Masterarbeiten im Sommersemester 2014
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 . )
Masterarbeiten im Sommersemester 2014
Kontakt
Studiengangsleitung
Studiengangsgründer
Prof. Dipl.-Ing. Thomas Auer
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gerhard Hausladen
Kontakt: E-Mail: climadesign@lrz.tu-muenchen.de
Der Masterstudiengang ClimaDesign greift aktuelle Entwicklungen im Bereich des energie- und klimaoptimierten Bauens auf. Änderungen und Aktualisierungen von Inhalt und Themen sind möglich.
Inhalt
Vorwort
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Weiterbildender Masterstudiengang ClimaDesign
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Themen der Masterarbeiten nach dem Sommersemester 2014:
Bassam Allam
Development of a pioneering energy efficient residential building Prototype in Egypt
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Boris Berndtson
Urbane Nachverdichtung in Deutschland und China
12
Dominic Ludwig Münchberger
Analyse und Vergleich der Lebenszykluskosten einer Sanierung eines Bestandsgebäudes zu einem Passivhaus, EnergiePlus Haus und einem SmartGrid Haus
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Marcel Reinhardt
Energetische Optimierung der Petermühle in Roding
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Diego Andrés Romero Espinosa
Solarsiedlung 23°N 99°W
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Johannes Ropertz
Darstellung der Abhängigkeit von Architektur und technischer Gebäudeausrüstung durch Implementierung parametrischer Modelle im Vorplanungsprozess
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Elizabeth Sánchez Oliveros
Renovation- and adaptation recommendations for standard low income residental buildings in different climate regions in Mexico
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Rüdiger Schätzler
Nachhaltige Stadtquartiere
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Marco Sperling
Energetische Sanierung von öffentlichen Gebäuden. Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen am Beispiel des Rathaus der Stadt Siegburg
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Sabine Wilfert
Bestandsaufnahme, Inbetriebnahme und Entwicklung von Einsatzszenarien für einen Modellraumprüfstand
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Guido Wilhelm
Fassadenoptimierung hinsichtlich solarer Lasten am Verwaltungsgebäude und deren Auswirkungen auf die technische Gebäudeausrüstung (Landratsamt ERH)
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Hee-Jung Yoon
Stadtklimatische Adaptionsmaßnahmen für Wohnquartiere in Megacity - Seoul, Korea
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Vorwort
Der Gebäudesektor ist verantwortlich für ca. 40 % des Energiebedarfs. Weltweit leben ca. 50 % der Menschen in Städten und etwa ¾ der Deutschen wohnen in Städten oder deren Speckgürtel. Die Carbon Roadmap der Europäischen Union sieht vor, dass im Vergleich zu 1990 die CO2 Emissionen des Gebäudesektors bis zum Jahr 2050 um 90 % reduziert werden. Die Umsetzung dieses Ziels und die Herausforderungen unserer Zeit wird Einfluss nehmen auf die gebaute Umwelt und wird diese verändern. Der Studiengang ClimaDesign hat das Ziel Studierende auf diese komplexe Herausforderung vorzubereiten. Die Studierenden lernen wie in keinem anderen Fach den Zusammenhang zwischen Aufenthaltsqualität, Architektur und Ressourcenverbrauch. Dieses Wissen wird in unterschiedlichen Skalierungsgraden gelehrt; vom Haus über das Quartier und Stadt bis hin zu einer Betrachtung des klimagerechten Bauens international. Passive als auch technische Ansätze für Energieeffizienz, die Integration regenerativer Energiequellen auf Gebäude- und Quartiersebene sind ebenso Bestandteil der Ausbildung, wie auch ein technischphysikalisches Grundverständnis. Die Komplexität der Herausforderungen führt zu neuen Disziplinen bei der Gebäude- und Stadtplanung. Vor allem ein gewerkeübergreifendes Verständnis ist von zentraler Bedeutung für die Planung zukunftsorientierter Gebäude und Quartiere. Eine zukunftsorientierte Planung erfordert neben einem fundierten Fachwissen auch Kreativität, was wiederum ein Verständnis für andere Disziplinen voraussetzt. Der ClimaDesign Master fördert die Interdisziplinarität wie kaum ein anderer Studiengang und bietet daher eine hervorragende Basis für die heutigen Bedürfnisse in der Planung. Architekten und Ingenieure aus unterschiedlichsten Ländern und Disziplinen lernen und arbeiten gemeinsam in diesem sehr projektorientierten Studiengang und lernen neben dem technischen Fachwissen auch die Fähigkeit in einem interdisziplinären Planungsprozess mit allen Beteiligten zu kommunizieren. Das breite Wissen und Kommunikationsfähigkeit befähigt die Absolventen im Besonderen auch als Berater des Bauherrn. Ich gratuliere allen Absolventen zu den Ergebnissen ihrer Arbeit und zu dem erfolgreichen Abschluss des Masterstudiengangs ClimaDesign und wünsche ihnen alles Gute für ihren weiteren beruflichen Weg. München im Dezember 2014 Thomas Auer
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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 Behaglichkeits anforderungen 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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Architekt Architekt
Fachplaner Fachplaner
Ingenieur Ingenieur
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Bassam Allam
Development of a pioneering energy efficient residential building Prototype in Egypt Entwicklung eines zukunftweisenden, energieeffizienten Wohnprototypens fĂźr Ă„gypten
A major factor in the current energy crisis that Egypt is facing, is the large electricity consumption exhausted by its residential sector. This project has developed an energy efficient residential prototype for Cairo, the capital of Egypt which is also its largest city. This prototype has been able to demonstrate the potentials that the location has to offer, in terms of using renewable energy resources, as well as optimizing the energy consumption of a residential building. Improving the design methods of the residential sector, and developing a prototype for energy efficient buildings will have a strong impact on solving said energy crisis. This project has revealed that it is possible to achieve high comfort levels inside the building, without the need for mechanical cooling systems. The Prototype depends on a passive solution that overcomes the high temperature problem during the summer. A detailed climate analysis, and the application of passive optimization methods, such as thermal mass and night cooling, along side with energy, comfort, light and shading simulations are crucial factors in order to achieve a well functioning design. These results have made it clear that the current design methods being carried out regarding new buildings, which overlook the potentials of renewable energy sources and the rely solely on mechanical solutions, need to be reconsidered and improved. It is time for Egypt to start developing standards and guidelines for future designs, ones that benefit from its numerous resources, rather than magnifying its environmental shortcomings.
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South West Street Perspective
Mechanical
Cooling Concept for The Summer
Passive
Prototype Goals
Room Optimization and Simulation Results
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Boris Berndtson
Urbane Nachverdichtung in Deutschland und China Studien zur baulichen Dichte und solaren Einstrahlung und einer möglichen Nutzungsdurchmischung bei einer Nachverdichung von jeweils einem Beispielquartier in Deutschland und China.
Wenn das Fortschreiten der urbanen Entwickung Chinas der letzten 20 Jahre anhält, werden bis 2030 mindestens 250 Millionen chinesische Städter hinzukommen, dies entspricht ungefähr der dreifachen Bevölkerung Deutschlands. Die chinesischen Städte stehen mit ihrem Wachstum vor Problemen, wie z.B. einer Überlastung der Verkehrsinfrastruktur, Luftverschmutzung, Unterversorgung an bezahlbarem Wohnraum und Verbrauch von anbaufähigem Land. Dicht bebaute Städte mit gemischt genutzen Vierteln haben weniger Einfluss auf die Umwelt, weil Sie sich besser für den öffentlichen Verkehr eignen, kürzere Wege machen weniger Mobilität notwendig und es wird weniger Fläche versiegelt. Ein weiterer Aspekt ist die Abkehr von dem Dogma der Funktionstrennung, hin zu Stadtquartieren mit einer Nutzungsdurchmischung. Um die Ausuferung der wachsenden Städte zu bremsen, kann die Nachverdichtung von Stadtvierteln ein Baustein einer nachhaltigen Stadtplanungsstrategie werden. Anhand eines Beispielquartiers in Taiyuan wird untersucht bis zu welcher Dichte eine qualitätsvolle Nachverdichtung mit einer akzeptablen Belichtung und Besonnung umgesetzt werden kann. Hierfür werden am 3d-Modell Dichtestudien und Strahlungssimulationen durchgeführt. Anhand der simulierten Strahlungsverteilung wird eine optimale Nutzungsmischung festgelegt. An einem Vergleichsquartier in München wird anschließend untersucht, ob sich die in China angewandte Vorgehensweise der simulationsunterstützten Nachverdichtung in einem anderen klimatischen, kulturellen und sozialen Kontext umsetzen lässt. Die Entwürfe werden darauf folgend gegenübergestellt und außerdem mit den Wetterdaten des Gegenparts simuliert, um zu evaluieren wo die Gemeinsamkeiten und Unterschiede liegen.
München_Nutzungsmischung_Analyse Bestandsquartier
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Taiyuan, CN
Taiyuan_Strahlungs und Beleuchtungsstärkesimulationen
München, DE
München_Strahlungs und Beleuchtungsstärkesimulationen
München_Nutzungsmischung_Analyse Nachverdichtung
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Dominic Ludwig Münchberger
Analyse und Vergleich der Lebenszykluskosten einer Sanierung eines Bestandsgebäudes zu einem Passivhaus, EnergiePlus Haus und einem SmartGrid Haus
Alle Bestands- und Neubauten sowie sanierte Wohn- bzw. Nichtwohngebäude verursachen unterschiedlich hohe Lebenszykluskosten, die durch Betriebskosten in Form von Energie für Heizung, Warmwasser oder Strom sowie durch Sanierungs-, Nutzungs- und weiteren Kostengruppen im Laufe ihres Lebens anfallen. In dieser Masterarbeit wird das Ziel verfolgt, ein Bestandsgebäude in Form eines Zweifamilienhauses auf drei unterschiedliche Arten zu sanieren. Es werden jeweils die Sanierungsvarianten SmartGrid Haus, Passivhaus und EnergiePlus Haus auf den zu erfüllenden Standard gebracht, um die Energieeinsparverordnung 2009 sowie die gesetzten Ziele der einzelnen Gebäude zu erreichen um daraus die Sanierungskosten zu ermitteln. Desweiteren wird mit Hilfe einer dynamischen Simulation der tatsächliche Energieverbrauch der einzelnen Gebäudetypen sowie des Bestandgebäudes berechnet um daraus die Betriebskosten ermitteln zu können. Anfallende Instandsetzungskosten die im betrachteten Lebenszykluszeitraum anfallen, fließen in die Kostenrechnung mit ein. Bei den Sanierungsfällen SmartGrid und EnergiePlus werden in den Berechnungen Energiegutschriften betrachtet, die durch Speicherung und Verschiebung von Energien sowie die eigene Erzeugung dem Verbraucher zur Verfügung gestellt werden und den anfallenden Kosten positiv entgegen zu wirken. Durch diese Berechnungen kann am Ende eine Analyse bzw. ein Vergleich zwischen den jeweiligen Fällen gezogen werden, um das Haus mit den geringsten Lebenszykluskosten in einem fest definierten Zeitraum zu ermitteln und für zukünftige Sanierungsvarianten empfehlen zu können. Empfehlung: Von Seiten des Verfassers wird empfohlen, die Möglichkeit des Passivhauses und des SmartGrid Hauses in den Hintergrund zu rücken und sich mit dem Konzept des EnergiePlus Hauses näher zu beschäftigen. Die Lebenszykluskosten die bei dieser Variante in ihren 50 Jahren Lebenszeit entstehen, liegen deutlich niedriger als die des Passivhauses und des SmartGrid Hauses. Der Nutzer wird schnell Gefallen daran finden, seine Energie selbst zu erzeugen und nicht mehr abhängig von traditionellen Quellen zu sein.
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Masterarbeit Dominic Ludwig Münchberger Analyse und Vergleich der Lebenszykluskosten Annahmen für die Berechnungen Preissteigerungen: Heizkosten: Elektroenergiekosten: Baupreissteigerungskosten:
Preise: Strom: Erdgas:
4% 4% 2%
0,238€/kWh (Brutto) 0,071€/kWh (Brutto)
Quelle: DGNB Handbuch für nachhaltiges Bauen
Quelle: DGNB Handbuch für nachhaltiges Bauen
Alle Preis sind inkl. der aktuellen Mehrwertsteuer von 19%
Altbau
Passivhaus
SmartGrid
Batterien
EnergiePlus
thermischer Speicher
1. Sanierungskosten (nach DIN 276-1) Kostengruppe 300 - Bauwerk Baukonstruktion
- €
50.832,96 €
121.128,80 €
Kostengruppe 400 - Bauwerk Technische Anlagen
- €
9.200,00 €
49.500,00 €
Summe
-
20.000,00 € 70.832,96 €
130.328,80 €
149.808,00 €
€
100.308,00 €
2. Nutzungskosten (nach DIN 18960), über 50 Jahre Kostengruppe 300 - Betriebskosten ohne Einbeziehung von Energiegutschriften
Wärme durch Öl/Gas Wärme durch Strom Licht/Geräte Hilfsenergie
Summe
194.391,00 € 9.083,69 € 1.204.262,23 € keine Gewinne
428.836,60 €
-
€
399.246,41 €
Kostengruppe 300 - Betriebskosten mit Einbeziehung von Energiegutschriften
Summe
-
1.000.787,54 € - €
€
-
€
192.101,91 €
293.003,55 €
194.391,00 €
194.391,00 €
194.391,00 €
1.017,37 €
146.246,82 €
1.308,05 €
594.654,78 €
532.739,73 €
488.702,60 €
560.975,57 € keine Gewinne
150.182,46 €
Kostengruppe 400 - Instandsetzungskosten Kostenuntergruppe 410 - Bauwerk
€
64.850,12 €
122.373,54 €
117.457,79 €
29.551,90 €
73.879,74 €
33.984,68 €
181.497,24 €
-
Kostenuntergruppe 420 - Technische Anlagen Kostenuntergruppe 420 - Technische Anlagen (Batterien) Summe
-
€
144.000,00 €
29.551,90 €
282.729,87 €
-
€
-
€
-
€
138.729,87 €
156.358,22 €
298.955,03 €
804.217,61 €
819.426,75 €
937.465,63 €
770.538,39 €
819.426,75 €
598.945,49 €
3. Endergebnis Lebenszykluskosten ohne Energiegewinne bzw. SmartGrid
1.233.814,13 €
mit Energiegewinnen bzw. SmartGrid
1.233.814,13 €
782.399,43 €
Bild 1_ Lebenszykluskosten_Übersicht (eigene Tabelle)
Bild 2_ Gebäudeansicht_ Ostseite (eigenes Foto)
Bild 3_ Energieausweis_ Thermische Simulation (SolarComuter)
Bild 4_ Gebäudeschnitt Altbau_ Thermische Simulation (IDA ICE)
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6
Marcel Reinhardt
Energetische Optimierung der Petermühle in Roding Eine energetische Sanierung, basierend auf einem lastprofilorientiertem Nutzungskonzept.
In der Arbeit wurde der bestehende Baukomplex der Petermühle in Roding untersucht. Auf dem Baugrundstück befinden sich zwei Gebäude; ein Bauernhaus (17./18. Jahrhundert) und eine Mühle (um 1900). Die Gebäude stehen seit zehn Jahren leer und werden durch einen privaten Bauherren revitalisiert. Die Arbeit befasst sich mit der Analyse von Lastprofilen und Nutzungen und versucht eine ideale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Energien zu erzielen. Es werden zum einen die Umgebung, die Hülle und der Innenraum bauphysikalisch, ästhetisch und infrastrukturell untersucht. Zum anderen werden Technik, Nutzung und Lastgänge beleuchtet. Die Aufwertung der Hülle wird gemäß der geltenden Energieeinsparverordnung ausgeführt, jedoch architektonisch interpretiert. Hieraus wird ein fester Rahmen geschaffen, in dem die Anlagentechnik und die Nutzung so gewählt und platziert werden, dass eine stetige Auslastung der Energieresourcen gewährleistet wird.
KG 1:100
Nutzungsabhängige Lastprofile werden erstellt, analysiert und so verlagert, dass auf die regenerativ produzierte Energie reagert wird. So entsteht ein Nutzungskonzept, das von der Energieproduktion abhängt und aus der energetischen Sanierung heraus entwickelt wird.
Grundrisse Mühle EG und KG M 1:200 (Reinhardt 2014)
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Straßenansicht Mühle (Reinhardt 2013)
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EG 1:100
KG 1:100
Grundrisse Mühle KG M 1:200 (Reinhardt 2014) Grundrisse Mühle EG undEG KGund M 1:200 (Reinhardt 2014) Mühle Winter
Lastprofil Mühle 4000
400 13,33333333 13.333,33
3500
GrundrissM Grundrisse
5000 4500 4000
3000
Lastprofil Mühle Lastprofil Mühle
2500
4000 4000 3500 3500 3000 3000
4000 4
3500
Mühle Winter Mühle Winter
3000
5000
400 4005000 13,33333333 13,33333333 4500 4500 13.333,33 13.333,33
2500
2000
2000
1500
1500
1000
0
2500 2500
4000 4000
1000
500
500 0
1
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Wasserrad
11 PV
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13 Küche
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ELT
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3500
1
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4
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6
7
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0 1
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2000 2000 1500 1500
1000 1000
0
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2500 2500
1500 1500
500
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3000
WW
2000 2000
500
4000 40003500 9 10 11 12 413 14 15 16 4 PV Küche Wasserrad ELT3000 WW
1000 1000 500 0
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Wasserrad Wasserrad PV
11 12
12 13
13 14
PV Küche Küche ELT
14 15
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16 17
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500 0 1
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ELT WW WW
Lastannahme Mühle Sommertag (R. 2014)SommertagLastannahme Lastannahme Mühle (R. 2014) Mühle Wintertag (R. 2014)
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Wasserrad Wasserrad PV
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PV Küche Küche ELT
14 15 ELT WW
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19 20
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WW
Straßenansicht Mühle (Reinhardt 2013) Lastannahme Mühle Wintertag (R. 2014)
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Diego Andrés Romero Espinosa
Solarsiedlung 23°N 99°W Energiekonzept für Wohngebäude in Mexiko
Durch die zunehmende Bevölkerung Mexikos und die Metropolisierung von neuen Gebieten, im Jahr 2030 werden Wohnungen für mehr als zwölf Millionen Familien benötigt. Zu diesem Zeitpunkt werden mehr als 82% der Bevölkerung in städtischen Gebieten wohnen. Das Wetter Mexikos, bedingt durch geographischen Unterschiede, weist im mittleren Teil des Landes, in dem die Mehrheit der Bevölkerung lebt, ein mildes Klima auf. Von Gebirgen beeinflusste milde Temperaturen herrschen fast das ganze Jahr. Im Süden und in küstennahen Bereichen, sowohl am Pazifik als aucham Atlantik, sind hohe Temperaturen und eine hohe Luftfeuchtigkeit das ganze Jahr vorhanden. Auf der anderen Seite im nördlichen Teil des Landes, in der Nähe des nördlichen Wendekreises, gibt es eine höhere solare Einstrahlung während des Jahres und daher einen hohen Kühlungsbedarf, darüber hinaus wird in dieser Region ein großer Bevölkerungswachstum erwartet. Die Solarsiedlung 23ºN 99ºW liegt aus ökonomischen, ökologischen und sozialen Gründen in einer herausragenden Lage. Anforderungen, wie das warmfeuchte Wetter, stellen eine Herausforderung für ein Niedrigenergieklimatisierungssystem dar. Die hohe Sonneneinstrahlung eignet sich für den Einsatz von Solarstromversorgung und Solareklimatisierung. Darüber hinaus machen die Nähe zu der Grenze - eine Region voller Gegensätze, sowie die soziale Probleme und die internationalen Anforderung für erneuerbare Energien aus diesem Ort einen geeigneten Platz für Wohnungen, die bessere Lebensqualität mit einem nachhaltigen Ansatz schaffen.
3 Südansicht (eigene Darstellung)
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1 Energiekonzept der Solarsiedling 23°N 99°W (eigene Darstellung)
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4 Ansicht und Grundriss (eigene Darstellung)
5 Eigenschaften der Außenluft, Zuluft und Raumluft (eigene Darstellung)
2 Bestand und neues Energiekonzept im Vergleich (eigene Darstellung)
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Johannes Ropertz
Darstellung der Abhängigkeit von Architektur und technischer Gebäudeausrüstung durch Implementierung parametrischer Modelle im Vorplanungsprozess
Die Philosophie von ClimaDesign ist, Gebäude zu entwickeln, die mit einem möglichst geringen, aber sinnvollen Einsatz von Technik und Energie, ein Maximum an Komfort und Behaglichkeit bieten. Zur Gestaltung solcher Gebäude ist ein ganzheitlicher, integraler Planungsprozess notwendig, an dem alle Planungsdisziplinen von Projektbeginn an beteiligt sind. Dies bedingt einen erhöhten, ständigen Informationsaustausch während der Planung. Durch die technische Weiterentwicklung digitaler Planungswerkzeuge hat sich der Planungsprozess in den letzten Jahren verändert. So werden in der Planung von Gebäuden zunehmend bereits in den ersten Leistungsphasen digitale Werkzeuge und Modelle eingesetzt, wodurch parametrische Werkzeuge wie Grasshopper (Rhino, McNeel) in der Architektur und den Ingenieurswissenschaften an Bedeutung gewonnen haben. In der Bearbeitung sind Parametrische Werkzeuge entwickelt worden, welche die dreidimensionale Darstellung der TGA Rechteckkanal- und Rohrtrassen, sowie deren Wand- und Deckendurchbrüche in einem gemeinsamen 3D Modell ermöglichen. Durch die Verknüpfung der Trassen mit den Architekturbauteilen werden diese beispielsweise im Fall einer Geschosshöhenänderung dynamisch angepasst. Einen noch größeren Vorteil bietet das Durchbruchstool, da sich in der Vorplanung Raumaufteilungen öfter ändern und Innenwände neu platziert oder verschoben werden. Durchbruchsangaben müssen hier nicht mehr einzeln nachgeführt werden, sondern werden automatisch nachgeführt. Die Tatsache, dass die Auslegung der Gebäudetechnischen Anlagen und Komponenten auf der Architektur Geometrie basieren, lässt es möglich erscheinen die Informationen so weit zu verknüpfen, dass sich zukünftig bei Änderungen der Raumflächen oder Raumhöhen die Dimension der TGA Trassen und deren Platzbedarf für Technikzentralen und Schächte dynamisch mit verändern.
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Elizabeth SĂĄnchez Oliveros
Renovationand adaptation recommendations for standard low income residental buildings in different climate regions in Mexico Analysis and comparisson of passive actions to improve the energy demand in standard vertical social housing buildings in Mexico‘s different climate regions.
The current situation of social housing in Mexico is a complex issue that involves diverse factors such as the population growth, the uncontrolled urban sprawl, the housing lag, and a growing need of densification and regeneration of cities’ cores. The new development plans seek to encourage the improvement of compact and sustainable cities with mix-densities and mix land uses in order to raise the quality of life of the population, wich is expected to be of 150 million inhabitants by 2050 and implies a housing demand of around 29 million houses. According to the National Institute of Statistics and Geography, the social housing stock accounts for 28 million houses up to 2010, out of which approximately 20% were built between 1972 and 2009. One of the main characteristics of the vertical buildings built in this period is that they are based on the same housing model and built with the same materials, even though they are located in different climate regions throughout the country, causing not only thermal discomfort for their inhabitants, and therefore leading to a high energy demand, but also a high environmental impact. It is because of this that the rehabilitation of the existing vertical social-housing buildings plays a key role for the development of the urban and housing sector in the country. The aim of this thesis is to analyze and compare the different passive actions required to be taken in order to improve the thermal comfort and energy demand of standard vertical social housing buildings under different climatic conditions. For this, four Mexican cities are the focus of this case study, each of them representing the urban areas that correspond to the four main climate regions in the country. By simulating the current performance of the standard building with the different climate data, it is possible to know its specific needs according to the region where it is located, as well as the real effect that each of the passive actions have on the whole energy demand. In order not to only lower the energy demand, but also to keep the refurbishment costs as low as possible, the price/performance ratio of said actions is analyzed, to define the most effective ones per region.
Analysed Standard Building (Centro Mario Molina, 2014)
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The implementation of this passive actions would not only improve the ecological footprint, the energy demand and consumption, and the carbon emissions of the refurbished buildings and therefore of the housing sector, but would also improve the well being and quality of life of their inhabitants.
Monterrey
Cancun
Guadalajara Mexico City
Dry to semi dry Arid Temperate sub-humid Temperate humid Cold Warm sub-humid Warm humid
0
150
300
600
900
Main climate regions in Mexico and selected cites’ location (INEGI,2000)
Maximal operative temperature in Mexico City (IDA ICE Simulation)
Maximal operative temperature in Monterrrey (IDA ICE Simulation)
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Rüdiger Schätzler
Nachhaltige Stadtquartiere
Zu Beginn der Thesis wird auf die Bedeutung der Aufgabenstellung eingegangen. Der Überbegriff „Nachhaltige Stadtquartiere“ ist sehr allgemein gehalten und vielsagend. In dieser Arbeit soll jedoch, basierend auf einer im Juni 2014 in Peking statt gefundenen „Low
Analyse und Bewertung von Adaptionsmöglichkeiten der DGNB Steckbriefe für Nachhaltige Stadtquartiere in China
Carbon Design Summer School“, speziell der Aspekt der Zertifizierung bearbeitet werden. Das Planungsgebiet dieser Summer School befand sich in der Stadt Taiyuan. Die Lage dieser Stadt ist auf der Abb.1 ersichtlich. Das Hauptthema soll die Nachhaltige Stadtplanung auf der Grundlage der fünf Themenbereiche mit insgesamt 45 Kriterien Steckbriefen der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen DGNB sein. Außerdem wird in der Arbeit auf die heutige Bedeutung des Begriffes „Nachhaltigkeit“ und „Nachhaltige Stadtquartiere“ eingegangen. Die Entstehung dieser Begriffe sowie die bisher wesentlichen wissenschaftlichen Aspekte werden dargestellt und auf die heutige Situation begrifflich um Vorgänge wie u.a. der Ökoeffizienz, Resilienz oder des Cradle to Cradle Prinzips erweitert. Cradle to Cradle (engl. Dt. Sinngemäß von der Wiege bis zur Wiege) ein immer wieder erscheinender Begriff in heutigen Planungsprozessen soll hierbei nicht in allen Facetten wissenschaftlich beleuchtet werden, da dies eine wissenschaftliche Ausarbeitung für sich wäre. Es ist aber zeitgemäß und in dieser Arbeit aufgrund der Verwendung dieses Sytems in den DGNB Kriterien der Ökobilanz ENV 1.1 und der Lebenszykloskosten ECO 1.1 angebracht diese Bezeichnungen sinngemäß auch im Hinblick auf das Zertifizieren von Neubaustadtquartiere definiert zu haben. Diese angesprochenen Themenegriffe sind hierbei elementar. Als Einstieg wird kurz und knapp anhand von 2 Beispielen von Nachhaltigen Quartieren in Deutschland, zum einen ein Stadtquartier in Freiburg, Freiburg Vauban, welches seit 1994 existiert, und zum anderen das sog. „eco Quartier Pfaffenhofen an der Ilm, Oberbayern, welches gerade in der Entstehung ist, beschrieben. Darauffolgend wird der geschichtliche sowie aktuelle Planungshintergrund in China kurz beleuchtet. Wie schon beschrieben wird das Hauptthema sich mit zertifizieren (d.h eine Art Auszeichnung aufgrund der Erfüllung speziell gewichteter Kriterien der DGNB) befassen. Hierbei werden alle 45 Zertifizierungssteckbriefen der Neubauzertifizierung von Stadtquartieren der DGNB qualitativ bewertet und verändert sowie Adaptionsmöglichkeiten untersucht, um diese Steckbriefe möglichst für den chinesischen Markt verwenden zu können. Diesen werden in Bezug auf Chinesische Stadtquartiere grundlegende Empfehlungen ausgesprochen, da in einem Land mit
Abb. 1 DGNB Logo (Quelle: dgnb.de)
7 Klimazonen keine einheitliche Definition erreicht werden kann. Im den Kapiteln 4 sowie 6 dieser Thesis wird dies erläutert. Das Kapitel 5 stellt die im Juni 2014 stattgefundene Summer School in Peking und dessen Ergebnisse in Bezug auf die Anpassung der DGNB Quartierssteckbriefe dar. Im siebten und abschließenden Kapitel handelt es sich um einen Exkurs in die Bauleitplanung. Hierbei wird veranschaulicht, dass es wichtig ist schon in der Bauleitplanung ClimaDesign-Ziele zu verankern damit im Genehmigungsprozess von Planungen eine rechtliche Festsetzung möglich, und somit eine Zertifizierung von Neubaustadtquartieren effektiver und nachhaltiger durchführbar ist.
Abb. 2 China Flagge
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Abb. 3 Darstellung der geogr. Lage von Taiyuan - Planungsgebiet der Summer School (Quelle: http://de.academic.ru)
A
Schematic Street Section 1
curtain wall facade with air space
Rooftop greening with PV
B
Utilization - Energy producing - active and passive Systems controlled by smart technologies combined by a smart grid
Solar radiation
Residential streets
Residential streets
Rooftoparea for private urban gardening - farming bees Products can be selled in the business area onground floor
Public / semi Public / private
Balcony
Public / semi Public / private
Shared Space
Vertical gardens Transpiration, Insolation and binding the dust
5,00
Livingfloor
Livingfloor
10,00
4,00
Livingfloor
Natural ventilation
Livingfloor
Livingfloor
Businessfloor
Loggia
Businessfloor
Livingfloor
Street for emergency Service
Livingfloor
Access balcony
Businessfloor
Businessfloor
Stormwatermanagement
Cistern
Businessfloor
Basement / Engeneering room / Energymanagement and Storage
Stormwatermanagement
Cistern
5,20
25,50
7,00
10,00
4,20
12,00
Windturbines
23,00
Access balcony
Loggia Livingfloor
Businessfloor / Shops / Entertainment
Livingfloor
Businessfloor / Shops / Entertainment
Businessfloor / Shops / Entertainment
Businessfloor
Balcony Livingfloor
Access balcony Livingfloor
Basement / Engeneering room / Energymanagement and Storage
Toilet
Loggia
Loggia
Livingfloor District heating pipes covered
Livingfloor Loggia
Livingfloor
Street for emergency Service
Natural ventilation
Livingfloor Balcony
Access balcony Livingfloor
Livingfloor
Businessfloor
Businessfloor
Livingfloor
Emergencyacess Businessfloor Drainage collecting the Stormwater cleaning with filters
Basement / Engeneering room / Energymanagement and Storage
Stormwatermanagement Electrical connection for Energycirculation
Cistern
Windturbines
Vertical gardens Transpiration, Insolation and binding the dust
Hanging plants for greening transpiration and binding the dust
Businessfloor
Livingfloor
Bikeway
Rooftop greening with PV
Smart systems for controlling the technology in every apartment
Livingfloor
Bikeway
Cistern
Electrical connection for Energycirculation
15,00
Rooftoparea for private urban gardening farming bees - Products can be selled in the business area onground floor
Solarpanels for heating in Winter and cooling in summer on facade
Rooftopcafe with PV-Cellfacade and natural ventilation
Access balcony
Balcony
Lightrail
Livingfloor
Businessfloor
Basement / Engeneering room / Energymanagement and Storage
Livingfloor
Livingfloor
Livingfloor Access balcony
District heating Livingfloorpipes covered
Emergencyacess Businessfloor
Livingfloor
Livingfloor
Balcony
Loggia Livingfloor
Street for emergency Service
Rooftop greening with PV
Livingfloor
Balcony providing shadow
Livingfloor
Toilet
Loggia Livingfloor
Businessfloor
Livingfloor
Natural ventilation and transpiration
Solar radiation Businessfloor / Shops / Entertainment
Vertical gardens Transpiration, Insolation and binding the dust
Livingfloor
South
Livingfloor
16,00 Solarpanels for heating in Winter and cooling in summer on facade
Rooftopcafe with PV-Cellfacade and natural ventilation
Balcony
Livingfloor
6,80
Livingfloor
Livingfloor
Rooftop greening with PV
Businessfloor
B Utilization - Energy producing - active and passive Systems controlled by smart technologies combined by a smart grid
Rooftop greening with PV
New Park Multifunctional Space
22,00
A
North
Cistern
Businessfloor
Basement / Engeneering room / Energymanagement and Storage
Stormwatermanagement
Electrical connection for Energycirculation
Cistern
Undergroundconnection to the District / Basementgarage
25,00
12,00
4,00
10,00
5,00
12,00
18,60
15,00
Abb. 4 Energie-Schnitt erstellt in der Summer School Peking 2014 (Low Carbon Design Joint Studio) (Quelle: Eigene Erst.)
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Marco Sperling
„Energetische Sanierung von öffentlichen Gebäuden. Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen am Beispiel des Rathaus der Stadt Siegburg“ (Energy efficient refurbishment of public buildings. Economic feasibility studies on the example of the town hall of Siegburg)
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„Energetische Sanierungen wirtschaftlich behandeln!“ Vor diese Aufgabe werden viele Eigentümer, Investoren und Planer gestellt. Doch welche Wege gibt es, eine energetische Sanierung aus wirtschaftlicher Sicht zu betrachten? Wie definiert sich Wirtschaftlichkeit? Und gibt es einen Weg Wirtschaftlichkeit, Nachhaltigkeit und Effizienz gemeinsam zu betrachten? Diese Arbeit untersucht auf verschiedenen Wegen unterschiedliche Wirtschaftlichkeitsdefinitionen. Es werden die Parameter aufgezeigt, die maßgebliche Einflüsse auf die Kostendeckung und Amortisation von energetischen Sanierungsaufgaben im Nichtwohngebäudebestand haben. Es werden die Investitionsvolumen in Teilkosten aufgeteilt und mit unterschiedlichen Methoden bewertet. Am Beispiel des Rathauses der Kreisstadt Siegburg wird in drei Varianten eine energetische Hüllflächensanierung untersucht. Dabei wird nicht eine Planung verschiedenen Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen unterzogen, sondern es werden drei Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen erstellt, die dann in einer Planung münden. Dieses Vorgehen soll zeigen, dass es nicht „Die Wirtschaftlichkeit“ gibt, sondern für eine Aufgabe immer mehrere Wege zum Ziel einer definierten Wirt-schaftlichkeit. Dabei werden die entscheidenden Wirtschaftlichkeitsparameter mit unterschiedlichen Energieeffizienzklassen von Bauteilen in Verbindung gebracht. Es werden unterschiedlich Energieeffiziente Lösungen erstellt, die alle auf Ihre Art wirtschaftlich sind. In einer der Wirtschaftlichkeitsdefinitionen wird die Wirtschaftlichkeit unmittelbar mit der Nachhaltigkeit verknüpft. Es wird untersucht, ob eine Behandlung beider Begriffe in einer Maßnahme parallel betrachtet werden kann, und ob eine Sanierung mit einer parallelen Betrachtung von Umweltwirkungen und Finanzwirtschaftlichen Parametern möglich ist. Es soll in dieser Definition dargestellt werden, dass der Nachhaltigkeitsgedanke auch ohne eine vollständige DGNB-, LEED- oder BREEAM-Zertifizierung mit behandelt werden kann. Es soll durch diese Arbeit ein Anreiz geschaffen werden, den Begriff der Nachhaltigkeit als Umweltschutzaspekt und als Benchmark stärker in die Diskussion der Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen einzubeziehen. Diese Arbeit soll so als Hilfestellung dienen, um bei anstehenden Maßnahmen den Begriff der Wirtschaftlichkeit gezielter, und vor allem bewusster, einsetzen zu können und dabei den Nachhaltigkeitsgedanken unmittelbar mit einzubinden. Thesen: • Nachhaltigkeit ist Wirtschaftlich(keit). • Es gibt nicht „Die Wirtschaftlichkeit“, sondern nur eine Beurteilung verschiedener Wirtschaftlichkeitsparameter. • Das Sanieren des Rathauses der Kreisstadt Siegburg ist wirtschaftlich.
Betrachtung der Lebenswegphasen, Verl辰ngerung der Nutzungsdauer durch Sanierung von Einzelbauteilen, eigene Grafik
Amortisations端berpr端fung von Investitionen
Energiebedarfsvergleich, Sanierungsvarianten
Kostenvergleich 端ber vier Sanierungsvarianten
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Sabine Wilfert
Bestandsaufnahme, Inbetriebnahme und Entwicklung von Einsatzszenarien für einen Modellraumprüfstand.
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Die Nutzung des Modellraum-Prüfstands an der technischen Universität in München, für die messtechnische Untersuchung des dynamischen Betriebsverhaltens von Raumheizsystemen nahm in den letzten zehn Jahren immer weiter ab. Diese Arbeit hat sich das Ziel gesetzt, diesen Modellraum-Prüfstand nicht nur in Hinblick auf seine Einsatzmöglichkeiten zu verstehen und gegebenen falls zu verbessern, sondern wenn Möglich, auch wieder in Betrieb zu nehmen. Hierzu wurden durch Simulationen die Komponenten des Prüfstands im Einzelnen durchleuchtet und auf ihre Funktionalität hin geprüft. Bei der Auswertung der Ergebnisse ergaben sich einige Bauteil sowie Software spezifische Schwachstellen. Mit Hilfe von möglichen Verbesserungsansätzen werden in einem nächsten Schritt Lösungen für die bestehenden Probleme vorgeschlagen. Diese Verbesserungsansätze basieren auf einer Literaturanalyse sowie auf Gesprächen mit Experten. Weiter geht diese Arbeit der Frage nach, ob und wie der Modellraum-Prüfstand für eine regelmäßige Nutzung noch zusätzlich verbessert werden kann. Mit der Erstellung eines Handbuchs ergibt sich die Möglichkeit Einstellungen für Simulationen eigenständig vorzunehmen. Zusätzlich wird ein Ausblick auf andere Prüfstände gegeben, die sich auf dem aktuellen Stand der Technik befinden. Abschließend kommt die Arbeit zu der Schlussfolgerung, dass für einen dauerhaften Betrieb des Prüfstands, investive Modifikationen in die bestehende Struktur sowie Kooperationen mit anderen Prüfstands-Betreibern von Nöten sind. Ein Vergleich mit aktuell in Betrieb befindlichen Modellräumen, lässt die Notwendigkeit einer Neuinvestition als eine diskutierbare Variante erscheinen.
Bild 1 Schematische Darstellung der Pr체fstandskomponenten (Quelle: In Anlehnung an Eiband (2004), S. 4.)
Bild 2 Temperaturverlauf bei einem Abtauvorgang der K채lteanlage von 25째C auf 6째C
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Guido Wilhelm
Fassadenoptimierung hinsichtlich solarer Lasten am Verwaltungsgebäude und deren Auswirkungen auf die technische Gebäudeausrüstung (Landratsamt ERH)
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Das Landratsamt Erlangen-Höchstadt plant den Neubau eines eigenen Verwaltungsgebäudes in der Kreisstadt Erlangen. Der Entwurf des Gebäudes geht aus dem Konzept des Gewinners des Wettbewerbs „Alles wird gut“ hervor. Das technische Konzept basierte auf der Nutzung von Geo- und Solarthermie, Aktivierung der Speichermassen, Minimierung der solaren Einträge durch den passiven aussenliegenden Sonnenschutz der vertikale Fassadenlamellen und freier Fensterlüftung. Ziel dieser Arbeit ist, durch die Simulation verschiedener Eingriffe in die Fassade und der ergänzenden Vorgaben des Auftraggebers im Planungsprozess in einer exemplarischen Büroeinheit mit hohen solaren Lasten die Funktion des Wettbewerbskonzeptes zu prüfen und die Notwendigkeit der Anpassungen zu hinterfragen. In diesem Zusammenhang werden die Auswirkungen von solarem Wärmeeintrag, internen Lasten und natürlicher Belichtung auf den Bürobereich betrachtet und die Möglichkeiten des Wärmetransports durch den hygienischen Luftwechsel geprüft. Schließlich wird der gesamte Planungsverlauf bei einem öffentlichem Vergabeverfahren betrachtet und kritisch hinterfragt. Ergebnis ist, dass das Konzept des Wettbewerbsgewinners grundsätzlich hervorragend funktioniert. Bei Aktivierung des Atriumvolumen kann sogar auf eine Lüftungsanlage verzichtet werden kann, während sich nur marginale Einschränkungen an den Komfort ergeben. Nach nun fast 2-Jährigem Planungsprozess wird deutlich klar, dass oft nachhaltige Gebäudekonzepte durch fehlende Fachkompetenz in den ersten Planungsphasen und politische, fiktive, öffentlichkeitswirksame Zielvorgaben zum Teil aus der letzten Wahlperiode verloren gehen. Gerade öffentliche Bauherren sollten mit Vorbildfunktion vorangehen, den Mut zur Innovation haben und dauerhafte und nachhaltige Projekte realisieren, die nicht nur über die Investitionskosten oder maximal über die beschränke Legislaturperiode hinaus betrachtet werden. Insbesondere Gebäude mit öffentlichen Nutzungen werden in der Regel wesentlich langfristiger betrieben als Bürogebäude im privatwirtschaftlichen Bereich mit der hier oftmals wichtigeren kurzfristigen Flexibilität.
Bild 1 Fassade nach Abschluss Entwurfsplanung (AWG) Bild 3-93 - Var 23a Energieaufwand bei meachanischer Lüftung 300 kWh
AHU heat recovery heating HVAC cooling
150 kWh
0 kWh
-150 kWh
Jan.
Feb.
Mär.
Apr.
Mai
Juni
Juli
Aug.
Sep.
Okt.
Nov.
Dez.
Bild 3-94 - Var 23b Energieaufwand bei freier Lüftung über das Atriumvolumen 300 kWh
heating cooling
150 kWh
0 kWh
-150 kWh
Bild 2 Wettbewerbsfassade (AWG)
Jan.
Feb.
Mär.
Apr.
Mai
Juni
Juli
Aug.
Sep.
Okt.
Nov.
Dez.
Bild 3 Vergleich Energiebedarf (eigen)
Bild 4 Luftvolumen Atrium (eigen)
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Hee-Jung Yoon
Stadtklimatische Adaptionsmaßnahmen für Wohnquartiere in Megacity - Seoul, Korea Urban Climatic Adaptation Strategies for Residential Areas in Megacity - Seoul, Korea
Mehr als 50 Prozent der Weltbevölkerung leben heute in Städten. Nach Angaben der UN werden bis zum Jahre 2050 voraussichtlich etwa 70% der Weltbevölkerung in städtischen Gebieten leben. Die Folgen dieser raschen, globalen Verstädterung sind neben wirtschaftlichen und sozialen Problemen vor allem steigende Umweltbelastungen. Aufgrund der besonderen Albedo, dichte Bebauungsstruktur und versiegelter Böden, erzeugen Städte ihr eigenes Mikroklima, welches als ‚Urban Heat Island Effect‘ (Wärmeinsel-Effekt) bezeichnet wird. Insbesondere die Megastadt Seoul, die ein sehr schnelles Wachstum erlebt hat, wurde aufgrund der nachfolgenden klimatischen Bedingungen von den städtischen Wärmeinseln und Luftverschmutzungsprobleme in Mitleid gezogen. Da die sommerlichen Hitzewellen häufiger und intensiver auftreten und ebenso länger anhalten, ist eine Untersuchung der Auswirkungen von Hitzewellen notwendig, um die Gegenmaßnahmen zu identifizieren. Aus diesem Kontext ergeben sich folgende Fragen: Welche Interaktion von Städten auf den thermischen Komfort bestehen? Kann man den Einfluss von Klimawandel prognostizieren? Das Testgebiet „Yongsan“ ist ein Stadtteil von Seoul, welcher zentrumsnah, nördlich des Han-Flusses und süd-westlich des Namsan-Parks liegt. Über die Jahrhunderte hinweg ist Yongsan sowohl historisch als auch kulturell von großer Bedeutung gewesen. Trotz der zentralen Lage ist der Bezirk Yongsan dennoch weniger entwickelt. Daraus ergibt sich ein großes Potential für die zukünftige nachhaltige Stadt- und Gebäudeplanung. Das Ziel dieser Studie ist es, die Stadtstrukturen zu quantifizieren, die thermischen Bedingungen darzustellen und Planungsempfehlungen zur Verbesserung aufzuzeigen. Im gleichen Schritt müssen sich diese Veränderungen im Außenraum auch auf den Innenraum auswirken. Darüber hinaus wurden die Potenziale bezüglich der natürlichen Lüftung untersucht. Das mikroskalige Klimamodell ENVI-met ist für die CFD Simulation verwendet um die Auswirkungen der globalen Erwärmung auf Hitzestress in Seoul zu simulieren und mögliche Gegenmaßnahmen zu bewerten. Es wurden mehrere Simulationen durchgeführt, in denen man die typische, innerstädtische Bebauungsstruktur in Seoul erkennen kann. Die Simulationsergebnisse haben gezeigt, dass gezielte Vegetationen in öffentlichen Räumen, Dichte und Höhe der Bebauung sowie die Verwendung der vorgeschlagenen bioklimatischen Maßnahmen die Wärmebelastung reduzieren können und wesentliche Auswirkungen auf das Klima haben. Anhand der Ergebnisse sollen auf weiteren Forschungsbedarf sowie die damit verbundenen Aufgaben zur Fortführung der Stadt- und Gebäudeplanung Seouls verwiesen werden.
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Bild 1 Masterplan Yongsan Park (WEST 8 + IROJE)
Bild 2 Masterplan Yongsan Park (WEST 8 + IROJE)
Bild 4 New Yongsan Buisiness District (http://cafe.naver.com/scenerycitygall/2669)
Bild 3 eigene Skizze
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Technische Universität München Fakultät für Architektur Lehrstuhl für Gebäudetechnologie und klimagerechtes Bauen Prof. Dipl.-Ing. Thomas Auer Arcisstraße 21 80333 München www.climadesign.de E-Mail: climadesign@lrz.tu-muenchen.de