Arbeitskreis Maschinen- und Elektrotechnik staatlicher und kommunaler Verwaltungen (AMEV)

Neue Kennwerte für den elektrischen Leistungsbedarf

Bauherren, Fachplaner und Betreiber von öffentlichen Gebäuden und Liegenschaften benötigen bereits in frühen Planungsphasen spezifischen Kennwerten für den elektrischen Leistungsbedarf, um so die elektrische Anschlussleistung mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand abschätzen zu können.

Diese Kennwerte unterstützen in der Vor- und Entwurfsplanung das Erarbeiten eines Planungskonzeptes, eines Variantenvergleichs zur Art der elektrischen Einspeisung sowie des elektrotechnischen Versorgungskonzepts (Netzanschluss). Sie ermöglichen die Voranfragen beim Netzbetreiber (Bedarfsanmeldung), die Vorauswahl der Art der Messung, die Einschätzung des Flächenbedarfs für Elektro-Hausanschluss-/Technikräume sowie das Abschätzen des Anschlusskostenbeitrages und Baukostenzuschusses. In allen Planungsphasen und im Betrieb dient der elektrische Leistungsbedarf der Plausibilitätskontrolle und dem Benchmarking.

Richtlinien oder Normen, wie beispielsweise die VDI 3807, publizieren keine Kennwerte für den elektrischen Leistungsbedarf. Die Kennwerte, die bisher dem AMEV zur Verfügung standen, waren 20 Jahre alt. Deshalb hat man sich im Oktober 2014 im AMEV dazu entschlossen, eine bundesweite Abfrage von "Objekt- und Leistungswerte öffentlicher Gebäude" bei Eigentümern und Betreibern öffentlicher Gebäude zu starten, um so die Daten zu aktualisieren und auf eine breitere Datenbasis zu stellen.

Im Rahmen dieser mehrstufigen Datenabfrage gingen bis August 2018 insgesamt 3.537 Meldungen für Gebäude aus 369 Städten und Gemeinden aus Deutschland und Österreich mit insgesamt 99 verschiedenen Bauwerkskennungen gemäß Bauwerkszuordnungskatalog (BWZK) ein.

Dabei wurden folgende Daten abgefragt:

● Gebäudekennung
o  Gebäudekategorie
o  Ziffer nach BWZK

● Gebäudedaten
o  Sanierungsjahr/Baujahr
o  Nettogrundfläche (NGF)

● Verbrauchs-/Leistungsdaten
o  Jahr der Messwerte
o  Elektrische Jahresarbeit
o  Höchster Monatsmittelwert der Wirkleistung
o  Höchster Tagesmittelwert der Wirkleistung
o  Höchster Stundenmittelwert der Wirkleistung
o  Höchster Leistungswert aus dem ¼-Stunden-Lastgang
o  Höchster Momentanwert der Wirkleistung

Neben dem höchsten Momentanwert der Wirkleistung wurden die oben aufgeführten ergänzenden Kennwerte zur elektrischen Wirkleistung der Gebäude zur Erweiterung und Qualifizierung der Auswertung abgefragt. Dazu gehörte u. a. auch die höchste Leistung aus den ¼-Stunden-Messwerten, bspw. aus der Leistungsmessung des Energieversorgungs-unternehmens (EVU).

Die Intention war, den spezifischen elektrischen Leistungsbedarf je Gebäudetyp aus dem höchsten Momentanwert der Wirkleistung zu ermitteln. Weiterhin sollten Zusammenhänge zwischen den weiteren Leistungskennwerten geprüft werden.

Den Eigentümern und Betreibern der öffentlichen Gebäude liegen (mit wenigen Ausnahmen) keine Momentanwerte der elektrischen Leistung für ihre Gebäude vor. Ein Drittel der Datensätze weisen jedoch die höchste Leistung der Gebäude aus dem ¼-Stunden-Lastgang aus.Dieser Wert ist eher verfügbar oder auch leichter zu ermitteln als der höchste Momentanwert der Leistung innerhalb eines Jahres.

Insofern wurde entschieden, den spezifischen elektrischen Leistungsbedarf für Gebäude verschiedener Art und Nutzung auf Basis des höchsten Leistungswertes aus dem ¼-Stunden-Lastgang zu ermitteln. Die dadurch bestimmten Kennwerte sind somit eine Mittelung des Leistungsbedarfes über eine ¼-Stunde. Innerhalb dieses Intervalls können höhere Momentanwerte auftreten.

Zusätzlich wurden die Daten anhand der Nettogrundfläche der Gebäude normiert, um eine Vergleichbarkeit der Datensätze zu gewährleisten.

Weiterhin wurden die Jahresnutzungsstunden ausgewertet.

Alle Objekte versorgen jeweils keine Ladeinfrastruktur für Elektromobilität.

Die Plausibilisierung der Datensätze wurde mit verschiedenen Vergleichsgrößen durchgeführt. Dazu wurden unter anderem die Jahresnutzungsstunden verwendet. Für weitere Vergleichsgrößen wurde die elektrische Jahresarbeit anhand der Nettogrundfläche normiert und mit den Kennwerten der VDI 3807 verglichen. Zudem wurden diverse Quotienten aus den Daten der Abfragekategorie „Verbrauchs/Leistungsdaten“ gebildet, miteinander verglichen und bewertet.

Abschließend konnten 1.270 vollständige und qualifizierte Datensätze bestätigt und für die Datenauswertung verwendet werden.

Zur Auswertung der Daten wurden verschiedene statistische Mittel verwendet. Im Rahmen der Auswertung wurden der arithmetische Mittelwert, die empirische Standardabweichung, der Median und der Modalwert gebildet. Dabei wurden die Gebäudegruppen anhand ihrer Stichprobengröße in 3 Kategorien unterteilt.

BWZK-Gruppen mit einer Datensatzanzahl von 30 und mehr Gebäuden stellen die erste Kategorie „auswertbar“ dar. Daran schließt sich die zweite Kategorie „mit Hinweis auswertbar“ mit bis zu 15 Gebäuden an. Alle anderen BWZK-Gruppen können aufgrund der zu geringen Datensatzanzahl nicht ausgewertet werden (Kategorie 3).

Bei Stichproben unter 30 Gebäuden (Kategorie 2) sind die gewonnenen Daten als grober Richtwert zu sehen. Hier können Einzelfehler einen größeren, verfälschenden Einfluss haben.

Im Rahmen der Auswertung wurden in den Tabellen 1 bis 4 die aufgeführten Kennwerte und Ergebnisse zusammengestellt.

Die Kennwerte in der Tabelle 1 und Tabelle 2 wurden aus den Stichproben der Kategorie 1 mit mindesten 30 Datensätzen gewonnen.

Zur Auswertung lag somit eine ausreichende Anzahl an Datensätzen vor. Einzelfehler wurden durch die Plausibilisierung detektiert. Sie können dennoch nicht gänzlich ausgeschlossen werden. Ihr prozentualer Anteil ist bei einer größeren Anzahl an Datensätzen aber immer geringer, sodass die ermittelten statistischen Werte eine höhere Konfidenz aufweisen.

Die in Tabelle 3 und Tabelle 4 ausgewiesenen Kennwerte wurden aus Stichproben gewonnen, welche eine sehr geringe Datensatzanzahl haben. Durch die bereits beschriebene Plausibilisierung wurden Einzelfehler detektiert. Dennoch können die Einzelfehler nicht gänzlich ausgeschlossen werden. Sie können einen größeren verfälschenden Einfluss auf das Endergebnis haben.

Die spezifische elektrische ¼-Stunden-Leistung in den Tabellen 1 und 3 wurde aus dem ¼Stunden-Lastgang ermittelt. Die Ergebnisse stellen somit einen Mittelwert über dieses Zeitintervall dar. Innerhalb dieses Zeitintervalls können höhere Momentanwerte der elektrischen Leistung auftreten.

Für die spezifische ¼-Stunden-Leistung wurden verschiedene statistische Kennwerte ermittelt und in den Tabellen 1 und 3 dokumentiert.

Der statistische Kennwert aus den Tabellen 1 und 3 sollte auch unter Berücksichtigung der objektkonkreten Besonderheiten einschließlich Ausstattung und Energieeffizienz des Gebäudes bzw. Objektes ausgewählt werden.

Für die Berechnung der normierten Jahresarbeit in der VDI 3807 Blatt 2:2014-11 wurde als Mittelwert der Modalwert verwendet. Dieser stellt bzgl. seiner „schiefen“ Verteilung einen passenderen Orientierungswert als der arithmetische Mittelwert dar.

Für die Jahresnutzungsstunden sind der arithmetische Mittelwert, die Standardabweichung und der Modalwert in den Tabellen 2 und 4 angegeben.

Die ermittelten Kennwerte wurden zum Teil aus zusammengefassten BWZK-Kennungen erstellt. Datensätze, die bis zur 4. Stelle nach BWZK klassifiziert sind, wurden zusammen mit der entsprechenden Obergruppe nach der 3. Stelle ausgewertet. Dies bedeutet, dass die vorhandenen Datensätze aus den Unterkategorien (ABCD) bei der Auswertung der Oberkategorie (ABC0) mitberücksichtigt wurden. So sind z. B. die Datensätze aus den Unterkategorien 1341-1344 (ABCD) bei der Auswertung der 1340 (Polizeidienstgebäude; ABC0) mit einbezogen worden.

Dies ermöglichte es, die Datensätze, die nur bis zur 2. oder 3. Stelle der BWZK präzisiert waren, mit zu berücksichtigen. Dadurch konnte auch die spezifische elektrische Leistung für diese Oberkategorien ermittelt werden.

Dies betrifft folgende ausgewertete BWZK-Kategorien:

● „Verwaltungsgebäude mit einfacher technischer Ausstattung“ (1320) mit:
o „Behördenzentren/Behördenhäuser“ (1321) Anz. Datensätze: 10
o „Verwaltungsgebäude/Ämtergebäude“ (1323) Anz. Datensätze: 114

● „Verwaltungsgebäude mit erhöhter technischer Ausstattung/Ausrüstung/Funktion“ (1330) mit:
o „Verwaltungsgebäude mit Prüffunktion“ (1333) Anz. Datensätze: 14

● „Polizeidienstgebäude Bund/Land“ (1340) mit:
o „Präsidien/Direktionen“ (1341) Anz. Datensätze: 35
o „Kommissariate/Reviere/Inspektionen“ (1342) Anz. Datensätze: 49
o „Polizeigebäude mit Zusatzfunktion z.B. Autobahn-, Wasserschutzpolizei (1343)
o Anz. Datensätze: 11
o „Bereitschaftspolizei/Bundespolizei z.B. Stabgebäude/Wachgebäude (1344) Anz.
o Datensätze: 3

● „Hörsäle“ (2110) mit:
o „Hörsäle ohne Zusatznutzung“ (2111) Anz. Gebäude: 1
o „Hörsäle mit Zusatznutzung“ (2112) Anz. Gebäude: 7

Die nachfolgenden BWZK-Kategorien (AB00) wurden mit den Unterkategorien (ABC0) zusammengefasst. Dies bedeutet, dass die Datensätze aus diesen Unterkategorien bei der Auswertung der Oberkategorie mit in die Bewertung einbezogen wurden. Beispielsweise werden die BWZK 1210-1230 (ABC0) bei der BWZK 1200 (AB00) einbezogen.

Folgende Unterkategorien wurden bei der Auswertung der BWZK 1200 mitberücksichtigt:

● „Gerichtsgebäude mit normaler technischer Ausstattung“ (1210) Anz. Datensätze: 53
● „Gerichtsgebäude mit höherer technischer Ausstattung“ (1220) Anz. Datensätze: 1
● „Staatsanwaltschaften“ (1230) Anz. Datensätze: 4

Die Kategorie „Verwaltungsgebäude“ (1300) umfasst die folgenden Unterkategorien:

● „Ministerien/Staatskanzleien/Landesvertretungen“ (1310) Anz. Datensätze: 23
● „Verwaltungsgebäude mit einfacher technischer Ausstattung“ (1320) Anz. Datensätze: 240
● „Verwaltungsgebäude mit erhöhter technischer Ausstattung“ (1330) Anz. Datensätze: 42

Bei den „Berufsbildenden Schulen“ (4200) wurden die Gebäude aus folgenden Unterkategorien in der BWZK 4200 zusammengefasst:

● „Berufsbildende Schulen (gewerblich/wirtschaftlich)“ (4210) Anz. Datensätze: 14
● „Berufsbildende Schulen mit höherer technischer Ausstattung“ (4220) Anz. Datensätze: 10
● „Berufsakademien/Berufskollegs“ (4230) Anz. Datensätze: 1

Desweitern wurde bei der Auswertung von den „Veranstaltungsgebäuden“ (4700) die folgenden beiden Unterkategorien hinzugezogen:

● „Veranstaltungsgebäude mit einfacher technischer Ausstattung“ (4710) Anz. Datensätze: 7
● „Veranstaltungsgebäude mit erhöhter technischer Ausstattung“ (4720) Anz. Datensätze: 8

Unter der Kategorie „Beherbergen im Justizvollzug“ (6500) sind die Gebäude der folgenden Unterkategorien zusammengefasst:

● „Justizvollzugsanstalten Gesamtanlagen“ (6510) Anz. Datensätze: 21
● „Jugendvollzugsanstalten Gesamtanlagen“ (6520) Anz. Datensätze: 2
● „Jugendarrestanstalten“ (6530) Anz. Datensätze: 1

Zu jedem Datensatz wurde auch das Baujahr der Gebäude - sofern das Gebäude saniert wurde das Sanierungsjahr - abgefragt. Im Rahmen dieser Untersuchung wurde keine Abhängigkeit zwischen der spezifischen elektrischen Leistung und dem Baujahr/ Sanierungsjahr des Gebäudes festgestellt. Bei einigen Datensätzen ist es zudem unsicher, ob tatsächlich das Jahr der letzten Sanierung angegeben wurde und nicht das Baujahr des Gebäudes.

Ein Vergleich der aktuellen Ergebnisse mit den einschlägigen Werten aus dem Jahr 2000 zeigt, dass neun von elf der für die spezifische elektrische ¼-Stunden Leistung ermittelten Werte annähernd gleich groß sind.

Die für den spezifischen Leistungsbedarf der Kindertagesstätten und Museen ermittelten Werte weichen von den bisher in den bisher ausgewiesenen Werten deutlich nach oben ab. Allerdings kann hier keine abschließende Aussage getroffen werden, da bei beiden Gebäudekategorien die Stichprobenanzahl relativ gering ist.

In Abhängigkeit der konkreten Nutzung und der Arbeitsabläufe innerhalb des Gebäudes sind damit zwangsläufig Abweichungen von den neuen Orientierungswerten in den Tabellen 2 und 4 zu erwarten. Eine einzelfallbezogene Betrachtung ist somit angeraten.

Eine klare Tendenz der ermittelten Jahresnutzungsstunden im Vergleich zu den bisherigen veröffentlichen Daten kann nicht festgestellt werden. Bei fast allen Datensätzen liegt der ermittelte arithmetische Mittelwert der Jahresnutzungsstunden innerhalb des bisher angegebenen Intervalls.

Die neuen Orientierungswerte in Tabelle 2 und 4 sind sowohl am unteren Rand des Intervalls (Ganztagesschulen, Justizvollzugsanstalten Gesamtanlagen, Polizeidienstgebäude Bund und Land) als auch im mittleren Bereich wiederzufinden. Allerdings ist bei den Museen eine starke Abweichung nach oben festzustellen. Aufgrund der geringen Stichprobenanzahl kann für Museen jedoch keine abschließende Aussage getroffen werden. Die Jahresnutzungsstunden der Gebäudekategorie Kommissariate / Reviere / Inspektionen liegen unterhalb des bisherigen Intervalls. Hier ist die Anzahl an Datensätzen größer, sodass davon ausgegangen werden kann, dass die Jahresnutzungsstunden tatsächlich geringer ausfallen, als die bisherigen Orientierungswerte für Polizeidienstgebäude erwarten lassen.

Bei Verwendung der spezifischen Werte für die Ermittlung der elektrischen Anschlussleistung oder der elektrischen Jahresarbeit eines Gebäudes ist zu beachten, dass die Elektromobilität bei der spezifischen elektrischen ¼-Stunden Leistung und den Jahresnutzungsstunden nicht berücksichtigt ist. Alle in die vorliegende Auswertung einbezogenen Gebäude versorgen keine Ladeinfrastruktur über ihre Elektroverteilungen.

Sofern Ladestationen an die Energieversorgung eines Gebäudes angeschlossen werden, kann die elektrische Anschlussleistung im erheblichen Maße durch die Ladeinfrastruktur beeinflusst sein. Der elektrische Anschlusswert des Gebäudes kann sich hierdurch erheblich erhöhen.

Auch Photovoltaikanlagen, Blockheizkraftwerke oder Ersatzstromversorgungsanlagen könnenden Lastgang, den Lastfluss und den Leistungs- und Energiebedarf aus dem öffentlichen Versorgungsnetz beeinflussen. Bei der Planung und Dimensionierung der elektrischen Anlage für ein Gebäude oder ggf. auch eine Liegenschaft sind Eigenstromversorgungsanlagen daher immer gesondert zu betrachten.

Die im Rahmen der Untersuchung ermittelten Ergebnisse werden bei Neufassung der AMEV Empfehlung „EltAnlagen 2015“ berücksichtigt und eingearbeitet. Die bisher in der AMEV-Empfehlung enthaltene Tabelle 1 „spezifischer Leistungswert in Abhängigkeit der Nutzungsart“ und die Tabelle 4 „Orientierungswerte für Jahresnutzungsstunden in Abhängigkeit der Gebäudeart“ werden mittelfristig durch die Tabellen 1 bis 4 des vorliegenden Berichts ersetzt.

Autor: Matthias Schreiber, Leiter des Fachbereichs Elektrotechnik im AMEV und Referent im Thüringer Ministerium für Infrastruktur und Landwirtschaft

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