Energy-retrofitting of the Herz-Jesu church in Munich

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Herz-Jesu-Kirche München

Sonnenstandsdiagramm 21/12/2013 Breitengrad [N]: 48.15o Längengrad [E]: 11.52o

Sonnenstandsdiagramm 21/06/2013 Breitengrad [N]: 48.15o Längengrad [E]: 11.52o

Kern des Kirchenneubaus sind zwei diaphane ineinandergestellte Hüllen mit gegenläufigen Materialeigenschaften. Die äußere gläserne Hüllform transportiert Licht in kontinuierlich veränderter Intensität, Farbe und Brechung in den Raum. Die innere Hülle wurde aus Ahornholzlamellen gebaut, deren Abstand sich zum Altarbereich hin kontinuierlich vergrößert.

SOMMER

WINTER Hartschaumdämmung

Hartschaumdämmung

Holzrahmenkonstruktion mit Lamellenfüllung

Holzrahmenkonstruktion mit Lamellenfüllung

Grundriss Erdgeschoss Detail, 02/2001

g-Wert: ca. 20% – 32% durch Sonnenschutzschicht und Bedruckung Verlauf

Äußere gläserne Hülle

Innere Hülle aus Ahornlamellen

g-Wert: ca. 20% – 32% durch Sonnenschutzschicht und Bedruckung Verlauf

Transmissionswärmeverluste

16 mm VSG/10 mm ESG aus eisenoxidarmem Glas mit neutralem Sonnenschutz- Isolierglas (zwei Scheiben)

Kaltluftabfall Natürliche Lüftung (gegebenenfalls)

Natürliche Lüftung Betonschachtel (Empore)

Fachgebiet Technologie und Design von Hüllkonstruktionen | Prof. Dr.-Ing. Tina Wolf Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik | Prof. Thomas Auer Modul Gebäudehülle und Bauklimatik | WS 2013/14

Gruppe Nr. 13 Projekt: Herz-Jesu-Kirche, München Architekt: Allmann, Sattler, Wappner

Blatt Nr. 1 von 4 Gebäudehülle im Zusammenhang

Bearbeiter 1: Mavroeidi, Panagiota, 03654745 Bearbeiter 2: Voukia, Dimitra, 03653552 Bearbeiter 3: Voukia, Maria, 03654301


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Fassadenschnitt | Maßstab 1:5

Horizontalschnitt | Maßstab 1:5

19

10 8

Holzlamellenwand Ansicht/Schnitte | Maßstab 1:5

9

6 7

20 5 4 3

18

15

2

1

14

16

9 11 14

6 13

12

11

17

8 4 7 5

11 2 1 13

3

12 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 15

Doppelstütze 2x Stahlprofil - 170/420/60 mm Horizontales Glasschwert - 10/15/10 mm Vertikales Glasschwert - 3x12 mm Verklebung DC 993, Dow Corning Profil C - 54/30/3 mm, walzblank, gebeizt Fassadenprofil - 70/50/4.5 mm Langloch in mittlerer Lasche, Bolzen - d=10 mm Pressleiste Aluminium, flächenbündig Glasaufbau Fassadenverglasung Außenscheibe: 16 mm VSG aus 2x8 mm ESG mit 1.52 mm PVB-Folie als Zwischenlage, außenseitiger Ätzton-Siebdruck gemäß Fassadenverlauf, Scheibenzwischenraum 16 mm, Thiokol Randverbund, Scheibenzwischenraum mit Argonfüllung Innenscheibe: 10 mm ESG aus eisenoxidarmem Glas mit erhabenem Siebdruck mit Kristallgranulat gemäß Fassadenverlauf Verklotzung der Scheibe Holzrahmen Ahorn massiv - 100/240 mm Stahlklötze eingeschweißt - 150/160/40 mm Stabdübel 12 mm mit Furnierstreifen abgedeckt 14 Holzlamellen - 430/40 mm Biegesteife Stahlknoten (Stahlkreuz)

16 17 18 19

20 21 22 23

15

Apostelleuchter Randträger Stahlrohr - 420/500/20 mm geschweißt mit integrierten Leuchten Stahlprofil - 80/80/4 mm Dachverglasung Stufenisolierglas Konstruktion: Stahl-Pfosten-Riegel-Fassade im Raster von im Raster von 3,36 x 1,05 m mit umlaufend 1° bis 3° Neigung nach innen zum Kirchenflachdach hin. Fassadentragkonstruktion als umlaufender Schweißrost mit Stahlprofilen 60 x 100 mm und linienförmiger Soghalterung außen Stahlprofil - 80/120/4 mm Stahlrohr - 145/10 mm Stahlrohr - 115/10 mm Fußbodenaufbau: Natursteinplatten Kalksandstein 40 mm Mörtelbett 30 mm Heizestrich armiert mit Stahlfasern 85 mm Trennlage PE-Folie Wärmedämmung Polystyrol-Hartschaum 120 mm Bitumenschweißbahn Stahlbetonbodenplatte 300 mm

Fachgebiet Technologie und Design von Hüllkonstruktionen | Prof. Dr.-Ing. Tina Wolf Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik | Prof. Thomas Auer Modul Gebäudehülle und Bauklimatik | WS 2013/14

Gruppe Nr. 13 Projekt: Herz-Jesu-Kirche, München Architekt: Allmann, Sattler, Wappner

Blatt Nr. 2 von 4 Gebäudehülle im Detail

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Bearbeiter 1: Mavroeidi, Panagiota, 03654745 Bearbeiter 2: Voukia, Dimitra, 03653552 Bearbeiter 3: Voukia, Maria, 03654301


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Raumkonditionierungskonzept

Kühldecke

Kühlung

Sonneneinstrahlungschutz/Wärmeschutz

Für Raumtemperaturen, die niedriger als die Außenlufttemperatur sind, kann durch die Öffnung der Lüftungsklappen, die Entwärmung des Kirchenraumes über eine natürliche Lüftung geschafft werden. Bei höheren Temperaturen, schließen die Lüftungsklappen und gehen die Kühldecke und die Bodenkühlung in Betrieb.

Die Fassadenverglasung verfügt über eine Wärmeschutzbeschichtigung im Scheibenzwischenraum sowie einen Sonnenschutzschicht in der Innenscheibe. Einen kleinen Beitrag hat auch das Zunehmen der Sonnenlichtundurchlässigkeit, durch die graduell opakere Verglasung.

Lüftung

Heizung

Zur Lüftung des Kirchenraumes stehen zur Verfügung: -Klappflügel im Bodenbereich für die Zuluft -Klappflügel im Deckenbereich für die Abluft

Die Heizung der Kirchenräume während der Winterperiode wird über: -die Unterflukonvektoren entlang der Fassade -die Fußbodenheizung gewährleistet.

Fußbodenheizung Fußbodenkühlung Wärmetauscher Förderbrunnen Schluckbrunnen

Grundwasserpumpe Grundwasserströmung

Wärmepumpe

Wärmetauscher Förderbrunnen Schluckbrunnen

Grundwasserpumpe Grundwasserströmung

Klappflügel Abluft

Klappflügel Abluft

Κühldecke

Fußbodenkühlung

Natürliche Lüftung

Fußbodenheizung Natürliche Lüftung (gegebenenfalls)

Unterflurkonvektoren entlang der Fassade

Klappflügel Zuluft

Sommer

Fachgebiet Technologie und Design von Hüllkonstruktionen | Prof. Dr.-Ing. Tina Wolf Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik | Prof. Thomas Auer Modul Gebäudehülle und Bauklimatik | WS 2013/14

Gruppe Nr. 13 Projekt: Herz-Jesu-Kirche, München Architekt: Allmann, Sattler, Wappner

Winter

Blatt Nr. 3 von 4 Bauklimatik im Zusammenhang

Bearbeiter 1: Mavroeidi, Panagiota, 03654745 Bearbeiter 2: Voukia, Dimitra, 03653552 Bearbeiter 3: Voukia, Maria, 03654301


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Bewertung der raumklimatischen Situation

Allgemeine Informationen Öffnungszeiten

täglich 08:00-18:00 (Dienstag 08:00-12:00 Kirchenreinigung)

Jährliche Öffnungszeiten

3404 Stunden davon 2204 Basisbetrieb 1200 Vollbetrieb

Bruttogrundfläche Bruttorauminhalt Erdgeschossfläche

Basisbetrieb ca. 5-10 Personen

1450 m2 16750 m3 1000 m2

Kirchentemperaturen (Sollwerte) Sommer 19 oC Basisbetrieb bis 22 oC erlaubt

Bei der Hauptfassade gibt es keine Fenster, die individuell geöffnet werden können, um einen effizienteren Luftwechsel zu erreichen.

Winter 12 oC 10 oC (Nachtabsenkung) Gottesdienst ca. 60-80 Personen

Gläserne Hülle

1.10 W/m2 K 0.77 W/m2 K 0.14 W/m2 K 0.94 W/m2 K 0.31 W/m2 K Konzert ca. 40-60 Personen

Energiebilanz - DIN V 18599, EnerCalC 250250 250

Primärenergiebilanz - Basisbetrieb

200200 200

40 50 30 40

50 50 50

10 20 0 10 0

Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Kühlen

Heizen

Jan Feb Mrz Apr Mai Jun

60 70

Jul Aug Sep Okt Nov Dez Beleuchten

Heizen

Primärenergiebilanz Primärenergiebilanz- -Vollbetrieb Vollbetrieb

450450 450 400400 400 350350 350 300300 300 250250 250 200200 200 150150 150 100100 100 50 50 50 0 0 0

kWh/(m²a) kWh/(m²a) kWh/(m²a)

kWh/(m²M) kWh/(m²M)

30 40 20 30 10 20 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Kühlen

Heizen

Beleuchten

Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Kühlen

Heizen

1.4 1.4 1.4

Gewinne Gewinne Gewinne

38.038.0 38.0

Verluste Verluste Verluste

Transmissionsverluste Transmissionsverluste Transmissionsverluste Lüftungsverluste Lüftungsverluste Lüftungsverluste Heizwärmebedarf Heizwärmebedarf Heizwärmebedarf interne Gewinne interne Gewinne interne Gewinne solare Gewinne (tr+op) solare Gewinne (tr+op) solare Gewinne (tr+op)

Beleuchten

380.9

400 319.4

kWh/m2a

300 250 200

201.7 161.1

150 100 34.6

50 0

Heizen

60.2

Kühlen Basisbetrieb

22 o C

Einbindung eines Erdkanals - Unterstützung der natürlichen Lüftung - Vortemperierung der Außenluft innerhalb des Kanals - Verbesserung der Behaglichkeit, besonders im Zwischenraum der zwei Hüllen - Die Luft wird über die Bodenschächte, über die auch die Außenluft in die Kirche kommt, zugeführt

Heizwärmebilanz - Vollbetrieb Heizwärmebilanz - Vollbetrieb Heizwärmebilanz -- Vollbetrieb Heizwärmebilanz Vollbetrieb

Erdkanal um die Kirche herum Ansaugturm

Außenluſttemperatur niedriger als Raumtemperatur

288.4 288.4 288.4

Regelung der technischen Anlagen durch Steuerungsgeräte Kühldecke 354.8 354.8 354.8

4.3 4.3 4.3 131.0 131.0 131.0

Gewinne Gewinne Gewinne

Lüſtungsklappen öffnen

67.167.1 67.1

Verluste Verluste Verluste

entsteht

Transmissionsverluste Transmissionsverluste Transmissionsverluste Lüftungsverluste Lüftungsverluste Lüftungsverluste Heizwärmebedarf Heizwärmebedarf Heizwärmebedarf interne Gewinne interne Gewinne interne Gewinne solare Gewinne (tr+op) solare Gewinne (tr+op) solare Gewinne (tr+op)

6.0

1.3

Beleuchten

Außenluſttemperatur niedriger als Raumtemperatur Außenluſttemperatur höher als Raumtemperatur

SOMMER

- Heizenergiebedarf ca.80% höher als Kühlbedarf - Erhebliche Transmissionswärmeverluste, wegen der gläsernen Hülle - Der erhebliche Unterschied in Primärenergiebedarf zwischen Basisbetrieb und Vollbetrieb entsteht dadurch, dass die Raumtemperaturen (Sollwerte) in Vollbetrieb höher im Winter bzw. niedriger im Sommer sein dürfen

Gesamt

Lüſtungsklappen Kühlbedarf öffnen

SOMMER

Aufteilung des Primärenergiebedarfs Aufteilung des Primärenergiebedarfs 350

17,5 o C

Beleuchten

40 50

0

190.9 190.9 190.9

65.265.2 65.2

14 o C

Optimierungsvorschläge

Jul Aug Sep Okt Nov Dez

50 60

0 10

0 0 0

Primärenergiebilanz - Vollbetrieb Kühlen

70

164.1 164.1 164.1

100100 100

20 30

Datum : 12/12/2013 Uhrzeit : 15:00-16:00

Offene Tore - Sommer

Heizwärmebilanz - Basisbetrieb Heizwärmebilanz Basisbetrieb Heizwärmebilanz Basisbetrieb Heizwärmebilanz - Basisbetrieb

150150 150

kWh/(m²a) kWh/(m²a) kWh/(m²a)

kWh/(m²M) kWh/(m²M)

50 60

Temperaturmessungen Offene Tore - Winter

Primärenergiebilanz Primärenergiebilanz-- Basisbetrieb Basisbetrieb 60 70

Durch das Öffnen der Eingangstore, in der Sommerperiode/ Winterperiode wird die Temperatur im Kirchenraum schnell verändert, was zu einer heftigen Verschlechterung der thermischen Behaglichkeit führen kann.

0.20 - 0.32

g-Wert Fassade U-Wert -Fassade -Tor -Dach -Dach, Verglasungsanteil -Boden

70

Das vorrangige Problem der Kirche ist die raumklimatische Situation in den Kirchenräumen, besonders während der Sommerperiode. Die thermische Behaglichkeit besonders im Zwischenraum der zwei Hüllen wird als unbefriedigend betrachtet.

Αußenluſttemperatur > 26 °C

Frischluſtzufuhr über Erdkanal

Kühldecke Fußbodenkühlung

Lüſtungsklappen schließen Außenluſttemperatur höher als Raumtemperatur

entsteht Kühlbedarf

Αußenluſttemperatur > 26 °C

ggfs. Lüſtungsklappen in den Nachtstunden öffnen

ggfs. Lüſtungsklappen in den Nachtstunden öffnen

Fußbodenkühlung Lüſtungsklappen schließen

Konvektoren

WINTER

Fußbodenheizung größere Heizwärmeanforderung

entsteht Heizbedarf

Vollbetrieb

WINTER

Gruppe Nr. 13 Projekt: Herz-Jesu-Kirche, München Architekt: Allmann, Sattler, Wappner

entsteht Heizbedarf

Lüſtungsklappen öffnen

ggfs. natürliche Lüſtung

Lüſtungsklappen sinkt der Fußbodenheizung öffnen Heizwärmebedarf

Konvektoren

Fachgebiet Technologie und Design von Hüllkonstruktionen | Prof. Dr.-Ing. Tina Wolf Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik | Prof. Thomas Auer Modul Gebäudehülle und Bauklimatik | WS 2013/14

Frischluſtzufuhr über Erdkanal

größere Heizwärmeanforderung

ggfs. natürliche Lüſtung

Blatt Nr. 4 von 4 sinkt der Bauklimatik und Anlagentechnik im Detail Heizwärmebedarf

Bearbeiter 1: Mavroeidi, Panagiota, 03654745 Bearbeiter 2: Voukia, Dimitra, 03653552 Bearbeiter 3: Voukia, Maria, 03654301


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