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1 EnTool 2013: TEK‐ToolBuilding performance analysis with characteristic values

M.Sc. Niklas Alsen

Gottschalkstraße 28 34109 Kassel

alsen@uni‐kassel.dewww.tga.uni‐kassel.de

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2

Background

Content

• Background• Benchmarking of energy consumption • Characteristic values of VDI 3807‐4• TEK‐tool and its application

• Homepage IWU• Homepage EnOB

Content

• Background• Benchmarking of energy consumption• Characteristic values of VDI 3807‐4• TEK‐tool and its application

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3 CO2‐neutral state government HesseProject: Weakness assessment of university buildings

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4 Analysis of energetic weaknessesExample: Library in Frankfurt 

1.2 Allgemeine GebäudeeigenschaftenGebäudekategorie HochschulenUnterkategorie

Baujahr Gebäude 1964Energiebezugsfläche 19.571 m²davon künst. belichte 100 %

mech. belüftet 100 %gekühlt 100 %befeuchtet 100 %

A/V-Verhältnis 0,20 m-1

Institutsgebäude für Lehre und Forschung

Anzahl der RLT-Anlagen 4Anzahl zentr. Kälteerz. 2Anzahl zentr. Wärmeerz. 1

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5 How high is the potential to save energy?What are measures in which priority?

Hot water

Lighting

Ventilation

Cooling

Distribution  and circulation

Specific uses:• Administration; Library; floors; …

Heating

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6 TEK ‐ Toolbox for the energetic analysis of existingnonresidential buildings

Not treated today

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7Teilkennwerte –

Characteristic Values of nonresidential BuildingsMethodological basics, empirical research and systematical analysis

Project leadership andmanagement

IWU ‐ Institut Wohnen und UmweltInstitute for housing and environment

Dipl.‐Phys. Michael HörnerRheinstraße 65

64285  Darmstadt

Project partners• Fraunhoferinstitut für solare 

Energiesysteme ISE• Universität Karlsruhe fbta

• ARGE‐Benchmark• Energie 2000

• Ingenieurbüro Jung• Stadt Frankfurt am Main

• Techem Energie‐Contracting

Supported by theFederal Ministry of Economics and Technology

within EnOB

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8

Benchmarking of energy consumption

Content

• Background• Benchmarking of energy consumption• Characteristic values of VDI 3804‐7• TEK‐tool and its application

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9 Energy consumption analysisBenchmarking of heat and electricity – Has building priority?

0

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

350.000

400.000

450.000

[kW

h/m

on]

Monatswerte für elektrische Energie

2009

2010

2011

0

50

100

150

200

250

2009 2010 2011 0 0 0

Verbrauchskenn

wert in kW

h/(m

² NGFa)

Jahreswerte elektrische Energie

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

MW

h/m

on

Monatswerte für Brennstoff - Nah/Fernwärme

2009

2010

2011

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

2009 2010 2011 0 0 0

Verbrauchskenn

wert k

Wh/(m

² NGFa)

Jahreswerte für Brennstoff - Nah/Fernwärme

140 kWh/(m²a)

186 kWh/(m²a)

District heating(incl. hot water)

Electric Energy

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10 Energy consumption analysisPrioritizing within a building portfolio

Index = 

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11

Characteristic values

Content

• Background• Benchmarking of energy consumption• Characteristic values of VDI 3807‐4• TEK‐tool and its application

• Homepage IWU• Homepage EnOB

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12 VDI 3807 Part 4: Characteristic values for electrical energy

TEK methodology is a concretezation and further development of the VDI 3807‐4

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13

VDI 3807 Part 4: Characteristic values for electrical energy

Various technichal equipment:auxiliary energies, elevators, …

Centralised facilities:kitchens, central computing …

Workplace equipment:PCs, printers, copiers …

Characteristic values for all partial consumptions

Centralised facilities

Various technical equipment

Workplace equipment

Cooling

Ventilation

Lighting

Measured electricity

 consum

ption

Characterisitic 

values

Specific fin

al ene

rgy  [k

Wh/(m

² a)]

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14 Characteristic values: LightingVDI 3807 Part 4

Efficiency level of demand classes

very high Bad old buildings low New buildings

high Old buildingsVery low Optimised new buildings

average Average existing buildings

Very high High Average Low Very low

Characteristic values for lighting (August 2011, extract)

Specific fin

al ene

rgy  [k

Wh/(m

² a)]

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15 Energy Assessment of buildings

Preanalysis Weakness Assessment Detailed AnalysisDegree of Detail

Instrument

Scope

Formal Basis

Benchmark

Whole Building

VDI 3807 Part 1,2EnEV 2009

Characteristic Values

Whole Building / Zone

Comparison of Options

Zone

Simulations, DIN V 18599, MEG/LEG

TEK‐Toolbox

VDI 3807‐4, DIN V 18599, Dissertation Lichtmeß

TEK‐Methodology

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TEK‐Tool and its application

Content

• Background• Benchmarking of energy consumption• Characteristic values of VDI 3807‐4• TEK‐tool and its application

• Homepage IWU• Homepage EnOB

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17 Balancing procedure with TEK‐ToolModifications compared to DIN V 18599 

Simplifications• Input of thermal building envelope• Matching building envelope to zones (dissertation Lichtmeß)• Automatic generation of daylight areas• No iteration between zone balance and heat from building services• No heat transfer between zones• Efficiency of heat generator simplified• Simplified calculation of auxiliary energy from heat and cold distribution

Genaral balancing procedure according to DIN V 18599 (effective 2005‐2007)

Individual definition of boundary conditions• Number of working hours and days• Room temperatures• Internal gains• Time periods for ventilaton

Additional calculations• Centralised facilities (kitchens, central computing, …)• Various technichal equipment (auxiliary energies, elevators, …)• Workplace equipment (PCs, printers, …)

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18 Comparison: Calculated demand – measured consumption

1.3 Gemessene und berechnete Energiekennwerte (Endenergie; Gebäudeebene)berechnete Kennw erte

Brennstoff/FW el. EnergiekWh/(m² a) kWh/(m² a)

Diverse Technik * - 8,6Zentrale Dienste ** 0,0 7,7Arbeitshilfen - 1,4Dampf 0,0 0,0Hilfsenergie Kälte - 21,8Kälte 0,0 24,0Luftförderung - 64,5Beleuchtung - 55,2Warmw asser 0,0 0,0Heizung 188,2 0,0ges. Gebäude 188,2 183,3

1.4 BerechnungseinstellungenBrennstoff / Elektrische TEK-Tool _ Version: 5.5Fernw ärme Energie Flächen der therm. Geb.-hülle objektspez.

gemessener kWh/(m²a) 140 186 Zonenzuw eisung Hüllf läche automatischVerbrauch MWh/a 2.749 3.634 Stoffw erte therm. Geb.-Hülle objektspez.

berechneter kWh/(m²a) 188 183 Zonenzuw . Baut.-kennw erte automatischBedarf MWh/a 3.684 3.587 Nutzungszeiten objektspez.

1,34 0,99 interne Wärmequellen objektspez.Raumsolltemperaturen objektspez.

Verh. Bedarf/Vebrauch - fb/v

020406080

100120140160180200

Brennstoff -gemessen

Brennstoff -berechnet

el. Energie -gemessen

el. Energie -berechnet

Ener

giek

ennw

ert i

n kW

h/(m

² NG

Fa)

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19 Valuation of partial primary energy demandregarding the specific use 

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20 Weakness assessment with TEK‐ToolEffort and Benefit

Benefits:• Analysis of a whole building• Coupling between disciplines (e.g. lighting and heating)• Automatic TEK evaluation for all disciplines (in detail for single zones 

and aggregated for the wohle building)• Also “individually disliked“ disciplines need to be treated• Detailed analysises can then focus on really relevant topics• Energy savings can be quantified, visualised and economically 

evaluated

Effort:• Time: 5 to 15 days• Basic knowledge of DIN 18599 requiered  (e.g.  

standard uses)

Restrictions:• TEK valuation depends heavily on standard uses• With DIN V 18599 and thus with the TEK‐Tool 

not all aspects can be handledDonner

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 24 48 72

Leist

ung i

n kW

Zeit in Stunden ab jew

Wochenprofil elektrische EnergMaximum alle Daten Minimum alle

Montag Dienstag Mittwoch

1.3 Gemessene und berechnete Energiekennwerte (E

020406080

100120140160180200

Brennstoff -gemessen

Brennstoff -berechnet

el. Energie -gemessen

el. Energie -berechnet

Ener

giek

ennw

ert i

n kW

h/(m

² NG

Fa)

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21

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TEK‐Tool soon available for free download:• Website IWU: tektool.iwu.de