Diplomarbeit by Yi Lu

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Werner Sobek

Yi Lu & Bo Peng

SustainableHighrise Die frühe Entwicklung eines Energiekonzepts ist ein zentraler Bau-

Analyse der Windrichtungen, Windstärke und des Einfluss von den

stein für eine zukunftsfähige Entwurfsplanung von Gebäuden. Die

Umgebungsgebäuden werden 26 Windturbinen an den Gebäude-

Diplomarbeit von Yi Lu und Bo Peng, versucht einerseits die Ener-

kanten im Ost ab 120m eingerichtet. Die 2000m2 Dachfläche wird als

giebedarf des Gebäudes zu minimieren und andererseits die Ener-

Kollektorfeld von Solarthermie eingesetzt und wird als Wärmequelle

giegewinnung zu maximieren.

für die Sorptionskältemaschine(solare Kühlung) genutzt. Die PV-

Um die Energiebedarf vom Gebäude in einem warm-feuchten Gebiet

Module werden zu den Fassadeelementen integriert, und die Aus-

wie in Shenzhen zu reduzieren, muss die Überhitzung vermieden

richtung werden nach der Sonneneinstrahlung und der Umgebung

werden und die Möglichkeit für natürliche Lüftung gegeben sein. Die

optimiert, damit mehr Strom erzeugt wird.

Gebäudeform und die Raumverteilung sollten nach dem Klimafak-

Das Hochhaus ist 242m hoch mit 60 Geschossen über der Erde und

toren berücksichtigt werden, z.B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Son-

besitzt 57000m2 Nutzfläche. Die öffentliche Nutzungen befinden sich

nenverlauf.

im Sockel, Skylobby und Gebäudekopf. Auf den normalen Geschos-

Windenergie und Solarenergie gelten als die zwei häufigsten erneu-

sen sind die Wohnungen auf der Südseite und Büros auf der Nord-

bare Energien, und werden in diesem Hochhaus integriert. Nach der

seite, dazwischen sind Atrien, die als Klimapufferzone funktionieren.

Raumplanung um Überhitzung zu vermeiden

Seitenverhältnis

Sonnenstrahlung im Sommer

Massive Teile in Ost und West

Süd und Nord als Nutzflächen

Terrase als Freiräume

Atrium als Pufferzone

Grünfläche

4,2m/s

Querl체ftung

Thermik

Thermik + Querl체ftung

SOS

SSW

2,8m/s

Windrichtungen und H채ufigkeiten in Shenzhen (Oktober - April)

Winddruckverteilung unterschiedlichen Formen Winddruckverteilung in Abh채ngigkeit von dem Form

Windrichtung: Ost

Windrichtung: Nord

Windrichtung: Nordost

1,4m/s

25 0

Jan

Feb

Mar

Apr

May

Jun

Jul

Aug

Sep

Oct

Nov

Dec

Horizontal

200

Temperaturen und Strahlungsintensitäten für Shenzehn

Horizontal

200

0 4

20 Uhr

Verschattung 21. Marz

21. Juni

21. Dezember

Jahresstrahlung auf dem Gebäude

solare kühlung (Dach) kWh/m2 1000+ 900 800 700

Kollektorfeld

600 500 400

Kühlelement

300 200 100 0

Wärmeerzeuger

Speicher

Antriebswärme

RückKühlung

Sorptionskältemaschine Raum Schema einer solarthermischen Kühlung mit Sorptionskältemaschine

Verlustkette der PV-Anlage

Leistung der Solaranlage

Zur Kaltwassererzeugung in einem geschossenen Kältemittelumlauf gibt es Sorptionskältemaschine, die bei festen Sorptionsmitteln (z.B. Wasser/Silicagel) über das Prinzip der Adsorption (Anlagerung) oder bei flüssigen Sorptionsmitteln (z.B. Ammoniak/Wasser) über das Prinzip der Absorption (Vermischung) verfahren. Ein ökologischer Vorteil thermische angetriebener Kühlprozesse gegenüber elektrischen Systemen wird vor allem dann erreicht, wenn regenerativ erzeugte Wärme direkt als Antriebsenergie genutzt werden kann. Wird die Antriebswärme überwiegend von solarthermischen Systemen erzeugt, spricht man von einer solaren Kühlung. Treten Kühllasten und solare Gewinne zeitgleich auf, lässt sich Kälte ohne hohen Speicherbedarf erzeugen. Ein interessantes Einsatzgebiet für Sorptionskältemaschine ist die Abwärmenutzung bei dezentraler Kraft-Wärme-Koppelung über Blockheizkraftwerk (BHKW) oder Fernwärmenutzung. Im Idealfall werden für die BHKWs als Treibstoff regenative Energieträger (z.B. Pflanzenöl) verwendet, dann spricht man von einer regenerativen Kraft-Wärme-Kälte-Koppelung mit zusätzlicher thermischer Kühlung ermöglicht einen ökonomisch günstigen ganzjährigen Betrieb. Daten: 2000m2 Dachfläche Jahreseinstralung von 1390kWh/m2 ca. 57000m2 Nutzfläche

Optimierung der Neigung von der Solaranlage

ca. 57000m Nutzfläche

Verlustkette der PV-Anlage

Leistung der Solaranlage

Optimierung der Neigung von der Solaranlage 45°

PV-Lesitung bei unterschiedlichen Neigung

jährliche Solarstrahlung auf die Horizontale

100 kWh/m2 · a 90 kWh/m2 · a 80 kWh/m2 · a 70 kWh/m2 · a

Einstrahlung auf Modulfläche

60 kWh/m2 · a

Ausrichtung

50 kWh/m2 · a 40 kWh/m2 · a 30 kWh/m2 · a

Stromeintrag Module

ModulWirkungsgrad

Stromeintag Anlage

Systemtechnik

20 kWh/m2 · a 10 kWh/m2 · a

Netzeinspeisung Wirkungsgrad unterschiedlichen PV-Module 45°

monokristallines Silizium 15-17% polykristallines Silizium 13-15% amorphes Silizium 6-10% Kupfer-Indium-Selen (CIS) 8-12% Cadmium-Tellurid (CdTe) 8-10%

Stromertrag vertikale Panele: 50 kWh/m2 · a

Einstrahlungsleistung auf Solarpanele mit unterschiedlichen Neigung und Länge

Stromertrag 45° Neigung: 80 kWh/m2 · a

Einstrahlungsmenge auf Solarpanele mit unterschiedlichen Neigung und Länge

Höhe(H)

Höhe(H) >750 kWh/a

700-750 kWh/a

>2400 kWh/m2.a

2200-2400 kWh/m2.a

650-600 kWh/a

2000-2200 kWh/m2.a

600-650 kWh/a

1800-2000 kWh/m2.a

1600-1800 kWh/m2.a

550-600 kWh/a 500-550 kWh/a

450-500 kWh/a

1400-1600 kWh/m2.a

1200-1400 kWh/m2.a 1000-1200 kWh/m2.a

400-450 kWh/a 350-400 kWh/a

0m 0m

4m Tiefe(B)

39°

800-1000 kWh/m2.a

300-350 kWh/a

600-800 kWh/m2.a

250-300 kWh/a

400-600 kWh/m2.a

0m 0m

4m Tiefe(B)

vertikale Solarmodule PV-Fläche: 4500m2 Strom: 2,4 x 105 kWh/a

geneigte Solarmodule PV-Fläche: 5100m2 Strom: 3,7 x 105 kWh/a

NUTZUNG Nutzung

Erschließung

Express-Gruppe für Büro

Lokal-Gruppe fürs Büro Express-Gruppe für Wohnung

Technik

Lokal-Gruppe für Wohnung Wohnung

Feuerwehr und Last

Büro

Restaurant

Wohnung

Fluchttreppen Arbeiten

Umsteigen Zone für Büro Restaurant Umsteigen Zone für Wohnung

Technik

Cafe

Fitness Skylobby, Restaurant,Cafe

für Publikum nach Skylobby Wohnung

Büro

Wohnung

Büro

Lobby Büro

Restaurant

Lobby Wohnung

Eingang Eingang

Rolltreppen für Retail für Publikum

Laden Parken, Technik

Retail

Einggang, Lobby,Restaurant,Laden Eingang Eingang

für Publikum nach Skylobby

Restaurant Restaurant

Lobby(Büro) L

Lobby(Wohung)

Laden

Grundriss EG M 1:200

Restaurant

Service

Restaurant

Lage

Lage Ö

Retail

Restaurant

Grundriss 1.OG M 1:200

Teeküche

Grundriss 2.OG M 1:200

Technik

Teeküche

Balkon

Technik

Persentation

Lage

Technik

WM.

Lage

WM.

Technik

Besprechen

Balkon

WM.

Grundriss 8.OG M 1:200

WM.

Grundriss 9.OG M 1:200

Cafe

Restaurant

Umsteigen Zone (Büro) Teeküche

Technik

Besprechen

Technik

Meeting

Balkon

Lage

Umsteigen Zone (Wohnung)

WM.

Cafe

Restaurant

Grundriss 12.OG M 1:200

Grundriss 30.OG Skylobby M 1:200

Fitness

Reception

Reception Vorbereiten

Balkon Bar

VIP Raum Sauna

Balkon

Bar

Cafe

Sauna

Vorbereiten

Wartenzone

Kurs

Kurs Kurs

Kurs

Grundriss 31.OG Fitness M 1:200

Grundriss 9.OG Restaurant M 1:200

S端d

Nord

West

Ost

Diplomarbeit: Yi Lu & Bo Peng

Prof. Dipl.-Ing J체rgen Schreiber (ibbte) Betreuer: Dipl.-Ing. Architekt Christian Bergmann Dipl.-Ing. Jan Mittelst채dt

SCHNITT

Schn

Schnitt Lang M 1:200

Schn

Ansicht S端d M 1:500

Ansicht Ost M 1:5

15 Diplomarbeit: Yi Lu & Bo Peng

TRAGWERK Kerne

Tragwerkaufbau

Stütze und Träger

Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren Prüfer: Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Werner Sobek Prof. Dipl.-Ing Jürgen Schreiber (ibbte) Betreuer: Dipl.-Ing. Architekt Christian Bergmann Dipl.-Ing. Jan Mittelstädt

Tragwerkaufbau

Decken