Planer im Porträt: Ingenieurbüro Gratzl : Simulation statt Sicherheitszuschlag

Markus Gratzl plant vor allem für andere Planer*innen. Der Experte für Gebäudesimulation hat sich 2012 mit seinem eigenen Ingenieurbüro selbstständig gemacht. Mit Sitz in Oberösterreich ist Gratzl als EPU – „eigentlich sind wir zu dritt – me, myself and I“, schmunzelt er – auf Green Building Simulationen spezialisiert. Sein Antrieb: Der Klimaschutz. Denn wie sich bereits in seiner Diplomarbeit über die Ökobilanzierung von Wohnhausanlagen zeigte, ist die Energieeffizienz von Gebäuden über ihren Lebenszyklus hinweg der größte Hebel, um Energie zu sparen und Umweltwirkungen zu reduzieren. Es folgten seine Promotion am Institut für Wärmetechnik der TU Graz und eine Professur im Bereich „Bauphysikalische Simulationsmethoden“ an der FH Salzburg. 

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An der TU Graz kam Gratzl in den späten Nullerjahren in einer Arbeitsgruppe erstmals mit der Gebäude- und Anlagensimulation in Kontakt, die damals nahezu ausschließlich als Forschungsinstrument genutzt wurde. „Diese Arbeitsgruppe war eine von zwei oder drei in ganz Österreich, die das Thema Gebäudesimulation auf wissenschaftlicher Ebene betrieben haben. Auf Planer-Ebene hat es das zum damaligen Zeitpunkt eigentlich noch gar nicht gegeben“, erinnert er sich. Über die Arbeitsgruppe und eine spätere Anstellung in einem deutschen Architekturbüro ergaben sich zunehmend Anknüpfungspunkte für Simulationsmethoden in der Praxis, die Gratzl seit mittlerweile 14 Jahren in seinem Unternehmen bündelt. 

Die Auslastung ist sehr hoch, personelles Wachstum plant der Simulationsexperte momentan aber dennoch keines. „Der erste und wichtigste Grund dafür ist, dass ich die Arbeit einfach furchtbar gern selbst mache. Ich simuliere mit Leidenschaft und bin mit Herz und Seele bei jedem meiner Projekte dabei“, erklärt er. Hinzu komme der Standort: „Wir sind hier in Taufkirchen an der Trattnach zwar in der Mitte von Österreich, aber trotzdem irgendwo im Nirgendwo.“ 

Projekte rund um Nicht-Wohngebäude wickelt Gratzl in ganz Österreich und Deutschland ab – über ein etabliertes Netzwerk an Haustechnik-Fachplaner*innen, Bauphysiker*innen und Projektsteuernde. Denn Teil der Ausschreibung ist die Simulation in seiner Erfahrung aktuell „in einem von hundert Fällen“. Dynamik kommt zwar durch die Gebäudezertifizierung, häufig jedoch erst spät im Planungsprozess oder nur im für das Bewertungsschema erforderlichen Mindestumfang. „Um Punkte zu bekommen, wird oft eine Minimal-Simulation für einzelne Räume gemacht, damit es so wenig wie möglich kostet. Dabei würde es aber nicht viel mehr kosten, das gesamte Gebäude zu simulieren, was eine Anlagenoptimierung ermöglicht“, wirft Gratzl ein. Auditor*innen hätten zudem meist keinen direkten Einfluss auf den Planungsprozess und wenn die Simulation im Rahmen einer Gebäudezertifizierung erfolgt, ist der Planungsstand häufig bereits auf Einreichniveau oder darüber. Für grundlegende Optimierungen bleibe dann kaum noch Spielraum.

Neben der dynamischen Simulation auf Gebäudeebene, bei der das Zusammenspiel von Gebäude und Technik unter realitätsnahen Rahmenbedingungen – etwa Nutzung, Außenklima oder Wärmespeicherung – modelliert wird, bietet das Ingenieurbüro weitere spezialisierte Berechnungsmethoden an. Die thermische Anlagensimulation untersucht haustechnische Systeme und deren optimale Regelung im Zusammenspiel. Besonnungs- und Tageslichtsimulationen zeigen, wie sich durch eine gezielte Tageslichtnutzung der Kunstlichtbedarf reduzieren lässt. 

Besonders gefragt sind derzeit CFD-Strömungssimulationen. Sie kommen häufig für Proof-of-Concept-Untersuchungen zum Einsatz. „Haustechnik-Fachplaner fragen das stark nach“, bestätigt Gratzl. Oft hätten sie eine Idee, wie sich etwa die Belüftung oder Kühlung eines Gebäudes beziehungsweise einzelner Räume umsetzen ließe, würden damit beim Bauherrn aber zunächst auf Skepsis stoßen. In der Vergangenheit untersuchte der Simulationsexperte unter anderem die Regelung von Luftströmung und Luftgeschwindigkeit in Laboren eines großen Technologieunternehmens, in denen Hardwarekomponenten im Dauertest laufen und gleichzeitig Arbeitsplätze untergebracht sind. Ein weiteres Projekt betraf die Entwicklung eines Kühl- und Heizkonzepts für das Hochregallager eines Lebensmittelherstellers. Beide Konzepte kamen zur Umsetzung.

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Wie groß das Optimierungspotenzial sein kann, zeigt ein aktuelles Projekt am Bildungscampus Leonding. Das rund 9.000 Quadratmeter große Gebäude umfasst unter anderem 24 Klassen und zwei Turnsäle. Für eine neue AHS führte Gratzl eine Gebäude- und Anlagensimulation durch: Statt der ursprünglich vorgesehenen 354 kW Heizleistung ergab die Simulation lediglich 113 kW erforderliche Heizleistung für die Wärmepumpenanlage.

Weil die Anlagenleistung für die Heizung vorgesehen war, aber auch eine gleichzeitige Warmwasserbereitung betrachtet werden sollte, beschäftigte der Simulationsexperte sich mit einem außergewöhnlichen Szenario: Was passiert, wenn in den beiden Turnsälen ein viertägiges Fußballturnier stattfindet und die gesamte Wärmepumpenleistung für die Warmwasserbereitung benötigt wird? „Werden die Klassen bei einem ungünstigen Außenklima 96 Stunden lang nicht beheizt, kühlen sie von 22 auf knapp 19 Grad Celsius aus und können innerhalb von acht Stunden wieder problemlos auf 22 Grad aufgeheizt werden“, fasst Gratzl das Ergebnis zusammen. Möglich mache das die gut gedämmte Gebäudehülle und Bauteilaktivierung mit hoher Speichermasse zur Wärmeabgabe. Auch wenn sich der Bauherr letztlich nur für eine geringe Reduktion der ursprünglich geplanten Dimensionierung entschied, zeigt das Projekt, welche konkreten Fragestellungen sich mithilfe einer Simulation beantworten lassen.

Wie sich Simulation unmittelbar in wirtschaftlichen Vorteilen niederschlagen kann, zeigt hingegen der Gewerbepark Nordraum in Salzburg. Büro-, Vertriebs-, Produktions- und Lagerflächen auf einer Bruttogeschossfläche von 17.000 Quadratmetern sollten dort möglichst nachhaltig errichtet werden. Dafür sah das Energiekonzept eine Wärmepumpenanlage mit Tiefensonden sowie eine Bauteilaktivierung vor. Die erste Anlagenauslegung kam bei einer Heizleistung von etwa 500 kW zu liegen, die Gebäudesimulation hingegen bei 310 kW. 

Durch den Mix aus Büro- und Hallenräumlichkeiten, hatte die Luftdichtigkeit der Hallen einen großen Einfluss auf die erforderliche Heizleistung. Mit konkreten Vorgaben dazu an den Generalunternehmer, die anschließend mittels Blower-Door-Tests überprüft wurden, ließ sich die geringere Heizleistung tatsächlich realisieren. Dazu kam eine Bohrfeldsimulation, um auf möglichst wenig Platz möglichst viele Sonden unterzubringen – mit einer Kosteneinsparung von 300.000 Euro allein durch diese Maßnahme. Darüber hinaus zeichnete Gratzl für die Förderabwicklung und die Entwicklung eines Verrechnungsmodells für Wärme und Kälte an die Mieter*innen verantwortlich. 

Das Ansehen, das Simulationsmethoden in anderen Gebieten wie dem Brandschutz schon genießen, vermisst Gratzl in der Gebäudetechnik noch. Denn seine Erfahrung zeige: „Bei jedem Gebäude, für das eine Gebäudesimulation gemacht wird, kann die Heizleistung um mindestens 20 Prozent reduziert werden. Und zwar einfach dadurch, dass die Algorithmen der Heizlastnorm nicht auf moderne Gebäude und deren Anlagentechnik ausgerichtet sind.“ 

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Warum sich Gebäudesimulation bislang nicht breiter durchgesetzt hat, führt der Planer unter anderem auf Haftungsbedenken zurück. Viele Planer*innen würden nach wie vor davor zurückscheuen, von der klassischen Heizlastberechnung nach ÖNORM H 7500-1 abzuweichen. „Inzwischen steht in der Norm aber, dass alternative Verfahren zulässig sind. Und am Ende hafte ohnehin ich für meine Simulationen.“ Hier lässt Gratzl seine bisherige Erfolgsbilanz für sich sprechen: Null Haftungsfälle seit 2012. „Es hat noch jedes Projekt, für das die Dimensionierung gemäß der Simulation erfolgt ist, anstandslos funktioniert.“