse als Energieträger in Konkurrenz zum Nahrungsmittelanbau sowie zu einer nachhaltigen Agrar- und Forstwirtschaft kann aufgrund des damit verbundenen Raubbaus an der Natur und der dadurch verursachten Umweltschäden nicht uneingeschränkt als nachhaltig bezeichnet werden. Die Nutzung von Biomasse kann nur dann als nachhaltig bezeichnet werden, wenn dabei Biomasse eingesetzt wird, die ohnehin anfällt. 1.8 Primärenergief aktor (PF) [-]
1.6 1.4 1.2
0.86
1 0.8 0.6
Primärenergief aktor regenerativ
1.29 1.15
1.31
Primärenergief aktor nicht-regenerativ
0.4
0.66
0.2
0.28
0 Heizöl
0.19
Geothermie Biomasse (Pellets)Solarthermie
Bild 78: Energieeffizienz – Vergleich der Primärenergiefaktoren verschiedener Energieträger zur Wärmeerzeugung in Gebäuden zur Erzeugung einer Einheit Nutzenergie (in Anlehnung an [30])
Zur Bewertung des Energiesystems hinsichtlich seines Einflusses auf den Treibhauseffekt wurde das CO2-Äquivalent herangezogen. Bild 79 vergleicht die CO2Äquivalente der vorgestellten Energiesysteme zur Wärmebereitstellung. Dabei zeigt sich, dass die Energiesysteme Solar- und Geothermie sowie Biomasse erheblich weniger CO2-äquivalente Emissionen mit Einfluss auf den Treibhauseffekt verursachen als mit fossilen Brennstoffen wie z. B. Heizöl betriebene Energiesysteme zur Wärmebereitstellung.
6 138
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
100
CO2-Äquivalent [g/MJ]
90 80 70 60 50 40
88
30 20 10
17
14
Geothermie
Biomasse
0 Heizöl
8 Solarthermie
Bild 79: Vergleich der bei der Wärmeenergieerzeugung emittierten CO2-äquivalenten Treibhausgase verschiedener Energiesysteme (in Anlehnung an [30])
In Kapitel 5.3 wurden zwei wesentliche strategische Elemente zur energetischen Optimierung eines Gebäudes aufgezeigt: x Senkung des Energieverbrauchs eines Gebäudes sowie x Steigerung der Erzeugung und Nutzung regenerativer Energieträger in einem Gebäude. Gestützt durch die projektspezifische Bewertung der verschiedenen möglichen Energiesysteme hinsichtlich x ihrer Energieeffizienz, x ihrer Nachhaltigkeit sowie x des Einflusses auf den Treibhauseffekt und unter Berücksichtigung der nutzerspezifischen Projektrandbedingungen erfolgt die Vernetzung bzw. Integration eines geeigneten Teilsystems zur Wärmebzw. Kältebereitstellung mit den passiven Speicherelementen sowie der Fassade und den elektrischen Systemen in Gebäuden im Rahmen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebotes. 6.2.6 Exemplarische Lebenszykluskostenanalyse von HKL-Anlagen zur Wärmebereitstellung
Um neben der ökologischen Vorteilhaftigkeit regenerativer Energieträger auch deren wirtschaftlichen Kundennutzen zeigen zu können, wurde an der Professur für
6.2
Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung
139
Bauprozess- und Bauunternehmensmanagement der ETH Zürich ein Excel-Tool zur Lebenszykluskostenanalyse von energetischen Anlagemodulen entwickelt. Das Excel-Tool erlaubt es dem Benutzer, verschiedene Systemvarianten von HKL-Anlagen zur Wärme- bzw. Kältebereitstellung hinsichtlich ihrer Lebenszykluskosten miteinander vergleichen zu können. Grundlage der Berechnung sind das risikobasierte probabilistische LC-NPVModell zur Bewertung alternativer baulicher Lösungen von GIRMSCHEID [34] und das hier vorliegende Gestaltungskonzept für systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote für energetisch optimierte Gebäude. Mittels des Excel-Tools zur Lebenszykluskostenanalyse von energetischen Anlagemodulen wurden exemplarisch die folgenden Beispiele berechnet [81]: x Szenario A – Einfamilienhaus x Szenario B – Bürogebäude Je Beispiel wurden die Lebenszykluskosten von zwei Systemvarianten bestimmt: x Variante 1: konventionelle, mit fossilen Energieträgern betriebene HKL-Anlage x Variante 2: nachhaltige, mit regenerativen Energieträgern betriebene HKL-Anlage Die notwendige Datenbasis zur Berechnung der Beispiele entstammt der Gesamtenergiestatistik [12] und dem Impulsprogramm RAVEL [76] des Schweizerischen Bundesamts für Energie (BFE) sowie den entsprechenden Ausschreibungs- und Angebotsunterlagen für die Projekte eines am Projekt beteiligten Industriepartners.14 Szenario A – HKL-Varianten eines Einfamilienhauses
Randbedingungen Im Szenario A wurde ein Einfamilienhaus betrachtet. Der jährliche Energieverbrauch wurde mit ca. 20‘000 kWh angenommen. Für die Wärmeerzeugung wurde in der konventionellen Variante eine Ölheizungsanlage betrachtet; in der nachhaltigen Variante wurde eine HolzpelletsHeizungsanlage mit Solarthermieunterstützung für die Warmwasserbereitung betrachtet. Zur Bestimmung des leistungsbezogenen Energiepreises (CHF/kWh) wurde der Preis von Heizöl mit 1.2 CHF/l und der Brennwert mit 10.57 kWh/l angenommen. Für die jährliche Teuerung von Heizöl wurden 3 % angenommen. Die Wärmeerzeugung der nachhaltigen Variante besteht aus einem Holzpelletsheizkessel und Solarkollektoren zur Warmwasserbereitung. Für den Preis von Holzpellets wurden 4 Rp./kWh und eine Teuerung von 0.05 % angenommen.
14
Die Daten des Industriepartners wurden auf dessen Wunsch anonymisiert und können bei Bedarf am Institut für Bauplanung und Baubetrieb der ETH Zürich eingesehen werden.
6 140
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
Die Module für die Wärmeverteilung (Rohrsystem) und die Wärmeabgabe (Heizkörper) ergeben sich aus den Randbedingungen des Gebäudes und wurden hinsichtlich ihrer Werte für die Investitionskosten und die Nutzungsdauer (50 Jahre) bei beiden Varianten gleichgesetzt. Tabelle 4 fasst die Randbedingungen des Szenarios A – Einfamilienhaus zusammen. Tabelle 4: Randbedingungen des Szenarios A – HKL-Systeme eines Einfamilienhauses Variante 1 –
Variante 2 –
konventionelles System nachhaltiges System Investitionskosten
Energieerzeugung System Preis [CHF] Nutzungsdauer [Jahre]
Holzpelletsheizung mit Solarkollektoren 13'000 30'000 15 20
Ölheizung
Energieverteilung System Preis [CHF] Nutzungsdauer [Jahre]
Rohre 6'000 50
Rohre 6'000 50
Heizkörper 6'000 50 Jahre
Heizkörper 6'000 50 Jahre
20'000 0.114 3
20'000 0.04 0.05
3
4
Energieabgabe System Preis [CHF] Nutzungsdauer [Jahre] Nutzungskosten
Energie Verbrauch [kWh/a] Preis heute [CHF/kWh] Teuerung [%] pro Jahr
Betrieb Wartung/Unterhalt [% der Investitionskosten] pro Jahr
Die Abschreibung der Investitionskosten bei der Berechnung des NPV erfolgt über die Nutzungsdauer des jeweiligen Anlagenmoduls. Um vergleichbare Aussagen in den beiden Varianten zu erhalten, wird für beide Varianten die lineare Abschreibungsform gewählt.
6.2
Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung
141
Resultate Szenario A – HKL-Varianten eines Einfamilienhauses Bild 80 zeigt die Summe der initialen Investitionskosten beider Varianten zum Zeitpunkt t0=0. Die Darstellung entspricht der bisher vorherrschenden Investitionskostenbetrachtung. Eine Entscheidung auf Basis der reinen Investitionskosten würde zur Entscheidung für Variante 1 fallen.
Bild 80: Szenario A – HKL-Varianten eines Einfamilienhauses: Vergleich der initialen Investitionskosten
Demgegenüber zeigt Bild 81 den NPV der beiden Varianten zum Zeitpunkt t0=0 unter Berücksichtung aller Lebenszykluskosten. Er beträgt bei Variante 1 rund 160‘000 CHF und bei Variante 2 rund 100‘000 CHF (Bild 81). Damit ist Variante 2 hinsichtlich des NPV aller Lebenszykluskosten rund 38 % günstiger.
Bild 81: Szenario A – HKL-Varianten eines Einfamilienhauses: Vergleich des NPV aller Lebenszykluskosten zum Zeitpunkt t0=0
6 142
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
Bild 82 zeigt die durchschnittlichen Kosten pro produzierter kWh für die beiden Varianten. Danach betragen die Kosten je produzierter kWh bei Variante 1 rund 34 Rp. und bei Variante 2 rund 20 Rp. Somit liegen auch hier die durchschnittlichen Kosten einer produzierten kWh bei Berücksichtigung aller Lebenszykluskosten bei Variante 2 bedeutend (rund 41 %) unter denen der Variante 1.
Bild 82: Szenario A – HKL-Varianten eines Einfamilienhauses: Vergleich der Kosten je produzierter kWh bei Berücksichtigung aller Lebenszykluskosten
6.2
Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung
143
Bild 83: Szenario A – HKL-Varianten eines Einfamilienhauses: Vergleich der prozentualen Kostenanteile auf Basis des Cashflows im Lebenszyklus der HKL-Anlagen
Bild 83 fasst die Kosten der Varianten in den jeweiligen Lebenszyklusphasen als Summe der Cashflows über den Betrachtungszeitraum von 50 Jahren zusammen. Dabei zeigt sich, dass die Lebenszykluskosten der Variante 1 von den in der Nutzungsphase anfallenden Energiekosten dominiert werden, wohingegen die Energiekosten in Variante 2 nur einen sehr geringen Anteil im Lebenszyklus der HKLAnlage ausmachen. Bild 84 zeigt die Entwicklung der jährlichen Kosten beider Varianten bestehend aus der Abschreibung sowie den Kosten für Energieträger und Unterhalt. Aufgrund des hohen Anteils an Energiekosten und der prognostizierten Preissteigerung bei fossilen Energieträgern steigen die jährlichen Kosten der Variante 1 im Betrachtungszeitraum um etwa das Dreifache. Die jährlichen Kosten der Variante 2 bleiben dagegen weitestgehend konstant.
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Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
Bild 84: Szenario A – HKL-Varianten eines Einfamilienhauses: Vergleich der jährlichen Gesamtkosten bestehend aus den jährlichen Abschreibungen des HKL-Systems sowie den jährlichen Kosten für Energieträger und Unterhalt
Bild 85: Szenario A – HKL-Varianten eines Einfamilienhauses: Cashflow-Break-Even-Analyse der beiden Varianten
Bild 85 zeigt die Cashflows der beiden Varianten über die Betrachtungsperiode aufsummiert. Dabei zeigt sich der Break-Even der Variante 2 im Vergleich zur Variante 1 nach 13 Jahren der Nutzung. Das heisst, dass die höhere Investition in Variante 2 sich nach 13 Jahren amortisiert hat und diese Variante ab diesem Zeitpunkt günstiger ist. Diskussion – Szenario A: HKL-Varianten eines Einfamilienhauses Bei einem Betrachtungszeitraum von 50 Jahren zeigt sich, dass die nachhaltige Variante 2 (Holzpelletsheizung in Verbindung mit Solarkollektoren) hinsichtlich des NPV ihrer Gesamtlebenszykluskosten um rund 38 % günstiger ist als die konventionelle Variante 1 (Ölheizung). Dies spiegelt sich auch in den Kosten pro produzierter kWh bei Berücksichtigung aller Lebenszykluskosten wieder. Diese
6.2
Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung
145
liegen bei Variante 2 um rund 42 % unter denen der Variante 1. Ursache hierfür ist die in Bild 83 gezeigte Dominanz der Kosten für Energieträger (Heizöl) mit prognostizierter Preissteigerung bei Variante 1. Demgegenüber macht sich die (höhere) Investition in ein nachhaltiges Energiesystem recht schnell (nach ca. 13 Jahren) bezahlt, weil man mit diesem Energiesystem unabhängig von den hohen Preisen und den Preissteigerungen fossiler Energieträger bleibt. Das Szenario A verdeutlicht damit sehr anschaulich, wie wichtig die Berücksichtigung aller Lebenszykluskosten inklusive der in der Nutzungsphase anfallenden Kosten ist, weil diese schnell zum massgeblichen Kostentreiber im Lebenszyklus einer HKL-Anlage werden können. Das Beispiel bestätigt, dass die Betrachtung der kompletten Lebenszykluskosten zu einer komplett anderen Entscheidung führen kann als die reine Investitionskostenbetrachtung. Während die reine Investitionskostenbetrachtung im untersuchten Szenario A zu einer Entscheidung zugunsten Variante 1 geführt hätte, führt die Lebenszykluskostenbetrachtung sehr eindeutig zur Entscheidung für Variante 2. Szenario B – HKL-Varianten eines Bürogebäudes
Randbedingungen Im Szenario B wurde ein Bürogebäude betrachtet. Der jährliche Energieverbrauch dieses Bürogebäudes wurde mit ca. 300‘000 kWh angenommen. Für die Wärmeerzeugung wurde in der konventionellen Variante ebenfalls eine Ölheizungsanlage betrachtet; in der nachhaltigen Variante wurde die Erdwärmenutzung mittels Erdwärmesonden (Geothermie) betrachtet. Der Strom der dafür eingesetzten Wärmepumpe soll mittels Photovoltaikmodulen auf dem Dach des Bürogebäudes erzeugt werden. Zur Bestimmung des leistungsbezogenen Energiepreises (CHF/kWh) wurde der Preis von Heizöl mit 1.2 CHF/l und der Brennwert mit 10.57 kWh/l angenommen. Für die jährliche Teuerung von Heizöl wurden 3 % angenommen. Die im Rahmen der Geothermie eingesetzte Wärmepumpe hat eine Jahresarbeitszahl von 4.3, das heisst, ihr energetischer Output in Form von Wärmeenergie für das Bürogebäude ist 4.3-mal so hoch wie der energetische Input in Form elektrischen Stroms (69‘000 kWh). Rund 60 % des für die Wärmepumpe benötigten Stroms werden durch die Photovoltaikmodule auf dem Dach des Bürogebäudes erzeugt. Die restlichen 27‘600 kWh werden zu einem angenommenen Strompreis von 0.127 CHF/kWh am Markt bezogen. Damit beträgt der externe Energiebedarf der nachhaltigen HKL-Anlage weniger als 10 % der fossil betriebenen HKLAnlage, die 300‘000 kWh externe Energie benötigt. Die Module für die Wärmeverteilung (Rohrsystem) und die Wärmeabgabe (Heizkörper) ergeben sich aus den Randbedingungen des Gebäudes und wurden hinsichtlich ihrer Werte für die Investitionskosten und die Nutzungsdauer (50 Jahre) bei beiden Varianten gleichgesetzt. Tabelle 5 fasst die Randbedingungen des Szenarios B – Bürogebäude zusammen.
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Tabelle 5: Randbedingungen des Szenarios B – Bürogebäude
Variante 1 Variante 2 konventionelles System nachhaltiges System Investitionskosten Energieerzeugung System Preis [CHF] Nutzungsdauer [Jahre]
Ölheizung 70'000 15
Geothermie mit Photovoltaik 500'000 25
Energieverteilung System Preis [CHF] Nutzungsdauer [Jahre]
Rohre 150'000 50
Rohre 150'000 50
Heizkörper 150'000 50 Jahre
Heizkörper 150'000 50 Jahre
300'000 0.114 3
27’600 0.127 3
3
3
Energieabgabe System Preis [CHF] Nutzungsdauer [Jahre] Nutzungskosten
Energie Verbrauch [kWh/a] Preis heute [CHF/kWh] Teuerung [%] pro Jahr
Betrieb Wartung/Unterhalt [% der Investitionskosten] pro Jahr
Die Abschreibung der Investitionskosten bei der Berechnung des NPV erfolgt über die Nutzungsdauer des jeweiligen Anlagenmoduls. Die Abschreibungsform soll in diesem Beispiel variiert werden. Die Investition in die Energieerzeugungsanlage beider Varianten wird degressiv, die Investitionen in Energieverteilung und -abgabe werden linear abgeschrieben. Resultate Szenario B – HKL-Varianten eines Bürogebäudes Bild 86 zeigt die Summe der initialen Investitionskosten beider Varianten zum Zeitpunkt t0=0. Die Darstellung entspricht der bisher vorherrschenden Investitionskostenbetrachtung. Darin zeigt sich, dass die nachhaltige Variante 2 mehr als doppelt so teuer in der Anschaffung ist als Variante 1. Eine Entscheidung auf Basis der reinen Investitionskosten würde zur Entscheidung für Variante 1 fallen.
6.2
Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung
147
Bild 86: Szenario B – HKL-Varianten eines Bürogebäudes: Vergleich der initialen Investitionskosten
Der Vergleich der NPV der beiden Varianten Zeitpunkt t0=0 unter Berücksichtung aller Lebenszykluskosten zeigt wieder das gegenteilige Ergebnis. Der NPV beträgt bei Variante 1 rund 2‘200‘000 CHF und bei Variante 2 rund 1‘500‘000 CHF (Bild 87). Damit ist Variante 2 hinsichtlich des NPV aller Lebenszykluskosten rund 32 % günstiger.
Bild 87: Szenario B – HKL-Varianten eines Bürogebäudes: Vergleich des NPV aller Lebenszykluskosten zum Zeitpunkt t0=0
Ursache für die Diskrepanz zwischen Investitionskostenbetrachtung und NPVBetrachtung sind wieder die Kosten für die fossilen Energieträger bei Variante 1. Dies bestätigt sich auch in Bild 88, das die Anteile der jeweiligen Kostenarten auf Basis des Cashflows im Lebenszyklus des Bürogebäudes aus Szenario B vergleicht.
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Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
Bild 88: Szenario B – HKL-Varianten eines Bürogebäudes: Vergleich der prozentualen Kostenanteile auf Basis des Cashflows im Lebenszyklus der HKL-Anlagen
Bild 89 zeigt die Entwicklung der jährlichen Kosten beider Varianten bestehend aus der Abschreibung sowie den Kosten für Energieträger und Unterhalt. Auffällig sind hier die Jahre 1–7 sowie 26 und 27, in denen aufgrund der degressiven Abschreibung der vergleichsweise hohen Investitionskosten der nachhaltigen Variante 2 deren jährliche Gesamtkosten die Gesamtkosten der Variante 1 übersteigen. In der Tendenz kann jedoch festgestellt werden, dass auch in dieser Darstellung die Dominanz der Kosten für die fossilen Energieträger in Variante 1 klar ersichtlich ist.
6.2
Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung
149
Bild 89: Szenario B – HKL-Varianten eines Bürogebäudes: Vergleich der jährlichen Gesamtkosten bestehend aus den jährlichen Abschreibungen des HKL-Systems sowie den jährlichen Kosten für Energieträger und Unterhalt
Bild 90 zeigt die akkumulierten Cashflows der beiden Varianten über die Betrachtungsperiode von 50 Jahren. Trotz der vergleichsweise hohen Investitionskosten der Variante 2 amortisiert sich diese nach 21 Jahren gegenüber der Variante 1. Der anschliessende Kostensprung bei Variante 2 ergibt sich aus einem notwendigen Ersatz der Wärmepumpe nach 25 Jahren.
Bild 90: Szenario B – HKL-Varianten eines Bürogebäudes: Cashflow-Break-Even-Analyse der beiden Varianten
Diskussion – Szenario B Bei einem Betrachtungszeitraum von 50 Jahren zeigt sich, dass die nachhaltige Variante 2 (Geothermie in Verbindung mit Photovoltaikmodulen) hinsichtlich des NPV ihrer Gesamtlebenszykluskosten um rund 32 % günstiger ist als die konventionelle Variante 1 (Ölheizung). Hauptursache hierfür sind die hohen Kosten für den fossilen Energieträger (Heizöl) bei Variante 1, für den darüber hinaus eine weitere Preissteigerung prognostiziert wird. Die nachhaltige Variante 2 amortisiert sich im Vergleich zur konventionellen Variante 1 nach rund 21 Jahren, was eine längere Periode als in Szenario A – Einfamilienhaus ist. Ursache hierfür sind die
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Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
verglichen mit der der konventionellen Variante 1 vergleichsweise hohen Investitionskosten der nachhaltigen Variante 2. Der von RAVEL [76] angesetzte Aufwand für Unterhalt und Wartung von 3 % erscheint verglichen mit dem Aufwand bei Ölheizkesseln von ebenfalls 3 % nach Rücksprachen mit Branchenexperten vergleichsweise hoch. Ein Korrektur nach unten würde die grundsätzlichen Aussagen der Szenariobetrachtung weiter verstärken. Sowohl hinsichtlich des NPV als auch bezüglich der Break-Even-Analyse stände die nachhaltige Variante 2 gegenüber der konventionellen Variante 1 noch besser da. Auch an diesem Szenario bestätigt sich damit, dass die Betrachtung der kompletten Lebenszykluskosten zu einer komplett anderen Entscheidung führen kann als die reine Investitionskostenbetrachtung. Während die reine Investitionskostenbetrachtung im untersuchten Szenario B zu einer Entscheidung zugunsten Variante 1 geführt hätte, führt die Lebenszykluskostenbetrachtung zur Entscheidung zugunsten von Variante 2. Zugang zum Excel-Tool zur Lebenszykluskostenanalyse von energetischen Anlagen Das Excel-Tool zur Lebenszykluskostenanalyse von energetischen Anlagen kann inklusive eines entsprechenden Benutzerhandbuchs am Institut für Bauplanung und Baubetrieb der ETH Zürich bezogen werden [81].
6.3 Teilsystem elektrische Energie (ELT) Die Optimierung des Teilsystems elektrische Energie setzt bei der nutzungsunabhängigen Verbrauchsoptimierung an. Dazu sind die folgenden Module eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots geeignet, in denen über entsprechende Leistungskennwerte Leistungs- bzw. Kostengarantien für die Nutzungsphase abgegeben werden können: x x x x
Modul Wärme-Kraft-Koppelung Modul photovoltaische Solarenergienutzung Modul Beleuchtung Modul Gebäudesteuerung und -automation
6.3.1
Modul Wärme-Kraft-Koppelung – Polygeneration
Elektrische Energie stellt eine gegenüber Wärmeenergie vergleichsweise hochwertige Form der Nutzenergie dar, weil sie universell einsetzbar und gut speicherbar ist. Elektrische Energie lässt sich mit einem hohen Wirkungsgrad in andere Energieformen wie z. B. Wärmeenergie überführen. Deshalb ist der Produktion
6.3
Teilsystem elektrische Energie (ELT)
151
elektrischer Energie immer der Vorzug gegenüber der direkten singulären Wärmeenergieproduktion zu geben. SATTLER ET AL. empfehlen deshalb, „wo ein Feuer zur Energieumwandlung genutzt wird, soll zunächst immer hochwertige elektrische Energie gewonnen werden und die entstehende Abwärme zur Beheizung bzw. Warmwasserbereitung genutzt werden“ [89]. SATTLER ET AL. plädieren für die Polygeneration von elektrischem Strom und Wärmeenergie / Kälte wo immer diese möglich ist. Durch die Polygeneration wird die Energie zweifach genutzt, einerseits als mechanische Energie zur Erzeugung von elektrischem Strom und andererseits als Wärmeenergie. Ein mögliches und wichtiges Modul des Teilsystems elektrische Energie für ein systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot ist deshalb die Wärme-Kraft-Koppelung. Wärme-Kraft-Anlagen wandeln fossile (Erdöl, Erdgas, Kohle), aber auch regenerative Primärenergieträger (Kompogas, Holzpellets, Rapsöl etc.) mittels Verbrennung oder Kernspaltung in mechanische Energie um. Diese Umwandlung erfolgt in sogenannten Wärmekraftmaschinen. Die Wärmekraftmaschinen treiben einen Generator zur Stromproduktion an; die dabei entstehende Abwärme wird als Wärmeenergie genutzt. Je nach Anwendungsbereich und Anlagengrösse kommen verschiedene Wärmekraftmaschinen zum Einsatz: x Verbrennungsmotor: Bei der verbrennungstechnischen Umwandlung von Erdgas oder Heizöl / Diesel, aber auch von Rapsöl und Biogas in mechanische Energie mittels Verbrennungsmotor kommen z. B. aus dem Kraftfahrzeugbau bekannte Verbrennungsmotoren zum Einsatz. Statt eines Fahrzeugs treiben sie in entsprechenden Wärme-Kraft-Anlagen einen Generator zur Stromerzeugung an. Die dabei anfallende Abwärme wird über einen oder mehrere Wärmetauscher im Kühlwasserkreislauf oder im Abgasstrom zu Heizzwecken genutzt (Bild 91 und Bild 92). Verbrennungsmotoren kommen in Wärme-KraftAnlagen von 1 bis 20‘000 kWel (elektrische Leistung) zum Einsatz [72]. x Gasturbine: Bei der Gasturbine wird Luft in einem Verdichter komprimiert und unter Beimischung eines Brennstoffes (z. B. Erdgas oder Heizöl) unter hohem Druck im Verbrennungsraum verbrannt. Die dabei entstehenden Verbrennungsgase treiben eine direkt angeschlossene Turbine an. Über einen angeschlossenen Generator kann eine Gasturbine zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt werden. In einer Wärme-Kraft-Anlagen wird die Abwärme der Gasturbine über Wärmetauscher zu Heizzwecken genutzt. Gasturbinen kommen in Wärme-Kraft-Anlagen von 30 bis 250‘000 kWel (elektrische Leistung) zum Einsatz [72]. x Dampfturbine: Bei der Dampfturbine wird durch Verbrennung eines Brennstoffes (z. B. Erdgas, Heizöl, Diesel) oder mittels der bei der Kernspaltung in Kernkraftwerken freigesetzten Wärmeenergie aus Wasser unter Druck Wasserdampf erzeugt. Dieser Wasserdampf treibt eine oder mehrere Turbinen an, an die ein Generator zur Stromproduktion angeschlossen ist. Die dabei entstehende überschüssige Abwärme wird bei Wärme-Kraft-Anlagen nicht wie üblich über Kühltürme an die Umwelt abgegeben, sondern als Wärmeenergie genutzt.
6 152
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
Dampfturbinen kommen in sehr grossen Wärme-Kraft-Anlagen von 80 bis 1‘600 MWel (elektrische Leistung) zum Einsatz.
Bild 91: Prinzip der Wärme-Kraft-Koppelung durch Nutzung der Abwärme eines Verbrennungsmotors, der einen Generator antreibt (in Anlehnung an [65])
Bild 92: Systemskizze der Wärme-Kraft-Koppelung durch Blockheizkraftwerkes in das Energiesystem eines Gebäudes [49]
Einbindung
eines
Mini-
6.3
Teilsystem elektrische Energie (ELT)
153
Bei der Polygeneration von elektrischem Strom und Wärme mittels Wärme-KraftAnlagen sind wichtige Aspekte der Zentralität bzw. Dezentralität der Produktion zu berücksichtigen: x Der um bis zu 20 % höhere Wirkungsgrad von grossen zentralen Wärme-KraftAnlagen gegenüber kleinen dezentralen Wärme-Kraft-Anlagen sowie deren effizientere Abgasreinigungsanlagen sind Vorzüge, die grosse Wärme-KraftAnlagen für den Einsatz in dichtbesiedelten, städtischen Regionen bzw. Agglomerationen prädestinieren [89]. Bei der Bewertung ist jedoch auch das komplexe Verteilungsnetz mit den Investitions-, Betriebs- und Unterhaltskosten sowie den Wärmeverlusten in einer ganzheitlichen Betrachtung zu analysieren. x Lokale Energieträger (z. B. Holzpellets, Biomasse) sollten immer auch direkt lokal, z. B. in ländlichen Gebieten mit kleineren Agglomerationen z. B. in Wärme-Kraft-Anlagen genutzt werden. Die Energieverluste sind bei vergleichbarer Qualität des Verteilnetzes wegen der kurzen Distanzen im Netz möglicherweise geringer. Jedoch wird dieser Vorteil aufgehoben, falls eine relativ geringe und verteilte Besiedlungsdichte im ländlichen Raum vorliegt. Darüber hinaus wird bei den Anwendern die Energiewahrnehmung gesteigert, weil sie sich aktiv mit den Energieträgern und deren Produktion auseinandersetzen müssen. Es wird angenommen, dass sie deshalb im Vergleich sorgsamer mit der zur Verfügung stehenden Energie umgehen [89]. Aufgrund der geringen Transportwege und der damit verbundenen geringeren Umweltbelastung kommt es zu Effizienzgewinnen gegenüber grossen zentralen Wärme-KraftAnlagen. Der Wirkungsgrad von Wärme-Kraft-Anlagen beträgt durch die kombinierte Nutzung bis zu 90 %. Damit ist verglichen mit der getrennten Produktion von elektrischer Energie und Wärmeenergie eine Primärenergieeinsparung von bis zu 25 % verbunden. Der Primärenergiefaktor der Wärme-Kraft-Koppelung ist abhängig vom eingesetzten Primärenergieträger (Öl, Gas, Holz, Biogas etc.). 6.3.2
Modul photovoltaische Solarenergienutzung
Neben der thermischen Solarenergienutzung zur Wärmebereitstellung ist die Solarenergienutzung zur Generierung von elektrischem Strom mittels Photovoltaikanlagen ein weiterer wichtiger Anwendungsfall der aktiven Solarenergienutzung [65]. Dabei wird in den Solarzellen eines Solarmoduls unter Ausnutzung des photovoltaischen Effekts die Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie umgewandelt (Bild 93). In kristallinen Siliziumsolarzellen wird dabei durch Anreicherung der Siliziumscheibe mit Phosphor (n-Gebiet) bzw. Bor (p-Gebiet) in der Siliziumzelle ein elektrisches Feld induziert. Treffen nun die Lichtquanten der Sonnenstrahlung in der Raumladungszone auf Siliziumatome, werden die Elektronen der Siliziumatome mit Energie angereichert und verlassen ihre Kreisbahn um das Atom. Das Ergebnis ist ein freies Elektron (negative Ladung am Minus-Pol),
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Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
© Ingo B. Hagemann (www.gipv.de)
das ein Elektronenloch im Atom (positive Ladung am Pluspol) hinterlässt. Durch Verbinden der beiden Pole können die überschüssigen Elektronen vom Minus-Pol zum Pluspol wandern und die Elektronenlöcher schliessen. Die Lichtquanten der Sonnenstrahlung sorgen dafür, dass in der Raumladungszone immer wieder Elektronen von den Siliziumatomen getrennt werden und so überschüssige Elektronen am Minuspol und Atome mit Elektronenlöchern am Pluspol für einen Stromfluss sorgen.
Bild 93: Aufbau und Prinzip einer kristallinen Solarzelle [48]
Photovoltaikanlagen sind vergleichsweise flächeneffizient (Bild 94), d. h. es wird gegenüber der Produktion von Energie aus anderen regenerativen Energieträgern (z. B. Wind, Biomasse) eine wesentlich geringere Fläche bei vergleichbarer Energieausbeute benötigt [89]. Darüber hinaus kann die photovoltaische Solarenergienutzung auf bereits durch die Zivilisation versiegelten Flächen (z. B. Dachflächen), insbesondere auch im innerstädtischen Bereich, erfolgen.
6.3
Teilsystem elektrische Energie (ELT)
155
Bild 94: Vergleich der Flächeneffizienz von Biomasse (am Beispiel von Raps) mit Solarenergie (am Beispiel von Solarkollektoren) [89]
Photovoltaikanlagen zur Gewinnung elektrischer Energie lassen sich integrativ in das energetische Gesamtsystem aus Gebäudehülle mit Dach und Fassade sowie das HKL-System einbinden (GIPV – gebäudeintegrierte Photovoltaik). Insbesondere die Entwicklung der flexiblen Dünnschichtzellen-Technologie erlaubt aufgrund der geringen Schichtstärke15 die Integration von Solarzellen in die Gebäudehülle (z. B. Fassade). Dünnschichtzellen weisen darüber hinaus eine verbesserte Gesamtökobilanz auf. Insbesondere Dächer, aber auch Fassaden mit grossflächiger Verglasung, können als Träger kristalliner bzw. amorpher PhotovoltaikModule (z. B. auch im Brüstungsbereich) dienen. Dadurch werden Dächer und Teile der Fassaden zu photovoltaisch aktiven Flächen und ein Gebäude vom Energieverbraucher zum Energieerzeuger (Bild 95). Dünnschichtzellen-Solarmodule können in transparente Isolierglaseinheiten integriert werden. Über die Zwischenräume zwischen den einzelnen Solarzellen und den Transparenzgrad16 kann dabei der Abschattungsgrad gegen die Sonne gesteuert werden. Des Weiteren lässt sich Photovoltaik auch sinnvoll in den Sonnenschutz von transparenten Fassaden bzw. Fassadenteilen sowie in Brüstungselemente integrieren (Bild 96). Dabei kann vor allem dann von einer wirtschaftlichen Ausbeute hinsichtlich Solarenergie ausgegangen werden, wenn die Photovoltaik-Module in feststehenden vertikalen Sonnenschutzsystemen oder in horizontalen beweglichen Sonnenschutzlamellen integriert werden können [48]. Insbesondere in Südfassaden kann so neben Solarenergiegewinnung auch der Sichtschutz- bzw. Verschattungseffekt der Photovoltaik-Module genutzt werden. 15 Solarzellen im Dünnschichtzellen-Verfahren können bis zu 100-mal dünner als herkömmliche kristalline Solarzellen hergestellt werden. 16 Über den Abstand der Solarzellen auf einem Solarmodul kann eine Perforation der Solarmodule erreicht werden, die Licht durchlässt. Durch den Abstand der Solarzellen auf den Solarmodulen können so verschiedene Transparenzgrade (ein Transparenzgrad von 10 % lässt beispielsweise 10 % der auf die Fläche treffenden Lichtstrahlen durch) erzielt und bei der Auslegung des Sonnenschutzes zur Abschattung gegenüber der eintreffenden Sonnenstrahlung mitberücksichtigt werden.
6 156
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
Stromnetz
PV = ~ = ~
KWh
Wechselrichter Gleichstromhauptschalter
KWh
Zähler Solarstromerzeugung Hausverteilung
KWh
Zähler Strombezug und -einspeisung
... Verbraucher
KWh
KWh
KWh
Hausanschluss
© Ingo B. Hagemann (www.gipv.de)
Bild 95: Netzgekoppeltes gebäudeintegriertes Photovoltaik-System [48]
Bild 96: Integration von Photovoltaik-Modulen in den Sonnenschutz / in die Brüstung von Gebäuden [48]
Zur Bewertung der Energieeffizienz und der Nachhaltigkeit wird der mittels Photovoltaik generierte elektrische Strom mit dem durch Kernkraft erzeugten Strom verglichen. Nach der Wasserkraft ist die Kernenergie der zweitgrösste Primärenergieträger zur Erzeugung von elektrischem Strom in der Schweiz. Etwa 39 % [12] des elektrischen Stroms werden in der Schweiz aus Kernenergie gewonnen.
6.3
Teilsystem elektrische Energie (ELT)
157
Der Primärenergiefaktor des mittels Photovoltaik produzierten Stroms beträgt 1.46 [30], d. h. es sind 1.46 MJ Primärenergie notwendig, um das Gebäude mit 1 MJ Nutzenergie zu versorgen (Bild 97). Zum Vergleich: Der Primärenergiefaktor der Stromproduktion mittels Kernenergie liegt mit 4.08 [30] mehr als 3-mal so hoch. Damit ist die Stromproduktion mittels Solarenergie wesentlich effizienter als diejenige mittels Kernenergie. Vergleicht man den in der Primärenergie der beiden Energiesysteme Photovoltaik und Kernenergie enthaltenen regenerativen Anteil an Primärenergie, findet sich ein weiterer Beleg für die grössere Nachhaltigkeit von Solarenergie verglichen mit Kernenergie. Der Anteil regenerativer Primärenergie beträgt mit 1.13 [30] rund 77 %. Für Kernenergie wird kein regenerativer Anteil an der Primärenergie angegeben. Das Kernenergiesystem kann somit als nichtregenerativ bezeichnet werden. 4.5
Primärenergief aktor (PF) [-]
4 3.5 3 2.5 2
Primärenergief aktor nicht-regenerativ
4.08
1.5
0.33
Primärenergief aktor regenerativ
1 1.13
0.5 0 Kernkraf t
Photovoltaik
Bild 97: Energieeffizienz – Vergleich der Primärenergiefaktoren der Energiesysteme Stromproduktion mittels Kernkraft und Photovoltaik (in Anlehnung an [30])
Das CO2-Äquivalent der Erzeugung von Strom mittels Photovoltaik beträgt 21 g/MJ [30]. Zum Vergleich: Das CO2-Äquivalent von mittels Kernenergie erzeugtem Strom beträgt nur 5 g/MJ [30]. Obwohl der Einfluss der Photovoltaik auf den Treibhauseffekt auf einem insgesamt niedrigen Niveau ist, muss festgestellt werden, dass das Kernenergiesystem einen geringeren Einfluss auf den Treibhauseffekt der Erde hat. Trotzdem kann die Kernenergie nicht als nachhaltig bezeichnet werden, weil die Frage der Entsorgung bzw. Endlagerung des radioaktiven gespaltenen Kernmaterials bisher nicht hinreichend gelöst ist.
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Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
CO2-Äquivalent [g/MJ]
25 20 15 21
10 5 5 0 Kernkraf t
Photovoltaik
Bild 98: Vergleich der bei der Stromproduktion emittierten CO2-äquivalenten Treibhausgase der Energiesysteme Kernkraft und Photovoltaik (in Anlehnung an [30])
Zusammenfassend kann der Photovoltaik eine nachhaltige Energiebilanz bescheinigt werden. Wo möglich, ist deshalb die Versorgung mittels elektrischen Stroms bei einem systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebot durch einen möglichst hohen Anteil photovoltaisch generierten Stroms sicherzustellen. Die Photovoltaik eignet sich darüber hinaus zur Vernetzung mit bzw. Integration in andere energetische Teilsysteme und Module. Beispielsweise kann der Strom zum Betrieb der Wärmepumpe bei der Geothermie mittels Photovoltaik generiert werden und so ein hinsichtlich fossiler bzw. nichtregenerativer Energieträger autarkes vernetztes bzw. integriertes Teilsystem erstellt werden. 6.3.3
Modul Beleuchtung
Die Beleuchtung eines Gebäudes (als eine Form der Nutzenergie) ist ein weiteres Modul, das in das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot mit einbezogen werden kann. Vor dem Hintergrund der aktuellen Debatte um den obligatorischen Einsatz von Energiesparbeleuchtung ist zu erkennen, dass sich hier ein grosses Energieeinsparpotential verbirgt. Die Abrechnungseinheit ist in diesem Fall z. B. Büroraum in einer definierten Helligkeit. Sensoren erfassen die Tageslichteinstrahlung in den Räumen und dokumentieren dies in einem zentralen Prozessrechner für Haustechnik, so dass die Abweichung zu einem definierten Referenzzustand als Faktor in die Abrechnung mit einbezogen werden kann. Weitere Sensoren erfassen den natürlichen Lichteinfall durch die Fassade unter Berücksichtigung der Blendwirkung und der Windstärken. Diese Informationen werden
6.3
Teilsystem elektrische Energie (ELT)
159
im zentralen Prozessrechner für Haustechnik gemäss Nutzerbehaglichkeitskriterien ausgewertet und zur optimalen Steuerung der künstlichen Beleuchtung in den Räumen genutzt. Darüber hinaus kann der Nutzer individuelle Regelungen im Raum vornehmen, deren Mehr- oder Minderaufwand registriert wird und gegebenenfalls anhand von Zusatzkosten für den Nutzer ausgewiesen wird. Eine heute schon praktizierte, einfach zu realisierende Variante der nutzerunabhängigen Steuerung von Beschattung und künstlicher Beleuchtung ist in Bild 99 dargestellt. In dieser Variante wird die Beschattung manuell oder über Sensoren nach Sonnenstand und -intensität gesteuert. Bei aussen liegendem Sonnenschutz sorgt ein zusätzlicher Windgeschwindigkeitssensor dafür, dass der Sonnenschutz bei Erreichen einer Grenzwindgeschwindigkeit vor Beschädigungen geschützt werden kann. Der Helligkeitssensor im Raum (Bild 99) misst die Lichtstärke z. B. auf den Arbeitsebenen (Schreibtisch, Konferenztisch etc.) unabhängig davon, wodurch der natürliche Lichteinfall im Raum begrenzt wird. Aufgrund dieser Messung und der Benutzungsmeldung des Raums erfolgt das Steuern der Beschattung und das Zuschalten des künstlichen Lichtes. Energiesparbeleuchtung ist ein sehr anschauliches Beispiel für den Nutzen von Lebenszyklusorientierung bei Investitionen: die im Vergleich zur herkömmlichen Beleuchtung (z. B. Glühbirne) höheren Investitionskosten werden durch die überproportional günstigeren Stromkosten im Betrieb recht schnell amortisiert. Leuchtbänder werden in Abhängigkeit des Tageslichteinfalls zu- und abgeschaltet bzw. gedimmt
Sonnenschutz
Tageslicht
Sensor misst Lichtstärke auf Arbeitsebene
Bild 99: Prinzip der tageslichtabhängigen Beleuchtungssteuerung (in Anlehnung an [65])
Im Sinne der systemgeschäftlich kooperativen Leistungsabwicklung kommt es bei der optimierenden Beleuchtungsplanung eines Gebäudes zu Interaktionen mit der
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Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
Fassade. Über die Gestaltung und Konstruktion der Fassade kann die Beleuchtung im Inneren eines Gebäudes massgeblich beeinflusst werden. Offene Fassaden, die viele Glaselemente beinhalten, lassen viel Tageslicht in die Räume, was sich positiv auf die natürliche Beleuchtung insbesondere von tiefen Räumen auswirkt. Grosse Glasflächen können bei hoher Sonneneinstrahlung aber auch zur Aufheizung der Räume führen, wenn nicht spezielle hoch dämmende Scheiben mit entsprechender Beschattungseinrichtung verwendet werden. Über entsprechende Fassadenelemente (Reflektoren) können Räume einerseits gezielt mit Tageslicht versorgt werden und andererseits können diese Elemente auch als Sonnenschutz die Aufheizung der Räume durch Sonneneinstrahlung verhindern (Bild 100). Die Transmissionswärmeverluste an kalten Tagen werden durch moderne Isolierverglasungen effizient verhindert.
Bild 100: Energie-Fassade mit in den Sonnenschutz integrierter semi-transparenter Photovoltaik [26]
6.3
Teilsystem elektrische Energie (ELT)
161
Am Beispiel der Beleuchtung zeigt sich die Komplexität der lebenszyklusorientierten Optimierungsaufgabe. Eine Fassadenkonstruktion, die durch effektive Tageslichtnutzung für Energieeinsparungen bei der Beleuchtung sorgt, führt unter Umständen zu einem erhöhten Energiebedarf bei der Kühlung der Räume des Gebäudes an warmen Sommertagen oder zur Erwärmung der Räume an kalten Tagen (Nutzung solarer Wärmegewinne). Die Kombination mit einem hybriden Lüftungssystem, das die passive Gebäudekühlung per Nachtentlüftung sowie speicherfähige Massebauteile beinhaltet, kann den Energiebedarf beispielsweise wirksam senken. 6.3.4
Modul Gebäudesteuerung und -automation
Die Gebäudesteuerung bzw. -automation leistet einen wichtigen Beitrag zur energetischen Effizienz von Gebäuden. Unter der Gebäudesteuerung bzw. -automation werden alle Elemente des technischen Facility Managements zur Überwachung, Steuerung, Regelung und Optimierung von Gebäuden subsumiert. Ziel des Moduls Gebäudesteuerung und -automation eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots ist die optimierungsorientierte Kommunikation der verschiedenen Module und Teilsysteme der Haustechnik (Bild 101) sowie die Information des Nutzers über sein Verhalten bzw. die Optimierung seines Verhaltens. Dazu gehören die Überwachung, Steuerung und Regelung x der Beleuchtung, die bedarfsgerecht, d. h. in Abhängigkeit von z. B. Tageszeit und Raumbelegung sowie in Abhängigkeit der Nutzeranforderung, automatisch geschaltet wird, bzw. Informationen zum optimalen Verhalten bereitstellt, x der HKL-Anlage, die in Abhängigkeit von z. B. der Raumbelegung und den spezifischen Anforderungen der einzelnen Nutzer über die Einzelraumregelung gesteuert wird, x der Sonnenschutzeinrichtung, die in Abhängigkeit der einfallenden Sonnenstrahlung und der Nutzeranforderung automatisch gesteuert wird, x der Zutrittskontrollsysteme, die z. B. in Abhängigkeit der Tageszeit sowie individueller Legitimationssysteme (z. B. Chipkarten mit und ohne RFIDTechnologie) den Zutritt zum Haus steuern. Darüber hinaus können Gebäudesteuerungs- und -automationssysteme zur Überwachung und Dokumentation genutzt werden, z. B. von x Verbrauchsdaten für Wärme-, Kälte- und Lüftungsenergie (fossil und regenerativ) sowie elektrischen Strom und Telefoneinheiten, x Sicherheitsanlage mit Tür- und Fensterkontakten sowie Bewegungsmeldern und Überwachungskameras.
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Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
Bild 101: Einzelraumsteuerung über ein computergestütztes BUS-System zur Gebäudesteuerung bzw. -automation (in Anlehnung an [65])
Das wichtigste Optimierungsziel von modernen Gebäudesteuerungs- und -automationssystemen ist die herstellerunabhängige, systemübergreifende Kommunikation der Module und Teilsysteme untereinander sowie mit dem Nutzer, um zu einer gesamtsystemischen Optimierung zu gelangen. Dazu sind insbesondere standardisierte Teilsystemschnittstellen sowie Systemkommunikationskanäle zu entwickeln und anzuwenden. Die Gebäudesteuerung bzw. -automation stellt ein wichtiges Element zur Verknüpfung der Module und Teilsysteme in projektspezifischen integrierten Teilsystemen dar. Dabei muss die Gebäudesteuerung dem Nutzer neben den raum- und nutzungsspezifischen Vorgaben für Mindesthelligkeit, Raumtemperatur und Sonneneinstrahlwinkel (Blendung) die Möglichkeit bieten, seine spezifischen Anforderungen an die Behaglichkeit im Gebäude selbst vorgeben zu können. Dazu muss die Gebäudesteuerung über eine Kommunikationsschnittstelle z. B. in Form eines interaktiven Informationsdisplays verfügen, die dem Nutzer eine mögliche Abweichung vom Optimum hinsichtlich Kosten und / oder Ressourcenverbrauch anzeigt. Erst durch eine modul- und teilsystemübergreifende Gebäudesteuerung bzw. -automation kann das Gesamtoptimierungspotential von systemgeschäftlichen LC-Leistungsangeboten voll ausgeschöpft werden.
6.4
Teilsystem Wasserver- und -entsorgung
163
6.4 Teilsystem Wasserver- und -entsorgung Sauberes Trinkwasser ist eine zunehmend an Bedeutung gewinnende Ressource bei der Bewirtschaftung von Gebäuden. Die Wasserver- und -entsorgung stellt darüber hinaus eine grosse Kostenposition in der Nutzungsphase von Gebäuden dar. Um zu einem systemischen Lebenszykluskostenoptimum zu gelangen, ist der Wasserverbrauch in einem Gebäude deshalb insbesondere vor dem Hintergrund der Abwasserkosten zu optimieren. Entsprechende Massnahmen können grundsätzlich in x nutzerabhängige Wassersparmassnahmen und x nutzerunabhängige Wassersparmassnahmen unterschieden werden. Nutzerabhängige Wassersparmassnahmen beziehen sich im Wesentlichen auf das Verhalten bzw. den Umgang der Nutzer mit der Ressource Trinkwasser im weitesten Sinne. Diese Massnahmen sind für das hier beschriebene systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot nicht relevant. Sie können durch den Leistungsanbieter eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots nicht beeinflusst werden, sondern unterliegen in erster Linie der Einflusssphäre des Nutzers. Nutzerunabhängige Wassersparmassnahmen erstrecken sich im weitesteten Sinne auf den sanitärtechnischen Ausbaustandard. Dabei ergeben sich hinsichtlich der LC-Optimierung eines Gebäudes für ein systemgeschäftliches LCLeistungsangebot die folgenden Module des Teilsystems Wasserver- und -entsorgung: x Trinkwassernutzung x Regen- / Grauwassernutzung x Technische Wassersparmassnahmen
6.4.1
Modul Trinkwassernutzung
Trinkwasser wird entweder mittels Brunnen aus tieferen wasserführenden Erdhorizonten, aus flussnahen Uferfiltraten oder aus naturnahen Seen gewonnen. Besonders das gut zugängliche Quell- und Grundwasser ist nur in beschränkten Mengen vorhanden, da es über Regen und Bodenfiltrat aufgefüllt wird. Die Gewinnung von Trinkwasser ist meist relativ energieaufwendig und erfordert physikalische und chemische Wasseraufbereitungsverfahren. Sauberes Trinkwasser sollte deshalb grundsätzlich nur dort zum Einsatz kommen, wo dieses z. B. aus hygienetechnischen Gründen zwingend erforderlich ist. Dies ist z. B. der Fall bei: x Trinkwasserbrunnen x Zubereitung von Speisen
6 164
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
x allgemeine Körperhygiene Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl weiterer spezieller Anwendungsfälle z. B. in Krankenhäusern und in der Industrie. In Anwendungsfällen, in denen nicht zwingend sauberes Trinkwasser zum Einsatz kommen muss, ist der Einsatz minderer Wasserqualitäten, wie z. B. Regenwasser oder Grauwasser,17 zu prüfen. 6.4.2
Modul Regen- / Grauwassernutzung
Durch die Substitution von Trinkwasser mit Regenwasser kann ein weiterer wichtiger Beitrag zum Wasser- und damit Kostensparen in der Nutzungsphase von Gebäuden geleistet werden. Dazu wird das Regenwasser auf Dachflächen oder anderen ausgewiesenen Sammelflächen gesammelt und nach dem Filtern meist in unterirdischen Zisternen (Bild 102) und eher selten in offenen lokalen Retentionsbecken zwischengespeichert. Trockene Perioden werden durch Zugabe von Trinkwasser in das Regenwassernutzungssystem überbrückt.
Bild 102: Unterirdische Regenwassertanks zur Sammlung von Regenwasser [87]
17
Als Grauwasser wird fäkalienfreies, gering verschmutztes Abwasser bezeichnet, das z. B. beim Duschen, Händewaschen oder Wäschewaschen anfällt. Über einfache Wasserrecyclinganlagen kann dieses Wasser für die Toilettenspülung oder Gartenbewässerung aufbereitet werden.
6.4
Teilsystem Wasserver- und -entsorgung
165
Über ein separates Installationssystem kann das so gewonnene Regenwasser als sogenanntes Brauchwasser18 genutzt werden, z. B. für (Bild 103): Toilettenspülung Reinigung technische Anwendungen wie z. B. die Kühlung mechanischer Anlagen Bewässerung von Pflanzen
x x x x
Küche/ Essen
Lavabo/ Dusche
Trinkwasserversorgung
Trinkwasser
WC
Waschen
Getrennte Leitungssysteme für
WC
Regenwassertank
Ausgleichleitung für Trockenperioden
Regen-/Brauchwasser
Bild 103: Prinzip der Regenwassernutzung mit getrennten Leitungssystemen für Trink- und Brauchwasser
Die notwendigen Investitionskosten für die Speicherbecken, die Aufbereitung und die zusätzliche Verrohrung zur Ver- und Entsorgung des Gebäudes werden in der Lebenszykluskostenberechnung berücksichtigt und müssen sich über eine be-
18
Als Brauchwasser wird Wasser für spezifische technische, gewerbliche, landwirtschaftliche oder hauswirtschaftliche Anwendungen bezeichnet. Es hat nicht den hohen Hygienestandard von Trinkwasser, muss jedoch den technologischen Anforderungen des jeweiligen spezifischen Anwendungsfalls genügen.
6 166
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
stimmte LC-Periode amortisieren. Diese Lebenszykluskostenbetrachtungen sind Bestandteil der Optimierungsanstrengungen eines LC-Leistungsanbieters. Als Alternative bzw. Ergänzung zu Regenwasser kann dem Brauchwasserkreislauf eines Gebäudes Grauwasser zugeführt werden. Dazu werden gering verschmutzte Abwässer entsprechend den spezifischen technischen, gewerblichen, landwirtschaftlichen oder hauswirtschaftlichen Anforderungen aufbereitet, zwischengespeichert und dem Brauchwasserkreislauf zugeführt. Diese Variante des Brauchwasserrecyclings über eine interne Reinigung wird bei Grossverbrauchern wie z. B. Waschanlagen eingesetzt. Für Wohn- und Bürogebäude ist diese Variante bisher noch nicht wirtschaftlich. Ein nachhaltiges Brauchwassersystem nutzt in erster Linie Regen- und Grauwasser. Erst in letzter Instanz, wenn diese Brauchwasserquellen nicht zur Verfügung stehen, wird für Anwendungsfälle wie beispielsweise die Toilettenspülung oder die Pflanzenbewässerung auf Trinkwasser zurückgegriffen. 6.4.3
Modul technische Wassersparmassnahmen
Der Wasserverbrauch insbesondere in Gebäuden gewerblicher Einrichtungen mit Nutzern, die für die Kosten der Wasserver- und -entsorgung nicht direkt selbst aufkommen müssen, ist vergleichsweise höher als im privaten Bereich [111]. Technische Wassersparmassnahmen zielen dabei aktiv auf die nutzerunabhängige Einsparung von Wasser mittels (zusätzlicher) sanitärer technischer Elemente ab. Ansatzpunkte für solche nutzerunabhängigen Einsparpotentiale sind: x Wassersparende Toilettenspülkästen Moderne Toilettenspülkästen benötigen zunehmend weniger Spülwasser (zwischen 3 l und 6 l). Bei ihrem Einsatz ist darauf zu achten, dass sie mit dafür geeigneten Toilettenbecken bezüglich Spülkraft und glatter, verschmutzungsunempfindlicher Oberfläche (Nanotechnologie) kombiniert werden. Darüber hinaus sparen solche Spülkästen Wasser, weil sie mit einer Dosierfunktion ausgestattet sind, die ein Anpassen der Spülwassermenge an die benötigte Wassermenge erlaubt. Über ein Zweitastensystem oder eine Spülstoppfunktion kann der Nutzer beeinflussen, wann kein Spülwasser mehr benötigt wird. x Wasserlose Urinale Wasserlose Urinale kommen aufgrund ihrer sehr glatten Oberfläche (Nanotechnologie) ohne Wasserspülung aus. Gerade in vielfrequentierten Bürogebäuden können so erhebliche Spülwassermengen eingespart werden. x Vakuum-Sanitärtechnik (Urinale und Toiletten) Die Vakuum-Sanitärtechnik, die im Flugzeug- bzw. Schienenfahrzeugbau entwickelt wurde, transportiert anfallende Fäkalien etc. mittels Unterdruck aus den Urinalen bzw. Toiletten in die Kanalisation. Dabei sind je Spülvorgang nur vergleichsweise geringe Mengen Wasser notwendig. Der Unterdruck wird in einer zentralen Vakuumpumpeneinheit erzeugt.
6.5
Teilsystem Ausbau
167
Aufgrund der geringeren Abwasservolumina sowie der Unabhängigkeit von der Schwerkraft ist die Vakuum-Sanitärtechnik vergleichsweise flexibel, da kleine Abwasserrohrdurchmesser unabhängig von etwaigen Gefällen eingesetzt werden können. x Wassersparende Armaturen An den Entnahmestellen von Trinkwasser aus dem Trinkwasserleitungssystem können Durchflussbegrenzer bzw. Strahlregler eingesetzt werden. Sie mischen dem Entnahmestrahl Luft bei, wodurch bei vergleichbarem Wasserstrahl weniger Wasser pro Zeiteinheit fliesst. Darüber hinaus sind hinsichtlich des Wasserverbrauchs vollautomatische Armaturen gegenüber Zweigriff- bzw. Einhebelmischarmaturen vorzuziehen, weil sie die Wasserentnahme durch eine Zeit-Stop-Funktion auf die tatsächliche Nutzung beschränken und so Wasser nicht unkontrolliert laufen kann. x Wassersparende Geräte In den Bürogebäuden eingesetzte Haushaltsgeräte, die Wasser verbrauchen, wie z. B. Spülmaschinen in den Kantinen etc., sollten nach Beurteilung durch ein entsprechendes Energiesparlabel beschafft werden. Auf diesen Energielabeln machen die Hersteller Angaben zum Energie- und Wasserverbrauch sowie ggfs. zur Wirkung (z. B. Wasch- oder Schleuderwirkung) der Geräte.
6.5 Teilsystem Ausbau Auch die Nutzungsflexibilität bei wechselndem Nutzer kann zum Inhalt des systemgeschäftlichen Life-Cycle-Contractings gemacht werden. Ziel dieses Leistungsteilsystems ist es, Gebäude hinsichtlich Nutzungsänderungen möglichst flexibel zu realisieren; das heisst, Nutzungsänderungen möglichst effizient und für den Nutzer sicher kalkulierbar zu gestalten. Dabei ist sowohl der wirtschaftliche als auch der zeitliche Aufwand bei Nutzungsänderung in die Kalkulation mit einzubeziehen; das heisst, es entstehen bei der Nutzungsänderung einerseits Kosten und andererseits beansprucht die Nutzungsänderung eine gewisse Zeit, in der das Gebäude bzw. Teile des Gebäudes nicht oder nur eingeschränkt zur Verfügung stehen. Über die Definition von Ausbaustandards können für den Wechsel solcher Ausbaustandards Kosten- und / oder Leistungsgarantien übernommen werden, um die Unwägbarkeiten (Risiken), die aus Kundensicht mit dem wirtschaftlichen und zeitlichen Aufwand einer Nutzungsänderung verbunden sind, abzusichern. Die Abgrenzung solcher Standards kann z. B. entsprechend der folgenden Struktur erfolgen: 1. Ausbaustandard „Grundausbau“ Im Grundausbau können die notwendigen Elemente festgelegt werden, die den Ausbaustandard als Rohbau definieren. Hierzu gehören im Ausbaustandard
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Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
„Grundausbau“ nur die Abschlüsse von Wohnungen oder Gewerbeeinheiten nach aussen dazu (Fassade, Türen etc.), sowie im Bereich der Gebäudetechnik eine ausbaufähige und anpassbare Ver- und Entsorgung von Wasser, Abwasser, Strom, HKL und Kommunikation sowie der durch behördliche Auflagen definierte haustechnische Mindeststandard (z. B. Brandschutz, Sanitär, ElektroEtagenverteiler). 2. Ausbaustandard „Standardausbau“ Der Standardausbau stellt einen grundlegenden, weitgehend nutzungsunspezifischen Ausbau dar. Hierzu können einfache Standardwandbeschichtungen und -bodenbeläge gehören und ein in Abhängigkeit zur Flächenkategorie (Wohnen, Büro, Verkauf, Gebäudeinfrastruktur etc.) gehörender Standardausbau, der über Minimal- / Maximalwerte definiert wird (z. B. max. Wärmebedarf, minimale / maximale Raumfeuchte, Anzahl Steckdosen je m2 Fläche, Helligkeit) 3. Ausbaustandard „Nutzungsspezifisch“ Für verschiedene denkbare und gewünschte Anwendungsfälle können nutzungsspezifische Ausbaustandards definiert werden, so z. B. für „sicheren Bankbetrieb“, „Versicherungsbetrieb“, „Verkauf / Vertrieb“, „Call-Center“. Innerhalb der Ausbaustandard-Definition ist weiter in Flächenkategorien (z. B. Büroflächen unterschiedlicher Standards, Verkaufsfläche, Archive und technische Sonderflächen sowie Gebäudeinfrastruktur) zu unterscheiden. Der Wechsel bzw. die im Zusammenhang mit einem Ausbaustandardwechsel anfallenden Aufwendungen (z. B. Kosten und Ausfallzeiten während des Umbaus) können über Garantien abgesichert werden. In diesen Garantien sichert der Leistungsanbieter die Änderung eines Ausbaustandards zu bestimmten Kosten und in einer bestimmten Zeit (Leistungsfähigkeit) zu. Aus Sicht des Kunden / Bauherrn / Nutzers wird so sichergestellt, dass die Nutzungsflexibilität bzw. die Aufwendungen in Zusammenhang mit einer Nutzungsänderung durch die leistungserbringende Anbieterkooperation optimiert werden. Abgerechnet werden kann z. B. über „Was kostet welcher Ausbaustandardwechsel?“ und „In welcher Zeit und mit welchen Einschränkungen im Geschäftsbetrieb des Nutzers ist der Ausbaustandardwechsel zu realisieren?“. Alternativ kann eine bestimmte Anzahl von Nutzungsänderungen in einem bestimmten Nutzungszeitraum bereits im Planungsstadium zu einem bestimmten Preis unter Berücksichtigung bestimmter Nutzungseinschränkungen vereinbart werden. Allerdings müssen solche Ausbaustandards auf bestimmten Rastern sowie Wand- und Bodensystemen aufgebaut sein, damit eine standardisierte Berechnung der Kosten für den Umbau möglich wird. 6.5.1
Modul flexible Wand- und Bodensysteme
Flexible standardisierte Wand- bzw. Bodensysteme leisten einen wesentlichen Beitrag zur nutzungsbezogenen Gebäudeoptimierung im Teilsystem Ausbau und
6.5
Teilsystem Ausbau
169
damit zur Anpassbarkeit an sich ändernde Nutzungsbedingungen und -anforderungen (Bild 104): Flexible standardisierte Wandsysteme erlauben die Anpassung an sich verändernden Flächenbedarf, ohne dass dabei der Betriebsablauf der Nutzer wesentlich gestört wird. Flexible standardisierte Bodensysteme (z. B. Doppelboden) erlauben die multifunktionale flexible Nutzung des entstehenden Hohlraums für Elektro-, HKL-, und IT- bzw. Kommunikationsinstallationen. Für den Nutzer ergibt sich daraus die Möglichkeit zur flexiblen Arbeitsplatzgestaltung und der damit verbundenen problemlosen Nach- und / oder Neuinstallation.
Bild 104: Flexible Raum- und Arbeitsplatzaufteilung mittels flexibler Wand- und Bodensysteme in vorgegebenen Rastern
Die Investition in entsprechende Flexibilität bei standardisierten Wand- und Bodensystemen stellt einen wesentlichen Beitrag zur Sicherung der Nutzungsflexibilität in Bezug auf die Anpassung an x technische Entwicklungen im Nutzungsbereich x neue Bedürfnisse bei einem Nutzerwechsel im Lebenszyklus eines Gebäudes dar. Bei der Lebenszykluskostenbetrachtung sind neben der initialen Investition in entsprechende flexible Wand- und Bodensysteme die optimierten wirtschaftlichen und zeitlichen Aufwände in der Nutzungsphase zu berücksichtigen und hinsichtlich entsprechender Alternativen zu beurteilen. 6.5.2
Modul flexible Gebäudetechnik
Die Nutzungsflexibilität eines Gebäudes ist sehr wesentlich auch abhängig von der Flexibilität der Gebäudetechnik. Durch Sicherstellung eines gewissen Rasters ist
6 170
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
die Flexibilität der Wandsysteme zu ermöglichen, damit alle möglichen räumlichen Aufteilungen des Gebäudes auch mit entsprechender Nutzenergie bzw. Ressourcen versorgt werden können. Dazu sind in einem systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebot insbesondere die Verteilsysteme für Strom, Kommunikation, EDV, Wasser, Abwasser und die HKL-Anlage mit Zwischenverteilern auszurüsten, um flexible, nutzergerechte Anschlüsse und Steuerung zu ermöglichen. Zudem müssen die primären Klima- bzw. Lüftungsschächte so gestaltet werden, dass die Anpassung an veränderte Raumnutzung mit optimiertem Aufwand möglich ist und an unterschiedliche Bürogrössen und -formen, Raumaufteilung und Arbeitsplatzanordnungen möglich ist, so dass stets optimale Arbeitsbedingungen vorhanden sind. Daher sollten klare Installationstrassen im Boden und in der Decke sowie in Schächten bzw. Wänden vorgesehen werden. In Verbindung mit flexiblen Bodensystemen können dann im Raum individuelle nutzerspezifische Anschlusslösungen für Strom, Telekommunikation, Wasser und Abwasser installiert und deinstalliert werden. 6.5.3
Modul Boden- und Innenwandbeläge
Bodenbeläge und Innenwandbekleidungen stellen eine physisch genutzte Schnittstelle zwischen Gebäude und Gebäudenutzer dar. Die Unterhaltsreinigung der Wand- und Bodenbeläge macht einen vergleichsweise hohen Anteil an den Nutzungskosten eines Gebäudes aus. Über entsprechende (Nutzungs-)Standards für Boden- und Innenwandbeläge bzw. -oberflächen, die in Abhängigkeit von den Anforderungen des Einsatzbereiches (z. B. Qualitätsanspruch in Bezug auf Rutschfestigkeit, Dauerhaftigkeit und Ästhetik sowie Grad der Beanspruchung) festgelegt werden, wird der Planer bzw. Ersteller der Boden- und Innenwandbeläge für die Unterhaltsreinigung verantwortlich eingebunden. Neben der Planung und dem Einbau der Boden- und Innenwandbeläge entwickelt der Leistungsanbieter ein Reinigungskonzept und garantiert hinsichtlich der Leistung und der Kosten dieses Reinigungskonzeptes. Die Optimierung erfolgt aufgrund der Lebenszykluskosten unter Berücksichtigung der Grundinvestition und Nutzungsdauer sowie der wirtschaftlich günstigen Reinigung und des Rückbaus nach der Nutzungsdauer hinsichtlich der Werterhaltung der Bodenbeläge und Innenwandbekleidungen. Boden- und Innenwandbeläge sind oft nutzerspezifischen Modeerscheinungen oder der Corporate Identity (Unternehmensfarben und -logos) unterworfen. Daher werden die Hauptverkehrsflächen (Zu- und Eingänge, repräsentative Treppen etc.) oft mit langfristig haltbaren Belägen (Granit, Keramikplatten etc.) und Büroarbeitsflächen mit flexiblem Zugang zu Bodeninstallationen und Verteilern werden mit Teppichboden versehen.
6.6
Teilsystem Arbeits- und Nutzungsinfrastrukturen
171
6.6 Teilsystem Arbeits- und Nutzungsinfrastrukturen Telekommunikations-, Audio- / Video- und EDV-Anlagen können als die wesentlichen Arbeits- und Nutzungsinfrastrukturen von Büroimmobilien betrachtet werden. Mittels Leistungs- und / oder Kostengarantien für die Nutzungsphase können sie als Angebotsmodule im Teilsystem Arbeits- und Nutzungsinfrastrukturen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots gestaltet werden. 6.6.1
Modul EDV-Anlage
Zu den Elementen des Moduls EDV-Anlage gehören: x EDV-Hardware, mit den jeweiligen Einzelplatzrechnern, einer gebäude- bzw. unternehmensspezifischen Intranet-Netzwerkstruktur (LAN, W-LAN etc.), der Anbindung an das Internet (WAN, WWW etc.), sowie mobile EDV-Lösungen, x Standardsoftware (Betriebssystem, Office-Software etc.) sowie x unternehmensspezifische Anwendungssoftware (z. B. branchenspezifische SAP, CAD / CAM etc.) Ziel des Contractings der EDV-Anlage ist es, die Wartung und den Unterhalt der EDV-Anlage in die Hände eines kompetenten Leistungsanbieters zu legen. Aufgrund seines technologischen Know-hows kennt der Leistungsanbieter die Innovations- und Update-Zyklen und kann deshalb die EDV-Anlage wesentlich wirtschaftlicher planen und den Wartungs- und Unterhaltsaufwand wesentlich besser prognostizieren. Der Leistungsanbieter plant, erstellt und betreibt die auf die spezifischen Anforderungen eines Nutzers (z. B. Bank oder Versicherung) abgestimmte EDV-Anlage inklusive der notwendigen Hard- und gegebenenfalls auch der Software (Betriebssystem, Netzwerk, spezielle Anwendersoftware). Die Abrechnung erfolgt über einen zu definierenden Technologiestandard (z. B. in Form der jeweils aktuellen Softwareversion). Dadurch stellt der Kunde sicher, dass er immer die für die aktuelle Softwareversion notwendige Hardware besitzt und er so seine EDV-gestützten Geschäftsprozesse effizient umsetzen kann. Die EDV-Infrastruktur steht auch in Interaktion mit dem Energiesystem des Gebäudes. Gerade in Branchen, die aufwendige EDV- bzw. Server-Infrastrukturen benötigen, stellt die EDV-Anlage einen nicht zu unterschätzenden internen Wärmegewinn dar. Dieser interne Wärmegewinn kann positiv wirksam bei der Heizungsbemessung berücksichtigt werden und muss negativ wirksam bei der Kühlung eines Gebäudes im Sommer berücksichtigt werden.
6 172
6.6.2
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Potentielle Anlagenmodule und Teilsysteme für die lebenszyklusorientierte Gebäudeoptimierung
Modul Telekommunikationsanlage
Zu den Elementen der Telekommunikationsanlage gehören die Elemente für die interne und externe Kommunikation per Festnetz- bzw. Mobiltelefon. Ziel des entsprechenden Contractings ist es, die Telekommunikation mittels innovativer internetbasierter Telekommunikationstechnologien hinsichtlich der Effizienz und Wirtschaftlichkeit zu optimieren. Der Leistungsanbieter plant, erstellt und betreibt die auf die spezifischen Anforderungen eines Nutzers (z. B. Bank, Call-Center oder Versicherung mit einem Anteil an Aussendienstmitarbeitern) abgestimmte Telekommunikationsanlage. Im Sinne der differenzierenden Leistungs- und / oder Kostengarantien eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebotes garantiert der Leistungsanbieter sowohl die Kosten als auch die Leistungsfähigkeit bzw. Bereitschaft der Telekommunikationsanlage. In der Betriebs- bzw. Nutzungsphase werden Anreize geschaffen (z. B. GMP mit Value-Engineering), die den Leistungsanbieter dazu motivieren, die Telekommunikationsanlage auch in der Nutzungsphase ständig weiterzuentwickeln und zu optimieren.
7 LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots Aus den Modulen und Teilsystemen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots werden lebenszyklusorientierte, projektspezifische Kombinationen von integrierten bzw. vernetzten Teilsystemen gebildet. Projektspezifische, integrierte bzw. vernetzte Teilsysteme sind komplexe spezifische Lösungen für die Anforderungen und Bedürfnisse der potentiellen Kunden. Im Fokus der Entwicklung innovativer, integrierter bzw. vernetzter Teilsysteme steht die Freisetzung nutzerspezifischer, lebenszyklusorientierter Synergien, um zu einem Optimum der Lebenszykluskosten des Gebäudes für einen spezifischen Bauherrn zu gelangen. Dazu werden die integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme auf die für den spezifischen Bauherrn massgeblichen LC-Kostentreiber des jeweiligen Bauprojektes abgestellt. Auf diese Weise können kunden- und projektspezifisch unterschiedliche Schwerpunkte in der Leistungsangebotsgestaltung gesetzt werden. Der LCLeistungsanbieter bzw. die LC-Anbieterkooperation verknüpft die Module und Teilsysteme zu innovativen, integrierten bzw. vernetzten Teilsystemen, die massgeschneidert für das jeweilige Bauprojekt sind. Dabei werden Synergiepotentiale freigesetzt, die sich aus der projektspezifischen Verknüpfung der jeweiligen Module und Teilsysteme ergeben und so höherwertige Leistungsinnovationen auf Projektebene generieren. Im Folgenden sollen die Synergiepotentiale aus der Verknüpfung dieser Module und Teilsysteme aufgezeigt werden. Diese Synergiepotentiale bilden die Grundlage der innovativen, individuellen, projektspezifischen Leistungsangebotsgestaltung. Zur Generierung der Synergiepotentiale für ein projektspezifisches Leistungsangebot müssen folgende Teilsysteme mit den nutzwertstiftenden Modulen innovativ integriert und vernetzt werden (Bild 105): x x x x
Gebäudehülle sowie passive Gebäudeteilsysteme, HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung, elektrische Energie und Kommunikation sowie Wasserver- und -entsorgung.
7 174
LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
Bild 105: Verknüpfung der Module und Teilsysteme zu integrierten bzw. vernetzten Teilsystemen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
7.1 Synergiepotentiale der Gebäudehülle Hinsichtlich ihrer technischen Funktionalität als trennendes Element zwischen Aussenklima und Innenklima stellt die Gebäudehülle mit Fassade und Dach ein zentrales energetisches Element in einem systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebot dar.
7.1
Synergiepotentiale der Gebäudehülle
175
Klima: Heizung & Kühlung
weitere Module
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Solarenergie ils Te
Passive Bauteile
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Gebäudehülle: Fassade & Dach
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Gebäudeautomation
Bild 106: Projektspezifische Synergiepotentiale der Gebäudehülle / Fassade mit Modulen anderer Teilsysteme im Gesamtsystem Gebäude
Dachkonstruktionen bilden im Rahmen ihres Aufbaus aus Tragkonstruktion und normgerechter Wärmedämmung einen passiven, wärmeretendierenden Teil der Gebäudehülle. Sie müssen meist nicht weiter optimiert werden und interagieren nur in geringem Umfang mit anderen Modulen oder Teilsystemen. Eine Ausnahme besteht in der multifunktionalen Nutzung der Dachfläche für die Solartechnik. Darüber hinaus werden besondere Anforderungen an die Dichtigkeit und Lebensdauer von Dachflächen gestellt. Bei der Lebensdauer und beim Unterhalt ergeben sich jedoch Optimierungspotentiale im Rahmen eines systemgeschäftlichen LCLeistungsangebots. Die Fassade als weiterer Teil der Gebäudehülle hat dagegen multifunktionale Bedeutung. Dadurch ergeben sich multifunktionale interaktive Abhängigkeiten zu der erforderlichen HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung, der Generierung von elektrischer Energie sowie zur Bereitstellung von Beleuchtungsenergie im Innenraum. Die Fassade besteht aus folgenden Elementgruppen: x feste und bewegliche Elemente zur Trennung von Aussen- und Innenklima x feste oder bewegliche Elemente des Sonnen- und Blendschutzes sowie x anderen Elementen zur Integration von weiteren Modulen. Die wichtigsten Synergien im Rahmen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots ergeben sich aus der Interaktion der Fassade mit den folgenden Aufga-
7 176
LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
ben der beiden Teilsysteme HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung sowie elektrische Energie (Bild 106): x x x x x
Heizung Kühlung Lüftung Beleuchtung solare Energiegewinnung
Aus den freigesetzten Synergiepotentialen ergeben sich die folgenden Nutzen: x erhöhte Energieeffizienz x geringere Lebenszykluskosten x gesteigerter Nutzungskomfort Um diese Synergiepotentiale der energetischen Optimierung in einem holistischen Gesamtoptimierungsansatz für das Gebäude über den Lebenszyklus einbetten zu können, müssen die folgenden Treiber der Nachhaltigkeit bezüglich Rendite und Werterhaltung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots beachtet werden: x Ästhetik (führt zur Wertbeständigkeit und städtebaulicher Akzeptanz) x Wirtschaftlichkeit (führt zu einem Optimum hinsichtlich der Lebenszykluskosten) x Umweltverträglichkeit (führt sowohl zu optimierten Lebenszykluskosten als auch zu erhöhter Wertbeständigkeit) In diesem holistischen nachhaltigen Optimierungsprozess für das Gebäude muss unter den ästhetischen Rahmenbedingungen die wirtschaftliche und umweltverträgliche Optimierung in Bezug auf x den Transmissionswärmeverlust, x den Lüftungswärmeverlust sowie x die solare Einstrahlung der Gebäudehülle und insbesondere der Fassade erfolgen. Diese Einflüsse, dass heisst die Wärmeenergieverluste sowie die Gewinne über die solare Einstrahlung müssen bei der interaktiven Optimierung von Fassade und HKL-Anlagentechnik sowie bei der Bemessung der Module innerhalb der Teilsysteme berücksichtigt werden. Dabei sind insbesondere die verglasten Teile einer Fassade als energetisch kritisch zu beurteilen, weil bei der Optimierung der Fassade verschiedene konfliktbehaftete Faktoren berücksichtigt werden müssen: x x x x
Begrenzung der Transmissionswärmeverluste im Heizfall, Nutzung der solaren Einstrahlung im Heizfall, Begrenzung der solaren Einstrahlung im Kühlfall, Nutzung des Tageslichts bei der Innenraumbeleuchtung und
7.1
Synergiepotentiale der Gebäudehülle
177
x Verhinderung von Blendung im Innenraum bei extremem Sonneneinfall (Sonnenblendschutz). Diese systemgeschäftliche LC-Optimierung des Gebäudes kann auf folgender Basis realisiert werden: x Aufbau der Fassadenkonstruktion mit dem Ziel, Kühlung und Heizung der Innenräume zu minimieren sowie x Vernetzung von Fassadenkonstruktion und der zentralen HKL-Anlage durch x Integration von dezentraler HKL-Technik, Solartechnik etc. in die Fassade. Die möglichen Varianten der Fassadenkonstruktion (siehe auch Kapitel 6.1.1) sowie die Varianten der potentiellen energetischen Module zur Wärme- und Kältebereitstellung durch die HKL-Anlage (siehe auch Kapitel 6.2) müssen durch Vernetzung oder Integration unter der Voraussetzung gleichen Nutzens bezüglich minimaler LC-Kosten bewertet werden. Dabei ist neben der Investition auch der Unterhalts- und Wartungsaufwand zu bewerten. Die projektspezifische optimierte Vernetzung von Fassade, Sonnenschutz und HKL hat eine hohe Relevanz bezüglich der LC-Kosten unter Beachtung des intendierten Nutzungshorizontes. Bei der Integration von Modulen und der Vernetzung von passiven Bauteilen zur Kühlung und Wärmespeicherung sowie der HKLAnlage mit der Fassade ist bei der Konstruktion auf die unterschiedlichen Wartungs- und Instandsetzungszyklen zu achten. Nur wenn die Module innerhalb der Teilsysteme und die vernetzten Teilsysteme untereinander einfacher zugänglich sind und somit einfacher gewartet, instand gehalten und erneuert werden können, vereinfacht sich der Betrieb technisch und kostenmässig. Zudem haben die Module innerhalb der Teilsysteme unterschiedliche Erneuerungszyklen. Durch die Interaktion mit anderen Modulen und Teilsystemen sowie die dabei freigesetzten Synergiepotentiale verfügen sogenannte integrierte Fassaden bzw. Energiefassaden über Funktionen, die über die übliche Trennfunktion zwischen Aussenklima und Innenklima weit hinausgehen. Neben der eigentlichen Fassadenfunktion übernehmen integrierte Fassaden auch die Funktion eines Heiz- bzw. Kühlkörpers für das Gebäude. Dabei wird in diesem Zusammenhang auch von dezentraler Haustechnik gesprochen, weil die entsprechenden Module für die Haustechnik dezentral und raumspezifisch in die Fassade integriert werden. Diese Variante der HKL-Installation wird als sehr energieeffizient angesehen, weil sie individuell, das heisst in kleinen Nutzungseinheiten, geregelt werden kann. Dadurch wird nur in den Räumen Energie zur Raumklimatisierung aufgewendet, in denen sich Nutzer befinden, bzw. in denen Nutzer Energie für die verschiedenen Anwendungsfälle abfragen. Allerdings müssen die Aufwendungen für die Investition und den Unterhalt mit zentralen Lösungen verglichen werden. Die in die dezentrale Haustechnik integrierten Funktionen erstrecken sich auf: x Heizen x Kühlen x Lüften
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LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
Darüber hinaus können Module der solaren Energiegewinnung (thermisch und photovoltaisch) in die integrierten Module der dezentralen Haustechnik eingebettet werden. Zum Heizen können aussen stark gedämmte Hohlquerschnitte in die Fassadenprofile eingelassen werden. Diese Hohlquerschnitte (wegen der Beständigkeit bestehen sie in der Regel aus Aluminium) führen Wasser in einem geschlossenen Kreislauf und sind an die HKL-Anlage angeschlossen, wodurch die integrierte Fassade zu einem Heizkörper umfunktioniert wird. Die grossflächig gleichmässige Beheizung erhöht zusätzlich den Klimakomfort im Raum. Die Heizwirkung kann durch thermische Solarenergiemodule unterstützt werden, die in die Fassade integriert und in den Heizkreislauf eingebunden werden. Gegenüber der Aussenhaut werden die Heizelemente mittels wärmedämmender Elemente getrennt, um direkte Wärmeverluste zu minimieren. Zur Kühlung können Kühlaggregate an die Lüftungsanlagen der integrierten Fassaden angeschlossen werden. Diese Kühlaggregate können über photovoltaische Solarmodule betrieben werden. Hier eignen sich beispielsweise moderne transluzente photovoltaische Solarmodule, die in das Isolierglas einer Fassade integriert werden können. Bei bleibender Durchsicht durch die Glaselemente einer Fassade erlauben es die perforierten Absorber dieser photovoltaischen Solarmodule, die gesamte Fassadenfläche als Solarenergieertragsfläche zu nutzen. Dabei ergibt sich durch die Kombination des Kühlaggregats mit der Solarenergienutzung eine besondere Synergie, weil sich der Bedarf für Kühlenergie mit dem zeitlichen Anfall der solaren Strahlung weitestgehend deckt. Die Belüftung der Innenräume kann soweit möglich ebenfalls dezentral direkt über die Fassade erfolgen. Dazu werden beispielsweise in regelmässigen Abständen sogenannte Ventilatorkonvektoren in die Fassade eingebaut. Diese Ventilatorkonvektoren sind ein kombiniertes Luft- / Wassersystem. Über Ventilatoren wird für einen Luftaustausch zwischen Innen- und Aussenklima gesorgt. Über das Wassersystem und Wärmetauscher wird zur Wärmerückgewinnung der Abluft Wärmeenergie entzogen und der Zuluft zugeführt. Das Wassersystem kann dabei je nach Aussentemperatur mit kaltem oder warmem Wasser durchströmt werden. Die dezentrale HKL-Anlagentechnik ist, wenn möglich in die opaken Bereiche einer Fassade, wie z. B. die Geschossübergänge zwischen Geschosstrenndecke und Fassade zu integrieren, um die Ästhetik einer transparenten Fassade nicht zu stören. Dezentrale HKL-Anlagentechnik kann aus energetischen Gesichtpunkten günstig mit Kühldecken oder Betonkernaktivierung zur Energiespeicherung kombiniert werden. Neben der HKL-Anlage stellt die solare Energienutzung ein weiteres wichtiges Element zur Freisetzung der Synergiepotentiale von Gebäudehülle und den integrierten bzw. vernetzten Teilsystemen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots dar. Die dem Aussenklima exponierten Flächen der Gebäudehülle können wie folgt zur Energiegewinnung genutzt werden:
7.2
Synergiepotentiale der HKL-Anlage
179
x Dachflächen für Solarkollektoren zur Warmwasserbereitung und für Photovoltaikanlagen zur Generierung elektrischer Energie x Fassadenflächen hauptsächlich für Photovoltaikanlagen (flexible Folien etc.) Hierbei tragen sowohl thermische Solarkollektoren zur Gewinnung von Wärmeenergie als auch Photovoltaikmodule zur Gewinnung von elektrischer Energie positiv zur Energiebilanz eines Gebäudes bei und machen im Idealfall aus einem energieverbrauchenden ein energieproduzierendes Gebäude. Als Sichtschutz steht das Modul Fassade in Interaktion mit der Beleuchtungsanlage. Dabei soll es einerseits vor neugierigen Blicken von aussen und vor der Blendwirkung der Sonneneinstrahlung schützen und andererseits gleichzeitig genug Tageslicht durchlassen, damit möglichst wenig Kunstlicht benötigt wird. Innovationen überführen moderne Fassaden in eine sogenannte interaktive Gebäudehülle (z. B. mit schaltbarer Verglasung, bei der durch Anlegen einer elektrischen Spannung aus einer transparenten Glasscheibe eine Milchglasscheibe wird). Diese modernen Fassadenkonstruktionen nutzen das natürliche Licht und das Aussenklima, um den Einsatz von Kunstlicht und Klimatisierung im Gebäudeinneren kostenwirksam zu senken. Sie erzielen damit gleichzeitig ein angenehmeres und gesünderes Wohn- und Arbeitsklima im Gebäudeinneren. Neben den genannten Vorteilen besteht der Nachteil der integralen HKL- bzw. HKL-Solar-Fassade in der Dezentralität und in der Integralität der Module für die x Wartung, x Instandhaltung / Instandsetzung und x Erneuerung. Die Nachteile der Vernetzung bzw. der multifunktionalen Nutzung der Module und Elementgruppen ergeben sich aus: x unterschiedlicher Wartungsintensität, x unterschiedlichen Lebenszyklen und x multiplen dezentralen Wartungsstellen. Integrale HKL- bzw. HKL-Solar-Fassaden müssen daher im Rahmen der LCAnalyse unbedingt dahingehend betrachtet werden, ob sie in konstruktiver Hinsicht eine einfache Wartung erlauben.
7.2 Synergiepotentiale der HKL-Anlage Die Synergiepotentiale der HKL-Anlage ergeben sich insbesondere aus der Nutzung verschiedener Primärenergieformen und der Bereitstellung verschiedener Nutzenergieformen (Bild 107). Der wesentliche Treiber für den Einsatz und die Generation verschiedener Energieformen ist dabei die Nachhaltigkeit im ökologi-
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LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
schen und in der weiteren Folge auch im ökonomischen Sinne sowie das Streben nach weitgehender Energieautarkie bezüglich nichtregenerativer Energieträger. Auf der Seite der eingesetzten Primärenergieformen ist der Einsatz von regenerativen Energieträgern dem Einsatz von nichtregenerativen Energieträgern vorzuziehen. Aufgrund der begrenzten Ressourcen nichtregenerativer Energieträger und der Konkurrenz in der Nutzung mit anderen Anwendungsgebieten, wie zum Beispiel der industriellen Produktion, sowie aufgrund der weltweit steigenden Nachfrage durch sich rapide entwickelnde Länder, einhergehend mit dem weiteren Bevölkerungsanstieg und der immer kostspieligeren Erschliessung und Förderung von fossiler Energie, werden die Kosten für nichtregenerative Energieträger zukünftig weiter steigen. Daher besteht für die jetzige wie für zukünftige Generationen die nachhaltige Herausforderung im ökologischen wie im ökonomischen Sinn darin, die Gebäude bezüglich des Wohnklimas weitgehend energetisch passiv zu gestalten und der zentralen oder der dezentralen Nutzung von regenerativen Energieträgern für Gebäude den Vorzug zu geben. Das Ziel der Optimierung des Energie-Mix ist die weitgehende Nutzung regenerativer Energien unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit einerseits, sowie die weitgehende Energieautarkie bezüglich nichtregenerativer Energieträger andererseits. Die Interaktion der HKL-Anlage hinsichtlich der regenerativen Primärenergienutzung bezieht sich dabei z. B. auf: x Nutzung der thermischen und photovoltaischen Solarenergie x Nutzung der Geothermie x Nutzung von Biomasse Mittels der durch eine thermische Solarenergieanlage gewonnenen Wärmeenergie (Vgl. auch Kapitel 6.2.2) kann das Gebäude eines systemgeschäftlichen LCLeistungsangebots ergänzend bzw. unter Umständen sogar vollumfänglich mit Warmwasser versorgt werden, das für die Heizung bzw. die Trinkwasserversorgung gebraucht wird. Auch die Geothermie (Vgl. auch Kapitel 6.2.3) kann effizient zur Wärmegewinnung für Heizung und Warmwasser eingesetzt werden. Im Sinne energetisch höherwertiger Systeme können die dafür notwendigen Wärmepumpen mittels Strom aus der photovoltaischen Solarenergienutzung betrieben werden. Diese Kombination leistet einen wesentlichen Beitrag zur Energieautarkie eines Gebäudes, weil dabei keine extern gewonnene Energieform zum Einsatz kommt. Die multifunktionale Nutzung der Massivelemente aus Beton, Mauerwerk etc. als Trag- und Energiespeicherelemente setzt weitere Synergiepotentiale frei. Wärmepumpen können Wärme auch aus Massivelementen beziehen, in denen die entsprechende Umweltwärme (aus Luft, Erdreich etc.) zwischengespeichert wird. Man spricht in solchen Anwendungsfällen von Massivabsorbern. Solche Massivabsorber gleichen gegebenenfalls die Diskrepanz zwischen Wärmeanfall (tagsüber) und Wärmebedarf (abends und nachts) aus, indem sie die Wärmeenergie in Massivbauteilen (in der Regel aus Beton) zwischenspeichern. Die im Massiv-
7.2
Synergiepotentiale der HKL-Anlage
181
Absorber zwischengespeicherte Wärmeenergie wird dann bei Bedarf mittels einer Wärmepumpe für den Anwendungsfall nutzbar gemacht. Biomasse als regenerativer Energieträger ist hinsichtlich ihres Beitrags zur ökologischen Nachhaltigkeit mit den in Kapitel 6.2.4 beschriebenen Einschränkungen insbesondere hinsichtlich der Ressourcenkonkurrenz mit Nahrungsmitteln und Waldbeständen zu betrachten. Beim gezielten Einsatz z. B. von Holzpellets oder Kompogas in ausserstädtischen Gebieten können diese regenerativen Energieträger jedoch dezentral in der Nähe ihrer Herkunft genutzt werden. Bei der Generation von Nutzenergie zur Anwendung in den Gebäuden eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots ist nach dem Grundsatz zu agieren, dass kein Feuer ohne die Generation von Strom betrieben werden sollte. Dabei sind sowohl bei zentralen Kraftwerksanlagen als auch bei der dezentralen Nutzenergiegewinnung Klein-Wärme-Kraft-Anlagen einzusetzen, die Strom produzieren und deren dabei produzierte Abwärme als Wärmeenergie für die Beheizung und Warmwasserversorgung von Gebäuden des systemgeschäftlichen LCLeistungsangebots genutzt wird. Ein weiterer Aspekt der Polygeneration ergibt sich bei dezentralen KleinWärme-Kraft-Anlagen, die neben elektrischem Strom und Wärmeenergie auch Kälte für die Kühlung produzieren. An die Wärme-Kraft-Anlage wird dann eine Absorptionskältemaschine angeschlossen, die in der Lage ist, mittels überschüssiger Wärmeenergie Kälte zu erzeugen. Dadurch können Klein-Wärme-KraftAnlagen effizienter über das ganze Jahr hinweg ausgenutzt werden.
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LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
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Bild 107: Projektspezifische Synergiepotentiale der HKL-Anlage mit Modulen anderer Teilsysteme im Gesamtsystem Gebäude
Solche dezentralen Klein-Wärme-Kraft-Anlagen sind dort geeignet, wo der produzierte elektrische Strom auch direkt genutzt werden kann (z. B. in handwerklichen oder landwirtschaftlichen Betrieben). Ferner bestehen Einsatzmöglichkeiten bei Verkaufs- und Lagergebäuden, in denen Wärme bzw. Kälte und elektrischer Strom in einem bestimmten Zeitfenster gleichzeitig bezogen bzw. abgeschaltet werden können, mit entsprechend geringer oder mittlerer LC-Nutzungsdauer. Die Stromproduktion mittels dezentraler Klein-Wärme-Kraft-Anlagen am Ort der Nutzung (Bild 92) besitzt darüber hinaus Synergiepotentiale in der Interaktion mit der photovoltaischen Solarenergienutzung. In den Wintermonaten erzeugt die Klein-Wärme-Kraft-Anlage parallel zur ohnehin anfallenden Wärmeproduktion auch elektrische Energie (Strom). In den Sommermonaten, in denen weniger Wärmeenergie benötigt wird, entfällt diese Quelle für elektrische Energie weitestgehend. Dann übernimmt die photovoltaische Solarenergieanlage einen Grossteil der Produktion elektrischer Energie. Zudem ist die Energieausbeute der photovoltaischen Solarenergieanlage in den Sommermonaten mit der längeren Sonnenscheindauer höher als im Winter. Die photovoltaische Solarenergieanlage ist somit eine ideale und darüber hinaus notwendige Ergänzung einer mittels Wärme-KraftKoppelung betriebenen HKL-Anlage.
7.3
Synergiepotentiale des elektrischen Teilsystems
183
Indikation für Wärme-Kraft-Anlagen ist die Wärmeproduktion, das heisst, Wärme-Kraft-Anlagen sollten dort zum Einsatz kommen, wo der Wärmebedarf nicht mit lokalen regenerativen Energieträgern wie thermischer Solarenergie und Geothermie gedeckt werden kann [89]. Immer wenn zur Deckung des Energiebedarfs ein Feuer (fossile Energieträger oder Biomasse) notwendig ist, ist die Polygeneration, das heisst die gleichzeitige Generation von Wärme- und elektrischer Energie anzustreben, weil dadurch der Nutzungsgrad (das Verhältnis zwischen zugeführter Primärenergie und umgewandelter Nutzenergie) der Verbrennungsanlage auf bis zu 90 % gesteigert werden kann. Neben der effizienten Nutzung von regenerativen und nichtregenerativen Energieträgern ist darüber hinaus der Energieverbrauch immer so zu optimieren, dass im optimalen Fall aufgrund der Passivität eines Gebäudes nur eine geringe Menge (externer) Primärenergie notwendig ist (vgl. auch Bild 44).
7.3 Synergiepotentiale des elektrischen Teilsystems Elektrische Energie ist eine flüchtige Energieform, die nach ihrer Erzeugung transportfähig ins Netz geht und sofort genutzt werden muss. Grundsätzlich muss immer so viel Energie in das Netz eingespeist werden, wie ihm aktuell entnommen wird. Überkapazitäten (grösseres Stromangebot als aktuell nachgefragt wird) müssen durch entsprechende Mechanismen abgebaut werden. Die Zwischenspeicherung ist eine Möglichkeit zum Abbau solcher Angebotsspitzen. Die Speicherung von elektrischer Energie ist bis heute nur begrenzt möglich. Zur Speicherung kommen teure Akkumulatoren oder Pumpspeicherwerke zum Einsatz, bei denen die Speicherung mit hohen Energieverlusten verbunden ist (Nutzung von überschüssigem Nachtstrom, der sonst verloren gehen würde, um bei Bedarf Versorgungsspitzen abdecken zu können). Unterkapazitäten (geringeres Stromangebot als aktuell nachgefragt wird) führen zu Engpässen im Stromnetz. Das Stromnetz ist gegenwärtig einer Wandelung unterzogen. Während der Stromerzeugung früher im Wesentlichen fossile Energieträger dienten und die Akteure eindeutig in Anbieter und Abnehmer unterteilt werden konnten, ist dies heute nicht mehr eindeutig möglich. Einerseits kommen zu den fossilen Energieträgern verschiedene regenerative Energieerzeugungssysteme hinzu. Andererseits sind heutzutage durch die zunehmende Dezentralisierung der Stromerzeugung Abnehmer nicht mehr nur reine Abnehmer, sondern gegebenenfalls auch Anbieter. Früher schuf die Anbieterseite mit ihren fossilen Energieerzeugungssystemen ein vergleichsweise konstantes Angebot und deckte Nachfragespitzen auf der Abnehmerseite mittels entsprechender Mechanismen ab (z. B. Pumpspeicherkraftwerke). Durch die Vielzahl insbesondere regenerativer Energieerzeugungssysteme kann die Angebotsseite heutzutage kein konstantes Stromangebot mehr liefern. Stattdessen kommt es auch auf der Angebotsseite zu sogenannten Kapazitätsspitzen,
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LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
z. B. aufgrund unterschiedlicher Sonnenscheindauer (Solarenergie) oder wechselnden Windstärken (Windkraft). Zur effizienten Steuerung der zunehmend komplexer werdenden Interaktion zwischen Erzeugung und Verbrauch im Stromnetz unter diesen sich wandelnden Rahmenbedingungen werden intelligente Stromnetze (sogenannte Smart Grids) entwickelt. Durch die Vernetzung und Steuerung der Stromerzeuger, der Verbraucher sowie gegebenenfalls vorhandener Speicher soll die Erzeugung intelligent an den Verbrauch und umgekehrt der Verbrauch an die jeweils zur Verfügung stehenden Kapazitäten gekoppelt werden. Eine zunehmend wichtige Rolle spielt dabei die dezentrale Einspeisung regenerativer Energieformen aus Photovoltaik-, Windkraft- und Wärme-Kraft-Koppelungs-Anlagen in das Stromnetz unter Abstimmung mit den Kapazitäten zentraler Wasserkraft-, Kernkraft- und Wärmekraftanlagen sowie mit dem aktuellen Verbrauch im Stromnetz. Wichtigstes Element der Steuerung in intelligenten Stromnetzen (Smart Grids) sind sogenannte Smart-Meter (intelligente Zähler). Smart-Meter messen beim Verbraucher den Verbrauch von elektrischem Strom zeitabhängig, d. h. es wird nicht nur die Menge, sondern darüber hinaus auch der Zeitpunkt des Verbrauchs erfasst. Mittels dieser Zusatzinformation ist es möglich, den Strom flexibel zu bepreisen und abzurechnen. Über eine Datenleitung sind Smart-Meter mit dem Stromanbieter verbunden. Dadurch ist es dem Stromanbieter möglich, die Smart-Meter zu Abrechnungszwecken fernabzulesen sowie den Verbraucher flexibel über den aktuellen Abnahmepreis für elektrischen Strom zu informieren. Dieser Mechanismus sensibilisiert den Verbraucher für die Zusammenhänge zwischen Angebot / Erzeugung und Verbrauch / Nachfrage im Stromnetz und stärkt so sein Verbrauchsbewusstsein. Für den Stromanbieter ergibt sich die Möglichkeit, über den Energiepreis die Energieabnahme der Verbraucher mit Energiespeicherkapazitäten zu steuern. Zu diesen Verbrauchern gehören Warmwasserspeicher in dezentralen Haushalten, Klimaanlagen und die Batterien von Elektroautos, die in Parkgaragen oder auf öffentlichen Parkplätzen als antizyklischer, dezentraler und mobiler Speicher genutzt werden können. Mittels intelligenter Stromnetze (Smart Grids) können dezentrale elektrizitätserzeugende Photovoltaik-, Windkraft-, Wasserkraft- und Wärme-KraftKoppelungsanlagen optimal genutzt werden. So können Verbrauchsspitzen im Stromnetz und eine gewisse Grundlastkapazität flexibel und dezentral abgedeckt und die Grundlastkapazitäten von zentralen konventionellen Kernkraftwerken und fossil betriebenen Wärmekraftanlagen mittelfristig verringert werden. Durch die intelligente Vernetzung der Elemente eines Stromnetzes (Erzeuger, Verbraucher, Speicher etc.) ist die einspeise- und verbrauchsabhängige Steuerung mit variablen verbrauchsabhängigen Strompreisen über intelligente Computersysteme möglich. Dadurch wandeln sich Gebäude im Gesamtenergieversorgungssystem vom reinen Verbraucher zu einer Kombination aus Energieverbraucher, Energiespeicher sowie unstetigem Energielieferanten zur Deckung von Teilen der Grundlast und Verbrauchsspitzen.
7.3
Synergiepotentiale des elektrischen Teilsystems
185
Die Energiespeicherung erfolgt zum Beispiel über die passive Bauteilaktivierung, bei der z. B. Wärme- oder Kühldecken zu Tageszeiten mit entsprechend günstigen Strompreisen aufgeheizt bzw. abgekühlt werden. Die so gespeicherte Energie kann zu Tageszeiten mit entsprechend höheren Energiepreisen zur Verfügung gestellt werden, weil dann die elektrischen Aggregate zur Kühlung bzw. Heizung abgeschaltet werden können. Die Energieerzeugung bei Photovoltaikanlagen erfolgt in Abhängigkeit der natur- und tageszeitbedingten Sonnenintensität. Bei Wärme-Kraft-Koppelungsanlagen erfolgt die Energieerzeugung verbrauchszeiten- bzw. evtl. auch tageszeitlich strompreisabhängig. Bedingt durch die Entwicklung intelligenter Stromnetze (Smart Grids) mit flexiblen, tageszeitlich und verbrauchsspitzenabhängigen Strompreisen wird in Zukunft ein Paradigmawechsel bei der Erzeugung und dem Verbrauch von elektrischer Energie eintreten. Dabei wird die Stromerzeugung nicht mehr nur rein nach dem Verbrauch kapazitätsmässig gesteigert bzw. angepasst werden, sondern zur nachhaltigen Ressourcennutzung wird auch der Verbrauch über entsprechende Mechanismen im intelligenten Stromnetz (Smart Grid) intelligent gesteuert. „Demand follows generation“ bei optimaler Nutzung der regenerativen Erzeugungsmöglichkeiten sowie der Speicherkapazität im Immobilienpark und potentiell auch in den Akkumulatoren von Elektroautos.
Bild 108: Projektspezifische Synergiepotentiale des elektrischen Teilsystems mit Modulen anderer Teilsysteme im Gesamtsystem Gebäude
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LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
Dazu muss bei Neubauten und bei der Erneuerung des Immobilienparks schon heute das Gebäude mit der Interaktion zwischen Energieerzeugung, passiver Speicherung, Dämmung und Energienutzung als vernetztes System betrachtet werden und die Module und Teilsysteme müssen in einem systemgeschäftlichen LCLeistungsangebot entsprechend konstruktiv und flexibel nachrüstbar gestaltet werden. Die Synergiepotentiale des elektrischen Teilsystems (Bild 108) ergeben sich in der Bereitstellung von elektrischer Energie insbesondere aus regenerativen Primärenergieträgern sowie in der effizienten Nutzung von elektrischer Energie in Kombination mit technischen Massnahmen, die zu Energieeinsparungen führen. Wie bereits bei den Synergiepotentialen der Gebäudehülle beschrieben, ergeben sich aus der Interaktion der Gebäudehülle mit der photovoltaischen Nutzenergiegewinnung wesentliche Synergiepotentiale für die Gestaltung integrierter bzw. vernetzter Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots. Dabei können spezifische photovoltaische Solaranlagen einen aktiven Beitrag zum Sonnenschutz insbesondere bei transparenten Fassaden leisten. Umgekehrt können und sollten in Sonnenschutzanlagen auch immer photovoltaische Elemente eingebaut werden, um die einfallende Sonnenstrahlung auch gleich zur Energiegewinnung zu nutzen. Sonnenschutzanlagen sollten hinsichtlich ihrer Lichtleitwirkung optimiert werden, um die damit verbundenen Synergiepotentiale hinsichtlich der Einsparung von elektrischer Energie für die Beleuchtung von Innenräumen auszuschöpfen. Dabei sollte sich der Sonnenschutz bzw. die Lichtleitanlage über entsprechende Sensoren der Gebäudesteuerung bzw. -automation vollautomatisch an die vorherrschenden Lichtverhältnisse anpassen. Die Energieeffizienz eines Gebäudes und damit die Lebenszykluskosten sind massgeblich von der effizienten und optimierten Gebäudesteuerung und -automation abhängig. Intelligente Steuerungsalgorithmen müssen dafür sorgen, dass die Module und Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots optimal aufeinander abgestimmt sind und miteinander kommunizieren. Erst durch eine optimierte Gebäudesteuerung und -automation können die den integrierten bzw. vernetzten Teilsystemen eines systemgeschäftlichen LCLeistungsangebots inhärenten Synergiepotentiale auch wirklich genutzt werden. Im Hinblick auf ein effizientes Energiesystem im Gebäude übernimmt die Gebäudesteuerung und -automation die integrierte Steuerung der Teilsysteme HKLAnlage zur Wärme- und Kältebereitstellung, elektrische Energie sowie Wasserverund -entsorgung. Die Gebäudesteuerung bildet damit ein zentrales Modul des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots, das in Zukunft extern mit den intelligenten Stromnetzen (Smart Grids) verbunden wird. Dabei ist zu beachten, dass Gebäude (z. B. Wohn- und Bürogebäude) energetisch so gestaltet werden, dass sich der Steuerungsaufwand in Grenzen hält. Der Nutzer muss die Möglichkeit haben, die Steuerung entsprechend seinen Bedürfnissen zu beeinflussen, ohne dass sich die Einflussnahme negativ auf die energetische Effizienz des Gebäudes auswirkt. Eine wichtige Funktion der Gebäudesteuerung und -automation ist in diesem Zusammenhang die Erstellung von
7.4
Synergiepotentiale der Wasserver- und -entsorgung
187
Nutzerprofilen, anhand derer dem Nutzer die Konsequenzen seines Handelns, wie z. B. der Eingriff in die optimierte Gebäudesteuerung für seinen Nutzungsbereich, vor Augen geführt werden. Die Gebäudesteuerung unterstützt den Nutzer dadurch bei der Optimierung seines Handelns, ohne ihn zu entmündigen, weil er sein Handeln aufgrund des direkten Feedbacks der Gebäudesteuerung bzw. -automation so ausrichten kann, dass es zu einer energetisch optimierten Gebäudenutzung führt. Gleichzeitig dient die Sensorik der Gebäudesteuerung und -automation zur individuellen Abrechnung des Leistungsbezugs des Nutzers sowie zur Information über sein Nutzerprofil und über die Abweichungen zum optimierten Nutzerprofil und den mit der Abweichung verbundenen Kostenkonsequenzen.
7.4 Synergiepotentiale der Wasserver- und -entsorgung Die Synergiepotentiale der Wasserver- und -entsorgung ergeben sich im Wesentlichen in der Interaktion mit der Gebäudesteuerung und -automation sowie mit dem HKL-System. Dabei sorgt die Gebäudesteuerung und -automation insbesondere für die nutzungsgerechte Bereitstellung der verschiedenen Wasserformen (Trinkwasser, Regenwasser, Grauwasser etc.), die zum Gebäude eines systemgeschäftlichen LCLeistungsangebots gehören. Darüber hinaus kann die Gebäudesteuerung und -automation über die Verbrauchsdatenerfassung in der Nutzungs- bzw. Betriebsphase wichtige Potentiale für die weitere Optimierung offenlegen. In der Interaktion mit dem HKL-System und der Nutzung thermischer Solarenergie birgt insbesondere die Bereitstellung von warmem Trinkwasser Synergiepotentiale. Entsprechende (technische) Wassersparmassnahmen und die informative Beeinflussung der Nutzer führen auch zu Energieeinsparungen in der HKLAnlage, weil weniger Warmwasser hergestellt werden muss. Zudem kann der Trinkwasserverbrauch gesenkt werden, indem x für die Toilettenspülung Regen- bzw. Grauwasser genutzt wird, x Vakuumsanitärtechnik mit nur geringem Spülwasserbedarf (auch Regen- bzw. Grauwasser) eingesetzt wird und x Trinkwasserhähne mit sensorgesteuerten Ventilen installiert werden. Beim Einsatz von Regen- bzw. Grauwasser ist der finanzielle und betriebliche Zusatzaufwand für die entsprechend notwendige zusätzliche Verrohrung sowie den Regenwasserspeicher zu berücksichtigen.
7 188
LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
7.5 Kooperativer Ansatz der Leistungsangebotsentwicklung In Anlehnung an das Systemanbieterkonzept von GIRMSCHEID [39] verfolgt das Geschäftsmodell für ein systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot im Hochbau einen kooperativen Ansatz der Leistungserstellung. Um die für das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot notwendigen Kompetenzen zu bündeln und immanente Synergiepotentiale freizusetzen, kooperieren der Systemführer sowie die Teilsystemlieferanten bestehend aus den Planern und Unternehmen der Teilsysteme, die den Kern eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots bilden, miteinander. Die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen dem Systemführer und den Teilsystemlieferanten, bestehend aus den Schlüsselplanern und -unternehmen der Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots, ist Voraussetzung für ein fundiertes systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot, das gegenüber potentiellen Kunden glaubwürdig ist. Eine entsprechende Anbieterkooperation muss sich deshalb in Abhängigkeit zu einem sich in der Garantie- und Risikoübernahmebereitschaft steigernden Leistungsangebot (Leistungsintegration) gemäss den Erfordernissen der Marktzyklen (Bild 3 und Bild 4) entwickeln. Die Kooperationsentwicklung erfolgt in sogenannten Kooperationsentwicklungsstufen (KES). Im Zuge dieser Kooperationsentwicklungsstufen steigern sich die Lebenszyklusorientierung und der Umfang des Leistungsangebots (gerade im Hinblick auf die sich steigernden Risiken bei der Übernahme zusätzlicher Garantien) sukzessive. Die Parallelität von Leistungsintegration und Kooperationsentwicklung hat das Ziel, dass die Anbieterkooperation an den Inhalten ihres Leistungsangebots wächst. Der Kooperationsentwicklungsprozess ist besonders wichtig vor dem Hintergrund der Langfristigkeit der Garantien und Risiken gegenüber potentiellen Kunden des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots. Diese langfristigen Garantien und Risikoübernahmen haben zur Folge, dass unter den Kooperationspartnern der Anbieterkooperation und auch gegenüber potentiellen Kunden (Bauherren) auch leistungsinhaltlich längerfristigere Abhängigkeiten und Verantwortlichkeiten bestehen. Durch die parallele Entwicklung von systemgeschäftlichem LC-Leistungsangebot und Kooperation kann ein Entwicklungsprozess angestossen werden, in dem sich die Kooperation in Anlehnung an ihre Leistungsangebote und die damit verbundenen Aufgaben entwickelt. So kann „im Kleinen“ (kleiner Leistungsumfang – geringere Risiken) erprobt werden, was später „im Grossen“ (grosser Leistungsumfang – höhere Risiken) funktionieren muss. Je grösser und langfristiger mögliche Leistungs- und Kostengarantien und das mit ihnen verbundene Risiko im systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebot sind, desto gefestigter und robuster muss die Kooperation auch hinsichtlich der möglichen Leistungs- und Kooperationsinstabilitäten sein. Potentielle Schwerpunkte hinsichtlich der Gestaltung eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots wurden mit den massgeblichen potentiellen Kostentreibern in der Nutzungsphase eines Gebäudes in Kapitel 4 identifiziert. Sie bezie-
7.5
Kooperativer Ansatz der Leistungsangebotsentwicklung
189
hen sich auf die kostenseitige Betrachtung bei der lebenszyklusorientierten Angebotsgestaltung. Darüber hinaus besteht bei systemgeschäftlichen LC-Leistungsangeboten auch die Möglichkeit, die zukünftigen Einnahmen des Kunden zu optimieren. Insbesondere bei Projekten, die auch die Projektentwicklung beinhalten, können die Einnahmen im Zuge des Lebenszyklus eines Gebäudes durch ein optimierendes Flächenmanagement gesteigert werden. Dazu gehören neben der effizienten Nutzung der zur Verfügung stehenden Fläche auch die Möglichkeit der effizienten Umnutzung bei Nutzungsänderung und andere, die Werthaltigkeit einer Immobilie sicherstellende Faktoren wie Lage und architektonische Gestaltung des Gebäudes. Es obliegt dem Systemführer und den an der system- und lebenszyklusorientierten Wertschöpfung beteiligten Kooperationspartnern, die inhaltlichen Schwerpunkte des LC-Leistungsangebots weiterzuentwickeln und auszubauen. Aus den in den Kapiteln 7.1 bis 7.4 benannten Synergiepotentialen können Leistungsinnovationen in Form von integrierten bzw. vernetzten Teilsystemen für ein systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot entwickelt werden. Darüber hinaus müssen die Leistungsinnovationen und Weiterentwicklungen des systemgeschäftlichen LCLeistungsangebots durch weiterentwickelte Kernkompetenzen der Leistungsanbieter gemäss den Marktzyklen (Bild 3 und Bild 4) generiert werden, um so eine nachhaltige Differenzierung vom Wettbewerb sicherzustellen. Die Entwicklung der Anbieterkooperation für ein systemgeschäftliches LCLeistungsangebot kann in den auf Bild 109 skizzierten Kooperationsentwicklungsstufen mit den entsprechenden Leistungsangebotsinhalten in den Marktphasen erfolgen. Dabei stellt das Leistungsangebot jeder Kooperationsentwicklungsstufe ein Angebot dar, das in Abhängigkeit der Anforderungen potentieller Bauherren variiert werden kann. Systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote sollen im Sinne eines Life-Cycle-Contractings [39] umgesetzt werden. Dabei ist es notwendig, potentiellen Kunden den optimierenden Nutzen der Übernahme zusätzlicher Leistungen und Garantien in der Nutzungsphase deutlich zu machen. Dieser Nutzen ergibt sich dadurch, dass die Anbieterkooperation in die Nutzungsphase dieser Gebäude verantwortlich eingebunden wird. Dadurch wird ein Interesse der Leistungsanbieter an der lebenszyklusorientierten Optimierung der Lösung der gestellten Bauaufgaben generiert. Systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote können im Sinne eines Life-CycleContractings phasenbezogen in den folgenden Kooperationsentwicklungsstufen (KES) entwickelt und angeboten werden (Bild 109).
Entwicklung Einführ. Reife
Wachstum
Einführ. Entw.
Einführ. Entw.
Wachstum Reife
t (Zeit)
Reife
Wachstum
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Kooperationspartner: Systemführer TU Teilsystemlieferant I: HKL Teilsystemlieferant II: Fassade Teilsystemlieferant i: ...
Marktphasen der LC-Leistungsangebote
Ausgangssituation Initiierungsphase
KES 2
Innovationsphase I
KES 3
Innovationsphase II
KES 1
LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
TU Sub: HKL Sub: Fassade Sub: … FM
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Bild 109: Leistungsintegration sowie Marktphasen von systemgeschäftlichen LC-Leistungsangeboten (in Anlehnung an [32])
Ausgangssituation – TU-Leistungen Grundlage des hier beschriebenen systemgeschäftlichen Life-Cycle-Contractings ist eine fundierte integrierte TU-Leistungs-Kompetenz, die als Leistungsoutput z. B. ein schlüsselfertiges Bauwerk ermöglicht. Darüber hinaus bedingt das systemgeschäftliche Life-Cycle-Contracting die Einbindung der Projektentwicklungskompetenzen bei der Evaluation der Anforderungen potentieller Kunden / Bauherren sowie Erfahrungen im Facility Management. Diese Kompetenzen stehen für die Fähigkeit der Anbieterkooperation, professionellen Bauherren unter Bereitstellung einer Koordinationsschnittstelle19 die bauliche Lösung ihrer Anforderungen kompetent von der Projektentwicklung bis zur Betreuung in der Nutzungsphase aus einer Hand zur Verfügung zu stellen. Diese Fähigkeit bildet eine Referenz, mittels derer die Anbieterkooperation zum Ausdruck bringt, dass sie in der Lage ist, innovative Projekte abwickeln und für die Nutzungsphase definierte Leistungs- und Kostengarantien abgeben zu können. Darüber hinaus verfügen TU üblicherweise über eine gewisse finanzielle Stärke, die ihnen die Übernahme von Leistungs-, Funktions- und Kostengarantien und der damit verbundenen Risiken erlaubt. 19
Bereitstellung der Gesamtleistung „aus einer Hand“
7.5
Kooperativer Ansatz der Leistungsangebotsentwicklung
191
KES 1 und Initiierungsphase – Energetische LC-Integration: Das Ziel der Initiierungsphase ist es, die Kunden von bekannten fragmentierten Leistungsangeboten abzuholen und über die kooperative Integration bestimmter Teilleistungen und Ausweitung der Garantien auf einen bestimmten Lebenszyklus die Eintrittsbarrieren für systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote zu überwinden. Aufbauend auf der Projektentwicklungs- und TU-Leistungs-Kompetenz sowie auf dem Erfahrungsschatz im Facility Management dient die erste Kooperationsentwicklungsstufe (KES 1) der Bildung einer Kooperation zur energetischen lebenszyklusorientierten Optimierung von Hochbauten. In dieser Kooperationsentwicklungsstufe, die der ersten Erprobung der Prozesse der Zusammenarbeit dient, werden die folgenden Entwicklungsschritte vollzogen:
x Entwicklung eines Leistungsbündels „TU-Lösung mit nachhaltigem EnergyContracting“ x Angebot des Leistungsbündels „TU-Lösung mit nachhaltigem EnergyContracting“ an potentielle Kunden x Entwicklung der Basiskonzeption für ein systemgeschäftliches LCLeistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ für die sich anschliessende zweite Kooperationsentwicklungsstufe (KES 2) x Ermittlung der notwendigen, ergänzenden Kooperationspartner für das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ Dem Kunden / Bauherrn erschliesst sich ein integriertes systemgeschäftliches LCLeistungsangebot „Nachhaltiges Energy-Contracting“ als Leistungsbündel aus dem schlüsselfertigen Bauwerk und der technischen Optimierung der HKLAnlage hinsichtlich ihres Verbrauchs. Die Optimierung der HKL-Anlage erfolgt unter Einbezug innovativer Leistungsmodule wie erneuerbare Energien und innovative Formen der Energiegewinnung, -bereitstellung und -verteilung sowie unter Einbezug des Teilsystemlieferanten für die Fassade (Fassadenplaner und Fassadenbauunternehmen) als einem zentralen Modul zur energetischen Gesamtoptimierung eines Gebäudes. Dies ist ein Paradigmawechsel vom heutigen EnergyContracting, das vom Nutzerverbrauch getrieben ist (die Verbrauchseinheit aber möglichst günstig anbietet), hin zur Minimierung des Verbrauchs fossiler Energieträger durch Nutzung regenerativer Energieträger sowie hohen Passivhausstandards bei der Gebäudehülle zur Reduktion des Energiebedarfs. In dieser Phase sollten Schlüsselplaner und -unternehmer aus den Bereichen x HKL und Energy-Contracting und x Fassadenbau mit einem TU und Projektentwickler zusammenarbeiten. KES 2 und Innovationsphase I – Energetische LC-Optimierung: Aufbauend auf den Erfahrungen der ersten Kooperationsentwicklungsstufe (KES 1) in Bezug auf Zusammenarbeit sowie auf Erweiterung und Einbindung der
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LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
Kompetenzen Projektentwicklung, TU und Facility Management werden die technischen Schlüsselkompetenzen für das innovative, systemgeschäftliche LCLeistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ erweitert. „2000-Watt-Gebäude“ stellen die gebäudetechnische Infrastruktur zur nachhaltigen Umsetzung des energiepolitischen Modells der 2000-Watt-Gesellschaft dar. In dieser zweiten Kooperationsentwicklungsstufe (KES 2) soll das Gebäude durch entsprechende Leistungsintegration nachhaltig gesamtenergetisch nach den politischen Zielvorstellungen bezüglich Loslösung von dezentralen fossilen Energieträgern optimiert werden und ein neues erweitertes systemgeschäftliches LCLeistungsangebot entwickelt werden. Neben der HKL-Anlage soll im „2000-WattGebäude“ zusätzlich die Gebäudehülle energetisch optimiert berücksichtigt werden. Die Anbieterkooperation kann so die Fassade und die wesentlichen Teilsysteme der elektrischen Energie unter Einbezug der Bauteilaktivierung und potentieller HKL-Systeme bei der energetischen Gebäudeoptimierung unter Nutzung einer umfassenden Gebäudesteuerung berücksichtigen und das lebenszyklusorientierte energetische Gesamtsystem für ein Gebäude anbieten. Dem Kunden / Bauherrn erschliesst sich durch dieses Leistungsangebot das Optimierungspotential des lebenszyklusorientierten energetischen Gesamtsystems aus passiven Speicherbauteilen, HKL-Anlage und Gebäudehülle sowie ggfs. weiteren energietechnischen Gebäudekomponenten. In dieser Kooperationsphase sollten die ersten Basiskonzepte entwickelt werden, wie der Kundennutzen in der nächsten Kooperationsentwicklungsphase (KES 3) unter Absicherung der Risiken weiter erhöht werden kann. Zudem sind die Markt- und Wettbewerbsbedingungen sowie die optimale Konfiguration der Kooperationspartner zu bewerten. In dieser Phase sollten Schlüsselpartner und -unternehmen aus den Bereichen x x x x x
HKL und Energy-Contracting, Fassadenbau, Bau- und Umweltphysik, Facility Management und Steuerung und Automation
mit einem TU und Projektentwickler zusammenarbeiten. KES 3 und Innovationsphase II – LC-Gesamtoptimierung: In der dritten Kooperationsentwicklungsphase (KES 3) wird das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot in der Wachstums- und Reifephase weiter im Markt diffundiert. Zudem wird das Konzept von Bürogebäuden auf Wohngebäude, Schulen, Krankenhäuser etc. erweitert. Trotz Nachahmern am Markt lässt sich der Erfahrungsvorteil des frühen Einstiegs als Wettbewerbsvorteil in den strategischen Geschäftsfeldern nutzen. Da der Wettbewerb zunimmt und damit die Gewinnmargen im Verhältnis zu den umfangreichen Risiken sinken, werden neue Basiskonzepte für ein neues systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot entwickelt. Dieses Basiskonzept bezieht die Erfah-
7.6
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „TU-Leistung und nachhaltiges Energy-Contracting“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 1
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rungen der vorhergehenden Kooperations- und Leistungsentwicklungsstufen mit ein. Das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot der dritten Kooperationsentwicklungsstufe (KES 3) stellt dem Kunden die komplette, auf seine Bedürfnisse und Anforderungen zugeschnittene gebäudetechnische Infrastruktur in Form des „Value Gebäudes“ zur Verfügung. Life-Cycle-Contracting wird in dieser Leistungs- und Kooperationsentwicklungsstufe (KES 3) auf alle für ein Contracting geeigneten Leistungselemente der Nutzungs- bzw. Betriebsphase erweitert. Der Kunde / Bauherr kann sich voll auf seine Kerngeschäfte konzentrieren, die optimierte Bewirtschaftung seines Gebäudes übernimmt die systemgeschäftliche Kooperation im Rahmen des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots. Dazu ergänzt und komplettiert die Anbieterkooperation in Abhängigkeit der Anforderungen und Bedürfnisse des spezifischen Kunden das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot um weitere LC-Contracting-Elemente. Der Kunde erhält umfangreiche Leistungs- und Kostengarantien, die auf einem Service-Level-Agreement aufgebaut sind und somit Nutzungspreise über eine vereinbarte Nutzungsphase garantieren. Die Anbieterkooperation setzt sich aus den Kooperationspartnern analog zur zweiten Kooperationsentwicklungsstufe (KES 2) zusammen. Die potentiellen Leistungs- und Kooperationsentwicklungsstufen sind mit ihren Marktphasen in Bild 109 dargestellt. Der Prozess der kontinuierlichen Verbesserung (KVP) [35] und Innovation [35] ist unabdingbar, um gegenüber der Konkurrenz erfolgreich zu bleiben und dem Kunden einen gezielten Mehrwert zu bieten.
7.6 Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „TU-Leistung und nachhaltiges Energy-Contracting“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 1
7.6.1 Beschreibung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots „TULeistung und nachhaltiges Energy-Contracting“ (P – Product)
Das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot „TU-Leistung und nachhaltiges Energy-Contracting“ der systemgeschäftlichen Anbieterkooperation in der Kooperationsentwicklungsstufe KES 1 stellt gegenüber einem Projektentwicklungs- bzw. TU-Leistungsangebot eine Erweiterung der Angebotspalette hin zu einem TeilSystemleistungsangebot dar, das gewisse Leistungen in der Nutzungsphase garantiert. Dazu wird das Projektentwicklungs- bzw. TU-Leistungsangebot um die Leistungskomponente Energiebereitstellung in Form eines „Nachhaltigen EnergyContractings“ in der Betriebsphase zu einem integralen systemgeschäftlichen LCLeistungsangebot erster Stufe ergänzt (Bild 110). Dabei werden potentiellen Kun-
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LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
den durch die systemgeschäftliche Anbieterkooperation bestehend aus dem TULeistungsanbieter als Systemführer und dem Energy-Contractor als Teilsystemlieferant schlüsselfertige Gebäude aus einer Hand inklusive eines „Nachhaltigen Energy-Contractings“ der HKL-Anlage unter vorrangigem Einbezug regenerativer Energien über einen vorher definierten Zeitraum angeboten. Die Anbieterkooperation übernimmt neben der TU-Leistung die Leistungsbzw. Kostengarantie für die Nutzenergiebereitstellung des Teilsystems „HKL inkl. erneuerbarer Energie“. Die Leistungs- bzw. Kostengarantie erstreckt sich dabei sowohl auf die Anlage als auch auf die regenerative Energiegewinnung sowie auf mögliche ergänzende Energielieferungen.
Bild 110: Die Verantwortung für Nutzung und Betrieb eines HKL-Systems im Vergleich zwischen traditioneller Leistungserstellung und „Nachhaltigem Energy-Contracting“ im Rahmen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
Energy-Contracting ist ein am Markt bereits etabliertes Leistungsangebot ([20], [7] [75] u. v. a. m.) Im Rahmen des Energy-Contractings werden verschiedene Varianten bzw. Konstellationen angeboten, mit denen unterschiedliche primäre Interessen verfolgt werden (z. B. Kosten- / Energieeinsparungen, Finanzierung, Outsourcing, technische Optimierung). Ein gemeinsamer Nenner all dieser Varianten ist, dass sich für den Kunden / Bauherrn der Bezugspunkt der energetischen Abrechnung verlagert (Bild 110): x Traditioneller Eigenbetrieb Beim herkömmlichen Eigenbetrieb durch den Bauherrn kauft dieser die HKLAnlage sowie die Primärenergie (fossile und / oder regenerative Energieträger) ein, um sie mittels seiner HKL-Anlage zu Nutzenergie (z. B. Wärme, Kälte) umzuwandeln. Ferner muss der Bauherr den Betrieb und Unterhalt der Anlage selbst durchführen oder an einen Unternehmer vergeben. Das Risiko der effizienten Umwandlung (Anlagen-Wirkungsgrad) sowie die Kosten und Risiken des Betriebs, des Unterhalts und der Instandsetzung trägt der Bauherr, der auf die entsprechende Planungs- bzw. Ausführungskompetenz des Planers und Leistungsanbieters für HKL-Anlagen vertrauen muss. Mangels eines entsprechenden Anreizes wird die HKL-Anlage dabei nicht hinsichtlich ihrer Lebenszykluskosten optimiert. Zudem profitiert der Einzelabnehmer von externen Energieträgern nicht von bezugsmengenabhängigen Lieferkonditionen.
7.6
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „TU-Leistung und nachhaltiges Energy-Contracting“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 1
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x Traditionelles Energy-Contracting Beim traditionellen Energy-Contracting (Bild 111) bezieht der Bauherr / Kunde aus Primärenergie gewonnene Nutzenergie (z. B. Wärme, Kälte, Luft). Als Primärenergieträger werden beim traditionellen Energy-Contracting zurzeit noch hauptsächlich fossile Energieträger (Erdgas und Heizöl) eingesetzt. Für die Umwandlung zeichnet der Contractor verantwortlich. Im Regelfall stellt der Energy-Contractor die Anlage und ist für den Betrieb und den Unterhalt sowie für die Bereitstellung der Primärenergieträger zuständig. Der Nutzer kauft vom Energy-Contractor die Nutzenergie, die er individuell braucht. Es ist im Interesse des Energy-Contractors, möglichst effizient (hoher AnlagenWirkungsgrad) Nutzenergie herzustellen. Unter Einsatz von möglichst wenig Primärenergie (Input: fossile und / oder regenerative Energien) versucht er, die durch die Nutzer angeforderte Nutzenergie (Output: z. B. Wärme, Kälte, Luft, elektrischer Strom) herzustellen (ökonomisches Minimalprinzip). Dieser Auftrag zur Bereitstellung von Nutzenergie stellt einen wirksamen Anreiz für den Leistungsanbieter dar, die HKL-Anlage hinsichtlich ihrer Lebenszykluskosten systemorientiert zu optimieren. Die monatliche bzw. jährliche Vergütung des Contractors gliedert sich in einen Fixkostenanteil, um die Anlage zu amortisieren und zu verzinsen und einen variablen Anteil, der die Höhe der abgenommenen Nutzenergiemenge berücksichtigt und die Kosten des Unterhalts, des Betriebs sowie den Gewinn deckt. Es ist im Interesse des Contractors, möglichst viele Nutzenergieeinheiten zu verkaufen, weil dadurch sein Gewinn steigt. Die Nachhaltigkeit im Sinne eines ressourcensparenden Primärenergieverbrauchs beschränkt sich deshalb auf den Wirkungsgrad und somit auf die Effizienz der HKL-Anlage.
Bild 111: Prinzip des traditionellen Energy-Contractings (in Anlehnung an [65])
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LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
indem ihm die Bereitstellung von Nutzenergie übertragen wird, gerät die Optimierung des Teilsystems Wärmeenergie in die Interessenssphäre des Leistungsanbieters. Der Leistungsanbieter ist damit beauftragt, Primärenergie in Eigenverantwortung zu Nutzenergie umzuwandeln. Neben der Effizienzsteigerung ergeben sich mittels des traditionellen EnergyContractings weitere Vorteile für den Kunden: x Verlängerte Garantie: Der Contractor garantiert die Leistungsfähigkeit der HKL-Anlage über die komplette Vertragslaufzeit. Übliche Vertragslaufzeiten liegen bei 15 bis 20 Jahren und liegen damit weit über der üblichen Gewährleistungszeit von 5 Jahren. Damit entsteht bezüglich Instandhaltung und Instandsetzung der Anlage eine Risikoübertragung auf den Contractor. x Liquiditätsgewinn: Üblicherweise finanziert der Contractor die HKL-Anlage über die Vertragslaufzeit. Für den Kunden ergibt sich damit ein Liquiditätsgewinn, den er für Investitionen im Rahmen seines Kerngeschäfts nutzen kann. x Economies of Scale: Der Contractor fungiert als Grosseinkäufer von Primärenergieträgern (regenerative und / oder fossile Energieträger) und kann die sich daraus ergebenden Kostenvorteile (Mengenrabatte) an den Kunden / Bauherrn weitergeben. Allerdings trägt auch dies nicht dazu bei, dass der Contractor ein Interesse am geringen Nutzenergieverbrauch oder am Einsatz externer Nutzenergie aus regenerativen Primärenergiequellen hat. Die nach dem Break-even-Point verkaufte Nutzenergiemenge führt nämlich zu einem Zusatz-Gewinn für den Contractor. Bezüglich der Wartung und des Unterhalts der HKL-Anlagen ergibt sich der Nutzen für den Kunden insbesondere daraus, dass der Leistungsanbieter ein eigenes Interesse daran hat, dass die HKL-Anlage auch in der Nutzungsphase in einem optimalen Zustand ist. Nur so ist es ihm möglich, Primärenergie effizient in Nutzenergie für den Kunden umzuwandeln. Der Vorteil des Energy-Contractings besteht für den Bauherrn x in der Risikoübertragung für Wartung, Instandhaltung und Instandsetzung der Anlage, x in der Risikoübertragung aufgrund von Betriebsunterstützung (z. B. entsteht bei Pelletsheizungen ein relativ hoher Wartungsaufwand) und x in der Risikoübertragung bezüglich Effizienz der Anlage und des Verteilsystems20 bei der Umwandlung von Primär- in Nutzenergie am Ort der Nutzung. Dadurch ergibt sich trotz eines allfälligen Gewinns, den der Unternehmer ansetzen muss ein operativer und finanzieller Vorteil für den Bauherrn. 20
Anmerkung: oft ist das Verteilsystem nicht in der Energy-Contracting-Vereinbarung mit eingeschlossen.
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Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „TU-Leistung und nachhaltiges Energy-Contracting“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 1
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Nachhaltiges Energy-Contracting Die Zielsetzung des „Nachhaltigen Energy-Contractings“ im Leistungsbündel eines TU-Leistungsangebots mit oder ohne Projektentwicklung (Bild 112) besteht nicht im maximierten Verkauf von Nutzenergie aus fossiler externer Primärenergie, die der Energy-Contractor in Grossmengen bezieht, sondern in der Reduzierung der Primär- und Nutzenergie. Die Zielsetzung des Leistungsbündels „TULeistung mit nachhaltigem Energy-Contracting“ besteht in
x Reduzierung des Primär- und Nutzenergiebedarfs durch konsequente Umsetzung von Passivhaus- und Minergie®-Standards, x Nutzung von regenerativen Primärenergieträgern zur Deckung des stark reduzierten verbleibenden Nutzenergiebedarfs und x Nutzung von fossiler Energie oder Biomasse nur zur Abdeckung von Heiz- und Kühlbedarfsspitzen. Die Anbieterkooperation geht von der Voraussetzung eines Passivhaus- bzw. Minergie®-Sstandards aus und minimiert die energetischen LC-Kosten der x regenerativen Energieerzeugung, x Energieumwandlung sowie x Energieverteilung und Rückgewinnung eines Gebäudes in Bezug auf die Investitions- und Nutzungskosten (Betriebs-, Instandhaltungs- und Instandsetzungskosten) über eine definierte Nutzungszeit. Aufgrund des erweiterten Ansatzes des „Nachhaltige Energy-Contractings“ ist das „traditionelle Energy-Contracting“ eine potentielle Untermenge. Das heute übliche Energy-Contracting erzeugt im Regelfall die Nutzenergie aus den Primärenergieträgern Gas, Holzpellets und teilweise Heizöl. Der traditionelle Energy-Contractor erhöht die Effizienz der Umwandlung von Primär- in Nutzenergie, ist aber nur begrenzt daran interessiert, den Nutzenergieverbrauch des Gebäudes durch Passivhausstandards zu optimieren. Zudem werden beim „Nachhaltigen Energy-Contracting“ Anlagenmodule zur Energiegewinnung bzw. Erzeugung von Nutzenergie verwendet, die (Bild 112) x eine sehr lange Lebens- und Nutzungszeit aufweisen (Erdwärme und Sonnenkollektoren), die meist über die Contracting-Zeit hinausgeht, und die x verglichen mit herkömmlichen Heizkesselsystemen eine relativ lange BreakEven-Zeit aufweisen. Obwohl beide Energy-Contracting-Varianten sich im Wesentlichen nur durch die Primärenergieträger unterscheiden, stellt die nachhaltige Komponente des „Nachhaltigen Energy-Contractings“ einen Paradigmawechsel gegenüber bisher praktizierten Contracting-Varianten dar.
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LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots Nachhaltiges Energy-Contracting
Sonnenenergie
Externe regenerative und nicht-regenerative Primärenergie
Lieferung von Nutzenergie in Gebäude
Zahlungsstrom: Kunde zahlt Grundpreis
Bild 112: Prinzip des „Nachhaltigen Energy-Contractings“
Durch das Leistungsbündel „TU-Leistung und Nachhaltiges Energy-Contracting“ werden die wirtschaftlichen Interessen des Kunden (Bauherrn) mit denen des Leistungsanbieters verknüpft. Der Kunde (Bauherr) erhält dadurch eine gewisse Sicherheit, dass die geplante und eingebaute HKL-Anlage im raum-zeitlichen Kontext ein technisches und wirtschaftliches Optimum darstellt. Die Anbieterkooperation des Leistungsbündels „TU-Leistung und nachhaltiges Energy-Contracting“ entwickelt unter Leitung des Systemführers das Teilsystem „HKL inkl. erneuerbarer Energie“ im Kontext des projektspezifischen Gesamtsystems. Dabei bildet der Teilsystemlieferant HKL eine interne Kooperation, die sich aus HKL-Planer und HKL-Unternehmen zusammensetzt. Obwohl das Modul Fassade nicht Teil des Contractings ist, sollte die Kompetenz dieses Teilsystemlieferanten auch in dieser Phase bereits eingebunden werden. 7.6.2
Nutzen für den Kunden
Durch die Verknüpfung von Projektentwicklungs- und TU-Leistung mit dem „Nachhaltigen Energy-Contracting“ zu einem Leistungsbündel ergeben sich für den Kunden hinsichtlich des Teilsystems der HKL-Anlage in seinem Gebäude die Vorteile der integralen Leistungserstellung und des Teilbetriebs sowie der Erhaltung der HKL-Anlage für einen bestimmten Lebenszykluszeitraum. Planungs-
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Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „TU-Leistung und nachhaltiges Energy-Contracting“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 1
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kompetenz wird mit Ausführungs-Know-how kombiniert und um die Betreiberkompetenz der HKL-Anlage ergänzt. Aufgrund der weitgehenden Entkoppelung von der Preisentwicklung der fossilen Primärenergieträger bekommt der Kunde / Bauherr durch das „Nachhaltige Energy-Contracting“ der HKL-Anlage im Lebenszyklus des Gebäudes eine Kosten- bzw. Leistungssicherheit für ein Teilsystem seiner Investition. Der Leistungsanbieter, der die HKL-Anlage plant und erstellt, steht durch das Contracting auch in der Verantwortung für die Leistungsfähigkeit, den reibungslosen Betrieb und die Kosten in der Nutzungsphase. Aufgrund des kombinierten Leistungswettbewerbs für das Leistungsbündel TU-Leistung und „Nachhaltiges EnergyContracting“ während der Ausschreibungsphase kann der Kunde den kombinierten Leistungsanbieter auswählen, der die geringsten Kosten aus Investition und „Nachhaltigem Energy-Contracting“ über einen vorgegebenen Lebenszykluszeitraum anbietet und garantiert. Zur Sicherstellung der Vergleichbarkeit der Angebote müssen die Betriebs- und Unterhaltsanforderungen sowie die Zustandsanforderungen an die HKL-Anlage und die Restwertproblematik bei der Übergabe nach Beendigung der Contracting-Periode klar definiert werden. Bei der kooperativen Bereitstellung des Leistungsbündels Projektentwicklungsbzw. TU-Leistung inklusive eines „Nachhaltigen Energy-Contractings“ kommt es zur weiteren Reduzierung der Schnittstellen für den Kunden. Die Vorteile, die sich für den Kunden aus dieser kooperativen Leistungsbereitstellung aus einer Hand ergeben, liegen in: x Kosten- und Systemoptimierung bereits in einer frühen Bauphase: In den frühen Planungsphasen ist der Gestaltungsspielraum zur wirksamen Einflussnahme auf die Nutzungskosten des HKL-Systems inklusive der Bereitstellung regenerativer Energieträger noch am grössten. Durch den kooperativen Ansatz der Leistungsbereitstellung wird der Anbieter des „Nachhaltigen Energy-Contractings“ bereits in einer frühen Projektentwicklungsphase in den Planungsprozess des Gesamtsystems einbezogen. Der Teilsystemlieferant kann so bereits in einem frühen Planungsstadium das Teilsystem an die Anforderungen des Gesamtsystems anpassen sowie die Bedürfnisse der späteren Nutzer berücksichtigen. Das Konzept für das Teilsystem HKL-Anlage hängt von den Anforderungen des Gesamtsystems, von dem Platzangebot im Gebäude, den baulichen Aufwendungen für gegebenenfalls erforderlichen Platzbedarf im Gebäude sowie vom Vergleich der Modulalternativen des Teilsystems HKL ab. x Minimierung des Koordinationsaufwandes in der Betriebsphase für den Bauherrn: Durch die Reduzierung der Schnittstellen in der Betriebsphase für die Energiebereitstellung, den Betrieb und den Unterhalt kommt es zu einer Entlastung des Bauherrn. Die Umsetzung und Einhaltung der Leistungs- und Kostengarantien gegenüber dem eigentlichen Leistungserbringer erfolgt durch den kompetenten Systemführer der Kooperation.
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LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
x Effizienzsteigerung des Leistungserstellungsprozesses: Die Partner der systemgeschäftlichen Leistungsanbieterkooperation arbeiten eng verzahnt miteinander. Unstimmigkeiten zwischen den am Leistungserstellungsprozess beteiligten Akteuren werden durch die strategische, projektübergreifende Zusammenarbeit insbesondere in der internen Kooperation der Teilsystemlieferanten mit dem Systemführer weitgehend vermieden. Zudem kann das Teilsystem „HKL inkl. erneuerbarer Energiegewinnung“ intern optimal auf das Gesamtsystem mit Bezug zu dessen Lebenszykluskosten abgestimmt werden. Dadurch kann einerseits der Bauherr in der Angebotsphase hinsichtlich seines Zielsystems das optimale Angebot der Bieter beauftragen, andererseits muss der Systemführer mit den Teilsystemlieferanten das Gebäude in der Ausführungsplanung und Ausführung weiter hinsichtlich der Zielanforderungen in der Bau- und Nutzungsphase optimieren.
7.6.3
Preisgestaltung (P – Price)
Der Preis für die Nutzenergie wird beim Abschluss des Contracting-Vertrags festgelegt. Die Preisgestaltung enthält fixe Elemente für die investiven und betrieblichen Leistungsbestandteile, die durch den Leistungsanbieter kalkuliert werden können, sowie variable Elemente, die sich nach dem Bezugsvolumen des Nutzers richten, und die nicht durch den Contractor beeinflussbaren Risikofaktoren wie z. B. die Schwankungen der Primärenergiepreise. Der Preis des Contractings der HKL-Anlage berücksichtigt die Investitionssowie Betriebskosten über einen definierten Zeitraum sowie die Zustandsanforderungen bei der Übergabe zum Ende der Contracting-Periode. Zur Sicherung der Preistransparenz für den Kunden sollte der Preis eines solchen Leistungsbündels die folgenden Elemente ausweisen: x Investitionskosten des Gebäudes nach Gewerkegruppen und als Gesamtpreis x Betriebskosten des Contractings unter definierten Nutzungsbedingungen und Nutzernachfragevolumina x mittels NPV-Methode ermittelte LC-Kosten, die die zeitbezogene Wirkung von Investitions-, Unterhalts- und Betriebskosten sowie mögliche Instandsetzungsund Rückbaukosten umfassen, die nicht in der Contracting-Pauschale enthalten sind Durch die Ausweisung dieser Elemente erhält der Bauherr die für einen funktionalen und qualitativen Kosten- bzw. Preisvergleich notwendige Transparenz. Dabei sind in Abhängigkeit der angestrebten Contracting-Form verschiedene Varianten möglich. Die Investition in die HKL-Anlage kann z. B. getätigt werden, indem: x der Bauherr das funktionsfähige Gebäude einschliesslich der HKL-Anlage mit der Fertigstellung bezahlt,
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Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „TU-Leistung und nachhaltiges Energy-Contracting“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 1
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x der Contractor bzw. die Anbieterkooperation die HKL-Anlage über die Laufzeit des Contracting-Vertrags finanziert. Die Rückzahlung erfolgt in Raten über die Vertragslaufzeit – mit oder ohne kalkulatorischen Restwert zum Ende der Laufzeit des Contracting-Vertrags. Die Raten beinhalten einen fixen Grundpreis, der die Bereitstellung, die Wartung und den Unterhalt des Teilsystems „HKL inkl. erneuerbarer Energiegewinnung“ enthält. In der Nutzungszeit kann die Energienutzung monatlich, quartalsweise oder jährlich abgerechnet werden. Für die neben der regenerativen Energie gelieferte externe Energie ist der Energiepreis an die Preisentwicklung am Primärenergiemarkt gekoppelt (z. B. Energiepreisentwicklungsindex), um entsprechende Schwankungen am Weltmarkt zu berücksichtigen. 7.6.4
Akquisitionsförderung (P – Promotion)
Der Projektentwickler bzw. TU als Systemführer und das Energy-ContractingUnternehmen als Teilsystemlieferant treten bereits in der ersten Kooperationsentwicklungsstufe (KES1) als systemgeschäftliche Kooperation in Verbindung mit dem Fassadenplaner und Fassadenbauunternehmen auf. Sie kommunizieren die lebenszyklusorientierte Vorteile des Leistungsbündels „TU-Leistung mit nachhaltigem Energy-Contracting“ im Speziellen und verweisen auf den Zusatznutzen, der sich aus der systemgeschäftlichen Bereitstellung von Projektentwicklungsbzw. TU-Leistung und „Nachhaltigem Energy-Contracting“ aus einer Hand ergibt. Ziel der Promotion in der KES1 ist es, die Innovatoren unter den potentiellen Kunden zu finden, und diese über den für sie spezifischen Nutzen vom systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebot zu überzeugen. Darüber hinaus werden in Pilotprojekten und auf speziellen Kundenevents gezielt Kunden mit dem neuen systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebot konfrontiert. 7.6.5
Marktpräsenz (P – Placing)
Die Distribution des Leistungsangebotes (KES1) erfolgt primär über die Absatzkanäle des Systemführers (Projektentwickler bzw. TU). Er bietet das Leistungsbündel „TU-Leistung mit nachhaltigem Energy-Contracting“ proaktiv als eine optimierungsrelevante Option zu seinen Projektentwicklungs- bzw. TULeistungsangeboten an, die dem Kunden einen lebenszyklusorientierten Mehrwert generiert. Dabei sollte die besondere Marktstellung des Energy-Contractors hervorgehoben werden, da er aufgrund besonderer Eigenschaften (z. B. Erfahrung, Innovationsfähigkeit, Finanzstärke etc.) für die Anbieterkooperation ausgewählt wurde.
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7.6.6
LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
Nutzen für die Kooperation
Als primäre Kooperationspartner kommen in der Kooperationsentwicklungsstufe KES1 Projektentwicklungs- bzw. TU-Leistungsanbieter als Systemführer und Energy-Contracting-Leistungsanbieter als Teilsystemlieferant in Betracht. Darüber hinaus werden Fassadenplaner und -unternehmen integriert, um das Fassadenkonzept zu optimieren und um die erste integrative Innovationsphase „2000-WattGebäude“ vorzubereiten. Für die Partner der Anbieterkooperation ergibt sich folgender Nutzen: Der Projektentwicklungs- bzw. TU-Leistungsanbieter als Systemführer entwickelt mit dem „Nachhaltigen Energy-Contracting“ eine zusätzliche Kompetenz im Geschäftsfeld, indem er diese Kompetenz durch eine strategische Kooperation mit dem Energy-Contractor als Teilsystemlieferant in sein Leistungsportfolio einbindet. Zudem muss der Teilsystemlieferant Fassade, bestehend aus Fassadenplaner und Fassadenbauunternehmen, zur Erzielung der erweiterten Leistungsgarantien und zur Vorbereitung der Innovationsphase I „2000-Watt-Gebäude“ eingebunden werden. Dabei unternimmt der Teilsystemlieferant Fassade keine Unterhaltsgarantien für die Fassade. Für die „Nachhaltigen Energy-Contracting“-Leistungen ergeben sich economies of scope für den Energy-Contractor, indem diese „Nachhaltigen Energy-Contracting“-Leistungen über die bestehenden Vertriebsstrukturen des Projektentwicklungs- bzw. TU-Leistungsanbieters angeboten werden. Aus diesen economies of scope ergibt sich für den Leistungsanbieter des „Nachhaltigen Energy-Contractings“ eine umsatzsteigernde Marktdurchdringung. Die strategische Kooperation der Leistungsanbieter in der ersten Kooperationsentwicklungsstufe dient insbesondere dazu, erste Erfahrungen in der Zusammenarbeit zu sammeln. Dabei stehen das Verinnerlichen und Testen der Organisationsstruktur, der Rollen und der Prozesse sowie die Nutzung der Potentiale der Partner im Vordergrund der Gestaltung der 4Ps21 des Marketings zur Steigerung des Kundennutzens. Die KES1 dient dazu, die Zusammenarbeit des Systemführers mit den Teilsystemlieferanten zu initiieren. Ziel der Zusammenarbeit ist die Synergieentfaltung für die weitere lebenszyklusorientierte Produkt- und Leistungsgestaltung in Bezug auf die Organisation, die Prozesse, die Rollen und die Angebotspalette. Darüber hinaus soll der Nachfragebedarf bei potentiellen Kunden initialisiert und mobilisiert werden. Die Kooperationspartner bündeln zudem ihre Leistungen / Produkte und Absatz- bzw. Vertriebswege, um die Absatzchancen ihrer jeweiligen Leistungsangebote zu erhöhen, weil die Verknüpfung der entsprechenden Module und Teilsysteme in integrierten bzw. vernetzten Teilsystemen Synergiepotentiale birgt, die nur durch einen kooperativen Ansatz freigesetzt werden können. Darüber hinaus ist die Kooperationsentwicklungsstufe KES1 für die AnbieterKooperation insgesamt der Einstieg in einen kontinuierlichen Verbesserungsprozess hinsichtlich der strategisch systemgeschäftlichen Kooperationsfähigkeit. In 21
Product, Price, Place und Promotion.
7.6
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „TU-Leistung und nachhaltiges Energy-Contracting“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 1
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dieser Kooperationsentwicklungsstufe, in der die Risiken des über die Bauwerkserstellung hinausgehenden Leistungsangebots (das „Nachhaltige EnergyContracting“) durch die Erfahrung eines Kooperationspartners (Energy-Contractor) überschaubar bleiben, können die Kooperationspartner ihre Zusammenarbeitsprozesse kontinuierlich überprüfen und anhand gemachter Fehler lernen und verbessern (Kontinuierlicher Verbesserungsprozess – KVP). 7.6.7
Projektabwicklung
Das Leistungsangebot in der KES 1 beinhaltet, wie in Kapitel 7.6.1 beschrieben, Leistungselemente, mit denen die Leistungsanbieter bereits erste Erfahrungen sammeln konnten. Das Ziel dieser Initiierungsphase ist es, die Kunden von bekannten, fragmentierten Leistungsangeboten abzuholen und über die Integration bestimmter Teilleistungen sowie über die Ausweitung der Garantien auf einen bestimmten Lebenszyklusabschnitt die Eintrittsbarrieren für systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote zu überwinden. Die einzelnen Leistungselemente sind dem Prinzip nach auch potentiellen Kunden bereits bekannt. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass Leistungsbestandteile, die bisher von verschiedenen Leistungsanbietern bezogen wurden, nun bei einer systemgeschäftlichen Leistungsanbieterkooperation aus einer Hand bezogen werden können und durch diese hinsichtlich der Leistungsfähigkeit bzw. der durch sie verursachten Kosten auch garantiert werden können. Die Projektabwicklungsform ergibt sich somit als Ergänzung der für Gesamtleistungen bereits etablierten TU-Projektabwicklungsform und ergänzt sie um das „Nachhaltige Energy-Contracting“ in der Betriebsphase unter massgeblichem Einbezug von regenerativen Energieträgern. Der Werkvertrag über ein Gebäude wird um den Contracting-Vertrag ergänzt, der Betrieb und Unterhalt der HKLAnlage sowie die Nutzenergiebereitstellung mit erneuerbaren und / oder nichterneuerbaren Energieträgern regelt. Darüber hinaus beinhaltet der Vertrag die Zustands- und Restwertanforderungen an das HKL-System bei der Übergabe zum Ende der Contracting-Periode. Dabei erweitert der Leistungsanbieter (hier die Leistungsanbieterkooperation) seine Garantien hinsichtlich Kosten, Terminen und Qualitäten für ein Gebäude um die Kosten- bzw. Leistungsgarantie hinsichtlich energetischer Betriebskosten (hier für die benötigte Nutzenergie). Die Ausschreibung bezüglich des „HKL-Systems inkl. erneuerbarer Energie-Systeme“ sollte so funktional formuliert werden, dass es im Wettbewerb um das Projekt zu einem Preis-Leistungswettbewerb um die geringsten LC-Kosten, bestehend aus Gebäude-, Anlagen- und Nutzenergiekosten, über einen vereinbarten Lebenszykluszeitraum im Kontext der Anforderungen eines spezifischen Kunden kommen kann. Der Wettbewerb sollte dabei zu einem Zeitpunkt stattfinden, zu dem die Kundenanforderungen hinsichtlich des Gebäudes weitgehend evaluiert sind, die Planung des Teilsystems HKL eines Gebäudes aber noch nicht begonnen hat. Ein entsprechender Ideenwettbewerb kann bereits im Rahmen der Vorstudien durchgeführt
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LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
werden, in denen die voraussichtlichen Investitions-, Betriebs- und Unterhaltskosten ermittelt und in die Gesamtbeurteilung einbezogen werden. Zu diesem Zeitpunkt sollte es dem Leistungsanbieter bereits möglich sein, ein Angebot über die Höhe der Investitionskosten sowie der Betriebs- bzw. Nutzenergiekosten in der Nutzungsphase des Gebäudes über eine bestimmte Contracting-Periode abzugeben. Die Projektabwicklung für Planung und Erstellung des Bauwerks sowie für den Leistungsbestandteil „Nachhaltiges Energy-Contracting“ in der Betriebsphase kann weitgehend nach dem Projektabwicklungsprozessmodell für Systemanbieter von GIRMSCHEID [39] erfolgen (Bild 113). Zur Absicherung der TU-Investitionskosten ist die Vereinbarung eines Garantierten Maximalpreises (GMP) [39] zwischen dem Leistungsanbieter und dem Kunden geeignet. Für die Nutzungsphase kann der Nutzenergiebezugspreis unter Koppelung an einen Preisindex fixiert werden. Damit erhält der Kunde eine hohe Preissicherheit mit einer ursachenorientierten Risikoübertragung. Der Kunde hat zudem nur einen Ansprechpartner. Mit diesem spricht er eventuelle Gewährleistungsmängel an und bezieht bei ihm die Nutzenergie zu einem vorher vereinbarten Preis mit einer vorher vereinbarten Leistungsfähigkeit des HKL-Systems.
7.7 Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „2000-WattGebäude“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 2
7.7.1 Beschreibung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots „2000Watt-Gebäude“ (P – Product)
Das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ der Anbieterkooperation auf der Ebene der Kooperationsentwicklungsstufe KES 2 stellt eine wesentliche Leistungsinnovation des Geschäftsmodells gegenüber traditionellen Bauleistungsangeboten dar. Zur energetischen Systemoptimierung des 2000-Watt-Gebäudes werden die Fassade, die Bauteilaktivierung der Tragstruktur, die HKL-Anlage, die Nutzung erneuerbarer Energieträger sowie die Gebäudesteuerung und -automation integraler Bestandteil des Contractings. Dabei wird ein Gebäude mit Nutzenergie z. B. für die Beheizung, Klimatisierung, Belüftung versorgt. Ziel ist es, für die Nutzer des Gebäudes ein definiertes, angenehmes, gesundes Raumklima mit einem vereinbarten Verfügbarkeitsgrad bereitzustellen (Bild 114).
Bauherr SysPräqualifikation
Systemanbieter
Bauherr / Systemanbieter
Bild 113: Systemanbieterprojektabwicklungsform mit Optimierungsphasen [39] Bauherr Architekt Fachplanern Ausführungsunternehmer
Kosten
• Zeit
Unterhalt
• Preiskatalog
Vergabe
• Koordinierung • Qualitäts- und Ziel-Kontrolling
Bauausführung
BH-Projektsteuerung
Ausf ührungsphase
• Bauherr entscheidet bei Abweichungen vom Vertrag • Sys-Bau entscheidet innerhalb des Vertrags
Team: Bauherr – Gesamtleistungsträger
• Technik • Vergabe
Value Engineering Optimierungsphase
• Ziel-Controlling
í í í í
• Team • Raum • Qualität • Entwurf • Technik • Architektur • Funktionalität • Erstellung
Bauherr
• Team • Qualifikation • Standing
Ausführungsprojekt
Optimierungen II
BH-Projektsteuerung
Ausschreibung Subunternehmer
Entscheidungsträger
GMP 1
Präqualifika- Angebots tionsphase -phase
GMP 2 • Optimierung mit
Entwurf/ Genehmigung
Optimierungen I
BH-Projektsteuerung Ziel-Controlling
GMP 3
Entscheidungskriterien
SysWahl
Facility Management
Nutzungsphase
Übergabe
Entscheidungsstuf en
Ausschreibung/ Bewertung
Bauprojektphase
Bauherr / Contractor
• Notwendigkeiten • Anforderungen • etc.
Unterhalt nach Preiskatolog
• Leistungskennwerten • Kosten
Garantie von
• Energie • Unterhalt, Instandsetzung, etc.
Contracting
Abrechnung GMP 3
Leistungsphasen
• Projektdefinition • Ziele • Konzeptionsentwurf • Funktionalität
Vorprojektphase
Abnahme
Kosten- / Preisf ixierungsstuf en
Entscheidungen
Auf gaben
Konzeptphase
7.7 Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 2 205
Mängelbeseitigung
7 206
LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
Bild 114: Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ – Schnittstellen und Verantwortungssphären im Lebenszyklus der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme erneuerbare Energieerzeugung, HKL, Fassade – LC-Contracting in der Kooperationsentwicklungsstufe KES 2
Leistungsziel: Das Ziel des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots „2000-Watt-Gebäude“ der Kooperationsentwicklungsstufe KES 2 ist nicht nur die Minimierung der energetischen LC-Kosten des Teilsystems „HKL inkl. erneuerbarer Energien“ im Kontext des gegebenen Passivhausstandards, sondern besteht auch darin, ein Gebäude gesamtenergetisch über seinen Lebenszyklus bzw. die Nutzungsphase hinsichtlich der LC-Kosten projektspezifisch hinsichtlich der Raumklimabedürfnisse der jeweiligen Nutzer zu optimieren. Das Ziel ist es, das Gebäude klimatechnisch effizient mit Wärme, Kälte oder Luft gemäss den raumspezifisch vereinbarten Anforderungsstandards zu versorgen sowie energetisch möglichst autark in Bezug auf nichtregenerative Energien zu gestalten (Bild 114). Die Anbieterkooperation übernimmt für das gesamte Energiesystem des Gebäudes die Funktionsgarantie der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme aus HKL-Anlage, Fassade, passiven Speicherbauteilen und regenerativer Energiebereitstellung. Abrechnung der Leistung: Die Abrechnung der Bereitstellung von Nutzenergie (Wärme, Kälte, Luft), die der Nutzer beansprucht, erfolgt auf Basis eines definierten, vertraglich vereinbarten Referenzklimas im raumzeitlichen Kontext für die jeweiligen Raumeinheiten. Die monatliche Abrechnungspauschale des Betreibers für das vereinbarte Raumklima beruht auf einer Pauschale, die aufgrund des langfristigen Bewirtschaftungsvertrags an Preisindizes gekoppelt wird. Die Koppelung an Preisindizes stellt den Zusammenhang zwischen Pauschale und tatsächlichen Kosten her.
7.7
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 2
207
Mittels der Gebäudesteuerung und -automation wird das Nutzerverhalten in Bezug auf Wärme-, Kälte- und Luftverbrauch über Sensoren erfasst. Abweichungen vom nutzerspezifischen Referenzklima führen zu niedrigeren oder höheren Nutzungskosten. Die Leistungsbereitstellungssicherheit des Betreibers wird über ein Malussystem sichergestellt, das z. B. Ausfälle mit Kürzungen des Betreiberentgelts ahndet. Anforderungen des Kunden: Beim systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ der KES2 ergeben sich aus Sicht des Kunden drei Anforderungen:
1. Die raumklimatische Vorgabe des Kunden / Nutzers ist mit möglichst wenig Nutzenergie zu realisieren. Das heisst, es liegt im Interesse des Leistungsanbieters (Life-Cycle-Contractor), dass möglichst wenig Nutzenergie (Wärme, Kälte, Luft) durch die Gebäudehülle verloren geht und statt dessen mittels Bauteilaktivierung in passiven Speicherbauteilen zwischengespeichert wird. 2. Die notwendige Nutzenergie ist hinsichtlich des Primärenergieverbrauchs möglichst effizient herzustellen. 3. Die Primärenergie ist weitgehend mit regenerativer Energie abzudecken. Diese Anforderungen sollen zu einer projektspezifischen lebenszyklusorientierten Minimierung der Kosten führen. Dabei muss der Leistungsanbieter das energietechnische Gesamtoptimum über den vom Kunden intendierten Nutzungs- bzw. Lebenszyklus für die HKL-Anlage, die Fassade, passive Speicherbauteile und regenerativen Energien anstreben, um den vertraglich vereinbarten raumklimatischen Zustand sicherzustellen. Produktgestaltung: In Abhängigkeit der identifizierten Bedürfnisse des potentiellen Kunden können darüber hinaus bereits in der zweiten Kooperationsentwicklungsstufe (KES2) weitere Module sinnvoll in das spezifische systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot integriert werden. So korrespondieren Sonnenkollektoren zur Warmwasserzubereitung, Erdwärmenutzung mittels Wärmepumpen und Erdsonden, Energiespeicherung mittels Bauteilaktivierung etc. mit den Anstrengungen zur Reduzierung des Primärenergieverbrauchs des HKL-Systems. Eine weitere Möglichkeit, den Primärenergiebedarf des Gebäudes wirksam zu begrenzen, ist der Einsatz von Photovoltaik-Elementen an der Gebäudehülle sowie die Polygeneration mittels Wärme-Kraft-Anlagen zur Produktion von elektrischem Strom und zur Wärmegewinnung und -speicherung. Zudem lässt sich auch das elektrische Teilsystem mit Beleuchtung, Gebäudesteuerung und -automation und regenerativer Energiebereitstellung für Verbrauchsgeräte integrieren. Das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ fokussiert hinsichtlich seines Alleinstellungsmerkmals (USP) auf die projektspezifische lebenszyklusorientierte Optimierung der Gebäudeenergie und integriert dazu die folgenden Module und Teilsysteme in einem integrierten bzw. vernetzten Systemkonzept:
7 208
LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
x Aktive Energieelemente: – – – – –
Erneuerbare Energie z. B. aus Sonne und Erdwärme Polygeneration mittels erneuerbarer und fossiler Energien Externe Energieeinspeisung Elektrische Energiesysteme Steuerung der Systeme
x Passive Energieelemente: – – – –
Fassade zur Erhaltung des Raumklimas Bauteilaktivierung zur Zwischenspeicherung ungenutzter bzw. überschüssiger Nutzenergie und zum zeitlichen Ausgleich zwischen Anfall der und Bedarf für die Nutzenergie HKL zur Nutzung, Verteilung und Steuerung der Wärmeenergie für das Raumklima Steuerungssystem für die Teilsysteme untereinander sowie für die Module der Teilsysteme
In der zweiten Kooperationsentwicklungsstufe (KES2) sollte potentiellen Kunden ein möglichst umfassendes Spektrum innovativer, lebenszyklusorientierter, integrierter bzw. vernetzter Module und Teilsysteme angeboten werden. 7.7.2
Nutzen für den Kunden
Das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ der Kooperationsentwicklungsstufe KES2 berücksichtigt das Interesse von Bauherren an möglichst geringen projektspezifischen Lebenszykluskosten auf einem gesteigerten Anforderungsniveau. Das Anforderungsniveau berücksichtigt die Module des energetisch passiven Teilsystems, die Gebäudehülle, die Bauteilaktivierung der Tragkonstruktion, das HKL-System mit hoher Energieausnutzung sowie die teilsystemübergreifenden Optimierung der Gebäudesteuerung zur Erzielung eines hohen Raumkomforts. Gleichzeitiger wird dabei eine anspruchsvolle Architektur, die Funktionalität und lebenszyklusorientierte Nutzerflexibilität sichergestellt. Die Anbieterkooperation bietet nicht nur einzelne Leistungsbündel, sondern das komplette System Bauwerk in allen Wertschöpfungsphasen an. Damit entwickelt sich die Anbieterkooperation zu einem Systemanbieter, der nicht nur die Investitionskosten, sondern auch die wichtigsten Betriebs- bzw. Nutzungskosten auf einem definierten Anforderungsprofil und Service-Level-Agreement [84] garantiert. Damit können die Lebenszykluskosten des Kunden und Nutzers für das Bauwerk im Wettbewerb der Ideen nachhaltig optimiert werden.
7.7
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 2
209
Bild 115: Übersicht der Module und Teilsysteme des Leistungsangebots „2000-Watt-Gebäude“
Die Zielsetzung des kooperativen systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots „2000-Watt-Gebäude“ (Bild 115) ist es, dem Bauherrn durch Wettbewerb mit verschiedenen Anbietern projektspezifisch gemäss seinen Anforderungen an Funktion, Nutzung, Ästhetik, Qualität, Rendite und Werterhaltung, sowie gemäss dem Service-Level-Agreement (SLA) in der Nutzungsphase die relativ geringsten Lebenszykluskosten in Bezug auf Investitions-, Unterhalts- und Energiekosten über eine vertraglich vereinbarte Lebenszyklusperiode anzubieten. Der Systemanbieter bietet dem Kunden das System Bauwerk mit den integrierten bzw. vernetzten Teilsystemen aktive Energieelemente und passive Energieelemente projektspezifisch und optimiert auf die Zielsetzung des Service-Level-Agreements (SLA) [84] der vereinbarten Betreiberleistungen projektspezifisch an, um minimale Lebenszykluskosten [34] zu erreichen. Dabei können dem Kunden die folgenden alternativen integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme im Contracting über eine definierte Lebenszyklusperiode angeboten werden: x Teilsystem Energieerzeugung mit erneuerbaren Energien und Polygeneration x Teilsystem HKL-Anlage zur Sicherstellung des definierten Raumklimas
7 210
LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
x Teilsystem Fassade zur Trennung der Umwelt vom Gebäudeinneren in Bezug auf Sicht, Wetterschutz und Raumklima x Teilsystem Gebäudesteuerung und -automation zur teilsystemübergreifenden integrierten Steuerung der Module der verschiedenen integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme Weitere Teilsysteme wie z. B. das elektrische Teilsystem können ebenfalls integriert werden. Durch Vernetzung bzw. Integration der Teilsysteme wird für den Bauherrn ein technisches und wirtschaftliches Gesamtoptimum bezüglich Energieerzeugung und Energieeinspeisung sowie bezüglich HKL-Anlage und Fassade über den Lebenszyklus (Betreiber- / Contracting-Zeitraum) bereitgestellt. Dies führt für den Bauherrn zu Einsparungen im Lebenszyklus seines Gebäudes. Die Bereitstellung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots in der zweiten Kooperationsentwicklungsstufe (KES2) aus einer Hand (der systemgeschäftlichen Kooperation) führt für den Kunden zu den Vorteilen der kooperativen Leistungsbereitstellung sowie des Betriebs und Unterhalts aus einer Hand: x x x x x
weniger Schnittstellen, geringerer Koordinationsaufwand, frühzeitige Kosten- und Systemoptimierung, Steigerung der Effizienz in den Leistungserstellungsprozessen sowie Sicherheit im Betrieb durch Service-Level-Agreements (SLA) sowie Leistungsund Kostengarantien.
7.7.3
Preisgestaltung (P – Price)
Die Preisgestaltung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots „2000-WattGebäude“ in der zweiten Kooperationsentwicklungsstufe (KES2) erfolgt lebenszyklusorientiert. Das heisst, der Preis des Angebots sollte die initialen Investitionskosten und die Nutzungskosten (Betriebs- und Unterhaltskosten) in einem definierten Szenario zusammenfassen und als Lebenszykluskosten über die avisierte Vertragslaufzeit darstellen. Dieses Szenario muss die funktionalen Anforderungen des Bauherrn / Kunden gekoppelt an ein Service-Level-Agreement in der Nutzungsphase sowie die Zustands- und Restwertanforderungen an die Teilsysteme bei der Übergabe zum Ende der Contracting-Periode umfassen. Die endgültige Preisgestaltung für Bau und Betrieb basiert auf einem Garantierten Maximalpreis (GMP). Dieser GMP wird im Wettbewerb für den Bau sowie für das Contracting z. B. für die Systemintegration der vernetzten Teilsysteme bestehend aus den jeweiligen Modulen Nutzenergiebereitstellung, Fassade, energetische Bauteilaktivierung mittels passiver Speicherbauteile, elektrisches Teilsystem sowie integrierter Gebäudesteuerung und -automation ermittelt. Value-Engi-
7.7
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 2
211
neering ergänzt die Optimierungsanstrengungen für die Gebäudeerstellung und die Contractingphase. Durch die Erweiterung des Contractings auf die Nutzenergiebereitstellung, die Fassade, die passiven Speicherbauteilen, das elektrische System sowie auf die integrierte Gebäudesteuerung und -automation22 ergeben sich verglichen mit herkömmlichen Contracting-Leistungsangeboten zusätzliche Fragestellungen: 1. Energieautarkie: Im Sinne einer ökonomischen und ökologischen Nachhaltigkeit des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots wird die weitestgehende Energieautarkie des Gebäudes in Bezug auf fossile Energieträger angestrebt. Dabei ist durch Einbezug von erneuerbaren Energien, passiver Speicherkapazität von Wänden und Decken sowie von Gebäudehülle mit Fassade und Dach, sowie durch Einbezug von nachhaltigen Nutzenergieerzeugungstechnologien die Versorgung des Gebäudes mit Nutzenergie, dass heisst mit Wärme, Kälte, Lüftung und elektrischem Strom, projektspezifisch zu minimalen LC-Kosten sicherzustellen.
Lösungsansatz: Zur Erzielung einer weitestgehenden Energieautarkie des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots „2000-Watt-Gebäude“ können bei der Optimierung und Vernetzung der Teilsysteme (energetisch passives Teilsystem, Teilsystem HKLAnlage zur Wärme- und Kältebereitstellung, Teilsystem elektrische Energie) folgende Module berücksichtigt werden: x Fassade Durch ein entsprechendes Fassadenkonzept sind Transmissions- und Lüftungswärmeverluste weitgehend zu vermeiden und gewollte externe Energiegewinne nutzbar zu machen. Dabei sollte das Fassadenkonzept ein Gesamtoptimum für den Winter- und den Sommerfall ermöglichen. x Bauteilaktivierung Mittels energetischer Bauteilaktivierung von passiven Speicherbauteilen ist die Diskrepanz zwischen dem zeitlichen Anfall bestimmter Nutzenergien und der Bedarf für diese Nutzenergien auszugleichen. x Solarkollektoren Durch Berücksichtigung von Solarkollektoren zur Gewinnung von Warmwasser für Heizung und Brauchwasser können die fossilen Energieträger, die beim Einsatz von konventionellen Kessel- und Heizungsanlagen Anwendung finden, massgeblich eingespart werden. x Wärmerückgewinnung Durch Wärmerückgewinnung wird die in der Abluft enthaltene Energie wiedergewonnen und dem Gebäude zugeführt. Dies vermindert Energieverluste massgeblich und verringert den Primärenergiebedarf eines Gebäudes. 22
Dies bedingt die Änderung der Leistungsabrechnung von der nutzenergiebezogenen Abrechnung (nach Verbrauch) hin zu einer festgesetzten flächen- bzw. raumbezogenen Abrechnung im raum-zeitlichen Kontext.
7 212
LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
x Geothermie Bei der direkten Nutzung der Geothermie zur Warmwassergewinnung wird die Erdwärme als Energieträger genutzt und dem Gebäude mittels einer Wärmepumpe als Nutzenergie zugeführt. Die für die Wärmepumpen notwendige elektrische Energie sollte beim nachhaltigen Energiekonzept des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots aus regenerativen Energiequellen wie z. B. der Photovoltaik gewonnen werden. x Photovoltaik Die Nutzung der Sonnenenergie mittels Photovoltaik zur Gewinnung von elektrischem Strom mindert die Notwendigkeit von extern bezogenem elektrischem Strom. Am Gebäude gewonnener überschüssiger elektrischer Strom kann in das öffentliche Stromnetz eingespeist oder mittels entsprechender Akkumulatoren zwischengespeichert werden. So wird ein Gebäude von Energieverbraucher zum Energieproduzenten. x Polygeneration Beim notwendigen Einsatz fossiler oder erneuerbarer (z. B. Holz) Brennstoffe sollte die Kraft-Wärme-Koppelung angestrebt werden. Die Kraft-WärmeKoppelung erhöht den Gesamtwirkungsgrad der Nutzenergiegewinnung, indem die bei der Stromproduktion entstehende Abwärme zur Warmwasserbereitung genutzt wird. Im Sinne des ökologisch nachhaltigen Anspruchs eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots sowie der angestrebten, weitgehenden Energieautarkie sollte auf die Nutzung regenerativer Brennstoffe (z. B. Holz und Biogas) zum Betrieb der Wärme-Kraft-Anlage fokussiert werden. Dabei ist jedoch die Ressourcenkonkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion sowie zur nachhaltigen Forstwirtschaft zu beachten. Durch den integrativen, kombinierten Einsatz der verschiedenen dargestellten regenerativen Energieträger und Energiegewinnungstechnologien sowie durch die Senkung des Gesamtenergieverbrauchs einerseits und die Steigerung des Anteils regenerativer Energieträger andererseits kann im Rahmen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots die weitestgehende Energieautarkie der Gebäude erreicht werden. 2. Spezifisches Temperaturempfinden des Nutzers: Es gibt kein „optimales“ Raumklima. Unterschiedliche Nutzer / Personen empfinden unterschiedliche klimatische Bedingungen als optimal. Zudem führt die Änderung der Nutzung von Räumen zu wechselnden Anforderungen und Bedürfnissen hinsichtlich des Raumklimas. Daraus folgt, dass es keine ContractingVereinbarung mit einem fixen, raumklimatischen Zustand geben kann und dass es grundsätzlich möglich sein muss, die Nutzungsänderung im zeitlichen Ablauf zu berücksichtigen. Wohl kann zu Abrechnungszwecken ein „Referenzzustand“ bestimmt werden, trotzdem muss für den Nutzer die Möglichkeit bestehen, seinen individuellen, raumklimatisch optimalen Zustand herzustellen. Weicht das Nutzerverhalten vom Referenzklima ab, führt dies zu Minder- oder Mehrkosten für den Nutzer.
7.7
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 2
213
Lösungsansatz: Hier könnte zum Beispiel ein Referenz- bzw. Basiszustand von 20°C Raumtemperatur vereinbart werde. Die Veränderung gegenüber diesem Zustand durch den Nutzer ist durch diesen per „temperaturbezogener Klimaautomatik“ zu steuern. An Raumthermostaten wählt der Nutzer die von ihm gewünschte Temperatur vor, die in einem bestimmten Zeitfenster im jeweiligen Raum vorzuhalten ist. Diese Steuerung / Vorwahl sowie die Lüftungsfrequenz des Nutzers wird dokumentiert und bei der Abrechnung berücksichtigt. 3. Einfluss des Nutzers: Je nach Art der Gebäudehülle kann der Nutzer durch Zustandsänderung der Fassade (z. B. durch das Öffnen von Fenstern) das Klima innerhalb des Gebäudes beeinflussen. Dieses Risiko des Energieverlustes durch die Fassade aufgrund von Handlungen des Nutzers ist nur durch den Nutzer selbst zu beeinflussen, entsprechend ist es sinnvoll, das Risiko durch den Nutzer tragen zu lassen.
Lösungsansatz: Hier gibt es zwei grundsätzliche, alternative Möglichkeiten zur Behandlung der Fragestellung: x Verhinderung: Die Fassade ist so zu gestalten, dass der einzelne Nutzer durch sie keinen Einfluss auf das Raumklima nehmen kann (z. B. keine Möglichkeit zur Öffnung der Fenster) und die Lüftung durch eine sogenannte Komfortlüftung realisiert wird. x Dokumentation: Die Öffnung der Fenster wird über eine entsprechende Sensorik überwacht und dokumentiert und bei der Abrechnung entsprechend berücksichtigt. Dies könnte zum Beispiel erfolgen, indem dem Zustand „offenes Fenster“ ein veränderter Wärmebedarf (k-Wert-Änderung) der Fassade zugeordnet wird und dieser Zustand so über einen Faktor im Contracting-Preis berücksichtigt wird. 4. Einfluss des Aussenklimas: Temperatur, Feuchtigkeit und Sonnenstrahlung sind wichtige aussenklimatische Faktoren für den Energiebedarf zur Herstellung eines bestimmten Raumklimas im Gebäude. Sie stellen ein schwer prognostizierbares Risiko dar.
Lösungsansatz: Hier stellt sich im Zuge einer entsprechenden Contracting-Vereinbarung die Frage, wer dieses Risiko trägt. Üblicherweise würde dieses Risiko beim Leistungsanbieter verbleiben, da die Contracting-Dauer ca. 15–25 Jahre beträgt. Mögliche Klimaschwankungen können vergangenheitsbezogen aus Statistiken ermittelt bzw. prognostiziert werden. Jedoch kann auch hier im Rahmen des Service-Level-Agreements der Gradient des Aussenklimas über den Jahreszeitverlauf von 12 Monaten vorgegeben werden. Abweichungen von diesem Gradienten sind dann das Risiko des Nutzers und müs-
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LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
sen dem Betreiber / Contractor dann auch in Mehr- und Minderkosten nach einem vereinbarten Berechnungsschlüssel vergütet werden. Als Berechnungsgrundlage dient der Einfluss des Aussenklimas auf den Heizbzw. Kühlbedarf eines Gebäudes, der für eine bestimmte Gegend mittels sogenannter Heizgradtage qualitativ abzuschätzen ist. Die Heizgradtage werden für die Schweiz nach SIA 381/3 [100] und für Deutschland nach VDI 3807 [109] erfasst. Kühlgradtage können nach ASHRAE23 erfasst werden. Die Heizgradtage verknüpfen den Heizenergiebedarf bzw. -verbrauch mit der jeweils vorhandenen Aussentemperatur und bilden ein Mass für die klimatische Notwendigkeit, Gebäude zu heizen oder zu kühlen. Heizgradtage (HGT) sind die Summe der Differenzen zwischen der Temperatur der Aussenluft und der angestrebten Gebäudeinnentemperatur in einem Bezugszeitraum (z. B. Monat oder Jahr). Bei der Summation werden nur Tage berücksichtigt, an denen die Tagesmitteltemperatur unter der jeweiligen Heizgrenze (D: 15°C, CH: 12°C) liegt. CH [100]:
n
¦ (20 t
HGT20/12
j 1
am j
) für tam j d 12qC
HGT20/12 : Heizgradtage in [°C Tage] n: Anzahl der Tage der Periode tam j : Tagesmitteltemperatur in °C
D [109]:
Gz
z
¦ (20 t
m,n
) für tm 15qC
n 1
Gz : Gradtage in [K Tage] z: Anzahl der Tage der Periode tm , n : Tagesmitteltemperatur in °C
In der Contracting-Vereinbarung bzw. den Service-Level-Agreements [84] für die Nutzungsphase kann die Nutzenergieversorgung des Gebäudes eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots für eine bestimmte Anzahl Heizgradtage vereinbart werden. Der Leistungsanbieter garantiert für diese vereinbarte Anzahl Heizgradtage die Versorgung mit Wärme, Kälte und Luft, so dass ein bestimmtes Innenraumklima (z. B. hinsichtlich Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftwechsel etc.) entsprechend den vereinbarten Nutzungsprofilen sichergestellt ist. Durch die Verknüpfung der Heizgradtage mit dem Innenraumklima wird sichergestellt, dass der Leistungsanbieter ein Interesse an der effizienten Umwandlung von Primär- in 23
Nach der American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) werden die jährlichen Kühlgradtage wie folgt definiert: Summe der täglichen Differenz zwischen der Tagesmitteltemperatur und der Kühlgrenztemperatur über alle Kühltage. Kühltage sind Tage, deren Mitteltemperatur über der Kühlgrenze liegt [3].
7.7
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 2
215
Nutzenergie hat, denn er möchte die Nutzenergie möglichst günstig herstellen und gleichzeitig möglichst wenig Nutzenergie verbrauchen, um das vereinbarte Innenraumklima sicherzustellen. Über eine entsprechende Quote für regenerative Primärenergieträger in den Service-Level-Agreements kann die Nachhaltigkeit sowie die energetische Autarkie in Bezug auf nichtregenerative Primärenergieträger erreicht werden. Die Über- bzw. Unterschreitung der Heizgradtage im jahreszeitlichen Verlauf von 12 Monaten verbleibt als Risiko beim Nutzer. Entsprechend sind sie dem Leistungsanbieter durch Mehr- oder Minderkosten zu vergüten. Um sicherzustellen, dass der Leistungsanbieter auch während der Vertragslaufzeit fortwährend optimiert, sollte die Preisvereinbarung (Vertrag) sogenannte Kostendachvereinbarungen enthalten. Mittels eines Value-Engineerings können weitere Betriebsoptimierungen durchgeführt werden. Das monetäre Ergebnis der Optimierung wird dann nach einem Berechnungsschlüssel anteilig auf Bauherr und Leistungsanbieterkooperation aufgeteilt. Darüber hinaus sollte grundsätzlich die Option der Weiterführung des LC-Contractings über die ursprünglich vereinbarte Vertragszeit hinaus vorgesehen sein. Durch den fortgeführten Optimierungsanreiz in der Betriebs- bzw. Nutzungsphase sowie durch die vertragliche Vereinbarung der Zustands- und Restwertanforderungen an die Teilsysteme bei der Übergabe zum Ende der Contracting-Periode und die gegenseitige Option zur Verlängerung des Contracting-Zeitraums verhindert der Kunde / Bauherr, dass der Leistungsanbieter / Contractor die Teilsysteme zum Ende des ursprünglich vereinbarten Contracting-Zeitraums herunterwirtschaftet. Die Leistungsanreize sollten so gestaltet sein, dass auch bei einer eventuellen Übergabe des Betriebs an den Kunden / Bauherrn ein optimierter Zustand des Teil- bzw. Gesamtsystems vorherrscht. 7.7.4
Akquisitionsförderung (P – Promotion)
In der zweiten Kooperationsentwicklungsstufe (KES2) tritt die systemgeschäftliche Kooperation als ein (gemeinsamer) Anbieter des systemgeschäftlichen LCLeistungsangebots „2000-Watt-Gebäude“ am Markt auf. Dazu gründen sie gegebenenfalls eine Gesellschaft, an der der Systemführer und die Teilsystemlieferanten als die Schlüsselplaner und -unternehmen eines systemgeschäftlichen LCLeistungsangebots beteiligt sind. Nach ersten Pilotprojekten beginnt die systemgeschäftliche Kooperation mittels entsprechender Promotions- und Kommunikationsmassnahmen (Werbung, Messen und Kongresse, Kundenanlässe, Presse etc.)aktiv mit der allgemeinen Promotion des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots „2000-Watt-Gebäude“. Erfolgreiche Referenzprojekte spielen dabei eine besonders wichtige Rolle.
7 216
7.7.5
LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
Marktpräsenz (P – Placing)
Die primäre Distribution des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots „2000Watt-Gebäude“ erfolgt in der Entwicklungsphase weiterhin über den systemführenden Projektentwickler bzw. TU. Dieser hat den direktesten Zugang zu potentiellen Kunden eines LC-Contracting-Leistungsangebots. Darüber hinaus bemühen sich alle Kooperationspartner aktiv um LC-Contracting-Aufträge für die systemgeschäftliche Anbieterkooperation. Die (interne) Kooperationsvereinbarung sieht entsprechende Mechanismen vor, die sicherstellen, dass alle Kooperationspartner ein echtes Interesse an der Auftragsakquisition haben. In der Wachstumsphase des Leistungslebenszyklus des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebotes, in der sich das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot sukzessive am Markt etabliert, wird die Auftragsakquisition zunehmend von der (unabhängigen) fokalen Instanz der systemgeschäftlichen Anbieterkooperation übernommen. 7.7.6
Nutzen für die Kooperation
Die Anbieterkooperation besteht in der zweiten Kooperationsentwicklungsstufe KES 2 aus dem Projektentwicklungs- bzw. TU-Leistungsanbieter als Systemführer und den Systemlieferanten Energy-Contracting-Leistungsanbieter und Fassadenplaner / Fassadenbauunternehmen sowie gegebenenfalls aus weiteren Schlüsselplanern und -unternehmen (Sonnenenergiesysteme etc.) Ihr Nutzen aus der zweiten Kooperationsentwicklungsstufe (KES2) ergibt sich aus der Umsatz- und damit Deckungsbeitragssteigerung durch wettbewerbsdifferenzierende Kundenorientierung mittels anforderungsgerechter, lebenszyklusorientierter baulicher Lösungen. Die Gesamtoptimierung von Nutzenergiebereitstellung, passiven Speicherbauteilen, dem Teilsystem elektrische Energie, der Fassade und der integrierten Gebäudesteuerung und -automation sowie das langfristig ausgerichtete Contracting dieser vernetzten Teilsysteme stellt nach heutigen Erkenntnissen eine Synergie dar, die nur durch eine strategische systemgeschäftliche Kooperation ermöglicht werden kann. Aufgrund der an ein Service-Level-Agreement [84] gekoppelten funktionalen Vorgaben des Bauherrn / Kunden an den raumtechnischen Klimakomfort sind die Kooperationspartner in der Entwicklung der optimierten Systemlösung aufeinander angewiesen. Das HKL-System und die energetische Bauteilaktivierung durch passive Speicherbauteile sowie die Fassade des Gebäudes aber auch die lokale regenerative Energieerzeugung und extern bezogene regenerative und nichtregenerative Energieeinspeisung beeinflussen sich gegenseitig. Um zu einem entsprechenden Optimum zu gelangen, ist die interaktive, integrative Zusammenarbeit der entsprechenden Planer und ausführenden Unternehmen notwendig. Unter der Leitung des Systemführers (z. B. Projektentwicklungs- bzw. TU-Leistungsanbieter) entwickeln die Teilsystemlieferanten mit ihren jeweiligen Planern das
7.7
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 2
217
optimierte Gesamtsystem in einer komplexen, integrativen, interaktiven, kooperativen Austauschsituation. Die Qualifikation der Kooperationspartner erfolgt über ihre differenzierenden Kompetenzprofile. Durch die strategische projektübergreifende Kooperation ist darüber hinaus ein kontinuierlicher Verbesserungsprozess (KVP) erforderlich und möglich, der Wettbewerbsvorteile in Form von entsprechenden kooperativen Kompetenzen möglich macht. Die so möglichen Leistungsinnovationen24 stellen einen komparativen Wettbewerbsvorteil dar. Durch unterstützende Marketingmassnahmen sowie durch kontinuierliche Verbesserung und Innovation kann die Anbieterkooperation das systemgeschäftliche LCLeistungsangebot in Form des Life-Cycle-Contractings auch längerfristig erfolgreich besetzen und weiterentwickeln. ...
...
HKLPlaner
Konstruktionsplaner
Transportunternehmer
...
Tiefbauunternehmer
HKLLieferant
...
Fassadenlieferant
...
Reinigungsunternehmen
Contractor
Systemanbieter - Integrative Leistungserstellung Managementprozesse Systemführer - Leistungserstellung Kooperationen Architekt/ Infrastrukturplaner
Bauunternehmer
HKL-Planer / -Unternehmen
Facility Manager
Fassadenplaner /-unternehmen
Supportprozesse
Lebenszyklusprozess Bauwerkserstellungsprozess Planungsprozess Initialisierungsprozess Bauherr: Konzeptplan, Businessplan
Entwurfsund Vorplanung
Bauproduktionsprozess Genehmigungsund Ausführungsplanung
Rohbau
Fassade
Ausbau
Nutzungsprozess Betrieb
Instandhaltung
Architekt/ Infrastrukturplaner
Bauüberwachungsprozess
Facility-Steuerungsprozess
Bild 116: Systemanbieterprojektabwicklungsform nach GIRMSCHEID [39]
In der zweiten Kooperationsentwicklungsstufe (KES2) ist die Kooperation eine strategische systemgeschäftliche Kooperation mit einem komplexen, integrativen, interaktiven Systemleistungsangebot in Form des systemgeschäftlichen LC24
individuelle, massgeschneiderte, anforderungsgerechte, kundenorientierte Lebenszyklusleistungsangebote.
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LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
Leistungsangebots „2000-Watt-Gebäude“. Die organisatorische, prozessorientierte Zusammenarbeit der Systemanbieter ist in Bild 116 dargestellt. Die Motivation der Kooperationspartner ist die synergetische Bündelung der jeweiligen Leistungsangebote zur strategisch ausgerichteten Nutzung der gegenseitigen Absatzbzw. Vertriebswege. Für die Anbieterkooperation insgesamt ergibt sich darüber hinaus durch die langfristiger ausgerichtete, lebenszyklusorientierte Erweiterung des Leistungsangebots gegenüber der ersten Kooperationsentwicklungsstufe (KES1) eine weitere kooperative Festigung. Die Anbieterkooperation als Ganzes übernimmt in dieser Stufe Risiken, die sie nur gemeinsam und durch verantwortungs- und leistungsgerechte kooperationsinterne Risikoverteilung übernehmen kann. Die erfolgreiche Kooperation in der zweiten Kooperationsentwicklungsstufe (KES2) ist Grundlage für die Erweiterung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots für die dritte Kooperationsentwicklungsstufe (KES3). 7.7.7
Projektabwicklung
Die wichtigste Ziel eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots aus Sicht potentieller Kunden (Bauherren) ist die lebenszyklusorientierte, gewerkeübergreifende Gesamtoptimierung von Gebäuden. Das heisst, dass das Gebäude einerseits über die einzelnen Wertschöpfungsstufen hinweg optimiert werden soll, und dass es andererseits auch zu einem systemischen Gesamtoptimum über die Gewerkegrenzen hinweg kommen soll. Das Ergebnis dieses lebenszyklusorientierten Wertschöpfungsprozesses muss funktionsgerechte Gebäude zur Erfüllung der betrieblichen Anforderungen hervorbringen: x mit ansprechender Architektur, x mit vergleichsweise niedrigen Lebenszykluskosten (Investitions- und Betriebssowie Erhaltungskosten) und x mit hoher wirtschaftlicher und technischer Flexibilität hinsichtlich der Anpassbarkeit an sich ändernde Nutzungsrahmenbedingungen. Um diese Ziele zu erreichen, sollten Ausschreibungen funktional formuliert, die Anforderungen der späteren Nutzer der Gebäude soweit wie möglich prognostiziert und die Ausschreibungen daran orientiert werden. Die Anforderungen der Nutzer werden durch ein systematisches Anforderungsmanagement [36] prognostiziert. Die in der funktionalen Ausschreibung spezifizierten Zielgrössen werden aus den architektonischen, funktionalen und kostenwirksamen Nutzungsanforderungen abgeleitet. Die Ausschreibung sollte z. B. funktionale bzw. outputorientierte Vorgaben machen und die Betreiberleistungen in einem Service-LevelAgreement [84] vorgeben, die der Systemanbieter im Wettbewerb für sein Leistungsangebot optimiert. So könnte z. B. vorgegeben werden, dass das Gebäude unter einem Soll-Aussenklima und bei vorgegebener Soll-Energiebereitstellung über den Tagesverlauf sowie bei vorgegebenen Raumklimaanforderungen bis auf
7.7
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 2
219
x % weitgehend energieautark sein soll. Ferner sollte die Ausschreibung kein HKL-System mehr beschreiben, sondern die Anforderung an den vom Nutzer benötigten raumklimatischen Komfort (z. B. in Form entsprechender Kennzahlen nach SIA 2021 [99], SIA 2024 [100], SIA 2028 [102], DIN 7730 und / oder DIN 15251 [21], [22]) sowie den Anteil der regenerativen Energieträger an der gesamten exogenen Energie. Um die besten systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebote mit verschiedenen Lösungsansätzen für die lebenszyklusorientierte Gesamtoptimierungsaufgabe zu erhalten, sollte der Wettbewerb unter den Leistungsanbietern als Systemleistungswettbewerb nach GIRMSCHEID [39] (Bild 113) durchgeführt werden. Um zu einem innovativen Ideen- und Leistungswettbewerb zu gelangen, ist dieser Systemleistungswettbewerb in einem frühen Konzeptstadium auf Basis der Nutzeranforderungen funktional auszuschreiben, um das Innovationspotential der Leistungsanbieter hinsichtlich der baulichen Lösung bzw. Umsetzung der Nutzeranforderungen aus den Service-Level-Agrements maximal auszuschöpfen. Die Projektabwicklung kann gemäss der Systemanbieterprojektabwicklung mit einem zweistufigen Optimierungsverfahren nach GIRMSCHEID [39] erfolgen (Bild 113). Projektabwicklungsform und -prozess Eine mögliche Projektabwicklungsform für ein systemgeschäftliches LCLeistungsangebot hat deshalb die folgenden Ansprüche [39]:
x Sie muss wirksam den Wettbewerb um die Lebenszykluskosten (Planung, Erstellung und Betrieb) eines Gebäudes in einer vereinbarten Lebenszyklusperiode ermöglichen. x Sie muss die gewerkeübergreifende systemorientierte lebenszyklusorientierte Gesamtoptimierung ermöglichen. x Sie muss den offenen Rahmen für gesamt- und teilsystemische Leistungsinnovationen bilden. Traditionelle Projektabwicklungsformen wie z. B. Einzelleistungsträgerprojektabwicklung (ELT) [39], GU-Projektabwicklung [39] oder TU-Projektabwicklung [39] erfüllen die genannten Anforderungen an die Projektabwicklung von lebenszyklusorientierten Leistungsangeboten nicht. Sie sind auf die Investitionskosten (Planung und Erstellung) ausgerichtet und die Projektabwicklung ist insbesondere bei der Einzelleistungsträgerprojektabwicklung von der Fragmentierung der Leistungsanbieter geprägt, bei der diese vor allem ihre spezifischen Interessen verfolgen, die in der Regel nicht auf die integralen Projektziele ausgerichtet sind. Zur Umsetzung der oben genannten Anforderungen an die Projektabwicklung für systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote sind innovative Projektabwicklungsformen notwendig, wie sie von GIRMSCHEID [39] (Bild 113) vorgeschlagen werden. Ihre Etablierung am Baumarkt unterliegt einem Entwicklungsprozess im Zuge dessen sich das Leistungspotential des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots sukzessive entwickelt.
7 220
LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
Aufgrund der frühzeitigen Einbeziehung des Leistungsanbieters bereits in einer frühen Konzeptphase und der gegenseitigen Bindung über die Erstellungsphase hinaus in die Nutzungsphase rücken der Kunde / Bauherr und der Systemanbieter im Zuge des erforderlichen wettbewerblichen Dialogs wesentlich näher als in traditionellen Projektabwicklungsformen zusammen. Bei den neuen LCProjektabwicklungsformen kommt es an den Schnittstellen zwischen den Lebenszyklusphasen zu weniger Diskontinuitäten als bei den traditionellen Projektabwicklungsformen, da eine phasenübergreifende Verantwortung vorliegt. Um zu einem marktgerechten Leistungsangebot mit den entsprechenden Optionen in allen Lebenszyklusphasen zu gelangen, schlägt GIRMSCHEID [39] deshalb die Untergliederung der Projektorganisationsphasen entsprechend Bild 113 vor. Die wichtigsten Schritte sind dabei die Folgenden: x Zielformulierung in der Konzeptphase: Der Bauherr kommt nach der Evaluation seiner Kernkompetenzen und den ihm zur Verfügung stehenden Ressourcen zum Ergebnis, dass ein Lebenszyklusleistungsangebot seinem strategischen Konzept der Konzentration auf sein Kerngeschäft am nächsten kommt. Der Berater des Bauherrn evaluiert die Anforderungen [36] des Bauherrn und entwickelt darauf aufbauend die Spezifikationen der Funktionalitäten und Service-Level des Gesamtsystems. Darin sind insbesondere die Anforderungen an ein strategisches Energiekonzept für das zu erstellende Gebäude enthalten. x Grobkostenschätzung auf Basis eines Vorentwurfs: Auf Basis seiner Erfahrungen schätzt der Berater des Bauherrn die Grobkosten bzw. den Kostenrahmen des Lebenszyklus des geplanten Gebäudekonzepts aufgeteilt in Investitions- und Betriebs- sowie Erhaltungskosten über einen definierten Lebenszyklus, die per LC-Contracting in das Systemleistungsangebot integriert werden sollen. x Präqualifikation von Leistungsanbietern: Der Bauherr führt eine Präqualifikation durch. In der Präqualifikationsphase müssen sich die potentiellen Bieter bewerben. Der Bauherr führt die Präqualifikation nach bestimmten Kriterien durch, die für ihn für eine weitgehend risikoarme, qualifizierte Projektabwicklung von Bedeutung sind. Dabei wird meist der Nachweis von Kompetenz, Erfahrung und Finanzkraft sowie von potentiellen Partnern eingefordert. Die Kompetenz und Erfahrung werden meist anhand spezifischer Referenzen von ähnlichen Projekten nachgewiesen.
7.7
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 2
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x Wettbewerbskonzept: Der Bauherr führt einen funktionalen Wettbewerb durch. Dieser Wettbewerb gliedert sich in zwei Optimierungsphasen. In diesen Optimierungsphasen wird der garantierte Maximalpreis für den Lebenszyklus (LC-GMP) weiter zugeschärft. Das Wettbewerbsverfahren kann bei privaten Bauherren nach SIA 142 [98] oder in Anlehnung an die EU-Vorgaben (z. B. VOB/A [15]) erfolgen. Dazu eignen sich beschränkte Ausschreibungen mit folgenden Verfahren: – Verhandlungsverfahren – Wettbewerblicher Dialog. Beim Verhandlungsverfahren kann der Bauherr mit einem oder mehreren Unternehmen über den Angebotsinhalt verhandeln. Beim Wettbewerblichen Dialog verhandelt der Bauherr über alle Einzelheiten des Auftrags während der Angebotserstellung mit den Bietern bzw. wird der Bauherr in die projektspezifische Lösung des Bieters eingebunden. In beiden Fällen muss sichergestellt werden, dass – das geistige Eigentum sowie Ideen der Unternehmen gegenüber den Wettbewerbern gewahrt und – alle Unternehmen gleich behandelt werden. x Durchführung eines Preis-Leistungswettbewerbs: Der Bauherr fordert die präqualifizierten Leistungsanbieter auf, ein Lösungskonzept mit einem Preisangebot für den definierten Lebenszyklus des Gebäudes abzugeben. Im Preisangebot müssen die Bauwerkserstellungskosten auf Basis der funktionalen Ausschreibung sowie der Betriebs- und Erhaltungskosten des Contractings gemäss Service-Level-Agreement (SLA) über eine vertraglich vereinbarte Lebenszyklus-Periode enthalten sein. Die funktionale Ausschreibung und das Service-Level-Agreement sollten folgende Anforderungen erfüllen: Funktionale Ausschreibung: In der funktionalen Ausschreibung wird im Wesentlichen das „Was“ der Bauaufgabe und nicht das „Wie“ formuliert. Auf Basis der im Anforderungsmanagement evaluierten Bedürfnisse des Bauherrn / Nutzers an ein Gebäude werden in der funktionalen Ausschreibung die gewünschten Funktionalitäten und Betriebsparameter des zu erstellenden Gebäudes beschrieben. Für ein systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot sind die Hauptkategorien der funktionalen Ausschreibung wie folgt: – geplante Nutzungsart des Gebäudes – Nutzungsdimensionen der funktionalen Bereiche – Beschreibung der funktionalen Leistungsfähigkeit der Module und Teilsysteme in der Nutzungsphase – Grad der gewünschten Nutzungsflexibilität zur Anpassung an zukünftige Marktbedürfnisse und an die verschiedenen Ausbaustandards
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– – – – – – –
LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
Anforderungen an die architektonisch ästhetische Gestaltung eines Gebäudes Qualitätsanforderungen an Tragstruktur, Grundausbau und Nutzerausbau Anforderungen an den Nutzungskomfort Anforderungen an die energetische Autarkie bezüglich klimatischer Passivität, Nutzung erneuerbarer Energie, Polygeneration von elektrischer und thermischer Nutzenergie Anforderungen an die Realisierung (Termin, Umwelt, Qualität) Übergabebedingungen (Zustands-, Restwert- und Leistungsbedingungen) der Contracting-Anlagen nach Ablauf der Contracting-Vertragsperiode Randbedingungen für die Wirtschaftlichkeitsüberlegungen im Rahmen der Lebenszykluskostenanalyse verschiedener baulicher Alternativen (Vergleichbarkeit ermöglichen)
Bei der funktionalen Leistungsbeschreibung fällt die technische Umsetzung der durch den Bauherrn beschriebenen Funktionalitäten in den Verantwortungsbereich des Leistungsanbieters. Es ist seine Aufgabe, das „Wie“ der Umsetzung der gewünschten Funktionalitäten und Betriebsparameter innovativ zu entwickeln. Der Schlüssel zu dieser Lösung sind projektspezifische, lebenszyklusorientierte Leistungsinnovationen durch eine optimale Integration der Module in die Teilsysteme und durch das Vernetzen der Teilsysteme durch eine integrale Steuerung und ein optimales Betriebskonzept, das durch ein optimales Facility Management umgesetzt wird. Die funktionale Ausschreibung fördert somit die Generierung von Leistungsinnovationen im Baumarkt. Mittels dieser Vorgehensweise wird das Know-how des Leistungsanbieters bestmöglich genutzt. Bereits in der Angebotsphase muss sich der Leistungsanbieter sehr intensiv mit dem Projekt und den Intentionen des Auftraggebers / Bauherrn auseinandersetzen. Service-Level-Agreement: Zu einem systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebot gehört der Betrieb wichtiger oder sogar aller energetischen Anlagenmodule und ggfs. der interaktiven synergetischen Teilsysteme. Die Qualität dieser Betreiberaufgabe wird ergebnisorientiert im Service-Level-Agreement [84] festgehalten. Die Leistungsanbieter müssen für die Betriebsphase ein Organisations- und Prozesskonzept vorlegen, in dem sie angeben, wie sie die Vorgaben des Service-Level-Agreements optimal umzusetzen gedenken. Für die Betriebsphase können sich die Anbieter weiter qualifizieren bezüglich – Interventionszeiten bei Störung – Vorhaltung von Verschleissmaterial – Standardisierung von Verschleissteilen ohne besondere ästhetische Anforderungen – Qualifikation der Mitarbeiter für die Betreuung des Betriebs
7.7
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „2000-Watt-Gebäude“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 2
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x Lösungskonzept und Angebotsabgabe: Unter Berücksichtigung der definierten Anforderungen des Bauherrn geben die Leistungsanbieter ein Angebot mit GMP und Value-Engineering (VE) ab. Dieser GMP mit Value-Engineering (VE) wird in den oben genannten Submissionsverfahren (Verhandlungsverfahren, Wettbewerblicher Dialog) in zwei Optimierungsstufen zugeschärft. x Auswahl des Leistungsanbieters: Die Zuschlagserteilung für einen Leistungsanbieter erfolgt meist nach der ersten Optimierungsstufe anhand einer Nutzwertanalyse bzw. mittels Analytic Hierarchy Process (AHP) [40] aufgrund der Auswahlkriterien des Wettbewerbskonzepts. Die im Hinblick auf die definierte Leistungsfähigkeit des Gebäudes garantierten Lebenszykluskosten und der garantierte Betriebsservice stellen dabei die primären Kriterien dar. Darüber hinaus sollte der Bauherr offen für innovative Sondervorschläge sein, die sich positiv auf die Lebenszykluskostenbilanz auswirken und damit einen zusätzlichen Nutzen für den Kunden darstellen. In der Beauftragung des ausgewählten LC-Leistungsanbieters wird ein GMP2 sowie Value-Engineering mit sogenannten „gläsernen Taschen“ vereinbart. x Bauprojekt- und Ausführungsphase: Nach der Vergabe des Auftrags für ein systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot nach der ersten Optimierungsstufe auf der Basis des Verhandlungsverfahrens bzw. des Wettbewerblichen Dialogs erfolgt die zweite Optimierungsstufe (Value-Engineering). Die sich dabei ergebenden Optimierungen werden nach einem vorher vereinbarten Kostenschlüssel des Value-Engineerings (VE) anteilig zwischen Bauherr und Leistungsanbieter aufgeteilt. So hat der Leistungsanbieter einen Nutzen, wenn er seinen eigenen ursprünglichen Angebotspreis (für die Nutzungskosten) durch Optimierungen im Planungs- bzw. Erstellungsprozess unterbietet und so einen Mehrwert für den Kunden generiert. x Contracting-Phase: Auch in der Nutzungsphase erfolgt die Abrechnung der Contracting-Leistungen nach dem vorher vereinbarten Abrechnungsschlüssel. Um weitere iterative Optimierung auch in der Nutzungsphase zu erzielen, sollte das Abrechnungsprinzip auf einem GMP für Betrieb und Erhaltung sowie auf einem ValueEngineering aufgebaut sein. Dieses Abrechnungssystem in der Nutzungsphase motiviert Nutzer und Contracting-Betreiber, weitere Optimierungen und Effizienzsteigerungen durchzuführen. Vergabe des Auftrags: Den Auftrag gewinnt derjenige Leistungsanbieter, der
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LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
x die Funktionalität mit der erforderlichen Anpassungsfähigkeit an die Nutzerbedürfnisse am besten erfüllt, x die Architekturqualität im Kontext der natürlichen und anthropogenen Rahmenbedingungen am besten erfüllt, x den sichersten Betriebsservice gemäss dem Service-Level-Agreement (SLA) [84] garantiert und x die geringsten Lebenszykluskosten garantiert. Diese mehrdimensionalen Entscheidungskriterien werden in einem Angebot sicherlich nicht alle gleichzeitig erfüllt. Daher muss die Angebotsbewertung durch eine Nutzwertanalyse (NWA) [40] oder mittels Analytic Hierarchy Process (AHP) [40] erfolgen. Grundlage solcher Entscheidungsunterstützungsmethoden ist die Festlegung und Priorisierung der Haupt- und Unterbewertungskriterien. Bei der Nutzwertanalyse (NWA) [40] werden die Haupt- und Unterbewertungskriterien jeweils in ihrer absoluten Bedeutung gewichtet. Beim Analytic Hierarchy Process (AHP) [40] wird die relative Bedeutung der Haupt- und Unterbewertungskriterien jeweils in ihrer relativen Bedeutung zueinander gewichtet. Bei vielen Kriterien ist der Analytic Hierarchy Process (AHP) der Nutzwertanalyse (NWA) überlegen, da der Mensch aufgrund seiner beschränkten Rationalität die relative Bedeutung zweier Kriterien sehr gut, eine absolute Bedeutungsreihung von mehr als 3 bis 4 Kriterien dagegen nur sehr schwer abschätzen kann.
7.8 Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „Value Gebäude“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 3
7.8.1 Beschreibung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots „Value Gebäude“ (P – Product)
Das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot „Value Gebäude“ stellt eine weitere Stufe der Leistungsinnovation dar. In der dritten Kooperationsentwicklungsstufe (KES3) wird das Leistungsangebot system- und lebenszyklusorientiert ergänzt und komplettiert. Dazu können alle Elemente des Betriebs, der Nutzung und des Unterhalts einer Immobilie in das Leistungsangebot der Anbieterkooperation integriert werden. Die Leistungsanbieterkooperation bietet interessierten Bauherren modular weitere Life-Cycle-Contracting-Elemente an und schnürt diese projektund kundenspezifisch zu integrierten bzw. vernetzten Teilsystemen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots zusammen. Im Extremfall ist dabei ein komplettes systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot denkbar, in dem weitreichende Leistungs- und Kostengarantien für die
7.8
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „Value Gebäude“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 3
225
Nutzungsphase der Gebäude abgegeben werden. Dazu wird das Gebäude eines professionellen, institutionellen Bauherrn umfänglich durch die Anbieterkooperation betrieben. Der Bauherr muss das Gebäude im Rahmen seines Kerngeschäfts nur noch nutzen. Im Sinne des LC-Contracting-Ansatzes übernimmt die Anbieterkooperation weitreichende Kosten- und / oder Leistungsgarantien für das Gebäude. Dieses komplette systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot kann so weit führen, dass es einem entsprechenden Mietobjekt inklusive Betreiberaufgaben bei weitgehenden Betriebskostengarantien und höchster Nutzungsflexibilität gleichkommt. Dazu übernimmt die Leistungsanbieterkooperation die betriebswirtschaftliche und technologische Verantwortung für Betrieb, Nutzung und Unterhalt des Gebäudes für einen vorher vereinbarten Zeitraum und stellt dem Kunden in dieser Periode auf seine Bedürfnisse abgestimmte Nutzungsflächen zur Verfügung. Dies kann z. B. so weit gehen, dass die Leistungsanbieterkooperation einer Bank spezifisch auf sie abgestimmte, komplett eingerichtete „Bankbürofläche“ zu Verfügung stellt. In diesem Leistungsentwicklungsstadium werden dann bestimmte Flächen zu entsprechenden Ausbaustandards geplant, hergestellt und durch die Leistungsanbieterkooperation betrieben und z. B. je m2 in definierter Qualität zu einem bestimmten Preis für einen bestimmten Zeitraum abgerechnet. In diesem Leistungsentwicklungsstadium wird nicht mehr das Ergebnis des Bauwerkerstellungsprozesses, sondern die technologische und betriebswirtschaftliche Optimierung des kompletten Lebenszyklus einer Immobilie inklusive Entwicklung, Planung, Bauwerkerstellung, Betrieb, Umnutzung und gegebenenfalls Rückbau in den Mittelpunkt der wettbewerblichen Betrachtung gestellt, womit das Ziel des Paradigmawechsels (Lebenszyklusorientierung von Immobilien) erreicht wird. Die Module und Teilsysteme eines erweiterten bzw. kompletten systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots in der dritten Kooperationsentwicklungsstufe KES 3 setzen sich aus Modulen, die in Kapitel 6 genannt wurden, zusammen bzw. müssen durch die Innovationskraft der Kooperationsunternehmen im Rahmen eines systematischen Innovationsmanagements ([35], [42], [51], [50]) zu integrierten bzw. vernetzten Teilsystemen verknüpft werden. Dabei müssen die Module und Teilsysteme so integriert bzw. vernetzt werden, dass nutzenbringende Synergien entstehen. Diese Synergien müssen dabei gegenüber der singulären Vergabe in der Nutzungsphase oder gegenüber der Gewerkevergabe in der Bauphase auf der Basis des Preiswettbewerbs zu einem Mehrwert für den Kunden führen. 7.8.2
Nutzen für den Kunden
Der Nutzen des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots „Value Gebäude“ in der dritten Kooperationsentwicklungsstufe (KES3) liegt für den Kunden darin, dass er sich vollumfänglich auf sein Kerngeschäft konzentrieren kann. Die sys-
7 226
LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
temgeschäftliche Leistungsanbieterkooperation stellt ihm die dafür notwendige gebäudetechnische Infrastruktur als Grundlage seiner eigenen Wertschöpfungsprozesse zur Verfügung. Je nach seinen Anforderungen und Bedürfnissen erhält der Kunde ein auf ihn massgeschneidertes Lebenszyklusleistungsangebot. Aufgrund der Kostengarantien hat er hinsichtlich der gebäudetechnischen Infrastruktur grösstmögliche Kostensicherheit und kann dies in der Preisgestaltung seiner eigenen Leistungen und / oder Produkte berücksichtigen. Der Kunde erhält aufgrund seiner funktionalen, ästhetischen Anforderungen an die Immobilie und seiner betrieblichen und instandhaltungsbezogenen Anforderungen an den Betrieb im Rahmen des Service-Level-Agreements die Immobilien für eine fixe Pauschale zur Verfügung gestellt. Diese Pauschale ist vereinbarungsgemäss nur in Bezug auf mögliche marktrelevante Preisänderungen bei den Betriebskosten variabel. 7.8.3
Preisgestaltung (P – Price)
Die Preisgestaltung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots „Value Gebäude“ in der dritten Kooperationsentwicklungsstufe (KES3) basiert auf der projekt- und kundenspezifischen Integration und Vernetzung der einzelnen Module bzw. Teilsysteme zu einem innovativen Gesamtsystem Bauwerk. Die Optimierung erfolgt im Rahmen der Ermittlung eines GMP für Betrieb und Erhaltung mittels Value-Engineering (VE). Die Leistungsanbieterkooperation evaluiert, welche Module des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots am besten zur Immobilien- und Betriebsstrategie des jeweiligen Kunden passen und macht ein entsprechendes Angebot. Aufgrund ihrer Kompetenzen und der zunehmenden Erfahrung im LC-ContractingMarkt ist sie dabei in der Lage, in der frühzeitigen Planungs- und Entscheidungsphase der Projektabwicklung den kostenmässigen Einfluss der verschiedenen Modul- und Teilsystemkombinationen in Bezug auf Investitions- und Nutzungskosten bzw. auf die kompletten Lebenszykluskosten zu kalkulieren. Dazu werden die Anbieterkooperationen für systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote Datenbanken für die Anlagenmodule in Bezug auf Investitionsund Betriebskosten erstellen. Zudem werden sie systematische Kostenkalkulationsprogramme auf Element- und Modulgruppenebene entwickeln, die auf die Datenbanken zugreifen. Trotz der kunden- und projektspezifischen Lösung der Architektur können die Anbieter aufgrund des modularen Aufbaus der Teilsysteme und Module (Gebäudehülle, Bauteilaktivierung, HKL-Anlage, Elektro etc.) in der Kostenkalkulation dem Bauherrn bereits in der Vorplanungsphase höchste Kostensicherheit für die bauliche Lösung geben, und zwar in Bezug auf x Investitionskosten, x Betriebs- und Unterhaltskosten sowie x LC-Gesamtkosten auf NPV-Basis.
7.8
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „Value Gebäude“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 3
227
Damit wird bereits in einer frühen Wertschöpfungsphase ein hoher Kundennutzen in Bezug auf Rendite und Werterhaltung der Immobilie über den Lebenszyklus erreicht. Mit dem Kunden sollte auf der Basis der oben beschriebenen Kostenermittlung möglichst ein Preis pro m2 und Monat unter Zusicherung der geforderten Funktionalität, der Architektur- und Bauwerksqualität sowie der Qualität der Nutzung in einem Service-Level-Agreement vereinbart werden. Grundlage der Vorbereitung der Entscheidungsfindung zugunsten eines spezifischen systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots kann das LC-NPV-Modell nach GIRMSCHEID [34] sein. 7.8.4
Akquisitionsförderung (P – Promotion)
In der dritten Kooperationsentwicklungsstufe (KES3) ist das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot bereits weitgehend am Markt etabliert und es wurde ein umfangreiches Referenzportfolio aufgebaut. Dieses Referenzportfolio ist die Grundlage entsprechender Promotionsmassnahmen für das „Value Gebäude“. Darüber hinaus kann das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot zu einer Marke „Value Gebäude“ ausgebaut werden. Dabei ist insbesondere auf das Innovationspotential sowie den sich daraus ergebenen hohen Kundennutzen der Anbieterkooperation einzugehen. Das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot eignet sich für private und auch für öffentliche Bauherren, die zwar eine Immobilie gebrauchen, deren Kernaufgaben jedoch in anderen Bereichen liegen, wie z. B. x x x x x
Verwaltung, Bildung, Gesundheitsdienst, Verkauf von Produkten oder Dienstleistungen etc.
Somit eignet sich das Konzept des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots grundsätzlich, insbesondere aber das des „Value Gebäudes“ auch für PublicPrivate-Partnership-Projekte (PPP-Projekte) mit der öffentlichen Hand. Solche PPP-Projekte können als PPP-Inhabermodell oder als PPP-Erwerbermodell angeboten werden. Die Promotion für solche privaten und öffentlichen Kunden muss aufgrund der Nachfragedichte überregional erfolgen. 7.8.5
Marktpräsenz (P – Placing)
Die systemgeschäftliche Anbieterkooperation hat sich mit ihrem systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebot „Value Gebäude“ in der dritten Kooperationsentwick-
7 228
LC-Leistungsbündel – Projektspezifische Gestaltung der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots
lungsstufe (KES3) als eine Institution etabliert, die verlässliche LC-ContractingProjekte durchführen kann. Aufgrund der so erworbenen Kompetenzen sowie aufgrund der erreichten Systemintegration (Leistungsumfang) ist die fokale Instanz mit ihren kooperativen Leistungserstellungsprozessen etabliert. Systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote können aufgrund des in der Entwicklungsphase begrenzten Kundenpotentials nicht rein lokal oder regional angeboten und umgesetzt werden. Daher ist hier eine überregionale Strategie der Akquisition, Umsetzung und Betreuung notwendig. Die überregionale Akquisition sollte sich auf Key-Account-Kunden mit nationaler und internationaler Präsenz konzentrieren. Daher ist eine flexible Organisation mit flexiblen Mitarbeitern notwendig, um die punktuellen, grossräumig verteilten Projekte adäquat betreuen zu können. 7.8.6
Nutzen für die Kooperation
Der Nutzen der kooperativen, systemgeschäftlichen LC-Leistungserstellung in der dritten Kooperationsentwicklungsstufe KES 3 entspricht weitestgehend dem Nutzen in der zweiten Kooperationsentwicklungsstufe KES 2. Durch die kooperative Bündelung und Weiterentwicklung ihrer Kompetenzen können die Partner der Anbieterkooperation Leistungen am Markt anbieten, die nur durch die zielgerichtete Kooperation der Partner möglich sind. Unabdingbar für den Erfolg am Markt dieser systemgeschäftlichen LC-Anbieterkooperation ist ein zweistufiges Innovationsmanagement: x auf der fokalen Unternehmensebene die projekt- und kundenspezifische innovative Systemkonzeption durch Integration und Vernetzung der Module und Teilsysteme der Systemlieferanten x in den Partnerunternehmen als Teilsystemlieferanten projektunabhängige Modulinnovationen und Vernetzung bzw. Integration der Module in das jeweilige Teilsystem Der Innovationsgehalt der Teilsysteme sowie des integralen Gesamtsystems ist ein wichtiger hervorzuhebender Aspekt eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots. Die systemgeschäftliche Leistungsanbieterkooperation sollte in den abzuwickelnden Projekten immer auch Leistungs- und / oder Produktinnovationen berücksichtigen. Einerseits müssen die Systemlieferanten ihre Module und Teilsysteme im lebenszyklusorientierten Gesamtsystemkontext kontinuierlich weiterentwickeln und durch Innovationen die Anforderungen und Bedürfnisse potentieller Kunden antizipieren. Andererseits muss die Anbieterkooperation unter Leitung ihres Systemführers das Gesamtsystem bzw. die Teilsysteme projekt- und kundenspezifisch integrieren, vernetzen und weiterentwickeln, um sich in Form eines durch den potentiellen Kunden wahrgenommenen Mehrwertes von den Leistungsangeboten des Wettbewerbs (Nachahmer) zu differenzieren. Nur so kann die sys-
7.8
Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „Value Gebäude“ – Kooperationsentwicklungsstufe KES 3
229
temgeschäftliche Anbieterkooperation ihre Wettbewerbsvorteile langfristig aufrechterhalten. 7.8.7
Projektabwicklung
Die Projektabwicklung in der dritten Kooperationsentwicklungsstufe KES 3 lehnt sich an die von Girmscheid konzeptualisierte Projektabwicklung für Systemanbieter [39] an, die bereits für die zweite Kooperationsentwicklungsstufe KES 2 vorgeschlagen wurde (Bild 113). Sie ist wesentlich geprägt von einer Form der funktionalen Ausschreibung, mittels der das Entwicklungs-, Optimierungs- und Innovationspotential der Leistungsanbieterkooperation maximal genutzt werden kann, sowie von der Serviceerfüllung während der Betriebsphase auf der Basis eines Service-Level-Agreements. Ferner wird die Kostensicherheit mittels GMP gewährleistet und durch das Value-Engineering (VE) weiter im Prozess optimiert.
8 LC-Leistungsbündel – Entscheidungsinstrument LCKostenanalyse
8.1 Einleitung Zur Entwicklung eines systemgeschäftlichen LC-Projekts ist die Nutzen-KostenSteuerung unabdingbar für die Steuerung der Bauherrenziele. Ein mögliches projektphasenorientiertes Hilfsmittel zur Zielsteuerung der Bauherrenziele und -anforderungen bildet das von GIRMSCHEID entwickelte „Holistische kybernetische Kosten-(Nutzen-)steuerungsprozessmodell“ [37], [38], das hier nochmals dargestellt werden soll. Je nach Optimierungsansatz muss die Lösungsvariante mit ihren Teilsystemoder Modulkombinationen alternativ die folgenden Bedingungen erfüllen: x Ökonomisches Minimalprinzip – Sie muss bei gleichem Nutzen zu minimalen LC-Kosten gegenüber den anderen Varianten führen. x Ökonomisches Maximalprinzip – Sie muss bei gleichen Kosten zu maximalen Nutzen gegenüber den anderen Varianten führen. Das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot des kooperativen Geschäftsmodells ist die Entwicklung, der Bau sowie der Betrieb eines ressourcenoptimierten und nutzungsflexiblen Gebäudes in den verschiedenen Kooperationsentwicklungsstufen. Dabei entwickelt sich das Leistungsangebot generisch getrieben von den zukünftigen Hauptkostentreibern und den erforderlichen Massnahmen zur Gewährleistung der Nachhaltigkeit. Das Ziel der LC-Kostenanalyse ist es, die Gesamtkosten des Gebäudes über den Lebenszyklus unter Berücksichtigung der Planungs- und Baukosten sowie der Betriebs- und Unterhaltskosten einschliesslich notwendiger zyklischer Instandsetzungskosten zu beurteilen. Bei der LC-Kostenanalyse werden verschiedene Lösungsvarianten mit dem gleichen Nutzungsziel nach dem ökonomischen Minimalprinzip miteinander verglichen. Die Lösungsvarianten setzen sich dabei aus den unterschiedlichen Modulen und Teilsystemen der Gebäudehülle, der HKL-Anlage, des elektrischen Teilsystems, der Bauteilaktivierung und der Gebäudesteuerung (evtl. unterschiedlicher Ausbau) zusammen. Das Ziel der LC-NPV-Kostenanalyse ist es, bei gleichem Nutzen die minimalen Lebenszykluskosten aus den verschiedenen Konzeptvarianten zu ermitteln.
232
8
LC-Leistungsbündel – Entscheidungsinstrument LC-Kostenanalyse
8.2 Lösungsansatz für LC-Kostenanalyse Das hier vorgestellte LC-NPV-Modell basiert auf dem Vergleich von alternativen baulichen Lösungen. Als Entscheidungsgrundlage dazu wird x das ökonomische Minimalprinzip bei reiner Ausgabenbetrachtung bzw. das Maximalprinzip bei Ein- und Ausgabenbetrachtung x das dynamische Investitionsparadigma mit Discounted Cash Flow (NPV) angewandt. In diesem LC-NPV-Modell werden: 1. die inhaltlichen und zeitlichen Systembegrenzungen klar definiert 2. die unterschiedlichen Instandsetzungs- und Erneuerungszyklen von Bauteilen und Bauelementen differenziert 3. die Unsicherheiten zukünftiger Zahlungsströme, Ausgaben- / Einnahmenentwicklung sowie Geldwertentwicklung durch probabilistische Ansätze berücksichtigt 4. die Ausgabenentwicklung an die Basiselemente der volkswirtschaftlichen Teuerung (Lohn, Material etc.) gekoppelt 5. die LC-NPV-Analyse mittels Monte-Carlo-Simulation (MCS) durchgeführt. Da die Ausgaben und Einnahmenentwicklung für so lange Zeiträume nur relativ ungenau vorhergesagt werden können, müssen von Experten Annahmen getroffen werden [69]. Diese liegen dann meist in Bandbreiten vor. Zudem werden die Varianten mit den gleichen Annahmen beurteilt. Dadurch erhalten die relativen Aussagen über den Zielerreichungsgrad der Varianten trotzdem eine absolute Reihung. Die LC-NPV-Analyse bzw. LCC Analyse sollte in den in Bild 117 dargestellten Projektphasen durchgeführt werden. Dadurch erhält man eine sich stetig verbessernde Entscheidungsbasis, die mit der wachsenden Informationsverdichtung in den Projektphasen zunimmt. Dabei verringert sich aufgrund der Konkretisierung der sich fortentwickelnden Planung innerhalb der Projektphasen der Unsicherheitsgrad der Baukosten und Nutzungs- / Betriebskosten. Die Unsicherheiten in den Baukosten verringern sich bis zur Ausführung auf eine geringe Streubreite, hingegen verbleibt bei den Betriebskosten eine höhere Unsicherheit aufgrund des langfristigen Prozesszeitraumes (Bild 117). Neben dieser Entwicklung, die von dem Konkretisierungsgrad der Projektziele abhängt, existiert auch noch die direkt zeitabhängige Kostenentwicklung. So muss man bei lang dauernden Projekten den Baupreisindex berücksichtigen [13]. Die Entwicklung beispielsweise der Grundstückskosten ist bei einer LCCA im Allgemeinen zeitunabhängig, da meist die Kosten des Grundstücks zum Zeitpunkt bekannt sind und meist bis zum Inbetriebnahme-Zeitpunkt der baulichen Anlage nur verzinst werden müssen.
8.2
Lösungsansatz für LC-Kostenanalyse
233
Bild 117: LCCA in verschiedenen Projektphasen und deren Genauigkeitsgrad / Vorhersagegrad
Die Systemtheorie definiert das LC-NPV-Modell in der baubetrieblichen Realität durch die: x Umfeldaspekte bezüglich des wirtschaftlichen Vergleichs alternativer baulicher Lösungen sowie des Lebenszyklusverhaltens der Bauteile und Bauelemente bedingt durch Nutzer- und Umwelteinflüsse x Organisationsaspekte bezüglich der Einordnung in die Bauwerksprozessphasen x Funktionsaspekte bezüglich der Nutzung des dynamischen Wirtschaftlichkeitsvergleichs unter Einbezug aller Bewertungsgrössen unter Beachtung der inhaltlichen und zeitlichen Systemgrenzen zur Beurteilung der Alternativen nach den ökonomischen Wirtschaftlichkeitsprinzipien (Minimal- bzw. Maximalprinzip) x Strukturaspekte bezüglich der Gliederung bzw. Untergliederung der Zahlungsströmeelemente, der Einordnung in die Rechnungs- bzw. Finanztheorie (Cashflow oder Vollkostenrechnung) sowie des methodischen Vorgehens der Investitionstheorie x Dynamikaspekte bezüglich der Zuschärfung der Prognosegenauigkeit aufgrund des Informationszuwachses in den Projektphasen, der dynamischen Ansätze zur zeitgleichen Bewertung der Zahlungsströme unter Berücksichtigung der Teuerungs- und Geldwertentwicklung Das systemorientierte LC-NPV-Modell wird formalwissenschaftlich strukturiert durch
234
8
LC-Leistungsbündel – Entscheidungsinstrument LC-Kostenanalyse
x Abgrenzung der Systemzahlungsströme (Ausgaben und Einnahmen) der Planung, des Baus sowie der systembedingten Ausgaben bzw. Einnahmen des Betriebs und der Nutzung [24], [19], [31] x systematische systembedingte Zahlungsstromgliederung in der Planungs- und Bauphase [23], [94] sowie in der Betriebs- und Nutzungsphase [24], [19], [31] mit unterschiedlicher Tiefengliederung je nach Projektphase und Wissensstand x Zahlungsströme mit Ausgaben und Einnahmen sowie der realen oder virtuellen Ankaufsausgaben bzw. Verkaufseinnahmen an der jeweiligen zeitlichen Systemgrenze zur Sicherstellung des Restwertes der Alternativen aufgrund von unterschiedlichen Lebensdauern baulicher Lösungen nach finanz- bzw. rechnungstheoretischen Strukturen x Net-Present-Value-Analyse [85] der systembedingten, systemabgegrenzten Zahlungsströme unter Berücksichtigung des Zeitaspektes bezogen auf einen gemeinsamen Referenzzeitpunkt unter Berücksichtigung der Teuerungs- und Geldwertentwicklung nach der Investitionstheorie x Probabilistische Ansätze für die Zahlungsströme zur Berücksichtigung von Unsicherheiten und deren Auswirkungen auf die Ergebnisse mittels Simulationstheorie
8.3 Systemkonfiguration des LC-NPV-Modells Jedes vergleichende Wirtschaftlichkeitsmodell muss mittels Systemtheorie in seine inhaltlichen und zeitlichen Strukturen und Interaktionen gegliedert werden. Inhaltliche Abgrenzung gliedert sich in: x Methode:Net-Present-Value (NPV) auf der Basis des Cashflows bzw. CashDrains oder Kosten-Barwert (K-BW) auf der Basis der Vollkostenrechnung x Struktur: Ausgaben- bzw. Kostenstrukturgliederung [23], [94], [24] Die NPV- und K-BW-Methode sind gleichwertig. Bei der NPV-Methode werden nur Ausgaben und Einnahmen zum Zeitpunkt ihres Auftretens berücksichtigt [33]. Bei der K-BW-Methode werden nur Kosten und deren kalkulatorische Abschreibungen berücksichtigt [33]. Bei zeitnahen Ausgaben zu den Leistungen sind für Lohn, Material und Fremdleistungen diese identisch mit den Kosten. Jedoch bei Investitionen wird bei der Vollkostenrechnung nicht die Ausgabe berücksichtigt, sondern die Abschreibung und die kalkulatorischen Zinsen des jeweiligen Restabschreibungsbetrages aus der Vorperiode [33]. In diesem Beitrag wird die NPV-Methode auf der Basis von Ausgaben– Einnahmen vorgestellt. Das LC-NPV Modell ist unabhängig von Normen und muss sich an den Hauptausgabengruppen einer Immobilie bzw. Infrastruktur während ihrer Lebensphasen orientieren. Zur Hilfestellung und zum einheitlichen Vorgehen gibt es in vielen
8.3
Systemkonfiguration des LC-NPV-Modells
235
Ländern Kostenstrukturgliederungen für Planung und Bau [23], [94] sowie Nutzung und Betrieb von Gebäuden [24], die weiter gegliedert werden für das Facility Management in Leistungsbeschreibungen [19], [31]. Zudem bieten Arbeitshilfen Hinweise auf die Lebensdauer von Gebäuden und Bauteilen [86]. Die zeitliche Abgrenzung muss für alle untersuchten Varianten gleich sein. Dabei ist es wichtig, den Restwert als Einnahme jeder Variante, bezogen auf das Ende des Betrachtungszeitpunktes, zu bewerten unter Beachtung möglicher unterschiedlicher Lebensdauerkurven der gewählten baulichen Lösungen und Bauelemente (Bild 118). Man muss also das bauliche System am Anfang kaufen und am Ende verkaufen, damit man die Varianten wirklich vergleichen kann, andernfalls bleibt der Wirtschaftlichkeitsvergleich unvollständig, da unterschiedliche Restwerte im Analysezeitraum beim Variantenvergleich aufgrund unterschiedlicher Restlebensdauer nicht berücksichtigt werden. Bild 118 zeigt die wichtigsten qualitativen und zeitlichen Elemente der LC-NPV-Analyse. t0
tB
te Analyse-Periode Lebenszyklus-Instandsetzungs- und Erneuerungskurven
arch. Ausbau
100% Ern.
Ern.
Ern.
TGA
def. Anforderungsniveau (Instandsetzung)
Fassade Erneuerung
tB Planung + Bau
Lebenszyklus der Bauelemente
konstr. Ausbau Tragstruktur
Erneuerung Ende Funktionsfähigkeit (Erneuerungslevel)
Zeit t
Nutzung + Betrieb
ZahlungsStröme:
Lebenszyklus- Cash-Flow für 0 t te Management + Betrieb
periodische Ausgaben
Instandhaltung
Erstellungsausgaben und Verkaufseinnahmen aperiodische Ausgaben für Investition / Erneuerung aperiodische Ausgaben für Instandsetzung periodische Einnahmen
t0
tPl tBau,A tBau,E tB
tB+1
tB+2
tB+3
tB+i
Bild 118: LC-NPV-Modell für Beurteilung alternativer baulicher Lösungen
te
236
8
LC-Leistungsbündel – Entscheidungsinstrument LC-Kostenanalyse
8.4 LC-NPV-ModeII Zur mathematischen Modellierung wird die Net-Present-Value- bzw. KostenBarwertmethode herangezogen. Diese berücksichtigt den Geldzeitwert bzw. Gegenwartswert von Zahlungsströmen z. B. von zwei baulichen Alternativen a und b
^C ` ^C
a,0
; Ca,1 ;!; Ca,n `
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a,k
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; t y,1 ;! ; t y,n
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d te y
`
ay
b
bezogen auf einen Betrachtungszeitpunkt tB unter Beachtung von Teuerung und Verzinsung durch Diskontierung. Dadurch wird sichergestellt, dass die Zahlungen zu einem unterschiedlichen Zeitpunkt wie folgt berücksichtigt werden: „A Dollar today is worth more than a dollar in ten years time“ [83]. Die Zahlungsströme können gemäss Bild 118 wie folgt allgemein in einer Grobgliederung der periodischen und aperiodischen Ein- und Ausgaben definiert werden: CF , t
CF ,t
0
n t 1
AFInvest ,0
Et
n t 1
At
n t 1
^
EtE Et E
EZEj
für t
^Z ` Z ;!Z j
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1
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AtInst ,Q AtInst ,Q
,Q A\Inst für t k
\ ;!\ 0 für t z ^\ `` ^I ` I ;!I 0 für t z ^I ``
^\ k `
m2
1
Inst ,Q t
A
^
AtErn,Q AtErn ,Q
,Q AIErn für t l
AtErn,Q
k
l
1
m3 l
Der Net-Present-Value / Barwert einer baulichen Lösung F bezogen auf den Zeitpunkt t1 (Betrachtungszeitpunkt) ist:
8.5
Ein- und Ausgabenansätze
NPVF ,tB
237
n
AFInvest ¦ CF ,t ,0 t 1
1
1 q
t tB
DasNet-Present-Value-Entscheidungsaxiom nach dem ökonomischen Maximalprinzip bezogen auf die Einnahmen und Ausgaben zwischen m baulichen Lösungen F lautet:
E NPVtBmax
Max NPVF
F m
F 1
mit (1 d F d m)
Bei reiner Ausgabenbetrachtung mehrerer baulicher Lösungen mit gleicher Nutzenstiftung, z. B. gleichen Mieteinnahmen, kann man den Zahlungsstrom bzw. Ausgabenstrom wie folgt definieren: CF ,t
CF ,t
0
n t 1
AFInvest ,0
At
^
n
AtInst ,Q AtInst ,Q
t 1
für t
A\Instj ,Q
\ ;!;\ A
^\ k `
1
^
AtErn ,Q AtErn ,Q für t
^
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0 für t z ^\ k `
,Q AIErn k
I ;! ; I
^Il `
EtRest EtRest
Inst ,Q t
m2
1
m3
EtRest für t e
AtErn ,Q
te EtRe st
`
0 für t z ^Il ` 0 für t z te
`
Daraus kann man das Net-Present-Value-Entscheidungsaxiom nach dem Minimalprinzip bezogen auf die Ausgaben wie folgt definieren: Min NPVF
A NPVtBmin
F m F 1
mit (1 d F d m)
8.5 Ein- und Ausgabenansätze Die Zahlungsströme mit {CF ,t }
^E ; A ; A t
t
Invest
F ,0
; AtInst ,Q ; AtErn ,Q ; EtRestm
`
238
8
LC-Leistungsbündel – Entscheidungsinstrument LC-Kostenanalyse
werden unterteilt in die (Bild 119): x Konzeptions-, Planungs- und Bauzahlungsströme x Nutzungs-, Betriebs-‚ Unterhalts- und Instandsetzungs- sowie Erneuerungszahlungsströme x Restwert (Verkaufserlös) am Ende des Betrachtungszeitraumes Die Zahlungsströme der Konzept-, Planungs- und Bauphase können nach DIN 276 [23] und SN 506 502 [94] in verschiedene Detaillierungsstufen gegliedert werden. Im Folgenden werden nur die Hauptgruppen für eine Lösungsvariante F dargestellt: Grundstücksausgaben: AFGr,t
AtGr 0
für t
t0
Planungs- und Beratungsausgaben: AFPl,t
A
Mgt t
für t
AtVorb AtHOAI AtBerater AtGen AtFin Pl t Pl
mit (t0
0 d tPl d t
Beginn Bau
F
F
)
Baurealisierungsausgaben: AFBau ,t
A
Gr Vorb t
für t
AtRoh AtTech AtAusbau , ext AtAusbau ,int
tBau
mit t
Beginn Bau
d tBau d t
Ende Bau
Somit gilt AFInvest ,0
AFGr,0 AFPl,0 AFBau ,0
Die Zahlungsströme in der Nutzungs- und Betriebsphase können nach DIN 18960 [24] gegliedert werden. Die Feingliederung kann gemäss DIN 32736 [19] und GEFMA 200 [31] detailliert werden. Im Folgenden werden nur die Hauptgruppen für eine Lösungsvariante F dargestellt: Periodische Ausgaben:
8.5
Ein- und Ausgabenansätze
AFNutz ,t
Unterh Mgt AFObj AFBetr ,t , t AF , t
AFBetr ,t
Wart Vers Ent AFBedien AFInsp AFRe,t in AFSicher ,t , t AF ,t AF ,t ,t
AFUnterh ,t
239
U U U AFRoh AFTech AFAusbau ,t ,t ,t
für tB d t d te
Anmerkung: Es wurden keine periodischen Ausgaben für Zinsen angesetzt, da es sich hier um eine reine Ausgabenbetrachtung handelt, bei der die Planungs- und Erstellungsausgaben bereits berücksichtigt wurden. Aperiodische Ausgaben: ,Q AFInst ,t
Pl ,Q Bau ,Q AFInst AFInst ,t ,t
,Q AFErn ,t
Pl ,Q Bau ,Q AFErn AFErn ,t ,t
Periodische Einnahmen: EFNutz ,t
EFMiete ,t
Aperiodische Einnahmen / Endwert am Ende der Betrachtungszeit (Restwert): EFE,t
EFRest , te
240
8
LC-Leistungsbündel – Entscheidungsinstrument LC-Kostenanalyse
Bild 119: LC-NPV-Zahlungsströme
Der Net-Present-Value der baulichen Lösung F über den Betrachtungszeitraum t = n bezogen auf den Betrachtungszeitpunkt t1 (Bild 119) beträgt:
8.6
Diskontierung und Teuerungsindex n
NPVF ,tB
1
¦ (1 q)
t tB
( t tB )
EFMiete ,t
241
1 EFRe,test (1 q )( te tB )
t t Beginn ° ( B Bau ) ( t B t0 ) ( tB t Pl ) Pl Bau 2 ® AtGr q A q A q (1 ) (1 ) (1 ) F ,t F ,t 0 °¯ n n 1 1 Unterh Mgt ¦ AFBetr ¦ AFObj ,t , t AF , t (t tB ) (1 ) (1 ) ( t tB ) q q t tB t tB
ª m2 Inst ,Q Inst ,Q « ¦ AF ,t AF ,t ¬j 1
^
für t z ^\ k ` für t
,Q AFInst für t ,\ k m3
` ¦^ A
Ern ,Q
F ,t
,Q AFErn ,t
j 1
\ ,\
^\ k `
1
2
,Q ,...\ m 2 AFInst ,t
0
,Q AFErn ,Il
^Il ` Z1 , Z2 ,...Zm3 AFErn,t ,Q
º 0 für t z ^Il ` » ¼
`
½° ¾ °¿
Jedes Bauelement v kann gemäß DIN 18960 [24] weiter untergliedert werden in Unterelemente u und deren Lebenszykluskurven, wie z. B. Ausbau:(Q u ) = (Ausbau-Fussboden; Ausbau-Türen; Ausbau-Putz, …)
8.6 Diskontierung und Teuerungsindex Bei der Ermittlung des Net-Present-Values bzw. Barwerts muss zwischen Diskontierungssatz und Teuerungsindizes unterschieden werden. Im Regelfall sind nur die heutigen Preise sowie Ausgaben für Löhne, Materialien etc. bekannt. Deswegen müssen die heutigen Preise und Ausgaben für Leistungen bzw. Kosten entsprechend den zu erwartenden Preis-, Lohn-‚ Material- bzw. Produktsteigerungen hochgezinst werden. Die Ausgaben und Einnahmen werden auf den heutigen Geldwert auf der Basis der Geldwertentwicklung abgezinst (Bild 120).
Bild 120: Kosten- und Geldwertentwicklungsszenarien
242
8
LC-Leistungsbündel – Entscheidungsinstrument LC-Kostenanalyse
Die Geldwertentwicklung bzw. der Realzins und damit auch der Diskontierungssatz setzt sich aus dem x Nominalzins x Risikosatz zusammen. Der Realzins bzw. Diskontierungssatz ergibt sich zu: x Nominalzinsfaktor: NF = (1 + p) x Risikofaktor: RF = (1 + r) x Diskontierungssatz: DF = NF*RF DF = (1 ÷ p)(l + r) mit r*p << ^r ; p ` DF = (1 + r + p) — (1 + q) x Für n Jahre ergibt sich der Diskontierungszinssatz zu: DF“= (1 ÷r÷p)“= (1 ÷q)“ Die Kosten-, Ausgaben- bzw. Marktpreisentwicklung ergibt sich aus der allgemeinen Inflation (Warenkorbpreissteigerung) oder differenziert nach Ausgabenbzw. Kostenarten und wird durch die Hauptteuerungspreisindizes ausgedrückt: ª LI º « MI » « » ( AI )= « MietI » « » « EnergI » « etc. » ¬ ¼
-Lohnindex -Materialindex -Mietindex -Energieindex etc.
Diese können weiter differenziert werden P l , z. B. die Löhne, in: x Mg-LT – Management- / Ingenieur – Lohnsteigerungsindex x Fa-LT – Facharbeiterlohnsteigerungsindex x Hi-LI – Hilfsarbeiterlohnsteigerungsindex Weitere Preissteigerungsprognosen für Material und Instandsetzung sowie Erneuerung können auf der Basis vergangenheitsbezogener Statistiken der Fachverbände und der statistischen Ämter entwickelt werden. Die Prognoserechnung für die Ausgabensteigerungen ist nicht Gegenstand dieses Beitrags; hierzu wird auf SACHS [88] verwiesen. Somit können die Ausgaben der Zukunft auf den heutigen Preisen AFi ,0 zum Zeitpunkt t0 aufgebaut werden durch Hochzinsung auf den jeweiligen Ausgabenzeitpunkt t:
8.6
Diskontierung und Teuerungsindex
A A i
i
F ,t
F ,0
1 P I
t tB
243
Zudem kann man die einzelnen Ausgaben durch ihre ein bis zwei wichtigsten Preis-Ausgabenindizes ausdrücken, z. B.:
A i
f LI , MI ,....
F ,t
BPR I , TGA I ,...
Die Ausgaben können durch die meist bekannten Basisausgaben (Löhne, Materialien, etc.) ausgedrückt werden. Dies erfolgt durch die jeweiligen Anteilsfaktoren der zwei bis maximal drei Hauptkosten- bzw. Hauptausgabenarten (ParetoPrinzip): AFi ,t
f D1Mg L ; D 2Fa L ; D 3Hi L ; E1BM ; E 2EM ; E 3Energ , J 1BPR , J 2TGA
F ,i ,t
Damit kann man die Ausgaben zum Zeitpunkt t aufbauend auf den heutigen Preisen durch die Basiskostensteigerungen wie folgt ausdrücken: AFi ,t
D1,Mgi L * AFi ,0 (1 Mg LI )t t D 2,Fai L * AFi ,0 (1 Fa LI )t t B
B
t tB i D 3,Hii L * AFi ,0 (1 Hi LI )t tB E1,BM i * AF ,0 (1 BM I )
E 2,EMi * AFi ,0 (1 EM I )t tB E 3,Energ * AFi ,0 (1 Energ I )t tB i t tB t tB i i J 1,BPR J 2TGA i * AF ,0 (1 BPR I ) , i * AF ,0 (1 TGA I )
mit : 1
¦D ¦ E ¦ J j
k
l
Analog für die Einnahmen: EFMiet ,t
t tB EFMiet ,0 (1 Miet I )
EFRest ,t
n tB EFRest ,0 (1 Imo I )
In Vektorschreibweise:
EFMiet ,t
§ § ·· ¨ AFi ,0 * ¨ ¦ D Pj ,i (1 P I )(t tB ) ¦ E kP,i (1 P I )(t tB ) ¦ J lP,i (1 P I )( t tB ) ¸ ¸ ¨ k l © j ¹ ¸¹ © ( t tB ) EFMiet ,0 * (1 Miet I )
EFRest ,t
( t tB ) EFRest ,0 * (1 Imo I )
AFi ,t
244
8
LC-Leistungsbündel – Entscheidungsinstrument LC-Kostenanalyse
8.7 Probabilistischer Lebenszyklusansatz Die Ausgaben und Einnahmen sowie Teuerungs- und Diskontierungsansätze werden nur in Bandbreiten prognostizierbar sein zum Zeitpunkt t0. Daher ist die LCNPV-Prognose besonders geeignet für eine stochastische Berechnung bzw. für eine Simulationsrechnung z. B. mittels Monte-Carlo-Simulation. Mit Unterstützung der Monte-Carlo-Simulation lassen sich die möglichen Varianten und Kombinationen von Ereignissen betrachten. Im Regelfall treten bei Ausgaben und Einnahmen sowie bei Teuerungs- und Diskontierungsansätzen weder nur die maximalen noch die minimalen Werte auf, jedoch die Ausgaben und Einnahmen treten immer auf (jährlich / einmalig). Solche Simulationen mit Bandbreiten der Eingabewerte werden mit der Monte-Carlo-Simulation (MCS) durchgeführt [41]. Bei der Monte-Carlo-Simulation (MCS) handelt es sich um ein Verfahren zur numerischen Lösung mathematischer Problemstellungen durch die Verwendung von Zufallszahlen, mit denen Zufallsereignisse bzw. die Ausprägungen von Ereignissen erzeugt werden [70]. Sie wird überwiegend dort eingesetzt, wo analytische Methoden versagen, z. B. zur Nachbildung einer nicht vorhandenen empirischen Datenbasis. Ihr Hauptanwendungsgebiet liegt dort, wo ein quantitativ formuliertes Entscheidungsproblem vorliegt, bei dem die Werte der Einflussgrössen – zumindest teilweise – nicht exakt bekannt, sondern nur schätzbar sind, bzw. bei denen die Kombination der Ereignisse im jeweiligen Szenario bekannt bzw. nicht bekannt ist und die Ausprägung der jeweiligen Ereignisse z. B. in einem Intervall zwar bekannt ist, aber nicht die genaue Höhe der Ausprägung im betrachteten Ereignis. Ferner müssen Zielgrössen, Zielgrössenfunktionen und die Verknüpfungsfunktion bzw. Verknüpfungsoperatoren vorgegeben sein, an denen man die Auswirkungen von möglichen Entscheidungen beurteilen kann (z. B. Gewinn, Return on Investment, Risikokosten, Barwert). Die Nachbildung einer empirischen Datenbasis erfordert eine grosse Anzahl von Zufallsereignissen. Ziel der MCS ist deshalb die Durchführung einer grossen Anzahl von Simulationsdurchläufen, wobei jeder Simulationsdurchlauf einer Kombination möglicher Zufallsereignisse entspricht. Es werden somit nicht alle möglichen Szenarien, was zu einer unendlichen Anzahl führen würde, sondern eine gewünschte, festgelegte Anzahl von Szenarien (z. B. 10‘000) mit Zufallsereignissen abgebildet. Für eine solche Simulation bzw. stochastische Berechnung müssen die Ansätze für die x Ausgaben / Einnahmen x Teuerungsfaktoren x Realzins / Diskontierung in probabilistischen Bandbreiten ermittelt werden, z. B. aus Erfahrungswerten bzw. Datenbanken.
8.7
Probabilistischer Lebenszyklusansatz
245
Ausgaben und Einnahmen:
A A E E i
i
F ,0
F ,0,min
Miete
Miete
F ,0
F ,0,min
E E Rest
Rest
F ,0
F ,0,min
AFi ,0, EW AFi ,0,max
Miete EFMiete ,0, EW EF ,0,max
Rest EFRest ,0, EW EF ,0,max
Teuerungsfaktoren:
P I P I min , P I EW , P I max Diskontierungssatz:
q qmin , qEW , qmax Diese Einflussgrössen, die nur in Bandbreiten vorliegen, werden mangels genauer bzw. statistisch abgesicherter Ist-Daten mittels probabilistischer x Dreieckdichtefunktion bzw. x Beta PERT-Dichtefunktion artikuliert bezüglich der Auftretensausprägung. Für eine Dreiecks- oder Beta PERT-Dichtefunktion gilt:
246
8
f E f E f AFi ,0
LC-Leistungsbündel – Entscheidungsinstrument LC-Kostenanalyse
Dreieck AFi ,0,min , AFi ,0, EW , AFi ,0,max
Dreieck E
Miete F ,0
Dreieck E
Rest F ,0
Miete F ,0,min
Rest F ,0,min
,E
,E
Miete F ,0, EW
Rest F ,0, EW
,E
,E
Miete F ,0,max
Rest F ,0,max
bzw.
f E f E f AFi ,0
BetaPERT AFi ,0,min , AFi ,0, EW , AFi ,0,max
BetaPERT E
Miete F ,0
BetaPERT E
Rest F ,0
Miete F ,0,min
Rest F ,0,min
,E
,E
Miete F ,0, EW
Rest F ,0, EW
,E
,E
Miete F ,0,max
Rest F ,0,max
mit : AFi ,0,min d AFi ,0, EW d AFi ,0,max Miete Miete EFMiete ,0,min d EF ,0, EW d EF ,0,max Rest Rest EFRest ,0,min d EF ,0, EW d EF ,0,max
und den normierten Dichtefunktionen (A=1):
f E : f E :
Dichtefunktion von AFi ,0
f AFi ,0 : Miete
Dichtefunktion von EFMiete ,0
F ,0
Dichtefunktion von EFRest ,0
Rest
F ,0
Die dazugehörige Verteilungsfunktion:
i
Miete F ,0
Rest F ,0
F AF ,0 F E
F E
AFi ,0,max
AFi ,0,min
f AFi ,0 dAFi ,0
³
EFMiete ,0 ,max
EFRest ,0 ,max
³
f EFMiete dEFMiete ,0 ,0
³
EFMiete ,0,min
f EFRe,0st dEFRest ,0
st EFRe,0,min
Die Berechnung der Erwartungswerte für Ausgaben und Einnahmen wird aus der Gleichgewichtsbetrachtung der Dichtefunktion um den Nullpunkt wie folgt ermittelt: Normierter Flächeninhalt der Dichtefunktion: AFi ,0,max
A i
³
AF ,0,min
f AFi ,0 dAFi ,0
1
8.7
Probabilistischer Lebenszyklusansatz
247
Für die Dichtefunktion ergibt sich der Erwartungswert der Ausgabe i: AFi ,0,max i
AF ,0, EW
³
AFi ,0 * f AFi ,0 d AFi ,0
AFi ,0,min
Die Varianz der Ausgabe i: AFi ,0,max 2 AFi ,0
V
³ AF i
i
,0
AFi ,0, EW
2
* f AFi ,0 d AFi ,0
AF ,0 ,min
Die Standardabweichung der Ausgabe i beträgt:
VA
i
F ,0
V A2
i
F ,0
mit i
Gr;Pl;Bau
aperio.
Obj-Mgt;Betr;Unterh
perio.
Inst;Ern
aperio.
Analog wird der Erwartungswert für die Einnahmen Miete und Restwert gebildet: EFMiete ,0,max
E
Miete F ,0, EW
³
EFMiete ,0,min
st EFRe,0,max
E
Re st F ,0, EW
³
Miete EFMiete dEFMiete ,0 * f EF ,0 ,0
EFRe,0st * f EFRe,0st dEFRe,0st
EFRe,0st,min
Analog die Varianz und die Standardabweichung für Miete und Restwert: Die Varianz: EFMiete ,0,max
V
2 EFMiete ,0
³ EF
Miete ,0
EFMiete ,0, EW
EFMiete ,0,min
st EFRe,0,max
V
2 EFRe,0st
³ EF
Re st ,0
ste EFRe,0,min
EFRe,0,stEW
2
2
* f EFMiete dEFMiete ,0 ,0
* f EFRe,0st dEFRe,0st
Die Standardabweichung beträgt:
248
8
VE
F ,0
VE
F ,0
V E2
Miete
V E2
Re st
LC-Leistungsbündel – Entscheidungsinstrument LC-Kostenanalyse
Miete
F ,0
Re st
F ,0
Die Simulation mittels Monte-Carlo-Simulation bildet einzelne Szenarien in jedem Rechenablauf ab. In jedem Rechenablauf bzw. gebildeten Szenarium werden für alle Ausgaben und Einnahmen sowie für die dazugehörigen Teuerungsindizes und für den Diskontierungssatz je eine Zufallszahl generiert:
Z ^Z X H ,F
G
AFi ,0
; Z E Miete ; Z E Rest ; Z P I0 ; Z q0 F ,0
F ,0
`
mit 0 d Z X H ,F ,G d 1
G
Diese Zufallszahlen bestimmen aus der jeweiligen Verteilungsfunktion der Einflussgrössen bzw. Zielgrösse einen generativen Wert für jeden der beteiligten Terme in der jeweiligen Simulation G :
X H ,F
G
A
i
F ,0
Rest ; EFMiete ,0 ; E F ,0 ; P I ; q
G
^ ` je eine Zufalls-
In jedem Simulationslauf G wird für jede Einflussgrösse X H ,F
G
^Z ` generiert. Die mit Hilfe eines Zufallszahlengenerators ermittelten Zufallszahlen ^Z ` liegen im Intervall 0 d Z d 1 .
zahl
X H , F ,G
X H , F ,G
X H , F ,G
Dies entspricht dem Wert der Verteilungsfunktion F X H ,F ,G
der jeweiligen
^ `
Einflussgrösse X H ,F ,G .
^ ` über eine Zufallszahl ^Z ` erfolgt
Die Auswahl der Einflussgrösse X H ,F ,G
anhand der Umkehrfunktion G F X H ,F ,G
X H , F ,G
^ X ` (Bild 121). H , F ,G
Somit gilt für die Verteilungsfunktion (Bild 121): ZX
H , F ,G
F X H ,F ,G
Für die Umkehrfunktion (Bild 121):
8.7
Probabilistischer Lebenszyklusansatz
G F X H ,F ,G ZX
H , F ,G
^Z
^X ` R 0 d Z d 1 `
G ZX
X H , F ,G
H , F ,G
H , F ,G
X H , F ,G
Dichtefunktion f
X
, ,
249
Verteilungsfunktion
relative Häufigkeit [ 10-6]
F X
5
Umkehrfunktion Auswahl von X , Zufallszahl ZX ZX , ,
, ,
1.0
1.0
0.9
0.9
0.8
4
2
1
0
ZX
, ,
0.6
0.5
0.5
0.4
0.4
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
Xj;k [€]
X
0
,
über die = 0.7
= 0.7
0.6
X
0
, ,
G F X,
, ,
, , , max
, ,
= 600'000
= 330'000
= 250'000
= 150'000
= 250'000
= 150'000
= 600'000
, , , wahr
, , , min
, , , max
, , , wahr
= 600'000
= 250'000
= 150'000
, , , min
, , , max
, , , wahr
, , , min
G ZX
X
X
X
X
[€]
X
X
X
X
X
X
X, [€]
, ,
0.8
0.7 3
,
Bild 121: Einflussgrössen – (Ausgaben / Einnahmen / Teuerung / Diskontierung)
Somit ergeben sich die Einflussgrössen im Simulationslauf G wie folgt: Ausgaben: AFi ,0,G
^
AFi ,0 AFi ,0
G Z Ai
F ,0,G
^Z
mit Z Ai
F ,0
AFi ,0
R
``
0 d Z Ai d 1 F ,0
G
Einnahmen: EFMiete ,0,G EFRest ,0,G
^ ^
EFMiete EFMiete ,0 ,0 Rest EFRest ,0 EF ,0
G Z E Miete F ,0
G Z E Rest F ,0
^Z ^Z
mit Z E Miete F ,0
mit Z E Rest
EFMiete ,0
EFRest ,0
F ,0
R R
F ,0
F ,0
^P I P I
G ZPI
mit Z P I
^Z
PI
R
``
0 d ZPI d 1
G
G
``
0 d Z E Rest d 1
Teuerungsindizes:
P IG
``
0 d Z E Miete d 1
G
, ,
,
250
8
LC-Leistungsbündel – Entscheidungsinstrument LC-Kostenanalyse
Diskontierung:
^q q
qG
G Zq
^Z
mit Z q
q
R
``
0 d Zq d 1
G
Die Zahlungsströme CF ,0 ergeben sich aus: CF , t
CF ,0 1 P I
t-t B
Das heisst, CF ,0 enthält die gleichen Terme wie CF ,t , jedoch bezogen auf den heutigen Zeitwert t0. Net-Present-Value im Simulationslauf G (Bild 122):
NPVF ,tB ,G
T
C F ,0
G
ª§ 1 P IG
«¨ «© 1 qG ¬
· ¸ ¹
º t-t B
» » ¼
Dichtefunktion des Net-Present-Values (Bild 122):
f NPVF ,tB ,G
f NPVF ,tB , EW ; V F2 ,tB
G df
Verteilungsfunktion des Net-Present-Values:
F NPVF ,tB ,G
NPVF ,tB ,max
³
f NPVF ,tB , EW ; V F ,tB 2 dNPVF ,tB
NPVF ,tB ,min
G df
Die Ermittlung des NPV-Erwartungswertes, der Varianz sowie der Standardabweichungen erfolgt mittels des zentralen Grenzwertsatzes der Stochastik. Der Erwartungswert NPVF der baulichen Lösung ergibt sich aus (Bild 122): NPVF ,t ,max
NPVF ,tB , EW
³
NPVF ,t ,min
NPVF ,tB f NPVF ,tB dNPVF ,tB
8.7
Probabilistischer Lebenszyklusansatz
251
Bild 122: Dichte- und Verteilungsfunktion des NPVF der baulichen Lösung F
Bild 123: NPV-Wahrscheinlichkeitskurve der baulichen Lösung
Das Net-Present-Value-Entscheidungsaxiom nach dem ökonomischen Maximalprinzip bildet auch bei der probabilistischen LC-NPV-Analyse die Basis für die Wahl der wirtschaftlichsten baulichen Alternative aus dem Spektrum der Alternativen 1 d F d m . E NPVtBmax
Max NPVF ,tB
F m F 1
Die Verteilungskurve F NPV ergibt für F NPVF 1 den höchsten Wert für NPVF und für F NPVF
0 den niedrigsten. Aus heuristischer Überlegung
252
8
LC-Leistungsbündel – Entscheidungsinstrument LC-Kostenanalyse
folgt, dass der kleinste NPVF (Gewinn) mit höchster Wahrscheinlichkeit PW
1
sicher nach den Annahmen erreicht wird und der höchste NPVF mit der kleinsten Wahrscheinlichkeit PW
0 . Daher wird die Verteilungskurve in die Wahrschein-
lichkeitsverteilung W NPV transferiert durch Transformation und Spiegelung (Bild 123). Bei der probabilistischen Betrachtung der Entscheidung für die bauliche Variante steht nicht nur eine Entscheidungsgrösse NPVF ,EW zur Verfügung, sondern die Varianz / Streubreite sowie die gesamte Verteilung möglicher Ergebnisse aufgrund der Varianz der Eingangsgrössen (Bild 124). Aus Bild 124 erkennt man, dass der NPVF ,EW -Erwartungswert auch hier den Schlüsselwert / Keyparameter darstellt. Aus Bild 124 kann man ablesen: NPV2, EW ! NPV1, EW NPV1,EW : wird bei Alternative Ȥ=1 mit PW =50% Sicherheit erreicht, wird bei Alternative Ȥ=2 mit PW =80% Sicherheit erreicht NPV1,5% : wird bei Alternative Ȥ=1 nur noch mit einer Sicherheit von PW =5% erreicht, wird bei Alternative Ȥ=2 jedoch mit einer Sicherheit von PW =60% erreicht
Aufgrund dieser probabilistischen Ergebnisse können Entscheidungen auf unsicheren Eingangsgrössen „sicherer“ gefällt werden, da man die Auswirkungen von Änderungen auf das Ergebnis mit den Wahrscheinlichkeiten interpretieren kann.
8.7
Probabilistischer Lebenszyklusansatz
253
f NPVF
V NPV
NPV1
NPV2
1
V NPV 2
NPV1, EW NPV2, EW
NPVF
F NPVF
NPV2 NPV1
NPV1, EW
NPV2, EW
NPVF
W NPVF
NPVF NPV2,min
NPV1,min
NPV1, EW
NPV1,max
NPV2,max
NPV2,EW
Bild 124: NPV-Dichte-, Verteilungs- und Wahrscheinlichkeitsfunktion für zwei alternative bauliche Lösungen
254
8
LC-Leistungsbündel – Entscheidungsinstrument LC-Kostenanalyse
8.8 Ergebnisqualität Das vorgestellte LC-NPV-Modell berücksichtigt bei der Berechnung des NPV die monetarisierbaren Lebenszyklus-Umlaufvermögensänderungen sowie die damit verbundenen Unsicherheiten, die jeder Prognoserechnung zugrunde liegen. Ferner erfolgt mit diesem LC-NPV-Modell eine klare inhaltliche und zeitliche Systemabgrenzung unter Berücksichtigung des Markt- bzw. Restwertes bzw. des Verkaufserlöses jeder der betrachteten baulichen Lösungen. Somit wird sichergestellt, dass nicht nur eine Renditebetrachtung erfolgt, sondern die Werterhaltung gleichzeitig mit einbezogen und monetär bewertet wird. Zudem werden die Lebensdauerkurven verschiedener Bauteile, technischer Einrichtungen und Materialien mathematisch finanziell berücksichtigt. Mit diesem LC-NPV-Modell als Hilfsinstrument zur Entscheidungsfindung können Entscheidungen begründeter und sicherer gefällt werden. Wie bei jeder Prognoserechnung entscheiden die Input-Daten über die Qualität des Ergebnisses. Im Rahmen des Facility Managements müssen diese Daten differenziert erfasst und bauteil- und materialspezifisch zugeordnet werden. Die vorhandenen DIN-Normen und GEFMA-Unterlagen bieten dazu gute Strukturierungsgrundlagen für die Datenerfassung.
8.9 Formelzeichenverzeichnis a/b :
Index für bauliche Alternative a bzw. b
A: A NPV :
Ausgaben
At
n t 1
:
ausgabenbezogener Net-Present-Value periodische Ausgaben über die Laufzeit t=1 bis t=n
Kostenarten i:
Ausbau,ext :Aussenanlagen (Gelände- und Verkehrsflächen, Baukonstruktionen und technische Anlagen ausserhalb des Bauwerks)
Ausbau,int : interner Ausbau (Ausstattung)
Ausbau U :Unterhalt des internen und externen Ausbaus Baurealisierung Bau : Bedien : Berater : Betr : Ern :
Bedienung der technischen Anlagen Gutachten und beratende Leistungen Betriebsausgaben (durch den bestimmungsgemässen Gebrauch des Gebäudes, der Anlagen, Einrichtungen und des Grundstücks laufend entstehende Ausgaben) Erneuerung
8.9
Formelzeichenverzeichnis
Fin Pl : Gen : Gr :
255
Finanzierungs-Planung Prüfungen, Genehmigungen, Abnahmen Erwerb des Grundstückes
Gr Vorb : vorbereitende Massnahmen zur Bebauung des Grundstückes Bearbeitung der in der HOAI beschriebenen Leistungen HOAI : Inspektion der Baukonstruktion und der technischen Anlagen Insp : Inst : Mgt :
Instandsetzung
Nutz :
Nutzung
Management
Obj Mgt : Fremd- und Eigenleistungen der zur Verwaltung erforderlichen Arbeitskräfte und Einrichtungen
Pl : Re in :
Planung und Beratung
Roh :
Erstellung des Bauwerks – Rohbau
Roh U :
baulicher Unterhalt (Baukonstruktion)
Sicher :
Kontroll- und Sicherheitsdienste
Tech :
technische Anlagen oder Anlagenteile
Tech U :
betrieblicher Unterhalt (technische Anlagen)
Reinigung und Pflege
Unterhalt Unterh : Vers Ent : Ver- und Entsorgung
Vorb :
Vorbereitung der Objektplanung
Wart :
Wartung der Baukonstruktion und der technischen Anlagen
A :
Vektor der Ausgaben
BM :
Baumaterial
BPR / BPR I :Baupreise – Rohbau / Baupreisindex – Rohbau Saldo der Zahlungsströme der baulichen Alternative a bzw. b
C y ,k : CF , t
n t 1
:
Zahlungsströme einer baulichen Lösung F über die Laufzeit t = 1 bis t = n
C :
Vektor der Zahlungsströme
DF :
Diskontierungsfaktor zur Verzinsung bzw. Diskontierung unter Berücksichtigung des Nominalzinses und des Risikosatzes
E: E NPV :
Einnahmen einnahmenbezogener Net-Present-Value
256
Et
8
n t 1
:
LC-Leistungsbündel – Entscheidungsinstrument LC-Kostenanalyse
periodische Einnahmen über die Laufzeit t = 1 bis t = n
Et E :
Einnahmen einmaliger Ereignisse im Jahr t
EFMiete : ,t
Einnahmen aus Miete der baulichen Lösung F im Jahr t
EFNutz ,t :
Einnahmen aus Nutzung der baulichen Lösung F im Jahr t
EFRest ,0 :
Einnahmen aus Verkauf (Restwert) der baulichen Lösung F im Jahr t = 0
EM : Energ :
Elektro-Mechanik-Material / Geräte
EW :
erwarteter Wert
E :
Vektor der Einnahmen
Fa L :
Facharbeiterlohn
f x :
Dichtefunktion von x
F x :
Verteilungsfunktion von x
G x :
Umkehrfunktion von x
Hi L : i:
Hilfsarbeiterlohn
Energie (Wärme / Licht / elektrischer Strom)
Index der Hauptausgabengruppen (Nutzung, Planung, Bau, Betrieb, Instandsetzung, Erneuerung)
Imo I : j:
Immobilienindex
k:
Laufindex
l: LI :
Laufindex
Laufindex
Lohnindizes (Mg-LI; Fa-LI; Hi-LI)
(m1 / m2 / m3 ) : Anzahl der einmaligen Ereignisse / durchgeführten Instandhaltungen / durchgeführten Erneuerungen
MI : Miet I :
Materialindex (BM-I; EM-I; Energ-I)
min/ max : Mg L :
kleinster / grösster Wert
n: NF : NPV : p:
Mietindex
Managementlohn letztes Jahr des Betrachtungszeitraumes Nominalzinsfaktor zum Auf- bzw. Abzinsen Net-Present-Value Nominalzinssatz
q:
Diskontierungszinssatz
r:
Risikosatz
8.9
Formelzeichenverzeichnis
257
RF : t:
Laufzeitindex
tB :
Referenz- / Bezugszeitpunkt der Betrachtung
t 0 / te :
Zeitpunkt zu Beginn / Ende der Analysephase
tBau :
Zeitpunkt des Anfalls der Baurealisierungsausgaben
Beginn Ende tBau / tBau :
Zeitpunkt zu Beginn / Ende der Baurealisierung
tPl :
Zeitpunkt zu Beginn der Planungs- und Beratungsarbeiten
TGA I :
Baupreisindex – Technische Gebäudeausrüstung
XH :
Einflussgrösse der Zahlungsströme, Teuerung und Diskontierung
Risikofaktor, mit dem das Kapital abgezinst bzw. aufgezinst werden muss
y:
Index der baulichen Alternative a bzw. b
Zx :
Zufallszahl für x
D, E ,J :
spezifische Anteilsfaktoren der Hauptausgabengruppen i
G: H:
Index für den Simulationslauf Index für die versch. Ausgaben, Einnahmen, Teuerungsindizes und Diskoni
Miete
Rest
tierungssatz ( AF ,0 , EF ,0 , EF ,0 , P I 0 , q0 )
PI :
Teuerungsindex für die verschiedenen Ausgabenkategorien ( P =Mg-L, Fa-L, Hi-L, BM, EM, Energ, BPR, TGA )
Q:
Index der Bauelemente (Tragstruktur, TGA, Fassade / Fahrbahn, Ausbau, etc.)
Vx :
Standardabweichung von x
V x2 :
Varianz von x
F:
Index für die alternative bauliche Lösung
Zj :
Zeitpunkt (Jahr) der Einnahmen des einmaligen Ereignisses j
\k :
Zeitpunkt (Jahr) der aperiodischen Ausgaben für Instandhaltung k
Il :
Zeitpunkt (Jahr) der aperiodischen Ausgaben für Erneuerung l
9
Fazit
Das Gestaltungs- und Entwicklungskonzept für systemgeschäftliche LCLeistungsangebote mit seinen Modulen und Teilsystemen sowie möglichen integrierten LC-Leistungsbündeln ist in Bild 125 dargestellt. Als fundiertes Entscheidungsinstrument zur Bewertung und Auswahl eines systemgeschäftlichen LCLeistungsangebots auf Grundlage der Lebenszykluskosten der alternativen baulichen Lösungen der Leistungsanbieter wurde abschliessend das risikobasierte probabilistische LC-NPV-Modell von GIRMSCHEID [34] vorgestellt. Kostentreiber Mittels eines Literaturstudiums wurden die Lebenszykluskosten von Gebäuden analysiert. Als Ergebnis des Literaturstudiums konnte gezeigt werden, dass die initialen Investitionskosten nur auf den ersten Blick den grössten Kostenblock im Lebenszyklus eines Gebäudes darstellen. Bei der Lebenszykluskostenanalyse von Gebäuden zeigt sich zumindest qualitativ, dass die Nutzungskosten eines Gebäudes die initialen Investitionskosten schnell um ein Vielfaches übersteigen. Diese Lebenszykluskosten und besonders die Betriebs- und Unterhaltskosten der Nutzung basieren auf retrospektiv betrachteten Kosten für fossile Energieträger. In Zukunft, d. h. in den nächsten 30 Jahren ist mit einer exponentiellen Verteuerung der fossilen Energieträger zu rechnen. Die wichtigsten Gründe hierfür sind:
x exponentielles Wachstum der Erdbevölkerung auf ca. 10 Mrd. Menschen im Jahr 2050 x exponentieller Anstieg der Nachfrage u. a. nach fossilen Energieträgern durch das Bevölkerungswachstum und das Streben nach mehr Wohlstand in den sich entwickelnden Ländern x Rückgang der wirtschaftlich erschliessbaren Vorkommen an fossilen Energieträgern x Spekulationskosten der knapper werdenden Rohstoffe Dadurch werden alle von fossilen Energieträgern abhängigen Material- und Betriebsstoffpreise exponentiell ansteigen. Die heutigen Investitions- und Betriebskostenverhältnisse, die auf einer retrospektiver Kostenbasis aufbauen, werden bei weiterer Verwendung heutiger Konstruktionen und Betriebsmittel zu einer weiteren Verteuerung der Energiekosten des Gebäudeparks führen. Das bedeutet, dass in der Zukunft die Nutzungskosten als Kostentreiber exponentiell steigen werden, wenn der Gebäudepark nicht unabhängig bzw. unabhängiger von fossilen Energieträgern gemacht wird.
260
9
Fazit
Bild 125: Entwicklungsprozess des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots als „value proposition“ eines kooperativen Geschäftsmodells für Lebenszyklusleistungsangebote
Gebäude, die heute gebaut werden, fixieren die Betriebs- und Unterhaltskosten von morgen. Die betriebswirtschaftlichen Kostentreiber von morgen werden durch
261
die Kosten fossiler Energieträger stimuliert. Wenn heute nicht zielstrebig der Paradigmawechsel angegangen wird, den Gebäudepark von fossilen Energieträgern unabhängig zu machen, dann wird das volkswirtschaftliche Einkommen in 30 Jahren von den Energiekosten der fossilen Energieträger aufgezehrt. In der Schweiz werden heute ca. 50 % der fossilen Energieträger im Gebäudepark (im Jahr 2008 ca. 44 % für Heizung und 6 % für Warmwasser) verbraucht. In Deutschland sind die Verhältnisse ähnlich. Es muss damit begonnen werden, nach innovativen Lösungen zu suchen, die die wichtigen energetischen Teilsysteme und Module eines Gebäudes (Bauteilaktivierung, HKL-System, regenerative Energienutzung, passive Gebäudehülle, Elektroversorgung und intelligente interne Systemsteuerung / Automation verbunden mit den externen intelligenten Stromnetzen / Smart Grids der elektrischen Energieversorgung) zu vernetzen und auf zukünftige Kostenpotentiale hin zu optimieren. Bei Gebäuden zählen nicht die Renditen der nächsten 5 Jahre, denn ihr Lebenszyklus beträgt meist 30 und mehr Jahre. Dies untermauert die Notwendigkeit eines Paradigmawechsels, der die kompletten Lebenszykluskosten inklusive der Nutzungskosten statt nur die initialen Investitionskosten ins Zentrum der Kostenbetrachtung von Gebäudeinvestitionen rückt. Dabei sind insbesondere die Betriebs-, Unterhalts- und Instandsetzungskosten wesentliche Kostentreiber im Lebenszyklus eines Gebäudes. Das hier vorgestellte Gestaltungskonzept für systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote setzt bei diesen Kostentreibern an. Dabei verfolgt es den Ansatz, durch integrale Vernetzung der Module und Teilsysteme zu modul- und teilsystemübergreifenden, innovativen integrierten Teilsystemen das Gesamtsystem Gebäude ganzheitlich zu optimieren. Module und Teilsysteme für systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote Angebotsschwerpunkte eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots sind die ressourcenbezogene sowie die nutzungsbezogene Gebäudeoptimierung. Die Angebotsschwerpunkte untergliedern sich weiter in Teilsysteme mit den dazugehörigen Angebotsmodulen. Für systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote wurden im vorliegenden Gestaltungskonzept die folgenden Teilsysteme mit den entsprechenden Modulen vorgestellt:
x Energetisch passives Gebäudeteilsystem mit den Modulen – –
Fassade sowie Bauteilaktivierung,
x Teilsystem HKL-Anlage zur Wärme- und Kältebereitstellung mit den Modulen – – – –
fossile Energienutzung, thermische Solarenergienutzung, Geothermie sowie Biomasse,
262
9
Fazit
x Teilsystem elektrische Energie mit den Modulen – – – –
Wärme-Kraft-Koppelung – Polygeneration, photovoltaische Solarenergienutzung, Beleuchtung sowie Gebäudesteuerung und -automation,
x Teilsystem Wasserver- und -entsorgung mit den Modulen – – –
Trinkwassernutzung, Regen- / Grauwassernutzung sowie technische Wassersparmassnahmen,
x Teilsystem Ausbau mit den Modulen – – –
flexible Wand- und Bodensysteme, flexible Gebäudetechnik sowie Boden- und Innenwandbeläge,
x Teilsystem Arbeits- und Nutzungsinfrastrukturen mit den Modulen – –
EDV-Anlage sowie Telekommunikationsanlage.
Für ein spezifisches Projekt werden anhand der Anforderungen und Bedürfnisse des Kunden / Bauherrn die notwendigen Module und Teilsysteme identifiziert und projektspezifisch zu integrierten Teilsystemen verknüpft. Ziel der Integration und Verknüpfung ist die projekt-, kunden- und nutzungsspezifische Freisetzung inhärenter Synergiepotentiale zur ganzheitlich ressourcen- und nutzungsbezogenen Optimierung der Gebäude. Ein wesentliches Innovationselement des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots ist die Übernahme umfassender Leistungsund Kostengarantien für die integrierten Teilsysteme sowie für das Gesamtsystem Gebäude in der Nutzungsphase. Die Verknüpfung der verschiedenen Module und Teilsysteme zu integrierten bzw. vernetzten Teilsystemen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots erfolgt je nach den Bedürfnissen und Anforderungen des jeweiligen Bauherrn. Die Module und Teilsysteme werden dabei durch einen Systemlieferanten in Form eines Schlüsselunternehmers und -planers bereitgestellt und z. B. in der Kooperation von Systemführer und Systemlieferanten der innovativen, projektspezifischen Gesamtsystemoptimierung (Systemintegration) zugeführt. Die Kooperation ist eine erfolgversprechende Organisationsform für solche LC-Leistungsangebote, weil sich bei ihr das kunden- und projektspezifische Optimum durch einen projekt- sowie modul- und teilsystemübergreifenden Entwicklungs- bzw. Planungsprozess ergibt, der sowohl die die Bau- als auch die Nutzungsphase für das systemgeschäftliche LC-Leistungsangebot mit entsprechenden Leistungs- bzw. Kostengarantien umfasst.
263
Das Leistungsversprechen ist zum Zeitpunkt der Auftragserteilung von einem hohen Immaterialitätsgrad geprägt. Im Sinne des LC-Contracting-Ansatzes bezieht sich ein solcher Auftrag auf ein Leistungspotential, das durch Leistungs- bzw. Kostengarantien abgesichert wird. Zum Zeitpunkt der Beauftragung müssen die Projektziele zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer klar definiert sein. Zudem müssen die Anforderungen an die Teilsysteme und an das Gesamtsystem bekannt sein bzw. gemeinsam optimiert werden. Die Umsetzung der geforderten bzw. verbesserten Anforderungen im Leistungsangebot erfolgt als Ergebnis der Optimierungsanstrengungen des Systemführers und der Systemlieferanten.
G
Geothermie
Therm. Solar.
HKL-Anlage
W -e as n t se s o rv rg er un -/ g
Biomasse
...
Gebäudesteu./-auto. Beleuchtung Photov. Solar.
Wärme-Kraft-Kopp.
...
Techn. Wasserspar. Regen-/Grauw.
Trinkwasser
Pl an u
ng
Fassade
K
…
Bauteilaktivierung Bauteilaktivierung
Gebäudesteuerung und … -automation
El e En ktr er isc gi he e
…
äl W ä te r be m re eits u n te d llu ng
eb Pa ä u ss de ive te s ils ys .
... ...
B N etr ut ie zu b ng /
Möglichst Erhaltung der Gesamtprozessverantwortung bei einem Anbieter zur Vermeidung von Schnittstellenverlusten
E r Ers st te el llu lu n ng g
Lebenszyklus- bzw. nutzungsorientierte, optimierte Planung und Entwicklung
Zielwert: Geringe Nutzungs- bzw. LC-Kosten bei optimierter Funktionalität
LC-Leistungsangebot Systemintegrative Interaktionen Sekundäre Interaktionen
Bild 126: Angebotsschwerpunkt ressourcenbezogene Gebäudeoptimierung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots mit Modulen und Teilsystemen sowie den Synergiepotentialen durch Integration und Vernetzung
Bild 126 zeigt den modularen Aufbau sowie die Integration, Vernetzung und Interaktionen des Angebotsschwerpunkts „Ressourcenbezogene Gebäudeoptimie-
264
9
Fazit
rung“ des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots. Die Synergiepotentiale dieses LC-Leistungsangebots ergeben sich aus der Verknüpfung der Module und Teilsysteme zu projekt- und kundenspezifischen integrierten bzw. vernetzten Teilsystemen. Im Fokus der Gestaltung dieser integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme steht ein definierter Zielwert in der Betriebs- bzw. Nutzungsphase, der sich am wahrnehmbaren Nutzen des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots für den Kunden orientiert. Dieser Nutzen zielt unter Berücksichtigung antizipierter Zukunftsszenarien bei optimierter Architektur, Funktionalität, Qualität, Terminen und Kosten auf geringe Lebenszykluskosten ab. Basis der Optimierung sind die Anforderungen der spezifischen Kunden / Bauherren. Leistungsbündel für potentielle systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote Die anbieterseitige Umsetzung eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots erfolgt in Anlehnung an das Systemanbieterkonzept von GIRMSCHEID [35] durch Kooperation eines Systemführers mit den Teilsystemlieferanten der synergetisch verknüpften integrierten Teilsysteme. Diese Teilsystemlieferanten sind die Planer und Unternehmen der Teilsysteme, die den Kern des systemgeschäftlichen LCLeistungsangebot bilden. In sogenannten Kooperationsentwicklungsstufen steigert sich der Grad der Leistungsintegration der Leistungsbündel und damit der Umfang des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots. Mögliche Leistungsbündel in den Kooperationsentwicklungsstufen sind:
x Kooperationsentwicklungsstufe KES 1 – Initiierungsphase: Energetische LC-Integration mittels „TU-Leistung und nachhaltigem EnergyContracting“ x Kooperationsentwicklungsstufe KES 2 – Innovationsphase I: Energetische LC-Optimierung mittels „2000-Watt-Gebäude“ x Kooperationsentwicklungsstufe KES 3 – Innovationsphase II: LC-Gesamtoptimierung mittels „Value Gebäude“ Marktphasen systemgeschäftlicher LC-Leistungsangebote Systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote durchlaufen in ihrem Produkt- / Leistungslebenszyklus die Marktphasen ([35], [64])
x x x x
Entwicklungsphase, Einführungsphase, Wachstumsphase und Reifephase.
Die Entwicklung des grundsätzlichen Konzepts des systemgeschäftlichen LCLeistungsangebots erfolgt in der Entwicklungsphase. Die Leistungsanbieter entwickeln in dieser Phase Innovationen auf Modul- und Teilsystemebene und verknüpfen diese zu innovativen Leistungsbündeln. Das Ziel der Leistungsbündel von systemgeschäftlichen LC-Leistungsangeboten sind lebenszyklusorientierte, ressourcen- und nutzungsoptimierte Gebäude. Darüber hinaus findet die Konfiguration und Auswahl der notwendigen strategischen Kooperationspartner statt.
265
In der Einführungsphase platzieren die LC-Leistungsanbieter ihre Leistungsinnovation in Form von innovativen Leistungsbündeln am Markt. Diese Leistungsinnovationen richten sich auf Kundenseite in erster Linie an sogenannte Innovatoren, die innovationsfreudig und bereit sind, die mit neuen Leistungsangeboten verbundenen Chancen und Risiken einzugehen. Diese Risiken müssen von den LC-Leistungsanbietern durch Garantien weitgehend abgesichert werden. Ziel der Einführungsphase ist die Erarbeitung eines Referenzportfolios und das Gewinnen von möglichst breiten Erfahrungen hinsichtlich systemgeschäftlicher LC-Leistungsangebote, um darauf aufbauend in der Wachstumsphase Markt- und Unternehmenswachstum zu generieren. In der Wachstumsphase erreichen systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote breite Akzeptanz am Markt. Um sich gegen in den Markt drängende Wettbewerber (Imitatoren) zu behaupten, entwickeln die Leistungsanbieter die systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebote weiter und erweitern sukzessive die Leistungs- und Kostengarantien. Ziel der Wachstumsphase ist der Ausbau der führenden Marktposition sowie die Weiterentwicklung des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots, um gegenüber in den Markt drängenden Wettbewerbern unternehmerisch gewappnet zu sein. In der Reifephase haben sich auch die Wettbewerber im Markt um systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote weitgehend etabliert. Deshalb nehmen die Zuwachsraten bei Umsatz und Gewinn zunehmend ab. Durch Untersegmentierung des Marktsegments für systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote entwickeln die Leistungsanbieter eine Konzentrationsstrategie auf Basis der kontinuierlichen Weiterentwicklung ihrer jeweiligen Kernkompetenzen. Durch Weiter- bzw. Neuentwicklung von systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebotsvariationen kommt es zur Ausbildung neuer Leistungslebenszyklen mit den entsprechenden Marktphasen. Das Ziel der Reifephase ist die Abschöpfung der Marktanteile im Marktsegment für systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote, die kontinuierliche Neu- und Weiterentwicklung der systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebote, um sich durch Differenzierung vom Wettbewerb und durch Konzentration auf bestimmte Kundengruppen im Markt für systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote weiter behaupten zu können. Entscheidungsinstrument zur Bewertung verschiedener Angebotsvarianten hinsichtlich ihrer Lebenszykluskosten Zur fundierten lebenszyklusorientierten Bewertung alternativer baulicher Lösungen wird das LC-NPV-Modell von GIRMSCHEID [34] vorgestellt. Als Entscheidungsgrundlage für eine spezifische bauliche Lösung wendet das LC-NPV-Modell bei reiner Ausgabenbetrachtung das ökonomische Minimalprinzip und bei Ein- und Ausgabenbetrachtung das ökonomische Maximalprinzip an. Darüber hinaus wird das dynamische Investitionsparadigma mit Discounted Cash
266
9
Fazit
Flow angewendet, um die Einnahmen und Ausgaben in ihrem zeitlichen Anfall zu berücksichtigen. Durch die definierte inhaltliche und zeitliche Systemabgrenzung bei der Anwendung des LC-NPV-Modells unter Berücksichtigung des Markt- bzw. Restwertes der einzelnen Alternativen wird die reine Renditebetrachtung um das wichtige Element systemgeschäftlicher LC-Leistungsangebote, die Werterhaltung der Gebäude erweitert. Mittels des LC-NPV-Modells ist somit eine sicherere und fundiertere Entscheidungsfindung zwischen verschieden systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebotsvarianten möglich. Wirkung auf die Nachhaltigkeit von Gebäuden Aufgrund der Lebenszyklusorientierung und der Überwindung der Fragmentierung der Bauprozesse in den Wertschöpfungsstufen sind wesentlich nachhaltigere Gebäude als in traditionellen Projektabwicklungs- und Leistungsangebotsformen möglich. Die Zielsetzung der ressourcen- sowie nutzungsbezogenen Optimierung von Gebäuden, die im Rahmen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebot erstellt werden, führt zur Nachhaltigkeit dieser Gebäude in allen drei Nachhaltigkeitsaspekten:
x Ökologisch: Durch ihren ressourcen- und energieoptimierenden Fokus in allen Lebenszyklusphasen eines Gebäudes (Entwicklung / Planung, Erstellung, Betrieb / Nutzung und Rückbau). x Ökonomisch: Durch Umsetzung des Paradigmawechsels weg von der reinen Investitionskostenbetrachtung hin zur Betrachtung der kompletten Lebenszykluskosten. x Sozial: LC-Leistungsangebote integrieren die externen natürlichen und anthropogenen Anforderungen an die Architektur und die internen Anforderungen an Nutzungskomfort und Nutzungsflexibilität. Die im Rahmen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots erstellten Gebäude sollen bei Nutzern und ihrer Umwelt auf hohe soziale Akzeptanz stossen, die dazu führt, dass in diesen Gebäuden ein gesundes, behagliches und flexibles Arbeiten bzw. Wohnen möglich ist. Kundenspektrum systemgeschäftlicher LC-Leistungsangebote Aus dem Fokus auf die ökologische, ökonomische und soziale Nachhaltigkeit der Gebäude eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots können die primären Kundenzielgruppen des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots abgeleitet werden. Demnach werden diejenigen Bauherren als Zielkunden identifiziert, die bei ihren Immobilien einen hohen Anspruch an die ökologische, ökonomische sowie soziale Nachhaltigkeit verfolgen.
267
Solche Kunden mit hoher Motivation hinsichtlich der Nachhaltigkeit ihrer Immobilien finden sich sowohl unter öffentlichen wie auch privaten Bauherren. Öffentliche Bauherren, die PPP-Beschaffungsprojekte realisieren möchten, fokussieren auf die kompletten Lebenszykluskosten ihrer Investitionen. Private, professionelle Bauherren, insbesondere solche, die als Selbstnutzer im Besitz der Immobilien bleiben, haben ebenfalls ein langfristiges Interesse bezüglich des Marktwertes / der Werterhaltung und der langfristigen Rendite ihrer Immobilien. Beiden Kundengruppen können je nach ihren Anforderungen und Bedürfnissen unterschiedlich umfangreiche, projekt- und kundenspezifische Leistungs- und Kostengarantien über eine vereinbarte Nutzungsperiode in Form entsprechend formulierter und vereinbarter Service-Level-Agreements für die die Nutzungsphase ihrer Immobilien gemacht werden. Vorteile und Nutzen für potentielle Kunden Systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote setzen den von der Politik und den Bauherren geforderten Paradigmawechsel weg von der reinen Investitionskostenbetrachtung hin zu einer auf den kompletten Lebenszyklus eines Gebäudes ausgerichteten Kostenbetrachtung in einer innovativen Weise um. Aus diesem Paradigmawechsel ergeben sich denn auch die wesentlichen Vorteile systemgeschäftlicher LC-Leistungsangebote:
x Systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote sind nicht nur hinsichtlich ihrer initialen Investitionskosten, sondern darüber hinaus auch hinsichtlich ihrer kompletten Lebenszykluskosten inklusive der massgeblichen Nutzungskosten optimiert. x Die Optimierung von Gebäuden, die im Rahmen systemgeschäftlicher LCLeistungsangebote erstellt werden, umfasst die nutzungsbezogene und darüber hinaus auch die ressourcenbezogene Optimierung. x Potentielle Kunden erhalten mit den Leistungs- und Kostengarantien für die Nutzungsphase ihrer Immobilien einen wesentlich höheren Grad an Kostenund Leistungsfähigkeitssicherheit. x Die Planer und Unternehmen der Module und Teilsysteme von systemgeschäftliche LC-Leistungsangeboten werden proaktiv mit den Folgen ihres primären Handels konfrontiert und übernehmen die Verantwortung für die Kosten und die Leistungsfähigkeit ihrer Module und Teilsysteme in der Nutzungsphase. Für potentielle Kunden ergeben sich damit die Vorteile einer integralen Leistungserstellung, des Betriebs und der Erhaltung für eine vereinbarte Lebenszyklusperiode. Darüber hinaus führt diese Integralität zu einem gewissen Grad an Sicherheit, so dass die Planer und Unternehmen bereits in frühen Lebenszyklusphasen (Entwicklung, Planung und Erstellung) nach der optimalen Lösung hinsichtlich der späteren Nutzung bzw. dem Betrieb unter Berücksichtigung der gesamten Lebenszykluskosten streben. x Systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote stellen im weitestgehenden Fall die komplette Gebäudeinfrastruktur inklusive Betrieb, Unterhalt und Instandsetzung zur Verfügung. Der Nutzer muss dazu lediglich sein Anforderungsprofil
268
9
Fazit
für die Nutzung formulieren und in einem Service-Level-Agreement für die Nutzungsphase mit den entsprechenden Leistungsanbietern vereinbaren. Der Kunde erhält vom Anbieter des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots eine massgeschneiderte bauliche Lösung inklusive Entwicklung / Planung, Erstellung und Betrieb / Unterhalt / Instandsetzung. Dadurch kann sich der Kunde vollumfänglich auf sein Kerngeschäft konzentrieren. Kunden erhalten das lebenszyklusorientierte, ressourcen- und nutzungsoptimierte Gesamtsystem Gebäude aus einer Hand. Vorteile und Nutzen für Systemanbieter und strategische Kooperationspartner Die für den Kern des systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots notwendigen Planer und Unternehmer kooperieren mit dem primären Ziel der Bündelung von Kompetenzen zur kompetenten Bereitstellung eines systemgeschäftlichen LCLeistungsangebots. Vorteile und Nutzen eines systemgeschäftlichen LCLeistungsangebots ergeben sich für diese Kooperationspartner im Wesentlichen aus diesem Kooperationsansatz. Für den Systemführer besteht der Vorteil des systemgeschäftlichen LCLeistungsangebots in den folgenden Punkten:
x Einbindung zusätzlicher strategischer Kompetenzen zur ressourcen- und nutzungsbezogenen Optimierung von Gebäuden in das eigene Leistungsportfolio mittels der strategischen Kooperationspartner x Umsatz- und Deckungsbeitragssteigerung durch wettbewerbsdifferenzierende Kundenorientierung in Form von anwendungsgerechten, lebenszyklusorientierten baulichen Lösungen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots x Ressourcen- und nutzungsbezogene Optimierung als Synergie der interaktiven, integralen Vernetzung von Modulen und Teilsystemen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots, die nur in einer strategischen Kooperation möglich ist x Möglichkeit zur Abgabe weitreichender Leistungs- und Kostengarantien für die Nutzungsphase in systemgeschäftlichen LC-Leistungsangeboten gegenüber potentiellen Kunden durch verantwortungs- und leistungsgerechte kooperationsinterne Risikoverteilung zwischen den strategischen Kooperationspartnern (Systemführer und Teilsystemlieferanten) Für die Teilsystemlieferanten besteht der Vorteil systemgeschäftlicher LCLeistungsangebote in den folgenden Punkten:
x Economies of Scope für die Teilsystemlieferanten, weil sie die bestehenden Vertriebs- bzw. Absatzstrukturen des systemführenden Projektentwicklungsbzw. TU-Leistungsanbieters für ihre Teilsystembeiträge nutzen können x Umsatzsteigernde Marktdurchdringung als Folge der Nutzung der bestehenden Vertriebs- bzw. Absatzstrukturen des systemführenden Projektentwicklungsbzw. TU-Leistungsanbieters
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x Entfaltung von synergetischem Zusatznutzen in den eigenen Teilsystembeiträgen durch die strategisch synergetische, interaktive, integrative Kooperation mit anderen Teilsystemlieferanten sowie dem Systemführer x Erhöhung der Absatzchancen der jeweiligen Teilsystemleistungsbeiträge durch Mobilisierung des Nachfragebedarfs bei potentiellen Kunden durch Entwicklung und Vertrieb innovativer, integrierter Leistungsbündel mit synergetischem Zusatznutzen für potentielle Kunden x Initiierung eines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses für systemgeschäftliche LC-Leistungsangebote durch strategische Kooperation der Kernkompetenzträger eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots und dadurch bedingter Effizienzsteigerung in den Leistungserstellungsprozessen aller Phasen des Lebenszyklus eines Gebäudes sowie Steigerung der strategischen Kooperationsfähigkeit der beteiligten Akteure auf Anbieterseite
Literaturverzeichnis [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14]
Abramovitz M (1950) Inventories and business cycles – With special reference to manufacturers’ inventories. National Bureau of Economic Research, New York Akerlof G A (1970) The Market for "Lemons": Quality Uncertainty and the Market Mechanism. Quarterly Journal of Economics, 84(3): S. 488500 American Society of Heating Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (2005) ASHRAE handbook. ASHRAE, Atlanta, GA Bahr C (2008) Realdatenanalyse zum Instandhaltungsaufwand öffentlicher Hochbauten : ein Beitrag zur Budgetierung. Universitätsverlag Karlsruhe, Karlsruhe Bahr C, Lennerts K (2008) Maintenance - LCC Analysis Based on Real Data. In: Life-Cycle Civil Engineering. London BASAG AG (2008) KS-QUADRO E - Bauen mit System. [01.02.2009], http://www.ks-basag.ch Bemmann U (2003) Contracting Handbuch 2003 Energiekosten einsparen: Strategien - Umsetzung - Praxisbeispiele. Fachverlag Deutscher Wirtschaftsdienst, Köln BKI Baukosteninformationszentrum Stuttgart (2009) BKI Baukosten. Baukosteninformationszentrum Deutscher Architektenkammern, Stuttgart Blum A (2009) Förderung und Entdeckung von Erdöl. [01.03.2010], http://www.raize.ch/Geologie/erdoel/oilpeak-foerderung.gif Braschel R, Hetzer B (1995) Facility-Management in der Praxis - Effizientes und wirtschaftlicheres Betreiben von Immobilien. Beratende Ingenieure, 25(11): S. 16-19 Building Research Establishment (2009) BREEAM: the Environmental Assessment Method for Buildings Around The World. http://www.breeam.org Bundesamt für Energie (2008) Schweizerische Gesamtenergiestatistik. Bundesamt für Energie BFE, Bern Bundesamt für Statistik (1994) Statistisches Jahrbuch der Schweiz. Verlag Neue Zürcher Zeitung, Zürich Bundesgesetzblatt (2005) Gesetz zur Beschleunigung der Umsetzung von Öffentlich Privaten Partnerschaften und zur Verbesserung gesetzlicher Rahmenbedingungen für Öffentlich Private Partnerschaften Vergabe öffentlicher Bauaufträge, Bonn
272
[15] [16] [17] [18] [19] [20]
[21]
[22]
[23] [24] [25] [26] [27]
Literaturverzeichnis
Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (2006) Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen - Teil A (VOB/A) - Allgemeine Bestimmungen für die Vergabe von Bauleistungen. Berlin Bundesversammlung der Schweizerischen Eidgenossenschaft (1994) Bundesgesetz über das öffentliche Beschaffungswesen (BoeB). Bern Cassidy R (2003) White paper on sustainability: A report on the green building movement. Clearwater CEEC European Committee of Construction Economists (2004) CEEC Code of Measurement for Cost Planning. CEEC European Committee of Construction Economists DIN Deutsches Institut für Normung (2000) DIN 32736: Gebäudemanagement - Begriffe und Leistungen. Normenausschuss Heiz- und Raumlufttechnik (NHRS) im DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin DIN Deutsches Institut für Normung (2003) DIN 8930-5: Kälteanlagen und Wärmepunpen - Terminologie, Teil 5: Contracting. Normenausschuss Kältetechnik (FNKä) im DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin DIN Deutsches Institut für Normung (2006) DIN EN ISO 7730: Ergonomie der thermischen Umgebung - Analytische Bestimmung und Interpretation der thermischen Behaglichkeit durch Berechnung des PMVund des PPD-Indexes und Kriterien der lokalen thermischen Behaglichkeit. Normenausschuss Ergonomie (NAErg) im DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin DIN Deutsches Institut für Normung (2007) DIN EN 15251: Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden - Raumluftqualität, Temperatur, Licht und Akustik. Normenausschuss Heiz- und Raumlufttechnik (NHRS) im DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin DIN Deutsches Institut für Normung (2008) DIN 276-1: Kosten im Bauwesen - Teil 1: Hochbau. Normenausschuss Bauwesen (NABau) im DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin DIN Deutsches Institut für Normung (2008) DIN 18960: Nutzungskosten im Hochbau. Normenausschuss Bauwesen (NABau) im DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Berlin Doka B (2008) Energie- und Umweltbilanz der Solarenergie. ETH Zürich, Zürich Ernst Schweizer Metallbau AG (2009) Energiefassaden. [25.09.2009], http://www.schweizer-metallbau.ch/de/produkte/fassaden/energiefassaden.html ETH Zürich, Pom+Consulting AG (2006) FM Monitor 2006 - Der Schweizer Facility Management-Markt im Überblick. ETH Zürich, Zürich
Literaturverzeichnis
[28] [29]
[30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43]
273
ETH Zürich, Pom+Consulting AG (2007) FM Monitor 2007 - Der Schweizer Facility Management-Markt im Überblick. ETH Zürich, Zürich Europäisches Parlament und Rat der Europäischen Union (2004) Richtlinie über die Koordinierung der Verfahren zur Vergabe öffentlicher Bauaufträge, Lieferaufträge und Dienstleistungsaufträge. Amtsblatt der Europäischen Union, Straßburg Frischknecht R, Tuchschmid M (2008) Primärenergiefaktoren von Energiesystemen. ESU-services Lfd., Uster, Zürich GEFMA German Facility Management Association (2004) GEFMA 200: Kosten im Facility Management; Kostengliederungsstruktur zu GEFMA 100 (Entwurf). Girmscheid G (2005) Neues Geschäftsmodell – kooperative Lebenszyklusleistungen. In: ILM05 - Konferenz für Immobilien Lebenszyklus Management 2005. Düsseldorf Girmscheid G (2006) NPV-Wirtschaftlichkeitsanalysemodell - Lebenszyklusbetrachtung von kommunalen Strassenunterhalts-PPPs. Bauingenieur, 81(10): S. 455-463 Girmscheid G (2006) Risikobasiertes probabilistisches LC-NPV-Modell Bewertung alternativer baulicher Lösungen. Bauingenieur, 81(9): S. 394405 Girmscheid G (2006) Strategisches Bauunternehmensmanagement - Prozessorientiertes integriertes Management für Unternehmen in der Bauwirtschaft. Springer, Berlin Girmscheid G (2007) Fast Track Projects - Generisches, axiomatisches Anforderungsmanagement. Bauingenieur, 82(5): S. 224-230 Girmscheid G (2007) Holistisch kybernetisches Kostensteuerungsprozessmodell – Projektentwicklungsphase. Bauingenieur, 82(11) Girmscheid G (2007) Holistisch kybernetisches Kostensteuerungsprozessmodell – Vorplanungs- bis Ausführungsphase. Bauingenieur, 82(11) Girmscheid G (2007) Projektabwicklung in der Bauwirtschaft - Wege zur Win-Win-Situation für Auftraggeber und Auftragnehmer. Springer, Berlin Girmscheid G (2010) Bauproduktionsprozesse des Tief- und Hochbaus. Eigenverlag des IBB an der ETH Zürich, Zürich Girmscheid G, Busch T (2005) Ganzheitliches Risikomanagement in Generalunternehmungen – Management der strategischen Risiken und quantitative Risikosteuerung. Eigenverlag des IBB an der ETH Zürich, Zürich Girmscheid G, Hartmann A (2003) Innovationsmanagement in Bauunternehmen. Bedingungen und Potentiale der baubetrieblichen Innovationstätigkeit. Bautechnik, 80(10): S. 719-730 Girmscheid G, Lindenmann H P, Dreyer J, et al. (2008) Kommunale Strassennetze in der Schweiz: Formen neuer Public Private Partnership
274
[44] [45] [46] [47] [48] [49] [50]
[51] [52] [53] [54] [55]
[56] [57] [58]
Literaturverzeichnis
(PPP) - Kooperationen für den Unterhalt. Bundesamt für Strassen (ASTRA), Zürich Girmscheid G, Lunze D (2008) Paradigmawechsel in der Bauwirtschaft Lebenszyklusleistungen. Bauingenieur, 82(2): S. 87-97 Goeggel H-P, Schweizerische Zentralstelle für Baurationalisierung (Zürich) (1995) Baukostenkennwerte-Katalog BKK. CRB, Zürich Gowri K (2004) Green building rating systems: An overview. ASHRAE Journal, 46(11): S. 56-59 Graf A (2000) Das Passivhaus - Wohnen ohne Heizung aktuelle Beispiele aus Deutschland, Österreich und der Schweiz. Callwey, München Hagemann I B (2002) Gebäudeintegrierte Photovoltaik - Architektonische Integration der Photovoltaik in die Gebäudehülle. Rudolf Müller, Köln Hanke S, Schwarz S (2009) Wohnwelten - Der Ratgeber für Umbauer und Wohnfreaks. Doku Media Schweiz GmbH, Rüschlikon Hartmann A (2004) Innovationsmanagement in Bauunternehmen - Entwicklung eines organisatorischen Gestaltungsmodells zur Generierung innovativer baulicher Gesamtlösungen. vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich, Zürich Hartmann A, Girmscheid G (2004) The innovation potential of integrated services and its utilisation through co-operation. Engineering Construction & Architectural Management (Emerald), 11(5): S. 335-341 Hausladen G (2008) Gebäude - Haustechnik - Energieversorgung, Abhängigkeiten und Wechselwirkungen. In: 7. Baukongress - Wegweisende Energiekonzepte. Zürich Hausladen G, Saldanha M d, Liedl P, et al. (2006) ClimaSkin - Konzepte für Gebäudehüllen, die mit weniger Energie mehr leisten. Callwey, München Hausladen G, Saldanha M d, Liedl P, et al. (2004) ClimaDesign - Lösungen für Gebäude, die mit weniger Technik mehr können. Callwey, München Herzog K (2005) Lebenszykluskosten von Baukonstruktionen - Entwicklung eines Modells und einer Softwarekomponente zur ökonomischen Analyse und Nachhaltigkeitsbeurteilung von Gebäuden. Eigenverlag TU Darmstadt, Darmstadt Humm O, Kilchenmann M (1998) NiedrigEnergie- und PassivHäuser Konzepte, Planung, Konstruktionen, Beispiele. Ökobuch, Staufen bei Freiburg International Energy Agency (IEA) (2008) World Energy Outlook. International Energy Agency (IEA), Paris Jones Long LaSalle (2008) OSCAR 2008 - Office Service Charge Analysis Report - Büronebenkostenanalyse. Jones Long LaSalle IP, Inc., Hamburg
Literaturverzeichnis
[59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66]
[67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74]
275
Kirchner A, Hofer P, Kemmler A, et al. (2008) Analyse des schweizerischen Energieverbrauchs 2000 - 2006 nach Verwendungszwecken. Bundesamt für Energie BFE, Bern Knaack U, Klein T, Bilow M, et al. (2007) Fassaden - Prinzipien der Konstruktion. Birkhäuser, Basel Knüsel P (2009) Bauen für die 2000-Watt-Gesellschaft. In: K. Martelli (Hrsg.) Bauen für die 2000-Watt-Gesellschaft - Der Stand der Dinge, Stadt Zürich Hochbaudepartment, Zürich Kommission der Europäischen Gemeinschaften (2004) Grünbuch zu öffentlich-privaten Partnerschaften und den gemeinschaftlichen Rechtsvorschriften für öffentliche Aufträge und Konzessionen. Brüssel Kompogas AG (2009) Was ist Kompogas? - Firmenbroschure. www.kompogas.ch, Glattbrugg Kotler P, Bliemel F (1995) Marketing-Management - Analyse, Planung, Umsetzung und Steuerung. Schäffer-Poeschel, Stuttgart Krimmling J (2007) Energieeffiziente Gebäude - Grundwissen und Arbeitsinstrumente für den Energieberater. Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart Leuenberger M (2007) Mein Idealziel ist die 2000-Watt-Gesellschaft UVEK-Vorsteher Moritz Leuenberger äussert sich im Interview der Mittellandzeitung über die Klima- und Energiepolitik sowie über die Regierungsreform. [01.02.2010], http://www.uvek.admin.ch/dokumentation/interviews/00131/index.html?l ang=de# Lockwood C (2006) Building the green way. Harvard Business Review, 84(6): S. 129-37 Meadows D L, Club of Rome (1972) Die Grenzen des Wachstums - Bericht des Club of Rome zur Lage der Menschheit. Deutsche VerlagsAnstalt, Stuttgart Mearig T, Coffee N, Morgan M (1999) Life cycle cost analysis handbook. State of Alaska, Dept. of Education and Early Development, Education Support Services/Facilities, Juneau, Alaska Mertens P (1982) Simulation. Poeschel, Stuttgart MeteoSchweiz (2008) Jahrestemperaturverlauf für 2008 in BaselBinningen. Eidgenössisches Departement des Inneren (EDI), Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie Miles U (2006) Kraft und Wärme koppeln. Bine Informationsdienst, Karlsruhe Minergie e.v. (2009) Minergie - Mehr Lebensqualität, tiefer Energieverbrauch. [18.05.2009], http://www.minergie.ch Möller D-A (2001) Planungs- und Bauökonomie. R. Oldenbourg Verlag, München
276
[75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92]
Literaturverzeichnis
Muggli C, Baumgartner W, Kohn L, et al. (1999) Energie-Contracting in der Schweiz - Ausgestaltung - Wirkungen - Marktpotentiale. BBL (EDMZ), Bern Müller A, Walter F (1994) RAVEL zahlt sich aus: Praktischer Leitfaden für Wirtschaftlichkeitsberechnungen. Bern Muschiol R, Friedemann T (2008) Green Building – Nachhaltigkeit und Bestandserhalt in der Immobilienwirtschaft. Mainz Naumann M, Manginas N, Zaborowski C (2008) Schweizer Immobilien Index - Ergebnisse für das Jahr 2007. London Pelzeter A (2006) Lebenszykluskosten von Immobilien - Einfluss von Lage, Gestaltung und Umwelt. Immobilien Informationsverlag Rudolf Müller, Köln Pistohl W (2007) Handbuch der Gebäudetechnik - Planungsgrundlagen und Beispiele. Werner, Düsseldorf Plüer M (2009) Lebenszykluskostenanalyse von energetischen Anlagen. Zürich Preisig H R, Kasser U (2005) Lebenszykluskosten - Nutzen oft teurer als Bauen In: Gruppe der Schweizerischen Bauindustrie (SBI) (Hrsg.) Jahresbericht 2005 Rahmen S, Vanier D J (2004) Life cycle cost analysis as a decision support tool for managing municipal infrastructure. In: Proceedings of CIB 2004 Triennial Congress. Toronto, Ontario Riemenschneider F, Nitzsche F (2006) Die ergebnisorientierte Ausschreibung. In: F. Littwin and W. Alfen (Hrsg.) Public private partnership im öffentlichen Hochbau, Kohlhammer, Stuttgart Ross S A, Westerfield R W, Jaffe J F (2001) Corporate finance. McGraw-Hill, Boston, Mass. Rotermund U, Zain R (2003) Nutzungskosten von Gebäuden. Deutscher Fachverlag, Frankfurt Rudolf Wyttenbach GmbH (2009) Regenwassertank. Gerlafingen Sachs L (2004) Angewandte Statistik - Anwendung statistischer Methoden. Springer, Berlin Sattler M, Gaegauf C, Schmid M, et al. (2008) Vision einer Schweizer Energieversorgung mit Zukunft: Ressourcen und Technologien. Ökozentrum Langenbruck, Langenbruck Schulte M M (2003) Ein Beitrag zum Business-to-Business-Marketing für life-cycle-orientierte SysBau-Leistungen im Schweizer Hochbau. Vdf Hochschulverlag AG an der ETH, Zürich Schuster H (2009) Das Deutsche Gütesigel für Nachhaltiges Bauen. In: 6. Stuttgarter Immobilienseminar. Stuttgart Schweizerische Bau-, Planungs- und Umweltschutzdirektoren-Konferenz (BPUK) (1994) Interkantonale Vereinbarung über das öffentliche Beschaffungswesen (IVöB). Bern
Literaturverzeichnis
[93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107]
277
Schweizerische Zentralstelle für Baurationalisierung (Zürich) (1977) Liegenschaftenkontenplan LKP. CRB - Schweizerische Zentralstelle für Baurationalisierung, Zürich Schweizerische Zentralstelle für Baurationalisierung (Zürich) (2000) Elementkostengliederung EKG. CRB - Schweizerische Zentralstelle für Baurationalisierung, Zürich Schweizerische Zentralstelle für Baurationalisierung (Zürich) (2001) Baukostenplan BKP. CRB - Schweizerische Zentralstelle für Baurationalisierung, Zürich SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architekten-Verein (1997) Erhaltung von Bauwerken. SIA Schweizerischer Ingenieur- und ArchitektenVerein, Zürich SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architekten-Verein (2000) Kennzahlen im Immobilienmanagement. SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architekten-Verein, Zürich SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein (1999) Ordnung für Architektur und Ingenieurwettbewerbe. SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein (2002) Gebäude mit hohem Glasanteil - Behaglichkeit und Energieeffizienz. SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein (2006) StandardNutzungsbedingungen für Energie- und Gebäudetechnik. SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein (2007) Thermische Energie im Hochbau. SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein (2008) Klimadaten für Bauphysik, Energie- und Gebäudetechnik. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein (2009) Energieausweis für Gebäude. SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich Sommer A-W (2008) Passivhäuser - Planung, Konstruktion, Details, Beispiele. Rudolf Müller, Köln Staudt E, Kriegesmann B, Thomzik M (1999) Facility Management der Kampf um Marktanteile beginnt. Frankfurter Allgemeine Zeitung Verl.Ber. Buch, Frankfurt am Main Sullivan C C (2006) Robo Buildings: Pursuing the Interactive Envelope. Architectural Record, 2006(04) Theiss E (2008) Regenerative Energietechnologien - Anlagenkonzepte, Anwendungen und Praxistipps. Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart
278
[108] [109] [110] [111] [112] [113] [114]
Literaturverzeichnis
VDI Verein Deutscher Ingenieure (2001) Thermische Nutzung des Untergrundes - Erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen. Beuth Verlag GmbH, Berlin VDI Verein Deutscher Ingenieure (2007) Energie- und Wasserverbrauchskennwerte für Gebäude - Grundlagen. Beuth Verlag GmbH, Berlin VDI Verein Deutscher Ingenieure (2008) Thermische Nutzung des Untergrundes - Grundlagen, Genehmigungen, Umweltaspekte. Beuth Verlag GmbH, Berlin VDI Verein Deutscher Ingenieure (2008) Wassersparen in TrinkwasserInstallationen - Anforderungen an Planung, Ausführung, Betrieb und Instandhaltung. Beuth Verlag GmbH, Berlin Viessmann Deutschland GmbH (2008) Planungshandbuch Solarthermie, Allendorf World Commission on Environment and Development (1987) Our common future, Oslo Wuest und Partner (2008) Fassaden in Metall / Glas - Ergebnisse der Marktanalyse 2008. Zürich
Abbildungsverzeichnis Bild 1: Bild 2: Bild 3: Bild 4: Bild 5: Bild 6: Bild 7: Bild 8: Bild 9: Bild 10: Bild 11: Bild 12: Bild 13: Bild 14: Bild 15: Bild 16: Bild 17: Bild 18: Bild 19: Bild 20: Bild 21: Bild 22: Bild 23: Bild 24:
Potentielle Ölpreisentwicklung in Abhängigkeit des Weltbevölkerungswachstums, der Wohlstandsmehrung und des Ölverbrauchs Potentielle Zielkunden für lebenszyklusorientierte Systemleistungsangebote Verlauf von Umsatz und Gewinn in den Marktphasen des Leistungslebenszyklus einer Leistungsinnovation ([35] in Anlehnung an [64]) Geschäftsmodell LC-Gebäude – Entwicklung in den Marktphasen Kostenstrukturanalyse von Gebäudearten Rechnungswesen-Struktur zur Cashflow- bzw. KostenLeistung-Betrachtung Begriffe und Struktur von Lebenszykluskosten im Hochbau Prozessausgaben eines Gebäudes Annuität – Rückzahlungs- und Zinszahlungsentwicklung Entwicklung der Kapitalkosten Bestimmung der Investitions- und Erneuerungs- / Instandsetzungsannuitäten Bestimmung der Betriebs- und Verwaltungsannuitäten Jährliche Gesamtannuitätskosten Gebäudelebenszykluskosten [105] Cash-out-Betrachtung: Die Lebenszykluskosten eines normalen Bürogebäudes in Zürich als Summe der Baukosten und der kumulierten Nutzungskosten (ohne Zinsen) [82]. Qualitativer Verlauf der Lebenszykluskosten für Büro- und Verwaltungsgebäude im Vergleich der angegebenen Quellen. Annuitätenmodell 1 – konstante Annuitäten Annuitätenmodell 2 – veränderliche Annuitäten bei konstanter Tilgung Konstante Tilgung der Investition Annuitäten – Zinsverlauf bei konstanter Tilgung LC-Cash-out – Bürogebäude Zürich [82]. Variante 1a – Gebäude wird nach 50 Jahren abgerissen, mit Teilsystemabgrenzung Variante 1a – Zusammensetzung der Gesamtannuitäten nach Kostengruppen (KG) Variante 1b – Gebäude wird nach 50 Jahren abgerissen, mit Initialsystemabschreibung
5 9 13 18 24 25 28 29 30 31 32 33 33 37 39 39 41 42 43 43 45 48 52 53
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Variante 1b – Zusammensetzung der Gesamtannuitäten nach Kostengruppen Restwertbestimmung mit progressiver Abschreibung und konstanten Annuitäten Restwertbestimmung mit linearer Abschreibung und veränderlichen Annuitäten Variante 2a – Gebäude wird „unbegrenzt“ genutzt, d. h. regelmässig erneuert Variante 2a – Zusammensetzung der Gesamtannuitäten nach Kostengruppen (KG) Variante 2b – Gebäude wird erneuert und weiter genutzt, mit Initialsystemabschreibung Variante 2b Initialsystemabschreibung – Vergleich des wertverzehrorientierten und des periodenverschmierten Annuitätenverlaufs LC-Cash-out – Bürogebäudeportfolio OSCAR 2008 (in Anlehnung an [58]) Gesamtannuitätskosten (Vollkosten) – Bürogebäudeportfolio OSCAR 2008 (in Anlehnung an [58]) Anteile der Betriebskostenarten NKG 310 bis NKG 370 der DIN 18960 an den Betriebskosten von Büroimmobilien in der Schweiz (in Anlehnung an [28]) Identifikation der potentiellen Kostentreiber im Lebenszyklus eines Gebäudes Prozentualer Anteil der Verwendungszwecke von Treib- und Brennstoffen 2006 (in Anlehnung an [59]) Prozentualer Anteil verschiedener Energieträger am Gesamtenergieverbrauch in der Schweiz bis 2008 [59] Entwicklungsleitparameter - Erdölförderung und -entdeckung sowie Konsumsteigerung durch Erdbevölkerungswachstum (in Anlehnung an [9]) Nachhaltigkeit – Politischer Absenkpfad der 2000-WattGesellschaft [61] Vergleich der Qualitätslabel Minergie® und Minergie-P® für energieeffiziente Gebäude [73] Ergänzungen des Minergie-ECO®-Standards gegenüber dem Minergie®-Standard [73] Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Module und Systemintegration Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot – Projektspezifische, teilsystem- und gewerkeübergreifende Integration und Vernetzung der Angebotsmodule und Teilsysteme
56 57 58 60 64 66 72 73 74 78 79 80 81 82 83 90 91 93
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Strategischer Absenkpfad für nichtregenerative Energieträger – Einflussfaktoren Energiekosten, Energieverbrauch und Energieträgerwechsel im Gebäudepark 97 Kühl- und Wärmebedarf eines Passivhauses in Abhängigkeit des Jahrestemperaturverlaufs am Beispiel Basel im Jahr 2008 (in Anlehnung an [71]) 98 Potentiale von regenerativen Energieträgern zur Deckung des Primärenergiebedarfs von Gebäuden (in Anlehnung an [52]) 100 Einschaliges Fassadenprinzip [54] 102 Mehrschaliges Fassadenprinzip [54] 103 Wechselfassadenprinzip [54] 104 Fassadenkonzepte zur Umsetzung der Konstruktionsprinzipien einschaliger und mehrschaliger Fassaden [60] 105 Entscheidungsmatrix für Fassadenkonzepte [53] 106 Fassadentypen und -konstruktionen (in Anlehnung an [114]) 107 Typologie der Nutzeranforderungen an Fassaden 108 Gebäudehülle – Elemente in multifunktionalen Fassaden mit Einfluss auf die Energie- und Lichtbilanz eines Gebäudes 109 Fassadenfunktionen – Multifunktionale Aufgaben einer Fassade [53] 110 Prinzip der Bauteilaktivierung zur Kühlung von Räumen mittels passiver Nachtentlüftung 112 Bauteilaktivierung – Beispiel der Betonkernaktivierung einer Decke zur Kühlung von Räumen [65] 112 Bauteilaktivierung – Behagliches Wohnklima durch KS-Steine mit integrierten Installationskanälen [6] 113 Heizvarianten im Überblick [49] 114 HKL-Anlage – Umwandlung von Primärenergie in Nutzenergie und Verteilung im Gebäude (in Anlehnung an [65]) 116 Prinzip der Brennwerttechnik 120 Prinzip einer thermischen Solaranlage zur Warmwasserbereitung (in Anlehnung an [65]) 121 Energieeffizienz – Vergleich der Primärenergiefaktoren der Energiesysteme Wärme Heizöl und Sonnenenergie zur Erzeugung einer Einheit Nutzenergie (in Anlehnung an [30]) 122 Vergleich der bei der Wärmeenergieerzeugung emittierten CO2-äquivalenten Treibhausgase der Energiesysteme Wärme Heizöl und Sonnenenergie (in Anlehnung an [30]) 123 Prinzip einer Wärmepumpe als thermodynamischer Kreisprozess 125 Energieeffizienz – Vergleich der Primärenergiefaktoren der Energiesysteme Wärme Heizöl und Geothermie zur Erzeugung einer Einheit Nutzenergie (in Anlehnung an [30]) 126
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Vergleich der bei der Wärmeenergieerzeugung emittierten CO2-äquivalenten Treibhausgase der Energiesysteme Wärme Heizöl und Geothermie (in Anlehnung an [30]) 127 Prinzip der Erdwärmenutzung über das Grundwasser mittels Brunnenanlage und Wärmepumpe 128 Prinzip der thermischen Nutzung des oberflächennahen Untergrundes mittels Erdwärmekollektoren [108] 129 Prinzip der thermischen Nutzung mittels Erdwärmesonden [108] 130 Prinzip des Luft-Erdwärmeüberträgers (in Anlehnung an [65]) 131 Systemskizze der Biomassenutzung mittels Holzpellets zur Beheizung und Warmwasserversorgung eines Gebäudes. 132 Prinzip der Biomassenutzung mittels Holzpellets zur Beheizung und Warmwasserversorgung [49] 132 Systemskizze: Ökologischer Kreislauf von Biogas am Beispiel eines schweizerischen Biogas-Anbieters [63] 133 Systemskizze: Ökologischer Kreislauf von Pflanzenöl (z. B. Raps) als Energieträger 134 Energieeffizienz – Vergleich der Primärenergiefaktoren der Energiesysteme Wärme Heizöl und Biomasse (Holzpellets) zur Erzeugung einer Einheit Nutzenergie (in Anlehnung an [30]) 135 Vergleich der bei der Wärmeenergieerzeugung emittierten CO2-äquivalenten Treibhausgase der Energiesysteme Wärme Heizöl und Biomasse (Holzpellets) (in Anlehnung an [30]) 136 Energieeffizienz – Vergleich der Primärenergiefaktoren verschiedener Energieträger zur Wärmeerzeugung in Gebäuden zur Erzeugung einer Einheit Nutzenergie (in Anlehnung an [30]) 137 Vergleich der bei der Wärmeenergieerzeugung emittierten CO2-äquivalenten Treibhausgase verschiedener Energiesysteme (in Anlehnung an [30]) 138 Szenario A – HKL-Varianten eines Einfamilienhauses: Vergleich der initialen Investitionskosten 141 Szenario A – HKL-Varianten eines Einfamilienhauses: Vergleich des NPV aller Lebenszykluskosten zum Zeitpunkt 141 t0=0 Szenario A – HKL-Varianten eines Einfamilienhauses: Vergleich der Kosten je produzierter kWh bei Berücksichtigung aller Lebenszykluskosten 142 Szenario A – HKL-Varianten eines Einfamilienhauses: Vergleich der prozentualen Kostenanteile auf Basis des Cashflows im Lebenszyklus der HKL-Anlagen 143 Szenario A – HKL-Varianten eines Einfamilienhauses: Vergleich der jährlichen Gesamtkosten bestehend aus den
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jährlichen Abschreibungen des HKL-Systems sowie den jährlichen Kosten für Energieträger und Unterhalt 144 Szenario A – HKL-Varianten eines Einfamilienhauses: Cashflow-Break-Even-Analyse der beiden Varianten 144 Szenario B – HKL-Varianten eines Bürogebäudes: Vergleich der initialen Investitionskosten 147 Szenario B – HKL-Varianten eines Bürogebäudes: Vergleich 147 des NPV aller Lebenszykluskosten zum Zeitpunkt t0=0 Szenario B – HKL-Varianten eines Bürogebäudes: Vergleich der prozentualen Kostenanteile auf Basis des Cashflows im Lebenszyklus der HKL-Anlagen 148 Szenario B – HKL-Varianten eines Bürogebäudes: Vergleich der jährlichen Gesamtkosten bestehend aus den jährlichen Abschreibungen des HKL-Systems sowie den jährlichen Kosten für Energieträger und Unterhalt 149 Szenario B – HKL-Varianten eines Bürogebäudes: CashflowBreak-Even-Analyse der beiden Varianten 149 Prinzip der Wärme-Kraft-Koppelung durch Nutzung der Abwärme eines Verbrennungsmotors, der einen Generator antreibt (in Anlehnung an [65]) 152 Systemskizze der Wärme-Kraft-Koppelung durch Einbindung eines Mini-Blockheizkraftwerkes in das Energiesystem eines Gebäudes [49] 152 Aufbau und Prinzip einer kristallinen Solarzelle [48] 154 Vergleich der Flächeneffizienz von Biomasse (am Beispiel von Raps) mit Solarenergie (am Beispiel von Solarkollektoren) [89]155 Netzgekoppeltes gebäudeintegriertes Photovoltaik-System [48] 156 Integration von Photovoltaik-Modulen in den Sonnenschutz / in die Brüstung von Gebäuden [48] 156 Energieeffizienz – Vergleich der Primärenergiefaktoren der Energiesysteme Stromproduktion mittels Kernkraft und Photovoltaik (in Anlehnung an [30]) 157 Vergleich der bei der Stromproduktion emittierten CO2äquivalenten Treibhausgase der Energiesysteme Kernkraft und Photovoltaik (in Anlehnung an [30]) 158 Prinzip der tageslichtabhängigen Beleuchtungssteuerung (in Anlehnung an [65]) 159 Energie-Fassade mit in den Sonnenschutz integrierter semitransparenter Photovoltaik [26] 160 Einzelraumsteuerung über ein computergestütztes BUS-System zur Gebäudesteuerung bzw. -automation (in Anlehnung an [65]) 162 Unterirdische Regenwassertanks zur Sammlung von Regenwasser [87] 164
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Prinzip der Regenwassernutzung mit getrennten Leitungssystemen für Trink- und Brauchwasser 165 Flexible Raum- und Arbeitsplatzaufteilung mittels flexibler Wand- und Bodensysteme in vorgegebenen Rastern 169 Verknüpfung der Module und Teilsysteme zu integrierten bzw. vernetzten Teilsystemen eines systemgeschäftlichen LCLeistungsangebots 174 Projektspezifische Synergiepotentiale der Gebäudehülle / Fassade mit Modulen anderer Teilsysteme im Gesamtsystem Gebäude 175 Projektspezifische Synergiepotentiale der HKL-Anlage mit Modulen anderer Teilsysteme im Gesamtsystem Gebäude 182 Projektspezifische Synergiepotentiale des elektrischen Teilsystems mit Modulen anderer Teilsysteme im Gesamtsystem Gebäude 185 Leistungsintegration sowie Marktphasen von systemgeschäftlichen LC-Leistungsangeboten (in Anlehnung an [32]) 190 Die Verantwortung für Nutzung und Betrieb eines HKLSystems im Vergleich zwischen traditioneller Leistungserstellung und „Nachhaltigem Energy-Contracting“ im Rahmen eines systemgeschäftlichen LC-Leistungsangebots 194 Prinzip des traditionellen Energy-Contractings (in Anlehnung an [65]) 195 Prinzip des „Nachhaltigen Energy-Contractings“ 198 Systemanbieterprojektabwicklungsform mit Optimierungsphasen [39] 205 Systemgeschäftliches LC-Leistungsangebot „2000-WattGebäude“ – Schnittstellen und Verantwortungssphären im Lebenszyklus der integrierten bzw. vernetzten Teilsysteme erneuerbare Energieerzeugung, HKL, Fassade – LCContracting in der Kooperationsentwicklungsstufe KES 2 206 Übersicht der Module und Teilsysteme des Leistungsangebots „2000-Watt-Gebäude“ 209 Systemanbieterprojektabwicklungsform nach GIRMSCHEID [39] 217 LCCA in verschiedenen Projektphasen und deren Genauigkeitsgrad / Vorhersagegrad 233 LC-NPV-Modell für Beurteilung alternativer baulicher Lösungen 235 LC-NPV-Zahlungsströme 240 Kosten- und Geldwertentwicklungsszenarien 241 Einflussgrössen – (Ausgaben / Einnahmen / Teuerung / Diskontierung) 249
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Dichte- und Verteilungsfunktion des NPVF der baulichen Lösung F NPV-Wahrscheinlichkeitskurve der baulichen Lösung NPV-Dichte-, Verteilungs- und Wahrscheinlichkeitsfunktion für zwei alternative bauliche Lösungen Entwicklungsprozess des systemgeschäftlichen LCLeistungsangebots als „value proposition“ eines kooperativen Geschäftsmodells für Lebenszyklusleistungsangebote Angebotsschwerpunkt ressourcenbezogene Gebäudeoptimierung des systemgeschäftlichen LCLeistungsangebots mit Modulen und Teilsystemen sowie den Synergiepotentialen durch Integration und Vernetzung
251 251 253 260
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Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Tabelle 2: Tabelle 3: Tabelle 4: Tabelle 5:
Mindest-Gebäudemiete Mindest-Gebäudemiete Mindest-Gebäudemiete Randbedingungen des Szenarios A – HKL-Systeme eines Einfamilienhauses Randbedingungen des Szenarios B – Bürogebäude
51 56 64 140 146
Stichwortverzeichnis 2000-Watt-Gebäude 192, 204, 206 2000-Watt-Gesellschaft 2, 4, 17, 82 Abrissannuitäten 50 Abschattungsgrad 155 Abschreibung Initialsystem- 44, 52, 53, 64, 66, 72 lineare 57 periodenrichtige 47 periodenverschmierte 72 progressive 57 Teilsystem- 44, 47, 59 wertverzehrgerechte 47 wertverzehrorientierte 72 Abschreibungseffekt 72 Abschreibungskosten 75 Absenkpfad, politischer 83, 97 Akquisitionsförderung 201, 215, 227 Analytic Hierarchy Process 224 Anbieterauswahl 223 Anbieterkooperation 188, 189, 202, 227 Anforderungsmanagement 87, 218 Angebotsgestaltung 93 Angebotsmodule 171 Annuitäten Abriss- 50 Erneuerungs- 50 Gesamt- 51, 52 Investitions- 29–32, 50, 73 konstante 41, 57 laufende Kosten- 30, 33 veränderliche 42, 58 Annuitätenberechnung 46 Annuitätenmodell 24, 28–33, 40 Annuitätsanalyse 43 Annuitätssprünge 72 Anonymitätsgrad 35 Anpassbarkeit 169 Arbeitsinfrastrukturen 171 Ästhetik 176 Auftragsvergabe 223 Ausbau 167 Ausbaustandard 167, 168 Ausführungsphase 223 Ausgaben aperiodisch 239 periodisch 238 Aussenklima 213
Basiskostensteigerungen 243 Baukostengliederung 26 Baukostenplan 26 Bauprojekt 223 Baurealisierungsausgaben 238 Bauteilaktivierung 111, 112, 113, 185, 211 Behaglichkeit 113, 162 Beleuchtung 158, 161 Beratungsausgaben 238 Beschattungsfunktion 108 Beta PERT-Dichtefunktion 245 Betonkernaktivierung 112, 178 Betriebskosten 76, 77, 82 Betriebskostenarten 78 Bevölkerungswachstum 1 Biogas 133 Biomasse 131, 137, 155, 181 Bodenbeläge 170 Bodensysteme, flexible 168, 169 Brauchwasser 165 -recycling 166 BREEAM 88 Brennwerttechnik 119, 120 Cashflow 143, 148, 149 Cashflow-Betrachtung 25 Cashflow-Break-Even-Analyse 144, 149 CO2-Äquivalent 123, 137, 157 CO2-Emmissionen 1–3, 17, 83, 119 CO2-Konzentration 2 Contracting-Periode 204 Contracting-Phase 223 Corporate Identity 170 Dachkonstruktionen 175 Dampfturbine 151 Deckungsbeitragssteigerung 216 Degenerationsphase 21–22 DGNB 92 Dichtefunktion 250 Discounted Cash Flow 232 Diskontierung 241, 250 Diskontierungsfaktor 46, 59 Diskontierungssatz 242 Dreieckdichtefunktion 245 Dynamikaspekte 233 Economies of Scale 196 EDV-Anlage 171
290 Effizienzsteigerung 196, 200 Eigenbetrieb 194 Einführungsphase 14, 15–17 Einnahmen aperiodisch 239 periodisch 239 Eintrittsbarrieren 191 Einzelraumsteuerung 162 Elementkostengliederung 26 Endsystemabgrenzung 44 energetische Passivität 96 Energie elektrische 150 graue 18 Kapazitätsspitzen 183 Unterkapazitäten 183 Energieautarkie 94, 117, 180, 211 Energieeffizienz 134, 136, 176 Energieeinspeisung 216 Energieelemente aktiv 208 passiv 208 Energieerzeugung 183, 216 Energienachfrage 81 Energienutzung fossile 118 thermische Solar- 120 Energienutzungsinformationssystem 118 Energiepreisanstieg 4 Energiereserven 81 Energieressourcen 117 Energieretention 116 Energierückzahldauer 124 Energiesparbeleuchtung 159 Energieträger fossil 197 fossile 3, 80, 82, 119 nichtregenerative 113 regenerative 100, 114, 180, 194, 197 Energieumwandlung 117 Energieverteilung 118 Energy-Contracting 195 Entscheidungsinstrument 231, 265 Entscheidungskriterien 224 Entscheidungsmatrix 105 Entwicklungsphase 14 Entwicklungsprozess 260 Erdwärme 125 Erdwärmekollektoren 128 Erdwärmesonden 129 Erneuerungsannuitäten 50 Erneuerungsinvestition 65 Erneuerungskosten 45
Stichwortverzeichnis Erneuerungszyklen 177 Fassade 101, 160, 175, 211 Contracting 111 Doppel- 103 einschalige 102 Energie- 160 Funktionen 110 integrierte 177 Konstruktionsprinzipien 102 Konzepte 104 Typen 106, 107 Wechsel- 104 Flächeneffizienz 155 Förderreserven 81 frühe Adopter 10 funktionale Ausschreibung 218, 221 funktionale Vorgaben 216 Funktionsaspekte 233 Garantien Ertrags- 124 Funktions- 206 Kosten- 16, 19, 116 Leistungs- 16, 19, 116 garantierter Maximalpreis 210, 226 Gasturbine 151 Gebäude nutzungsoptimierte 15 ressourcenoptimierte 15 Gebäudeautomation 161, 186 Gebäudehülle 109, 174, 175 Gebäudenutzung 34 Gebäudepark 83 Gebäudesteuerung 161, 186 Gebäudetechnik, flexible 169 Gebäudeteilsystem energetisch passives 101 Gegenwartswert 236 Geldwertentwicklung 242 Geothermie 125, 180, 212 Gesamtannuitäten 51, 52 Gesamtkapitalkosten 50, 54 Gesamtoptimierung 96 Geschäftseinheiten, strategische 9 Geschäftsfelder, strategische 9 Grauwassernutzung 164 Green Building 85, 88 Grobkostenschätzung 220 Grundstücksausgaben 238 Grundwassernutzung, geothermische 128 Haustechnik 161 dezentrale 108, 177 Heizgradtage 214 Heizvarianten 114
Stichwortverzeichnis HKL-Anlage 113, 115, 116, 138, 161, 176, 179, 182, 187 Holzpellets 131, 132 Ideenwettbewerb 203 Immobilien lebenszyklusorientierte 9 Immobilienstrategie 226 Initialinvestition 64 Initialsystemabschreibung 44, 52, 53, 64, 66, 72 Initiierungsphase 191 Innenwandbeläge 170 Innovationsmanagement 228 Innovationsphase I 191 Innovationsphase II 192 Innovatoren 201 Installationsgrad 35 Instandsetzungskosten 76 Integration 93, 94 intelligente Stromnetze 184, 185 Investitionen 75 Investitionsalternativen 35 Investitionsannuitäten 32, 50, 73 Investitionskosten 40 Kältebereitstellung 113 Kapitalkosten 75 Kernenergie 157 Kerngeschäft 225 Kernkompetenzen 20 Key-Account 228 Klimakomfort 178 Klimatisierung 108 Komfortkriterium 99 Komfortlüftung 116 Komfortsteuerung 108 Kommunikation, herstellerunabhängige systemübergreifende 162 Kommunikationsschnittstelle 162 Konkretisierungsgrad 232 Kontinuierlicher Verbesserungsprozess 203 Konzentrationsstrategie 20 Konzeptphase 220 Kooperation 262 strategisch 202 systemgeschäftliche 6 Kooperationsentwicklung 188 Kooperationsentwicklungsstufe 188, 191, 192, 224 kooperative Austauschsituation 217 Kosten periodische 51 Kosten-Barwert 234
291 Kostendachvereinbarungen 215 Kosten-Erlös-Betrachtung 25 Kostengarantien 226 Kostenoptimierung 199 Kostensicherheit 199, 226 Kostenstrukturanalyse 24 Kostenstrukturgliederung 235 Kostentreiber 259 Kreisprozess, thermodynamischer 125 Kühlaggregat 178 Kühlbedarf 98 Kühldecke 178 Kunden 7–11, 266 öffentliche Bauherren 7 private, professionelle Bauherren 7, 8 Kundenanforderungen 207 Kundennutzen 198, 208, 225, 267 laufende Kostenannuitäten 30, 33 LC-Gesamtkostenminimum 87 LC-Gesamtoptimierung 192 LC-Kostenanalyse 231 LC-Kostentreiber 23, 79 LC-Leistungsangebot, systemgeschäftliches 13, 93, 170, 173, 174, 188, 209, 224, 228 LC-Leistungsbündel 16, 173 LC-NPV-Modell, risikobasiertes probabilistisches 19, 35, 139, 227, 232, 233, 265 LC-NPV-Zahlungsströme 240 LC-Optimierung 75, 177, 191 Lebenszyklusansatz 244 Lebenszyklusbetrachtung retrospektive 4 Lebenszykluskosten 28, 34, 38, 39, 176 Lebenszykluskostenanalyse 138, 150 LEED 91 Leistungsangebotsentwicklung 188 Leistungsbereitstellung 199 Leistungsbündel 208, 264 Leistungsinnovation 14, 217 Leistungsinnovator 18 Leistungsintegration 188, 190 Leistungslebenszyklus 13 Leistungsmodifikation 20 Leistungsportfolio 202 Leistungssicherheit 199 Leistungsversprechen 263 Leistungsziel 206 Lichtleitsystem 108 Lichtleitwirkung 186 Liegenschaftenkontenplan 27
292 Life-Cycle-Contracting 13, 189, 190, 193, 224 Lösungskonzept 223 Luft-Erdwärmeüberträger 130, 131 Lüftung 105, 110 Lüftungsanlage 178 Lüftungswärmeverlust 98 Marktmodifikation 21 Marktphasen 13–22, 264 Degenerationsphase 21–22 Einführungsphase 14, 15–17 Entwicklungsphase 14 Reifephase 14, 20–21 Wachstumsphase 14, 17–20 Marktpräsenz 201, 216, 227 Mehrwert 201 Minergie® 89, 90 Minergie-Eco® 90 Module 93, 94, 95, 174, 261 Modulinnovationen 228 Monte Carlo Simulation 244, 248 nachhaltige Herstellung 95 nachhaltige Nutzung 95 nachhaltiges Bauen 95 nachhaltiges Energy-Contracting 191, 193, 197, 198 Nachhaltigkeit 1, 3, 122, 134, 266 Nachhaltigkeitsmotiv 84 Nachhaltigkeitsstandards 92 Nachtentlüftung, passive 112, 117 Net-Present-Value 234, 236, 240 Net-Present-Value-Analyse 234 Net-Present-Value-Entscheidungsaxiom 237, 251 NPV-Erwartungswert 250 Nutzenergie 115 Nutzenergiebedarf 197 Nutzeranforderungen 108 Nutzerbehaglichkeitskriterien 159 Nutzereinfluss 213 Nutzerprofil 187 Nutzungsänderung 167 Nutzungsdauer 44 Nutzungsendzeitpunkt 63 Nutzungsflexibilität 83, 167, 169 Nutzungsinfrastrukturen 171 Nutzungskomfort 83, 176 Nutzungskosten 27, 36, 37, 40, 73 Nutzungskostengliederung 26 Nutzungsphase 27, 190 Nutzwertanalyse 224 Objektmanagementkosten 75 Objektnutzungstyp 34
Stichwortverzeichnis Ökonomisches Maximalprinzip 231, 237 Ökonomisches Minimalprinzip 231, 237 Ölpreisentwicklung 5 Optimierung energetische 79, 80, 97, 98 Gesamt- 96 LC- 177 Lebenszykluskosten- 76 nachhaltige 6 nutzungsbezogene 6, 19, 94 Ressourcen- 97 ressourcenbezogene 6, 93 Optimierungspotential 84 Organisationsaspekte 233 Paradigmawechsel 197, 225 Passivhaus 98 Passivhausstandard 88 Photovoltaik 109, 111, 153, 158, 212 gebäudeintegrierte 155, 156 Photovoltaikanlage 154 Photovoltaikmodule 179 Pilotprojekt 215 Planungsausgaben 238 Polygeneration 118, 150, 183, 212 PPP-Projekte 8 Präqualifikation 220 Preisgestaltung 200, 210, 226 Preis-Leistungswettbewerb 203, 221 Preissicherheit 204 Preistransparenz 200 Primärenergieanteil, erneuerbarer 122 Primärenergiebedarf 100 Primärenergiefaktor 121, 126, 134, 157 Primärenergieträger regenerativ 186 Produktgestaltung 207 Prognoserechnung 242, 254 Projektabwicklung 203, 218, 229 Projektabwicklungsform 219 Projektentwicklung 190 Prozessausgaben 28, 29 Public-Private-Partnership 227 Rapsöl 133 Rechnungswesen 25 Referenzklimas 206 Referenznormverhalten 115 Regenwassernutzung 164, 165 Regenwassertanks 164 Reifephase 14, 20–21 Reinigungskonzept 170 Rendite 4, 78 Renditesteigerung 78
Stichwortverzeichnis Ressourcenbezogene Gebäudeoptimierung 264 Ressourcenoptimierung 97 Restwert 57, 63, 235, 239 Risikoübertragung 196 Risikoverteilung 218 Rohstoff 1 Rückzahlungszeit 30 Schalldämmwirkung 105 Schallschutz 110 Schnittstellenfunktion 109 Schnittstellenreduzierung 199 Sensoren 109 Service-Level-Agreement 209, 210, 214, 222 Smart Grids Siehe intelligente Stromnetze Solarenergie 153, 184 Solarenergieanlage 125, 178 photovoltaische 180, 182 thermische 121, 180 Solarkollektoren 179, 211 Solarzelle Dünnschichtzelle 155 kristalline 154 Sonnenschutz 99, 108, 160, 161 Standardabweichung 247 Strukturaspekte 233 Synergien 173, 225 Synergiepotentiale 173, 175, 179, 182, 185, 187 Systemabgrenzung 254 Systemanbieter 204, 268 Systemanbieterkonzept 188 Systemanbieterprojektabwicklungsform 205 Systemführer 189, 202, 268 Systemgrenzen 58 Systemintegration 93 Systemkonfiguration 234 Systemkonzeption 87 Systemleistungsangebot 217 Systemleistungswettbewerb 219 Systemoptimierung 199 Systemzahlungsströme 234 Tageslichteinstrahlung 158 Teilsystemabgrenzung 48 Teilsystemabschreibung 44, 47, 59 Teilsysteme 93, 94, 95, 96, 173, 174, 261 elektrisch 183 Teilsystemlieferant 199, 202, 268 Telekommunikationsanlage 172
293 Temperaturempfinden 212 Teuerungsindex 241, 249 Transmissionswärmeverlust 98 Treibhauseffekt 135 Trinkwassernutzung 163 Trinkwasserverbrauch 187 Umfeldaspekte 233 Umkehrfunktion 248 Umweltverträglichkeit 176 Unterhaltskosten 111 Unterhaltsreinigung 170 Vakuum-Sanitärtechnik 166 Value Gebäude 193, 224, 227 Value-Engineering 16, 211, 215, 226 Variantenvergleich 235 Varianz 247 Ventilatorkonvektor 178 Verbrauch nutzerabhängiger 115 Verbrennungsmotor 151 Verfügbarkeitsgrad 204 Verglasungsanteil 105 Verteilungsfunktion 246, 248, 250 Wachstumsphase 14, 17–20 Wandsysteme, flexible 168, 169 Wärmebedarf 98 Wärmebereitstellung 113 Wärme-Kraft-Anlage 151, 182 Wärme-Kraft-Koppelung 150, 152 Wärmepumpe 125 Wärmerückgewinnung 116, 211 Wasserentsorgung 163, 187 wasserlose Urinale 166 wassersparende Armaturen 167 wassersparende Geräte 167 wassersparende Toilettenspülkästen 166 Wassersparmassnahmen 163 technische 166 Wasserversorgung 163, 187 Wertbeständigkeit 111 Werthaltigkeit 111 Wertschöpfungsprozess 218 Wettbewerbskonzept 221 Wirkungsgrad 153 Wirtschaftlichkeit 176 Wirtschaftlichkeitsmotiv 84 Zahlungsströme 234, 236, 237 Zertifizierungssysteme 88 Zielkunden 7–11, 266 Zutrittskontrollsystem 161
