Masterarbeiten ClimaDesign 2011

Masterarbeiten im Sommersemester 2011

We i t e r b i l d e n d e r M a s t e r s t u d i e n g a n g C l i m a D e s i g n ( M . S c . )

Kontakt

Studiengangsleitung

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gerhard Hausladen

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Uta Steinwallner

Der Masterstudiengang ClimaDesign greift aktuelle Entwicklungen im Bereich des energie- und klimaoptimierten Bauens auf. Ă„nderungen und Aktualisierungen von Inhalt und Themen sind mĂśglich.

Vorwort

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Weiterbildender Masterstudiengang ClimaDesign

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Themen der Masterarbeiten nach dem Sommersemester 2011: Mohannad Bayoumi

Optimising the high-rise facade Development of a façade planning tool that integrates energy generation with energy saving features.

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Giulia Cupelloni

Bewertungskatalog von Tageslichtlenkungssystemen für Bürogebäude. Reduzierung des Energieverbrauchs und Verbesserung der Innenraumqualität

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Nicole Dechent

Potenziale und Maßnahmen zur Stromeffiziez in Deutschen Haushalten - anhand von Evaluierungen

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Melanie Eibl

Lernen aus der Geschichte. Historisches Klima in Museen und resultierende Klimatisierungsstrategien am Beispiel der Alten Pinakothek.

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Evelyn Gumpp

Nachhaltigkeitsanalyse zur Optimierung zukünftiger Niederlassungen der Firma juwi auf Grundlage des Unternehmenssitzes Brandis.

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Niko Heeren

Ecological potentials of load management in buildings

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Ingemar Hunold

Smart Grid - Chancen und Potentiale von Erzeuger- und Verbraucherlastprofilen

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Hsuan-Yin Peng

Raumkühlung mittels optimierter PCM-Baukomponenten Optimized PCM-Building Components for Space Cooling

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Matthias Rammig

ClimaDesign Konzepte für die zukünftige Nutzung ehemaliger historischer Industriegebäude am Beispiel der alten Tabakfabrik in Linz.

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Stephan Rauch

Kostenparameter für energieoptimierte Konzepte im Einfamilienhausbereich. Von EnEv 2009- bis Nullenergiestandard.

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David Sauerwein

Weniger Dämmung durch mehr Technik Gebäudekonzepte mit regenerativer Energietechnik als effiziente Alternative zu hoch wärmegedämmten Gebäuden

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Judith Kata Stock

Energieverbrauch in Hochhäusern eine Analyse an ausgewählten Objekten in Frankfurt am Main

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Julius Streifeneder

Planungstrategien zur Energieoptimierung von Fabrikhallen in heißen Klimaregionen - untersucht an einem Fallbeispiel in Neu Delhi

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Ulrike Volz

Leitfaden für die energetische Sanierung denkmalgeschützter Gebäude in Iphofen Energetic renovation of historical monuments in Iphofen- a manual

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Vorwort Entwerfen heißt unterschiedliche Aspekte zusammenführen. Die Rolle des Planers ist in den letzten Jahrzehnten vor dem Hintergrund schwindender fossiler Energieträger und einer damit unumgänglichen Notwendigkeit des Energieeinsparens in der Gebäude- und Städteplanung sowie durch ein gewachsenes Umweltbewusstsein immer vielschichtiger geworden. Erst durch einen ganzheitlichen Entwurfsprozess, angefangen bei der Analyse der Nutzungs-, Standort- und Klimafaktoren über die Grundriss- und Fassadengestaltung bis hin zur Detailplanung im technischen Ausbau, können Gebäude- und Stadtstrukturen entstehen, die mit einem Minimum an Energie dem Nutzer ein hohes Maß an Behaglichkeit in seiner Umgebung schaffen. Der Herausforderung dieses vielschichtigen Planungsprozesses hat sich im Oktober 2009 der dritte Jahrgang des internationalen Masterstudiengangs ClimaDesign gestellt. Nach vier intensiven Semestern mit den Lehrenden der TUM und vielen externen Experten aus unterschiedlichen Planungsdisziplinen präsentieren sich die Absolventen mit ihrer Master`s Thesis in dieser Broschüre. Durch diese Arbeiten haben die Studierenden mitgeholfen den Studiengang ClimaDesign in der wissenschaftlichen Welt der Universitäten ebenso wie in der Planungspraxis zu etablieren und zu einem vollen Erfolg zu führen. Die Vielfalt der unterschiedlichen Aufgabenstellungen und das hohe wissenschaftliche Niveau der Ergebnisse spiegeln das interdisziplinär und international angelegte Studium wider. Das Themenspektrum reicht vom städtebaulichen Masterplan und Konzepten für eine übergeordnete Energieversorgung von Kommunen bis hin zu detaillierten Fragestellungen des Gebäudeausbaus und der Installationen im Gebäude. Die Absolventen sind nun in der Lage auf dem Arbeitsmarkt mit ihrem erweiterten Wissen über die Planung zukunftsfähige Konzepte für Gebäude und Stadtquartiere zu entwickeln sowie durch die Fähigkeit der interdisziplinären Kommunikation als Berater von Investoren und Bauherren zu agieren.

Ich gratuliere allen Absolventen zu den Ergebnissen ihrer Arbeiten und wünsche ihnen alles Gute für ihren weiteren beruflichen Weg. München, November 2011 Gerhard Hausladen

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Weiterbildender Masterstudiengang ClimaDesign ClimaDesign studieren

ClimaDesign ist eine Planungsdisziplin, durch die Gebäude mit einem Minimum an Energie dem Nutzer ein Maximum an Behaglichkeit bieten können.

Der Energieaufwand bezieht sich dabei nicht nur auf die Heizenergie, sondern auf alle am Gebäude relevanten Energie und Stoffströme. Mit Behaglichkeit ist nicht nur thermische Behaglichkeit gemeint, sondern ein allumfassendes Wohlbefinden des Menschen. Um dieses Ziel zu erreichen, ist ein ganzheitlicher Planungsansatz erforderlich, Architektur und Technik dürfen nicht seriell geplant werden, sondern müssen ein abgestimmtes Gesamtsystem bilden. Auf diese Weise können mit der Aktivierung von Synergieeffekten leistungsfähige Gebäude entstehen, die flexibel nutzbar sind. Eine genaue Analyse der Nutzungs- und Behaglichkeits­anforderungen ist Voraussetzung, um ein bedarfsgerechtes Gebäude mit dem geringst möglichen Aufwand zu errichten.

Oftmals können durch kritisches Prüfen der einzelnen Anforderungen große Einsparpotenziale aktiviert werden. Der Standort eines Gebäudes verfügt über Herausforderungen und Möglichkeiten, die es zu berücksichtigen gilt. Insbesondere die Gebäudestruktur und die Fassade sind darauf abzustimmen. Sind die baulichen Parameter optimiert, ist eine gute Basis geschaffen, um regenerative Energie­systeme wirtschaftlich einzusetzen.

Da bei ganzheitlich geplanten Gebäuden neben der Geometrie des Baukörpers weitere Dimensionen wie Temperatur, Energie, solare Strahlung oder Zeit mit einfließen, sollte der Planungsprozess von einem ClimaDesigner begleitet werden. Mit seinem fachübergreifenden Ansatz führt er die jeweiligen Spezialisten effizient zusammen. Insbesondere kann er berechenbare mit weichen Faktoren abstimmen. Idealerweise ist er von der Konzeptfindung bis zur Inbetriebnahme eines Gebäudes beteiligt, um in allen Planungsphasen Optimierungspotenziale zu erarbeiten. Dies erfolgt in der Regel durch Intuition, die sich auf Planungserfahrung und der systematischen Analyse realisierter Gebäude gründet, ergänzt um den zielgerichteten Einsatz von Planungswerkzeugen. Insofern gehört zum Entwurf leistungsfähiger Gebäude der Zukunft auch ein kritischer Blick auf bereits Gebautes.

Studienschwerpunkt und Ziel des Masterstudiengangs ClimaDesign ist die interdisziplinäre Ausbildung für die Konzeption von energetisch und raumklimatisch optimierten Gebäuden. Dabei werden die Themenbereiche Gestaltung, Energie und Technik zusammengeführt.

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Mohannad Bayoumi Optimising the high-rise facade Development of a faรงade planning tool that integrates energy generation with energy saving features.

The skin of a high-rise building is very critical, especially when it goes beyond weather, sound protection, security and privacy. The energy generating faรงade is becoming a fundamental component in contemporary buildings. However, the window area and the area reserved for energy generation are two critical correlating parameters among others that need to be optimised in order to minimise solar heat gain and maximise energy yield. In a world newly concerned about carbon emissions, global warming and sustainable design, especially in warm countries where high-rise buildings are in large demand, it is imperative to investigate the utilisation of the building skin to meet comfort needs with the minimum possible technical complexity, energy demand and fossil energy.

The central two questions of this research are as follows; for a specific location andtwo particular orientation, what is are the as optimum Fraction, and The central questions of this research follows;Window for a specific with which with whichwhat fc factor, sun protection, with which location andgglass-value, particular orientation, is the i.e. optimum Window Fraction, and window tilt angle?

If the energy demand is to be totally or partially covered with which gglass-value, with which fc factor, i.e. sun protection, with which with solar energy; what Ifisthe theenergy optimum Window Fraction, with cooling system, window tilt angle? demand is to be totally or which partially covered with i.e. solar/electric, and with which tilt angle? solar energy; what is the optimum Window Fraction, with which cooling system, Obviously, there cannot be which one direct single answer for each of the two i.e. solar/electric, and with tilt angle? research questions. It makes a lot of sense to have a handy, dynamic and parametric there planning toolbe that assists architect/planner by of generating Obviously, cannot one directthe single answer for each the two criteria that suit his input data in the early conceptual design phase.

After developing research questions. It makes a lot of sense to have a handy, dynamic and optimisationplanning algorithms, of different faรงade properties are parametric tool the thatsimulation assists theresults architect/planner by generating criteria combined with selected solutions for energy generation to determine optimum that suit his input data in the early conceptual design phase. After developing conditions and demonstrate them in theresults catalogue form. The developed optimisation algorithms, the simulation of different faรงade properties are facade optimisation and planning should be in the end able to function with combined with selected solutions for energy generation to determine optimum every location climate data.

For purposes for the time being, the conditions andand demonstrate them in simplifying the catalogue form. The developed aim was to focus on one location that has high irradiation with dry air forwith most facade optimisation and planning should be in the end able to function of the location year, i.e.and does not need a lot energy to purposes condition like in the case of the every climate data.

Forofsimplifying for the time being, humid air.

Fig. 1 concludes the the main correlating parameters in the aim was to focus on one location that has high irradiation with dry air for most developed programme.

2 illustrates the difference between of the year, computer i.e. does not need a lotFig. of energy to condition like in the case oflowand humid air. Fig. 1 concludes the the main correlating parameters in the high-rise buildings in terms of irradation room square meter. The energy developed computer programme.

Fig. 2 per illustrates the difference between lowbalance [supply/demand] for a reference building in a reference model with and high-rise buildings in terms of irradation per room square meter. The energy non-optimised facades is for shown in Fig. 3.building After applying different optimisation balance [supply/demand] a reference in a reference model with interventions using the developed tool, the behaviour of the balance curve in non-optimised facades is shown in Fig. 3. After applying different optimisation Fig. 4 considerably improves and reaches with high floors! interventions using the developed tool, theplus-energy behaviour ofbalance the balance curve in Fig. 4 considerably improves and reaches plus-energy balance with high floors!

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Fig. 1 Overview on the basic integrated aspects in the planning tool

Fig. 2 Irradiation per m2 room in high-rise is lower than in low-rise

Fig. 3 Trend of Electric energy balance with increasing floors [not optimised]

Fig. 4 Trend of Electric energy balance with increasing floors [optimised]

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Giulia Cupelloni Bewertungskatalog von Tageslichtlenkungssystemen für Bürogebäude Reduzierung des Energieverbrauchs und Verbesserung der Innenraumqualität

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Die Forschung ist auf die Potenzialeinschätzung von natürlichem Licht konzentriert zur Verbesserung der Behaglichkeit in Gebäuden und zur Energieeinsparung. Der Bereich der Untersuchung wurde auf Bürogebäude fokussiert.

Es werden die wichtigsten auf dem Markt vorhandenen Lichtlenkungssysteme analysiert.

Systeme. Es wurden Fassaden- und Dachsysteme ausgewählt die zu den wichtigsten typologischen Kategorien gehören, und sortiert nach Art der Anwendung und nach Position entsprechend der Hülle des Gebäudes.

Die Systeme werden beschrieben in Bezug deren Eigenschaften und Leistungen mit einer einheitlichen Identifikationstabelle, was einen rechtzeitigen genauen Vergleich ermöglicht.

Fallbeispiele. Um die Anwendung der Systeme zu überprüfen wurden Fallbeispiele ausgesucht, auf der Grundlage von: den verschiedenen Typen dieser Systeme; ihrer architektonischen Bedeutung; dem Standort und dem Baujahr.

Die Fallbeispiele wurden dann gruppiert und sortiert mit denselben typologischen Kategorien; auch diese sind katalogisiert mit einer einheitlichen Übersichtstabelle.

Im Hinblick auf die “Architekturen” wurden Gebäude von großer Bedeutung und Ruf ausgewählt, aber auch Gebäude der “Standard” Baupraxis. Diese Artikulation der Fallbeispiele ermöglicht es, die Wahl des Systems im Vergleich mit der wirtschaftlichen Dimension des Projektes darzustellen. Bedeutende Gebäude entwickeln oft ad hoc Systeme, die dann durch den Hersteller patentiert werden. Dank dieses Prozesses können einige gute Systeme industrielle Produkte werden und in den Gebäuden benutzt werden, die man vorher “Standard” genannt hat.

Die Fallbeispiele gehören zu drei Klimazonen, und sind daher repräsentativ für eine große internationale Szene; sie wurden zwischen den “Architekturen” der letzten Jahre ausgewählt, von den 90er Jahren bis heute.

Ergebnisse. Von der Überprüfung der Systeme und den damit verbundenen Fallstudien wurden Schlussfolgerungen gezogen in Bezug auf: geographische Verteilung der Produktion der ausgewählten Systeme; Einsatz von Systemen in Bezug auf die Klimazone; allgemeine Eigenschaften der Systeme; spezifische Eigenschaften der Systeme.

Es wurden schließlich verschiedene Szenarien für die Umsetzung der Systeme überprüft in Bezug auf die gewählten drei Klimazonen. Jede Klimaregion wird von einer Stadt dargestellt. Es werden unterschiedliche Systemmöglichkeiten vorgeschlagen in Zusammenhang mit Fassadenorientierung, Sonneneinfallswinkel und Solarstrahlung.

Siteco GmbH, Combisol; Eckelt Glas GmbH, Coolshade Silber (Hersteller Katalogen)

Systeme

Fallbeispiele

Ergebnisse

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Nicole Dechent Potenziale und Maßnahmen zur Stromeffiziez in Deutschen Haushalten anhand von Evaluierungen

Der stetig wachsende Energieverbrauch führt zu steigenden schädlichen Treibhausgas-Emissionen und trägt zur globalen Erwärmung bei. Unser Verhalten führt dazu, dass der Klimawandel sich in Gang gesetzt hat.

Das Bewusstsein der Menschen hat sich durch die hohen Energiekosten gewandelt und das Interesse an Energieeffizienten Maßnahmen wächst ständig.

Für ca. 40% der energiebedingten CO2 Emissionen ist die Stromerzeugung verantwortlich. Der Haushaltssektor macht 27% des Gesamtstromverbrauchs in Deutschland aus. Darum sind Maßnahmen, die zur Senkung des Gesamtstromverbrauchs der Haushalte beitragen, dringend erforderlich.

Deshalb wurde im Rahmen dieser Masterthesis untersucht, wie sich der Stromverbrauch der deutschen Haushalte zusammenstellt und wo es in diesem Bereich Einsparpotentiale gibt. Dafür wurden mehrere Haushalte mit verschiedenen Nutzerstrukturen untersucht, in dem mit Energiekostenmonitoren Messungen in den einzelnen Haushalten durchgeführt wurden.

Es werden auch neben den Lastmanagement Grundlagen, verschiedene dynamische Tarif Modelle vorgestellt. Immer wieder wurde auf die erworbenen Messungen der verschiedenen Haushalte zurückgegriffen, um verschiedene Einsparpotentiale der Haushalte durch Lastmanagement untersuchen zu könenn. Im laufe der Untersuchungen wurde festgestellt, dass dynamische Stromtarife eine grosse Einsparpotentiale haben. Jedoch erst dann, wenn es in einem Haushalt genügend verlagerbare Lasten gibt.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich auch mit verschiedenen Berechnungen, wie z.B. wie hoch die Einsparpotenziale wäre, wenn man Elektrogeräte von Netz nehmen würde oder wenn man bestands Elektrogeräte durch Energieeffiziente austauschen würde. Tatsächlich gibt es auch hier enorme Einsparpotentiale, doch die langsame Entwicklung der dynamischen Stromtarife von Seiten der Energieversorgungsunternehen und die noch langsamere Implementation von intelligenten Zählern bringen die ganze Marktsituation zum zögern.

In dieser Studie wird auch auf die Akzeptanz des Nutzers eingegangen und wie man diese steigern könnte. Das Verhältnis zwischen Stromverbrauch und Handlungsweise ist den meisten Kunden nicht bewuss, was auf den Mangel an Information zurückzuführen ist. Der Mensch an sich ist nicht das Problem, sondern sein Verhalten. Sobald er in der Lage ist, sein Verhalten zu ändern, wird es möglich sein den Stromverbrauch in den Haushalten zu senken.

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Bild 1_ kWh_ (Flickr)

Watt

Toaster

Elektroboiler

Elektroboiler

Waschmaschine

K端hlschrank

Zeit

Bild 2_ Stromverbrauch in Deutschland (Umwelt Bundesamt)

Bild 3_ Lastverlauf Haushalt (M. Newborough et. all)

Bild 4_ Lastgangoptimierung (energiemarktplatz.de)

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Melanie Eibl Lernen aus der Geschichte. Historisches Klima in Museen und resultierende Klimatisierungsstrategien am Beispiel der Alten Pinakothek.

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Ursprünglich wurden die musealen Klimasollwerte für relative Feuchte und Temperatur von praktischen Beobachtungen der Wechselwirkung zwischen Kunstwerken und ihrer Umgebung abgeleitet. Später fanden auch chemische und physikalische Alterungsprozesse sowie die diversen Materialeigenschaften der Kunstwerke Berücksichtigung. Im Laufe der Zeit und mit der Verfügbarkeit technischer Systeme zur Klimakontrolle entwickelten sich Sollwerte, die – deutlich strikter als die menschlichen Komfortkriterien – heute meist nur durch den massiven Einsatz von Technik und Energie eingehalten werden können.

Weltweit schwindende Ressourcen und die angespannte finanzielle Situation vieler Museen und Sammlungen in historischen Gebäuden führen derzeit zu einem Umdenken und der Wiederaufnahme der Debatte um Klimasollwertvorgaben und zulässige Schwankungsbreiten. Eines der Hauptargumente ist die These, dass heute kein neuer Klimaschaden auftritt, wenn die derzeitigen klimatischen Verhältnisse innerhalb der Grenzen der historischen Extremwerte liegen.

Der innovative Ansatz dieser Masterthesis ist die Rekonstruktion der historischen Innenraumklimabedingungen für einen der ersten reinen Museumsbauten, die Alten Pinakothek. Anhand von sechs Phasen wird die 175jährige Bau- und Klimageschichte dargestellt, wobei jede Phase eine charakteristische Klimatisierungsstrategie repräsentiert, die wiederrum ein typisches Innenraumklima zur Folge hat. Jede Strategie besitzt Vor- und Nachteile, die es gegeneinander abzuwägen gilt, um daraus Schlüsse für die heutige Zeit zu ziehen.

Archivalien, wie Baupläne, Skizzen, Korrespondenz, Rechnungen und ähnliches lieferen dabei die Eingabeparameter für eine qualitativ ausgerichtete Simulation des Innenraumklimas und der zugehörigen Energieflüsse. Die Analyse dieser Simulationsergebnisse zeichnet ein Bild der historischen Klimabedingungen und liefert neue Erkenntnisse zum jahreszeitlichen Verlauf des Innenraumklimas und den Fluktuationen von relativer Feuchte und Temperatur. Der Vergleich der Phasen ermöglicht darüber hinaus tendenzielle Aussagen zur Effektivität und zum Potential der untersuchten historischen Klimatisierungsstrategien und Gebäudekonzepte.

Der Rückblick auf die Bau- und Klimageschichte der Alten Pinakothek verdeutlicht außerdem ein grundlegendes historisches Bewusstsein für ganzheitliche Zusammenhänge, die heute als ClimaDesign wiederentdeckt und weiterentwickelt werden. Lernen aus der Geschichte wird somit zum wichtigen Bestandteil einer nachhaltigen Erhaltungsstrategie, die Präventive Konservierung und ClimaDesign vor dem Hintergrund ökologischer, sozialer und ökonomischer Aspekte zusammenführt.

Querschnitt durch die Alte Pinakothek im Erbauungszustand nach einer Zeichnung des Architekten Leo von Klenze aus dem Jahr 1830

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Evelyn Gumpp Nachhaltigkeitsanalyse zur Optimierung zukünftiger Niederlassungen der Firma juwi auf Grundlage des Unternehmenssitzes Brandis.

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Der Begriff Nachhaltigkeit ist mittlerweile auch im festen Sprachwortschatz des Bauwesens angekommen, jedoch nicht immer richtig verstanden und im vielseitigen Kontext benutzt. Das Ziel der Nachhaltigkeit besteht darin, die ökonomischen, ökologischen aber auch gesellschaftlichen Aspekte einer Entwicklung im Gleichgewicht zu halten.

Die Architektur steht bei der Umsetzung dieses Ziels in der Verantwortung.

Gebäude sind Lebensraum, Arbeitsumgebung und Ursache der größten vom Menschen bewirkten Stoffflüsse. In Deutschland gehen nach Angaben des Bundeswirtschaftsministeriums mehr als ein Drittel des Energieverbrauchs und der Emissionen sowie 60% des Abfallaufkommens auf den Gebäudesektor zurück. Die weltweite Betrachtung liefert ein ähnliches Bild. 50% des globalen Materialverbrauchs gehen zu Lasten von Bauwerken. Allein die weltweiten CO2-Emissionen in Verbindung mit Zement schlagen doppelt so hoch zu Buche wie der gesamte Flugverkehr.

Das Ziel nachhaltig zu handeln wirft neue Fragestellungen auf und stellt gleichzeitig große Herausforderungen. Die Anforderungen an Gebäude sind im Zuge der Diskussion um Themen wie Klimawandel, Ressourcenschonung und Umweltschutz gerade in jüngster Zeit gestiegen. Akteure im Bauwesen erwarten nun auch Aussagen zum Lebenszyklus des Gebäudes, wie z.B. Informationen über Energieverbrauch und Haltbarkeit der Bauteile. Des Weiteren sind neben deren Wirkungen auf Umwelt und Gesundheit auch deren Einfluss auf die Wertstabilität durch Reduktion des Unterhalts- und Instandsetzungsaufwandes von Interesse. Zur Beleuchtung dieser Bereiche dient eine Ökobilanzierung, welche den Lebenszyklus eines Gebäudes in die Phasen Herstellung, Instandsetzung, Betrieb und Entsorgung aufgliedert. Oberstes Ziel aller Lebenszyklusphasen ist der möglichst effiziente Einsatz von Ressourcen, um die zur Verfügung stehenden Energien verantwortungsvoll einzusetzen. Da die Versorgung eines Gebäudes mit Energie den größten Einfluss im gesamten Lebenszyklus besitzt, sind die Reduktion und die Art der Bereitstellung des Energiebedarfs zentrale Elemente der Nachhaltigkeitsstrategie. Während derzeit Gebäude durchschnittlich 80% der Energie für den Betrieb und nur 20% für die Errichtung benötigen, relativiert sich dieses Verhältnis je niedriger der Bedarf an Versorgungsenergie ist. In diesem Zusammenhang steht eine Verschiebung der Energiebedarfsverhältnisse innerhalb der Lebenszyklusphasen. Aus diesem Grund rücken die Energieaufwendungen für Herstellung und Instandsetzungen stärker in den Fokus energetischer Optimierungsuntersuchungen. Das Lebenszykluswissen erstreckt sich gegenwärtig eher über die Energieträger, während über die Auswirkungen der Baustoffe kaum Informationen vorliegen.

Untersuchungsobjekt juwi Holding AG Niederlassung Brandis Prototyp für 80 Mitarbeiter

Um dies im speziellen Projektfall zu ändern, wird der Firmensitz der Firma juwi Holding AG in Brandis als Prototyp für weitere Niederlassungen mit Schwerpunkt auf der ökologischen Betrachtung sowie der Optimierung der Gebäudetechnik beleuchtet. Von der „Wiege bis zur Bahre“ werden alle Aufwendungen für das Gebäude von der Produktion der verwendeten Baumaterialien über die Gebäudeherstellung, die notwendigen Instandsetzungsmaßnahmen, den Betrieb und die Entsorgung des Gebäudes am Ende der Lebensdauer erfasst und deren Umweltwirkungen aufgezeigt. Das Energiekonzept wird unter besonderer Betrachtung der Anlagentechnik analysiert und ein Verbesserungsvorschlag basierend auf einem Eisspeicher genannt. Aus diesen Analysen ergeben sich Optimierungspotenziale, die zur Umsetzung der Unternehmensphilosophie nachhaltig zu handeln ihren Beitrag leisten.

Darstellung der Lebenszyklusphasen und Systemgrenze über die Gebäudelebensdauer von 50 Jahren Quelle: In Anlehnung an Graubner, Ökobilanzstudie

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Niko Heeren Ecological potentials of load management in buildings

The work investigates the ecological potentials of load management in buildings. Per square meter approximately three times the thermal energy is irradiated, than it is consumed by an average German building per year. The aim is to investigate possibilities to approach annual energy supply and demand. In a first step the environmental potentials of load management are identified. It shows that it fosters utilization of Renewable Energies. Furthermore, the demand in operating reserve for electricity can be reduced. That is important since it can cause considerable environmental impacts.

The second section explores the different possibilities of load management in buildings. The current regime of electricity generation in Germany conflicts with the power generation from Renewable Energies. Thus, a possible pathway of electricity network transformation is outlined. New technologies suggest that in the future new possibilities of load management will emerge. For instance, seasonal shift of thermal energy can be realised by means of exergy storage and heat pumps. Another example is solar-thermal power plants that are able to provide daylong electricity from solar energy.

The third part of this work proposes a model for the evaluation of electricity storage and Demand Side Management (DSM) of appliances, including environmental impact indicators. By means of the model it is illustrated, that direct ecological potential of load management is limited. Measures, such as energy efficiency and fuel switch for thermal energy production appear far more effective, in terms of abatement of greenhouse gas emissions.

The concept of load management provides valuable possibilities to transform electricity networks in the future. DSM and energy storage represent a means to provide operating reserve. The total potential of these measures even exceeds the average operating reserve that is currently held by German network operators. Electricity from Renewable Energies conflicts with the baseload in the electricity network. The electricity network of the future should be able to make use of mostly Renewable Energies. Load management will be an important technique to establish such a network.

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Night and day variations of solar energy (NASA)

Night and day variations of solar energy (NASA) 30

16 14

25 Demand [GW] Power, Power, Energy Energy [GW, [GW, GWh] GWh]

Average power [GW] Average Average ppower ower [[GW] GW] JJaa nnuu aarr yy FFee bbrr uuaa rryy

MM aarr cchh

12 10

16 8 14 6

Power, Energy [GW, GWh]

4 12 2 10

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6

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Biomass

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20 Demand w/ storage [GW]

30 15

25

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10

Demand [GW]

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5

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15 0

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6

12

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2

Storage level [GWh]

5

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German average annual supply in ReneHydro Biomass Wind PV wable Electricity

The DSM and storage model

German average annual supply in Renewable Electricity

The DSM and storage model

Se p

RE [GW]

10 -5

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-5

Charging power [GW] 0

6

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Results for electricity storage Time of day [h]

Results for electricity storage

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Ingemar Hunold Smart Grid Chancen und Potentiale von Erzeuger- und Verbarucherlastprofilen

Die Abschlussarbeit „Smart Grid - Chancen und Potentiale im Zusammenspiel von Erzeuger- und Verbaucherlast“ untersucht die zukünftige Entwicklung der Energieversorgung in Deutschland und das Interaktionspotential von Gebäuden in zukünftigen Netzstrukturen.

Ein Reasearchteil präsentiert Ergebnisse verschiedener Studien zur zukünftigen Energieversorgung Deutschlands und deren Auswirkungen auf die Netzstrukturen.

Ausgehend von einer Studie des Deutschen Institut für Luft- und Raumfahrt und dem Fraunhofer IWES werden vier Tage mit ihren möglichen Tageslastgängen in 2020 und 2050 vorgestellt.

Auf der Bedarfsseite wird ein durchschnittliches Bürogebäude untersucht. Die Tragstruktur des Gebäudes, der Glasflächenanteil und die Raumübergabesysteme werden anhand einer dynamischen Gebäudesimulation variiert. Der Energiebedarf dieser verschiedenen Gebäudevarianten wird mit den Charakteristiken der Tageslastgänge der Erzeugung für 2020 und 2050 verglichen. Drei der untersuchten Varianten werden in einer weiteren Simulation auf die Konsequenzen einer Abschaltung des Kälteerzeugung zu bestimmten Tageszeiten hin überprüft. Der Energiebedarf, die maximale Kühlleistung und die thermischen Verhältnisse im Gebäude werden in Verbindung zur Energieerzeugung gesetzt.

Für zukünftige Gebäudeentwicklungen gibt die Studie Anhaltspunkte, welcher Typ von Gebäude für die Interaktion mit zukünftige Netzstrukturen geeignet sein kann.

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möglich zu Zeiten eines hohen Verbrauchs nur geringe Erträge aus den erneuerbaren Energien zu erzielen. Um dieser Situation in den zukünftigen Energieversorgungsszenarien gerecht zu werden, stehen drei Möglichkeiten zur Verfügung. Zum einen wird ein Ausbau der Versorgungsnetze auf europäischer Ebene angestrebt. Neue und leistungsstärkere Trassen sollen für ein besseres Verschieben der Energie in Regionen mit Energiebedarf ermöglichen. Nur dieser Netzausbau erscheint jedoch durch den stark steigenden Anteil erneuerbarer Energien in Zukunft als nicht ausreichend.

In Kombination mit einem ausgebauten Netz muss es auch zu einer intelligenten Steuerung von Verbrauch und Erzeugung kommen. Als wichtiges Element in diesem Zusammenhang wird als dritte Möglichkeit die Speicherung von elektrischer Energie bzw. auch die Umwandlung in eine

Photovoltaiklandschaft

speicherfähige Energieform gesehen.(Dr. Nitsch, 12.2010; Klaus, 07.2010)

ellung zukünftiger usammenhänge

700,0

Stromerzeugung hohe Fluktuation durch erneuerbare Energien

600,0 Import EE 500,0

Geothermie Fotovoltaik

TWh/a

400,0

Wind (On- & Offshore) Laufwasser Industrielle KWK

300,0

Dezentrale KWK

Speicherung

Öffentliche, große KWK

200,0

Integration von Kurz-, Mittelund Langzeitspeichern

Kond. Kraftwerke 100,0 Verbraucher zeitlich abhängige Verbrauchssteuerung

0,0

2005

2008

2009

2010

2015

2020

2025

2030

2040

2050

Jahr

Grafik durch Verfasser

zukünftige Netzstrukturen

Der Ausbau der Stromnetze ist ein breit diskutiertes Thema. Innerhalb Deutschlands ist bereits seit langem ein weitererAusbau der Netze notwendig.

Bis 2015 wären mindestens 850 Kilometer neue Stromleitungen notwendig, um die entstehenden Windkraftanlagen für Gesamtdeutschland nutzbar zu machen. Der Ausbau wird jedoch durch langwierige Genehmigungsverfahren eingeschränkt. Trotz des schleppenden innerdeutschen Netzausbaus wird auf europäischer Ebene ein Plan vorangetrieben, eine gesamteuropäische Lösung für den Netzausbau zu finden. Es gibt erste Überlegungen die Offshore-Windparks in der Nordsee zusammen mit Dänemark und Schweden im sogenannten „Krieger´s Flak“-Projekt gemeinsam

Energieerzeugung in 2050 nach Leitstudie 2010

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Hsuanyin Peng Raumkühlung mittels optimierter PCM-Baukomponrnten

Beim Einsatz von PCM-haltigen Baukomponenten (Phase Change Material, Latentwärmespeichermaterialien) stellt die Regeneration ein noch nicht zufriedenstellend gelöstes Problem dar. Bei einer Aktivierung über Raumluft ist die Hauptursache hierfür der Wärmeübergangskoeffizient zwischen PCM-haltigem Bauteil und Luft, welcher die Wärmeabgabe sowie –aufnahme beschränkt.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Bewertung unterschiedlicher rein passiver Ansätze zur Verbesserung des Wärmetransports zwischen PCM-Fläche und Raumluft durch frei Konvektion. Es werden drei verschiedene Deckenformen analytisch und messtechnisch untersucht: einzelne freistehende Platten (Referenzfall, Decken- oder Wand mit PCM-Platten belegt), senkrechte, parallele Platten und gewellte Platten.

Während in analytischen Berechnungen die konvektiven Wärme¬über¬gangs¬koeffizienten der einzelnen, freistehenden Platte immer unter etwa 2,6 W/m2K liegen, nehmen die Wärmeübergangskoeffizienten der senkrechten Platten durch Vergrößerung des Plattenabstands bzw. bei gewellten Platten durch Verringerung des Plattenwinkels auf mehr als das doppelte zu.

Bei den Messungen ergeben sich für den Kühlfall Steigerungen des konvektiven Anteils um 16% (senkrechte Platten) bzw. 37% (gewellte Platten) gegenüber dem Referenzfall. Im Regenerationsfall, der im realen Einsatz in der Regel der kritischere ist, ergeben sich sogar Leistungssteigerungen des konvektiven Anteils um 81% (gewellte Platten) bzw. 129% (senkrechte Platten). Die gemessene Leistungssteigerung mit einem Faktor von ungefähr 2 validiert das analytische Potenzial dieser Optimierungsmaßnahme.

Basierend auf diesen Untersuchungen wird eine solches System im Rahmen des Neubaus des ZAE Bayern in Würzburg in einem Demoraum eingebaut und vermessen werden.

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Durch messtechnische Untersucungen wurden die Analyseberechnungen validiert

Einzelne, horizontale Platte

Senkrechte Platten

Gewellte Platten

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Matthias Rammig Tabakfabrik Linz ClimaDesign Konzepte für die zukünftige Nutzung ehemaliger historischer Industriegebäude am Beispiel der alten Tabakfabrik in Linz

In dieser Masterarbeit werden Konzepte für die Nachnutzung historischer Industriegebäude aus der Blütezeit der Industrialisierung anhand eines konkreten Beispieles erarbeitet.

Die Tabakfabrik Linz ist einer der ersten Gebäudekomplexe in Österreich der in Stahlbetonskelettbauweise ausgeführt wurde. Sie ist ein bedeutendes Monument der Industriegeschichte und zudem von hohem architektonischen Wert.

Der 1932 von den Architekten Peter Behrens und Alexander Popp im Stil der Internationalen Moderne errichtete Gebäudekomplex wurde 1981 unter Denkmalschutz gestellt. Nach der Einstellung der Tabakproduktion und der damit einhergehenden Schliessung der Fabrik im Jahre 2009 wurde sie von der Stadt Linz gekauft und soll nun einer neuen Nutzung zugeführt werden.

Mit dieser Arbeit wird dargelegt, dass eine sinnvolle Nachnutzung der Gebäude der Tabakfabrik, bei gleichzeitigem Erhalt ihres historischen Charakters möglich ist.

In der entworfenen Nutzungsvariante werden gesellschaftliche, ökologische und architektonische Aspekte berücksichtigt. Es werden einerseits die individuellen Besonderheiten der Gebäude, als auch der Bedarf der Nutzergruppen einbezogen. So lässt sich eine heterogene Belegung und die von der Stadt Linz gewünschte soziokulturelle Vielfalt ermöglichen.

Durch die Reaktivierung der historischen Gebäude wird ein für Linz wichtiges Areal wieder belebt. Dies kann sich positiv auf das gesamte Stadtviertel und darüber hinaus auswirken. Zudem kann durch die Weiternutzung der Gebäudesubstanz energie- und kostenaufwändige Neubauten vermieden werden.

Die im Rahmen dieser Arbeit vorgeschlagenen Veränderungen der Gebäude sind zurückhaltend gestaltet und benötigen nur einen geringen baulichen Aufwand. Zudem kann bereits mit wenigen Eingriffe in die Gebäudesubstanz Energieeinsparungen von bis zu 30% gegenüber einer unsanierten Nutzung erzielt werden. Eine aufwändige und teure Komplettsanierung, die den ursprüngliche Charakter der Gebäude verändern würde, ist vermeidbar. Ein hoher Einsatz an Gebäudetechnik kann bei gleichzeitig überwiegender Einhaltung der Komfortansprüche vermieden werden.

Mit der Arbeit wird bewiesen, dass die Energieversorgung effizient und unter Einsatz der lokal vorhandenen erneuerbaren Energiequellen erfolgen kann.

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KŸhlung Beleuchtung Trinkwarmwasser Heizung 39 18

450

Technik

400

Industriemuseum

9 26 12

350 300

113

250

Kunsthochschule

Neubau

NeubauÊ/ Umbau Hochregal

200 150 100 50

16 16 15 92

320

BauÊ 1.1

BauÊ 1.2

6 7 17 124

8 1 81

3 3 1 56

BauÊ 2.1

BauÊ 2.2

BauÊ 2.3

0

Bild 2_ Verschattung

Bild 3_ Nutzungsvorschlag

Interne Lasten Nutzung

15 30 20

11 5 10

11 10 20

Büro Wohnen Kunst Bibliot. Veranst. Werkst.

kwh/m2a

4 17 1 61

235

Spezifischer Nutzenergiebedarf

Schule

500

Beleuchtung GerŠte Personen

3 10 10

Neubau

W/m2

15

Gastronomie

180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

12 23

AusstellungÊ/ÊWerkstatt BŸroÊ/ÊWohnenÊ/ÊAtelier

10 12

Veranstaltung

36

BibliothekÊ/ Archiv

120 20 20

Bild 1_ Foto Bestand (Europan)

BauÊ BauÊ4 2.4

Bild 4_ Interne Lasten Nutzung Spezifischer Nutzenergiebedarf Gebäude

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Stephan Rauch Kostenparameter für energieoptimierte Konzepte im Einfamilienhausbereich. Von EnEv 2009- bis Nullenergiestandard.

Costmodel for energyoptimized designs in single-family homes.

From EnEV 2009 to zero energy standard.

Klimaerwärmung. Ein allgegenwärtiger Begriff in den letzten Jahren. Mit größter Sicherheit ist sie Resultat des menschgemachten CO2 - Ausstoßes durch Nutzung fossiler Brennstoffe.

Regenerative Energieerzeugung und gleichzeitig Energieeinsparung ist der einzig mögliche Beitrag unserer Gesellschaft, um den Effekt zu stoppen und die negativen Folgen zu mildern. In unserem Alltag der sozialen Marktwirtschaft, wird dies aber immer auch gleichzeitig die Frage bedeuten: Sind erneuerbare Energien bezahlbar und was kostet Energieeinsparung?

Der private Haushaltssektor spielt in diesem Rahmen eine herausragende Rolle.

Immerhin beinhaltet er gut ein Viertel des bundesdeutschen Gesamtenergieverbrauchs. Davon wiederum wurden in 2009 mehr als 70% für das Heizen verbucht. Ein Bereich der nach wie vor ein gigantisches Einsparpotential birgt.

KFW - Effizienzhaus, 3-Liter Haus, Passivhaus und wie sie alle heißen mögen.

Energiesparende Konzepte für Wohngebäude sind schon lange da. Nur für welchen Preis? Wo stecken die Mehrkosten gegenüber einem Haus, das nur den Mindeststandard an Energieeinsparung erbringt und wie hoch genau ist der finanzielle Mehraufwand? Rentiert sich das? Wann verlassen die Mehrkosten eine wirtschaftliche Größe? Welches Konzept kostet wie viel und hat gleichzeitig welche energetische Einsparung und somit ökologischen Mehrwert?

Ein Vorgespräch mit einem Bauherren für ein Einfamilienhaus im Planungsbüro läuft eigentlich immer gleich ab. In erster Linie geht es um den maximalen Kostenrahmen und die räumlichen Bedürfnisse. Dann folgen die Fragen nach Energieeinsparung, immer aber mit dem Hintergrund, „ob man nicht etwas Geld sparen könnte.“ Der Zusammenhang zwischen Energieeinsparung und monetärem Vorteil oder Nachteil, ist immens wichtig, ob ein Bauherr überhaupt über den Mindeststandard hinaus, eine energiesparende Bauform wählt.

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Vergleich Investitionsgesamtmehrkosten Vergleich Investitionsgesamtmehrkosten

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David Sauerwein Weniger Dämmung durch mehr Technik Gebäudekonzepte mit regenerativer Energietechnik als effiziente Alternative zu hoch wärmegedämmten Gebäuden

Diese Arbeit stellt die Strategie der maximalen Wärmedämmung zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von Gebäuden in Frage. Denn eine hoch wärmegedämmte Hülle führt in der Praxis oft zu erheblichen gestalterischen, konstruktiven und nutzungsrelevanten Einschränkungen.

Gesucht wird daher nach einer Alternative zu hochgedämmten Gebäuden, die mindestens deren Leistungsfähigkeit in Bezug auf Energieeffizienz, CO2-Emissionen und Kosten im gesamten Lebenszyklus erreicht, ohne aber vergleichbare Nachteile aufzuweisen.

Um zu untersuchen, ob dieses Ziel zu erreichen ist, werden zwei Varianten eines Modellhauses konzipiert. Dabei wird einem „Dämmhaus“ ein in dieser Arbeit entwickeltes„Technikhaus“ systematisch gegenübergestellt.

Das Dämmhaus hat eine optimierte Gebäudehülle auf Passivhaus-Niveau, aber eine „einfache“ Gebäudetechnik (Luft-Wasser-WP). Das Technikhaus ist mit einer einfachen Gebäudehülle (EnEV-Niveau), aber einer optimierten Gebäudetechnik (solargekoppelte Sole-Wasser-WP) ausgestattet. Es setzt im Gegensatz zum Dämmhaus auf die verstärkte Einbindung regenerativer Energien und die die sinnvolle Kombination der Parameter Kollektorfläche, Erdsondenlänge und baulicher Wärmeschutz.

Für die Entwicklung einer Alternative zum Dämmhaus wird geprüft, ob es zielführend ist, überschüssige Sonnenenergie aus dem Sommer saisonal für den Winter zu speichern und dadurch den Endenergiebedarf zu reduzieren. Dies erweist sich jedoch als Irrweg: Das Technikhaus-Konzept ohne saisonale Wärmespeicherung weist die größte Energieeffizienz auf.

Dieses Konzept bestätigt sich auch im Gesamtvergleich gegenüber dem „Dämmhaus“ bereits bei einem geringeren baulichen Wärmeschutz als leistungsfähiger. Damit wird in dieser Arbeit eine echte Alternative gegenüber der Strategie maximaler Dämmung entwickelt.

In Zukunft sollten daher als Alternative zu hochgedämmten Gebäudekonzepten Lösungen bevorzugt werden, die sich durch Auseinandersetzung mit dem energetischen Kontext und durch eine daraus entwickelte kluge Kombination von Wärmeschutz und Nutzung lokal vorhandener regenerativer Energiequellen auszeichnen.

30 |

Bild 1_ Sankey-Diagramm „Dämmhaus“

Passivhaus (Warmwasser + Raumheizung)

Feb.

März

April

Mai

Juni

Juli

Aug.

Sept.

Okt.

Nov.

(Warmwasser + Raumheizung)

Dez.

Jan.

Feb.

März

April

Mai

Juni

Juli

Aug.

Sept.

Okt.

Nov.

Genutzte Solarenergie Saisonal gespeicherte Wärme

Rest-Energiebedarf

Wärmebedarf

Genutzte Solarenergie

Rest-Energiebedarf

Wärmebedarf

Bild 3_ Sankey-Diagramm „Technikhaus“ (mit saisonaler Wärmespeicherung)

Saisonalspeicherung

Solarhaus (Direkt-Solarversorgung im Winter) Genutzte Solarenergie

Rest-Energiebedarf

Wärmebedarf

Jan.

Bild 2_ Sankey-Diagramm „Technikhaus“ (ohne saisonale Wärmespeicherung)

(Warmwasser + Raumheizung)

Dez.

Jan.

Feb.

März

April

Mai

Juni

Juli

Aug.

Sept.

Okt.

Nov.

Dez.

Bild 4_Schematischer Jahresenergieverlauf Bild 5_ Schematischer Jahresenergieverlauf Bild 6_ Schematischer Jahresenergieverlauf „Dämmhaus“_ „Technikhaus“ (ohne saisonale Wärme„Technikhaus“ (mit saisonaler Wärmewww.solarzentrum-hamburg.de speicherung)_ www.solarzentrum-hamburg.de speicherung)_www.solarzentrum-hamburg.de

Bild 7_hoch wärmegedämmte WDVSFassade_www.feba.de

Bild 8_ moderat gedämmte Natursteinfassade_www.jofranzke.de

Bild 9_ Modellgebäude

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Judith Kata Stock Energieverbrauch in Hochhäusern eine Analyse an ausgewählten Objekten in Frankfurt am Main

Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung lebt heutzutage in Städten. Die rasant wachsenden Metropolen zeigen die Tendenzen für städtebauliche Entwicklungen auf. Ebenfalls wird in Europa zunehmend das Thema „Verdichtung“ im politischen Kontext behandelt, da ökologische Herausforderungen, die die Mobilität und die Energieversorgung betreffen, nur durch politische Forderungen und Zielsetzungen bewältigt werden können.

Gleichzeitig ist weltweit eine Art Konkurrenz zwischen Großstädten zu beobachten, die ihre Dominanz durch die Errichtung der höchsten Hochhäuser zur Schau stellen wollen. Diese Wolkenkratzer sind geradezu zu Machtsymbolen geworden, die die wirtschaftliche Leistungsfähigkeit der Bevölkerung widerspiegeln, ohne dass auch nur ansatzweise über Ökologie oder Nachhaltigkeit nachgedacht wird.

Auch in Europa wird die Errichtung von derartigen Hochhäusern zunehmend thematisiert. Für Investoren ist es nach wie vor ein lukratives Geschäft, auf geringer Bodenfläche eine maximale Ausnutzung von qualitativ akzeptablen Verwaltungs- oder Wohnflächen zu errichten. Da die Bodenpreise in zentralen Stadtgebieten steigen, entstehen zunehmend auch in Deutschland immer mehr Wolkenkratzer, mit der größten Dichte in Frankfurt am Main. Diese Investorenarchitektur hat eine besonders hohe Konzentration erreicht, wie sie bislang europaweit höchstens noch in London zu erkennen ist. Die Stadt wächst mit ihren Hochhäusern konstant und versinnbildlicht durch die Dichte ihrer Banken und Dienstleistungsunternehmen ihre dominante Finanzstellung.

Zahlreiche Bücher über Hochhäuser beschäftigen sich mit deren Architektur, Kenndaten der Lage, Höhe und eventuell Besonderheiten, die einzelne Gebäude auszeichnen. Auch sind viele Artikel über die komplexe Statik der Hochhäuser veröffentlicht worden, doch bei einer näheren Recherche zeigt sich, dass die Auswahl an Literatur bezüglich der tatsächlichen Lasten sehr gering ist.

Um Einsparpotentiale zu erkennen und energetisch optimale Bauten entstehen zu lassen, ist es sinnvoll, eine Hochhausanalyse zu erstellen, die Gegenstand dieser Masterarbeit ist.

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Übersichtskarte des aktuellen Hochhausentwicklungsplanes (Stadtplanungsamt Übersichtskarte des aktuellen Hochhausentwicklungsplanes (StadtplanungsamtFrankfurt) Frankfurt)

Primärenergie in kWh/m²a 3.500,00 3.000,00

Gesamtverbrauch Beleuchtung aussen

kWh/m²a

2.500,00

Beleuchtung innen Heizung

2.000,00

Klimaanlage 1.500,00

Lüftung Aufzüge

1.000,00

Arbeitshilfen nicht zugeordnet

500,00

Y

tz

tra ße fts

Ho ch ha us

Sti

X

er Pla

Sk yli ne

Da nz ig

M

es se tu rm

0,00

Gebäude

Aktueller Stand Aktueller StandPrimärenergieverbrauch Primärenergieverbrauch (Energiereferat (EnergiereferatFrankfurt Frankfurtam am Main) Main)

Primärenergieverbrauch Primärenergieverbrauchder deruntersuchten untersuchten Objekte Objekte(Eigenauswertung) (Eigenauswertung)

HochhausY (Auswertung Y (Auswertung CompetitionHochhaus Competitiontool, tool, Eigenbearbeitung) Eigenbearbeitung)

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Julius Streifeneder Planungstrategien zur Energieoptimierung von Fabrikhallen in heißen Klimaregionen - untersucht an einem Fallbeispiel in Neu Delhi

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Für die Münchner Firma Knorr Bremse wird ein neues Fertigungswerk in Neu Delhi errichtet, dessen Fertigstellung bis Mitte 2012 geplant ist. Ausgehend von der bestehenden Planung wurden dem Monsunklima gerechte Planungsstrategien untersucht und bauliche Lösungsvorschläge zur Reduzierung des Kühlenergiebedarfs entwickelt. Eine natürliche Belüftung und die gezielte Ableitung der Maschinenabwärme zur Entlastung der Gebäudekühlung waren nicht möglich. Als strategischer Ansatz galt es die Transmissionswärmeverluste über die Gebäudehülle zu maximieren und gleichzeitig die solaren Wärmegewinne zu minimieren.

An einem vereinfachten Modell wurden zahlreiche thermische Gebäudesimulationen durchgeführt um die Auswirkungen von unterschiedlichen U-Werten bei verschiedenen internen Wärmelastniveaus zu untersuchen. Hier zeigte sich, dass der gezielte Einsatz bzw. Verzicht von Wärmedämmung ein jährliches Einsparungspotential an Kühlenergie von bis zu dreißig Prozent hat. Nachteilige Effekte wie Kondenswasserbildung und hohe sommerliche Temperaturspitzen, lassen sich wirkungsvoll durch unklimatisierte Pufferzonen und eine Gebäudeverschattung minimieren. Durch den Schutz von Dach- und Fassadenflächen vor direkter Sonnenstrahlung kann die Hälfte bis zwei Drittel an Wärmeeinträgen vermieden werden. Dies kann, abhängig von der internen Abwärmelast, den Kühlenergiebedarf weiter signifikant reduzieren.

In Indien werden 55 Prozent des Energieverbrauchs für die Gebäudeklimatisierung benötigt. Der Industriesektor hat dabei den größten Bedarf obwohl er nur etwa 12 Prozent der Bevölkerung beschäftigt. Problematisch ist der hohe Wasserverbrauch aufgrund der notwendigen Rückkühlung. Wassermangel wird in absehbarer Zeit das größere Problem für viele heiße Klimaregionen sein als die Energieversorgung. Entsprechend optimierte Gebäudekonzepte sind deshalb ein wichtiger Beitrag, auch wenn der Energiebedarf für die Klimatisierung wie im untersuchten Fallbeispiel nur etwa 20 Prozent des Gesamtenergiebedarfs beträgt. Durch die Untersuchung von unterschiedlichen Maßnahmen und Wärmelastfällen lassen sich die gewonnenen Erkenntnisse auf Industrie- und Logistikhallen mit verschiedenen Nutzung in anderen tropischen und subtropischen Klimazonen übertragen.

Aufgrund der kurzen Lebensdauer von Fabrikhallen ist es wichtig materialeffiziente Lösungen zu entwickeln. Die Vermeidung von Dämm- und Verbundwerkstoffen, die sortenreine Trennbarkeit und einfache Wiederverwendbarkeit der Baustoffe sind wesentliche Maßnahmen. Der aus dieser Untersuchung heraus entwickelte Entwurf zeigt einen möglichen, konzeptionellen Lösungsansatz für eine energie- und materialeffiziente Fabrikhalle in heißen Klimaregionen.

Stahlblechstruktur als Sonnenschutz

Innere Schale Fassade:

Innere Schale Dach:

Äußere Schale:

Schutz vor hochstehender

Luftdurchlässige Filtermembran

Transluzente Membran, zweischichtig mit

Offene, durchlüftete Stahlblech-

Sonneneinstrahlung

für einen natürlichen Luft-

Luft oder TWD gefüllt zur zur Vermeidung

struktur als Sonnenschutz zur Mini-

austausch im Lagerbereich

von Tauwasser und Verbesserung der

mierung der solaren Wärmeeinträge

Raumakustik

und Vermeidung von Hitzestaus

Diffuse und flachwinkelige direkte Strahlung dringt

Detailperspektive Fassade

ins Gebäudeinnere

Blendfreie Tageslichtbeleuchtung im Halleninneren

Unklimatisierte Lagerhalle als Klimapuffer

Trennwände: Einschalig ohne Wärmedämmung zur maximalen Wärmeabstrahlung nach außen

Lösungsvorschlag Fabrikhalle

Keine Abwärmelast

30 W /m² - 16 h /Tag

60 W /m² - 16 h /Tag

60 W /m² - 8 h /Tag

30 W /m² - 8 h /Tag

Keine Abwärmelast

30 W /m² - 16 h /Tag

Jährlicher Kühlenergiebedarf (kWh /m² a)

U-Wert 0,2 W /m²K

Quelle: National Building Code of India

60 W /m² - 8 h /Tag

30 W /m² - 8 h /Tag Jährlicher Kühlenergiebedarf (kWh /m² a)

Neu Delhi

60 W /m² - 16 h /Tag

Variante 1

Variante 2

Variante 3

Variante 4

Variante 5

U-Wert 5,8 W /m²K

Kühlenergie Einsparungspotential der Fassadenvarianten

Variante 2 Referenzmodell

Variante 4

Optimierung 1 Klimapuffer

Optimierung 2 Verschattung

Kühlenergie Einsparungspotential der Optimierungsschritte

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Ulrike Volz Baudenkmale und Energieeffizienz am Beispiel Iphofen

Diese Arbeit beschäftigt sich mit energetischer Ertüchtigung von Baudenkmalen und geht der Frage nach, ob mehr Energieeffizienz am Denkmal sinnvoll oder nötig ist und welche Einsparpotenziale überhaupt erreichbar sind, ohne den Denkmalcharakter der Gebäude zu beeinträchtigen.

Um dies zu prüfen, analysiert die Studie drei Gebäude aus der Barockzeit, die in den letzten 10 Jahren in Iphofen saniert wurden.

Eine Bestandsaufnahme sollte klären, welche Maßnahmen zur Verbesserung des Energiebedarfs getroffen wurden und welche Einsparungen dadurch erzielt werden konnten.

Sie war die Basis für die Ermittlung der Energiekennwerte nach DIN 4108-6 und DIN 4108-7 für Wohngebäude, vor und nach der Instandsetzung. Die einzelnen Maßnahmen wurden auf ihre Effizienz und Denkmalverträglichkeit untersucht, um so einen Überblick geben zu können, welche Mittel für zukünftige Instandsetzungen von Baudenkmalen derselben Typologie in Frage kommen könnten.

Folgende Punkte sollten geklärt werden: Wieviel Energieeinsparung bringen die Maßnahmen im Einzelnen in kWh/m2a?

Wieviel Kosten für Heizwärme und Strom lassen sich einsparen?

Wie denkmalverträglich sind die Maßnahmen bzw. sind sie überhaupt vertretbar aus denkmalpflegerischer Sicht?

Inwieweit können die Anforderungen der EnEV 2009 erfüllt werden und inwiefern ist es sinnvoll sie anzustreben?

Welche Kompensationsmöglichkeiten bietet die Anlagentechnik ?

Hintergrund der Arbeit ist das Forschungsvorhaben “Nahwärmeversorgungskonzepte und Sanierungskonzepte für denkmalgeschützte Gebäude - am Beispiel der Stadt Iphofen“ des Lehrstuhls für Bauklimatik und Haustechnik, der TU München. Dessen Ziel ist es, Kommunen mit hohem Anteil an denkmalgeschützten Gebäuden einen Weg aufzuzeigen, wie sie trotz eingeschränkter Möglichkeiten mit regenerativen Energien ein effizientes, nachhaltiges Energieversorgungskonzept für die gesamte Gemeinde aufstellen können.

36 |

Einsparpotenziale und Denkmalverträglichkeit der Maßnahmen im Vergleich 1 Bdpl. unterer Geb.deabschluß

2 OGD

4a,b Außendämmung, WDP

4g Außenwände,Innendämmung

Primärenergie

5a Luftdichtheit (Infiltartion n=1,0/h - 0,70/h)

Endenergie Heizwärmebedarf 5b,c Austausch Fenster, Türen

C02-Emission Kosten Endenergie Substanz

6 Steigerung der Anlageneffizienz

Erscheinungsbild Reversibilität

6b Austausch der Anlage

9 Nah/Fernwärme KWK, reg. Energien

11 Kombination von Maßnahmen( Ist 2004)

12 Verbesserung Hülle max

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Energieeinsparpotenziale der untersuchten Maßnahmen und deren Denkmalverträglichkeit

Untersuchte Gebäude: Lange Gasse 15, Iphofen

Marktplatz 21, Iphofen

Maxstr. 21, Iphofen

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Technische Universität München Fakultät für Architektur Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gerhard Hausladen Arcisstraße 21 80333 München Tel. Fax.

+49 89 289-22475 +49 89 289-23851

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