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Wirtschaftliche und energetische Auswirkungen einer zentralen Energieversorgung (auf Basis Kraft-Wärme-Kopplungstechnik) auf das Energiekonzept eines Forschungsstandorts

Am Beispiel des Agrarzentrums Limburgerhof, BASF AG und deren Konsequenzen für ein modernes Liegenschaftsmanagement

Wirtschaftliche und energetische Auswirkungen einer zentralen Energieversorgung (auf Basis Kraft-Wärme-Kopplungstechnik) auf das Energiekonzept eines Forschungsstandorts
Über dieses Buch
  • Art: Diplomarbeit
  • Autor: Thomas Kleiner
  • Abgabedatum: August 2002
  • Umfang: 150 Seiten
  • Dateigröße: 42,2 MB
  • Note: 1,5
  • Institution / Hochschule: Technische Universität Kaiserslautern Deutschland
  • ISBN (eBook): 978-3-8324-6331-1
  • ISBN (Paperback) :
    978-3-8324-6331-1 P
  • ISBN (CD) :978-3-8324-6331-1 CD
  • Sprache: Deutsch
  • Prämierung:
  • Arbeit zitieren: Kleiner, Thomas August 2002: Wirtschaftliche und energetische Auswirkungen einer zentralen Energieversorgung (auf Basis Kraft-Wärme-Kopplungstechnik) auf das Energiekonzept eines Forschungsstandorts, Hamburg: Diplomica Verlag
  • Schlagworte: Energiekonzept, BHKW, Facility Management, Energie - Netzwerkanalyse, TGA

Diplomarbeit von Thomas Kleiner

Zusammenfassung:

Die Themen Ressourcenschonung, Wirtschaftlichkeit, Energieeinsparung, Optimierungsprozesse und Managementleistungen stehen heute im Mittelpunkt allen Handelns. Um die effiziente Nutzung einer Liegenschaft wie die des Agrarzentrums Limburgerhof zu erhöhen, müssen große Anstrengungen unternommen werden. Sämtliche Bereiche dieser Liegenschaft müssen dabei aufgenommen, begutachtet und analysiert werden. Von der Energieversorgung über die Mietflächenverwaltung, Hausmeisterdienste, kaufmännische Betreuung bis hin zur Gebäudekonstruktion ist es sinnvoll, alle Bereiche von einer zentralen Stelle aus zu analysieren und zu managen. Fachleute nennen diese Managementleistung auch „Facility Management“ oder genauer „Liegenschaftsmanagement“.

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird basierend auf dem Begriff des „Facility Managements“ der Sektor Energie technisch wie auch wirtschaftlich behandelt.

Grundlage hierfür ist die Neustrukturierung des Energiemanagements der Liegenschaft Agrarzentrum Limburgerhof, BASF AG. Eine bisher dezentrale, also in jedem Gebäude für sich installierte Energiezentrale wird durch eine zentrale Energieversorgung, einem Blockheizkraftwerk als eigenständiges Gebäude der Liegenschaft, ersetzt.

Im Vorfeld der Umplanung und Umrüstung muss eine ausführliche Bestandsanalyse und Wirtschaftlichkeitsrechnung durchgeführt werden um zu überprüfen, ob eine solche Umstellung überhaupt wirtschaftlich sei. Nach der Frageklärung beginnt ein Prozess, welcher die Umrüstungen der technischen Gebäudeausstattung, Umrüstungen der Versorgungstrassen und Neuplanungen des Energieversorgungssystem beinhaltet.

Im Zuge dieser gesamten Umplanung wird außerdem ein energetisch hochwertiges Laborgebäude gebaut, das ebenfalls in das neue Energieversorgungsmanagement integriert wird und dessen energetische Konzeption Bestandteil meiner Diplomarbeit ist.

Arbeitssituation APD/S Site Service Die Einheit APD/S Site Service des Agrarzentrums Limburgerhof hat u.a. die Aufgabe ein Liegenschaftsmanagement dieses Standortes aufzubauen und die einzelnen Gebäude in ihrer Nutzungsphase zu betreuen.

Als Diplomand in dieser Einheit konnte ich mich mit Arbeitsvorgängen und Arbeitsabläufen dieser Abteilung vertraut machen. Dies stellt die Grundlage meiner Diplomarbeit dar.

Bei tiefergreifenden technischen Fragen unterstützten mich die Mitarbeiter der entsprechenden Planungs- und Ausführungsabteilungen und lieferten mir entsprechendes Informationsmaterial.

Aufgabe der Diplomarbeit ist es, das Energiekonzept der zentralen Energieversorgung des Agrarzentrums wirtschaftlich, technisch und energetisch zu beleuchten und die Einordnung ins Liegenschaftsmanagement zu beschreiben.

Ausgehend von den theoretischen Grundlagen des „Facility Managements“ und der „BHKW-Technik“ erfolgt in dieser Diplomarbeit eine Gegenüberstellung des alten und des neuen Energiemanagements des Agrarzentrums. Wirtschaftliche und energetische Daten aus dieser Gegenüberstellung bilden die Grundlage einer Nutzwertanalyse, die im letzten Kapitel dieser Diplomarbeit durchgeführt wird. Den Abschluss bildet dann ein EDV-Programm, welches die Daten der Nutzwertanalyse für spätere Überlegungen so aufbereitet, dass Auswirkungen auf das Liegenschaftsmanagement und ganz speziell auf das Gebäudeflächenmanagement vom Anwender dieses Programms (z.B. ein Facility Manager) analysiert werden können.

Interessant im Zusammenhang mit dieser Aufgabenstellung ist eine Untersuchung nicht nur des Bereiches „Energie“ sondern eine Ausdehnung auf alle Bereiche des Liegenschaftsmanagements wie z.B. Instandhaltung, Reinigung und Pflege, Ver- und Entsorgung, usw..

Weitere Nutzwertanalysen für die einzelnen Teilbereiche führen zu einem ganzheitlichen Management der Liegenschaft Agrarzentrum Limburgerhof und ermöglichen dann einen eventuellen Transfer auf andere Standorte ähnlicher Struktur.

Allerdings muss deutlich gesagt werden, dass dies den Rahmen dieser Diplomarbeitarbeit um ein Vielfaches sprengen würde und eher als zukünftige Aufgabe für Mitarbeiter der Einheit APD/S Site Service zu sehen ist.

Inhaltsverzeichnis:

Inhaltsverzeichnis 3
Verzeichnis der Abbildungen 7
Verzeichnis der Tabellen 8
Verzeichnis der Abkürzungen 9
Vorwort 11
Kapitel 1: Einleitung 12
Kapitel 2: BASF AG: Hintergründe und Fakten 16
2.1 Informationen zur BASF AG 16
2.2 Position des Agrarzentrums Limburgerhof in der BASF Gruppe 17
2.3 Stellung des Agrarzentrums Limburgerhof im Bezug auf das Stammwerk der BASF in Ludwigshafen 18
2.4 Geographische Lage 20
2.4.1 Regionale Einordnung 20
2.4.2 Stammwerk BASF AG Ludwigshafen 21
2.4.3 Agrarzentrum Limburgerhof, BASF AG 22
Kapitel 3: Facility Management/Liegenschaftsmanagement 23
3.1 Ist eine eindeutige Begriffsdefinition möglich? 23
3.2 Immobilien Facility Management/Liegenschaftsmanagement 25
3.3 Grundzüge/Zielsetzungen/Methoden eines Facility Management Projekts 29
3.4 Die Situation im Agrarzentrum Limburgerhof, BASF AG 33
3.5 Energiemanagement als Bestandteil des Immobilien Facility Managements 35
Kapitel 4: Bestandsanalyse des Energiemanagements des Agrarzentrums Limburgerhof, BASF AG 37
4.1 Ist - Zustand der Energieversorgung 37
4.1.1 Elektrische Energieversorgung 37
4.1.2 Gasversorgung 37
4.1.3 Wärme- und Kälteversorgung der Gebäude 38
4.1.4 Darstellung der Situation im Plan 39
4.2 Bestandsanalyse der Gebäudearten, des Energiebedarfs und der technischen Gebäudeausrüstung (TGA) 40
4.2.1 Bestandsanalyse der Gebäude des Agrarzentrums bezüglich ihres Energiebedarfs und ihrer technischen Gebäudeausrüstung 40
4.2.2 Auswertung der Bestandsanalyse 41
4.3 Ein typisches Gebäude mit dezentralem Energiekonzept am Beispiel des Laborgebäudes Li 445 43
4.4 Grundsätzliche Überlegungen zu einem neuen Energiekonzept 46
Kapitel 5: Blockheizkraftwerke und das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplungstechnik 49
5.1 Einführung 49
5.2 BHKW/KWK - Technik und deren Umweltauswirkungen 50
5.2.1 Die klassische Art der Stromerzeugung 50
5.2.2 Die neue Lösung: KWK-Technik 51
5.2.3 Motoren in BHKW Modulen 54
5.2.4 Lärm- und Abgasemissionsschutz von BHKW Modulen 54
5.3 Betriebskonzepte 55
5.3.1 Wärme- oder Stromführung 55
5.3.2 Eigenbedarfsdeckung oder Stromlieferung 55
5.3.3 Laufzeit und Lebensdauer 56
5.4 Energiepolitische Rahmenbedingungen 56
5.4.1 Die Ökosteuer 56
5.4.2 Die Kraft-Wärme-Kopplungs - Vorrangpolitik 58
Kapitel 6: Neues Energiekonzept des Agrarzentrums Limburgerhof 62
6.1 Entscheidungsfaktoren für ein neues Energiekonzept 62
6.1.1 Entscheidungsfaktor: Alte Anlagen und die KWK-Technik 62
6.1.2 Entscheidungsfaktor: Laborneubau Li 721 63
6.1.3 Wirtschaftlichkeitsrechnung 64
6.2 Energiebilanz, Gebäudeauswahl, Versorgungstrassenverlauf 68
6.2.1 Neue Energiebilanz 68
6.2.2 Gebäudeauswahl 70
6.2.3 Plandarstellung 70
6.3 Umstellung eines Gebäudes von dezentraler auf zentrale Energieversorgung 73
6.3.1 Auswirkungen auf die vorhandene Gebäudetechnik 73
6.3.2 Umstellungsprozess von dezentraler auf zentrale Energieversorgung anhand einer Prozesskette 75
6.4 Bau der zentralen Energieversorgung im Rahmen der KWK-Technik im Agrarzentrum Limburgerhof 77
Kapitel 7: Energie - Nutzwertanalyse 80
7.1 Grundlage der Nutzungskostenbetrachtung 81
7.1.1 Allgemeine Nutzungskostenstruktur von Gebäuden als Ermittlungsgrundlage nach DIN 18960 82
7.1.2 Gruppenbildung (Kategorisierung) der Gebäude des Agrarzentrums Limburgerhof 86
7.1.3 Auswahl von Nutzungskostengruppe und Gebäudegruppen 88
7.2 Nutzungskostenermittlung für den Bereich Energien der unter 7.1.3 getroffenen Auswahl für das Agrarzentrum Limburgerhof 89
7.2.1 Tabellarische Zusammenstellung und Berechnung der Energiekosten 89
7.2.2 Graphische Darstellung der Energiekosten in Abhängigkeit der Investitionskosten 89
7.2.3 Auswertung von Trendlinien 90
7.3 Praktische Anwendung der Trendlinien mit den dazugehörigen Datensätzen im Agrarzentrum Limburgerhof 92
7.3.1 Deckungsbeitrag in % der standardisierten Gebäude an den Betriebskosten des BHKW 92
7.3.2 Prozentuale Aufteilung der Netto - Grundfläche (NGF) in Hauptnutz-fläche (HNF), Nebennutzfläche (NNF), Verkehrsfläche (VF) und Funktionsfläche (FF) nach DIN 277 Teil1 94
7.3.3 Berechnungsprogramm zur Ermittlung der nutzerbezogenen Jahresenergiekosten vorhandener Gebäude sowie in Planung befindlicher Bauvorhaben 96
Zusammenfassung 101
Kurzfassungen 104
Ehrenwörtliche Erklärung 107
Literaturverzeichnis 108
Normenverzeichnis 115
Anlagen

Automatisiert erstellter Textauszug:

Auch denkbar wäre eine Trennung von Kälte- und Wärmeerzeugung. So könnte man die Wärme komplett zentral erzeugen und die Kälte weiterhin dezentral bereitstellen, oder umgekehrt. Größere Umplanungen sind auch hierbei notwendig, welche mit umfassenderen Baumaßnahmen einhergehen. Allerdings wird hierbei schon eine hohe Wirtschaftlichkeit erreicht. Fazit: Modell C ist das flexibelste und wirtschaftlichste Modell und ist in einer Liegenschaft wie das Agrarzentrum Limburgerhof mit vergleichsweise geringen Problemen umsetzbar. Die Abwägung von Modellen und Varianten für eine Umstrukturierung des Energiekonzepts des Agrarzentrums Limburgerhof bedarf weiterer Überlegungen, wie solch eine zentrale Energieversorgung aussehen soll und mit welchem anlagetechnischen Prozess die geforderten Energien produziert werden können. In diesem Zusammenhang muss das in den letzten Jahren immer stärker ins Interesse gerückte Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplungs-Technik berücksichtigt werden, da durch Anwendung dieser Technik eventuell Wirtschaftlichkeit und Effizienz weiter verbessert werden können. Das folgende Kapitel beschreibt die Grundlagen der Kraft-Wärme-Kopplungs-Technik. Im Kapitel 6 wird diese Technik im Hinblick auf die Umstrukturierung des Energiekonzeptes des Agrarzentrums auf ihre Anwendbarkeit untersucht. [...]

In diesem Fall müsste das Agrarzentrum von heute auf morgen „schlagartig“ komplett umstrukturiert und umgeplant werden. Alte Anlagen müssten demontiert werden und neue Anlagen installiert werden, und das in kürzester Zeit. Fazit: In einer so großen Liegenschaft ist dies extrem unwirtschaftlich und mit einem zu großen Aufwand verbunden. Modell C: Zentrale Energieversorgung der Gebäude mit dem größten Energiebedarf Hierbei werden die Gebäude mit dem größten Energiebedarf über eine zentrale Energieversorgung, zum Beispiel mit einem Blockheizkraftwerk, versorgt. Die restlichen Gebäude werden weiterhin peripher, also dezentral mit ihren eigenen technischen Anlagen versorgt und erst nach und nach in die zentrale Energieversorgung integriert. [...]

Bei den Überlegungen sind sämtliche Faktoren und Möglichkeiten in Betracht zu ziehen. Im Rahmen einer Wirtschaftlichkeitsrechnung müssen die „Break-even-Points“ 30 errechnet und die technischen Möglichkeiten einer Umstrukturierung des Energiekonzepts untersucht werden. Am besten geschieht dies durch Modellbildung verschiedener Konzepte und Gegenüberstellungen dieser einzelnen Konzepte. Die Komplexität eines solchen Vorgangs bedarf zahlreicher, intensiver und sehr aufwendiger Analysen, doch die Resultate können eine enorme Verbesserung der Wirtschaftlichkeit, Umweltverträglichkeit und Effizienz liefern. Varianten oder Modelle, die für das Agrarzentrum Limburgerhof sinnvoll erscheinen, sehen wie folgt aus: Modell A: aus. Altanlagen, aber auch neue Projekte werden auf dem gesamten Liegenschaftsgelände durch dezentrale technische Gebäudeausrüstung versorgt. Es werden bestehende Anlagen nach Bedarf repariert, ausgetauscht oder modernisiert, Neubauten werden durch dezentrale technische Einrichtungen bestückt. Fazit: Eine Neuorganisation des Energiemanagements mit damit verbundenen aufwendigen Neuplanungen ist nicht notwendig. Bestehende Anlagen, Räume, etc. bedürfen keiner Umstrukturierung. Modell B: Zentrale Energieversorgung für das gesamte Agrarzentrum Beibehaltung der dezentralen Energieversorgung [...]

Arbeit zitieren:
Kleiner, Thomas August 2002: Wirtschaftliche und energetische Auswirkungen einer zentralen Energieversorgung (auf Basis Kraft-Wärme-Kopplungstechnik) auf das Energiekonzept eines Forschungsstandorts, Hamburg: Diplomica Verlag

Schlagworte:
Energiekonzept, BHKW, Facility Management, Energie - Netzwerkanalyse, TGA

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