| 1W e 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 2010

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AnsprechpartnerStudiengangsleitung

Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hausladen Dipl.-Ing. Oliver ZadowDipl.-Ing. Uta Steinwallner

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Vorwort

Weiterbildender Masterstudiengang ClimaDesign

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Inhalt

Panagiotis Doumakis Energieeffiziente schwimmende- Unterwassergebäude für warmes & kaltes Klima Afroditi Fotiou Building typology and energy conservation measures for residential buildings in Mediterranean countries Corinna Gutri Lebenszyklusanalyse und Optimierung einer Schwimmsportstätte

Peter Hau Nutzung der „außen liegenden Wandheizung“ zur Temperierung der „Frischluft“ bei der Gebäudesanierung

Andreas Held Strategien im Solaren Wohnungsbau Julian Keetman Einheimische Gebäudehüllen

István Kistelegdi Exemplarische Modellierung von Plusenergie-Produktionsgebäuden

Davis Losberg/ Energieeffizienter SupermarktStefan Winkelmayer

Emmanouil Malliotakis Möglichkeiten zur Ermittlung von Jahreslastprofilen ausgewählter Nichtwohngebäude

Klaus Sabranski Verbrauchsdatenerfassung und zukünftige Energiekonzepte in Balungszentren, am Fallbeispiel der Stadt Herne

Daniele Santucci Ganzheitliche Strategien und Konzepte zur Sanierung der Deutschen Akademie in Rom - Villa Massimo

Robert Schmidt Entwicklung einer energetischen Typo logie denkmalgeschützter Gebäude am Beispiel der Stadt Iphofen

Asa-Norman Schneider Das Wohltemperierte Gedächtnis

Gencay Tatlidamak The Further Development of the DGNB Rating System for Sport Facilities

Anton Vilsmaier Exemplarische Analyse von RLT-Anlagen im Bestand und deren Optimierungsmöglichkeiten

Tobias F. Vogel ClimaDesignCity - Wege zur solaren Adaption

Constanza Wendler Vidal Energieoptimiertes Industriegebäude Sabine Wunder Gebäudekonzept mobiler medizinischer Versorgungseinheiten

Steffen Wurzbacher Solarpotentiale urbaner Morphologien

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Entwerfen heißt unterschiedliche Aspekte zusammenführen. Die Rolle des Pla-ners ist in den letzten Jahrzehnten vor dem Hintergrund schwindender fossiler Energieträger und einer damit unumgänglichen Notwendigkeit des Energieein-sparens in der Gebäude- und Städteplanung sowie durch ein gewachsenes Umweltbewusstsein immer vielschichtiger geworden. Erst durch einen ganz-heitlichen Entwurfsprozess, angefangen bei der Analyse der Nutzungs-, Stand-ort- 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 viel-schichtigen Planungsprozesses hat sich im Oktober 2008 der zweite Jahrgang des internationalen Masterstudiengangs ClimaDesign gestellt. Nach vier inten-siven 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 Stu-dierenden 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 Aufgabenstel-lungen und das hohe wissenschaftliche Niveau der Ergebnisse spiegeln das in-terdisziplinär 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 Pla-nung 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, September 2010Gerhard Hausladen

Vorwort

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ClimaDesign ist eine Planungsdisziplin, durch die Gebäude mit einem Mini-mum 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 Gebäu-de entstehen, die flexibel nutzbar sind. Eine genaue Analyse der Nutzungs- und Behaglichkeits anforderungen ist Voraussetzung, um ein bedarfsgerechtes Ge-bäude 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. Insbeson-dere die Gebäudestruktur und die Fassade sind darauf abzustimmen. Sind die baulichen Parameter optimiert, ist eine gute Basis geschaffen, um regenerative Energie systeme 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 wer-den. 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 Planungser-fahrung 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 raumkli-matisch optimierten Gebäuden. Dabei werden die Themenbereiche Gestaltung, Energie und Technik zusammengeführt.

Weiterbildender Masterstudiengang ClimaDesign

ClimaDesign studieren

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Panagiotis Doumakis

Demographical, economical, sociological and political reasons force more people to opt a big city as a place to live. The so called Megacities will gather more than 70 % of the world population and the 90 % of them are placed near the sea or a river. Cities like New York, Rio de Janeiro, Istanbul, Tokyo or Shanghai are some characteristic examples. Moreover, the rise of the sea levels by 19 – 58 cm according to the IPCC scenario, due to the global warming (of the atmosphere), could lead to catastrophic results for the economic growth of these towns. The most known and actual problem, however, is finding free space in the old- city`s core for the establishment of new uses and functions. This is the reason why nowadays more frequently than ever, new projects, that have as theme the development and the expansion of the city structure through flexible strategies towards the waterfront are being published. The tools that the engineers today have are quite a plenty: from creating new islands in Dubai to floating housing Projects (Pontoon) in Netherlands. It is not only the attractive-ness of water as a natural element, but also the ability to readjust and relocate the geometry and the functions of the new neighborhoods to suit to the new demands of the water- city that make these floating- projects very interesting. However, until now, in these projects the energy efficiency and much more the use of the full potentials that the water element each time could offer, is not the first priority in the planning procedure. The water as an element has different special abilities from the air. The thermal store capacity of the sea’s surface wa-ter, storage mass and the phase difference with the air temperature could very efficiently be used for the accomplishment of a low- energy project. Moreover, the exploitation of stable temperatures from deep waters or stream and waves of the sea was the cause of realizing a couple of research Programs for the pro-duction of electricity. In summation, the water element which covers the 75 % of the surface of the earth can become an essential tool for the develo-ping of autarkic, sufficient building projects at waterfronts.The main purpose of this Master- Thesis is to give an answer to the following question: ‘’in which

Energy Efficient Floating underwater-buildings for Warm & Cold Climates

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Sitte plan of LIMANIin Maskat/ Oman

3-D View of LIMANI, in the backround the old castle and the waterfront situation of Maskat/ Oman

places and for which uses are underwater structures more appropriate and suitable, considering the climate (water, air, wind, sun) in two places (Kopenhagen/ Danemark and Maskat/ Oman), different Use- Scenari-os, the Climate- Concept and finally the Investing- operational Costs of this floating building. As reference building a Project from TEAM2Architects (Prof. Chrysomalidis Maximos, Aristoteles University Greece, Nick Karintzaidis, Architect) is chosen, which actually is a floating construction, 80 % under the surface of the sea and which contains two main uses- on the ground level is placed a marina and on the underwater level an exhibition hall. I consider this building to be suitable for my research on the advantages and disadvanta-ges of building in water, as its double walls with 1 m. width and face to the water instead of air, offer a lot of prospects for such a study. At the last part of this study the integration of use of regenerative energy sources such as wind, solar and sea energy, depending on their availability in each place, will be proposed.

Energy demand for the pumping of Seawater, (kWh/a- Depth m.)

Energy demand related to theenergy source, Maskat/ Oman

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Afroditi Fotiou

The main objective of this work is the energy assessment of the residential buil-ding stock of a Mediterranean country. In the framework of the study a sample of 136 buildings from the middle density suburb Cholargos -situated in the pen-insula of Attica- was analysed. The output of this analysis led to the creation of a building typology, in which the typical construction characteristics and the energy demand of the stock were outlined. The building typology consists of three classes that divide the existing stock regarding the construction year. The most important features of every class are summarized in the following table and in figure 1.

Class name Construction year Insulation Glazing type Frame type Energy source Heating demand Cooling demand

Class A <1980No insulationSingle glazing Wooden framesFuel oil/Electricity 115,6kWh/m2a6,1kWh/m2a

Class B1980-2000Partial insulatedDouble glazing Alu framesFuel oil/Electricity 86,8kWh/m2a6kWh/m2a

Class C>2000Fully insulatedDouble glazing PVC framesNatural gas/Electr.66,5kWh/m2a4,6kWh/m2a

The estimation of the energy demand was achieved with use of the simulation tool IDA ICE. For that purpose a model was build. The geometrical characteri-stics of the model (Figure 2) remained the same for every class and the proper-ties of the elements and supply systems were adapted to each period accor-ding to the typology. In the second part of the study suggestions for improvement of the first two classes (classes A and B) of the typology were made. The retrofitting actions chosen were focused to the upgrade of the building‘s envelope. Three actions, namely exterior insulation (with two different thicknesses), two types of double glazing and lowering the air infiltration of the envelope, were used individually or in combination for the creation of eight different refurbishment scenarios. The results of the scenarios were evaluated with economical and environmental criteria (Figures 3,4) for the extraction of useful conclusions. Additionally the depreciated payback period (DPB) of every scenario was calculated. From the analysis of the scenarios the 9cm exterior insulation of scenario 2 (thickness greater than that imposed from the existing regulations) was proved to be the most cost effective scenario with DPB of 9,9y and 13,6y for classes A and B respectively. The holistic scenario 8 with 9cm exterior insulation, dou-ble glazing with Low-e coating and improvement in the air tightness to 4ACH at 50Pa was the scenario indicating the highest carbon savings with good cost effectiveness and in an acceptable DPB. This scenario applied to the sample area can lead to a decrease of 2.800tonnes CO2 annually.

Building typology and energy conservation measures for residenti-al buildings in Mediter-ranean countries.

Example of Cholargos - Athens - Greece.

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Figure 1: Building typology based in CholargosPeferece buildings and construction of the exterior wall

Figure 2: Model building for simulation in IDA ICE

Figure 4: Economical and environmentalevaluation of the 8 scenarios for class B

Figure 3: Economical and environmentalevaluation of the 8 scenarios for class A

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Corinna Gutri

Lebenszyklusanalyse und Optimierung einer Schwimmsportstätte

Mit dem Ziel, die Umweltbeeinträchtigung so gering wie möglich zu gestalten, müssen alle beteiligten Planer neben den bekannten Kriterien wie z.B. Funk-tion, Einhaltung des Kostenrahmens, Behaglichkeit oder Ästhetik, bewusster als zuvor ökologische Aspekte beim Einsatz von Materialien und Versorgungs-technik eines Bauwerks berücksichtigen. Die Effizienz eines Gebäudes wird in diesem Zusammenhang durch das Verhältnis von Energieeinsatz für Betrieb, sowie für die Herstellung des Gebäudes bestimmt, wobei es sich bei letzterem um ein bisher noch in der Entwicklung befindliches Thema handelt. Ziel muss hierbei der minimale Energieeinsatz für die Herstellung sowie Weiter-verwendung nach Gebrauch der Konstruktion sein. Wesentlich für die nach-haltige Gebäudeplanung ist somit ein ganzheitlicher Ansatz, der alle für die produktionsgebundenen Energie- und Verbrauchsenergie relevanten Faktoren berücksichtigt. Die energetische Bilanz setzt sich zusammen aus der Energiemenge zum Be-trieb des Gebäudes und Grauer Energie, jener Menge (Energie), die zur Herstel-lung, Instandsetzung und Entsorgung der Gebäudesubstanz aufgewandt wird. Über den Lebenszyklus bestimmt die Energie zum Betrieb des Gebäudes den wesentlichen Teil der eingesetzten Gesamtenergie. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Erstellung der Ökobilanz, für eine Schwimmsportstätte namens Leanbad der Düsseldorfer Firma Pellikaan. Die Ökobilanz wird auf Basis der Rechenregeln des „Deutschen Gütesiegels für nachhaltiges Bauen“, der Deutschen Gesellschaft für nachhaltiges Bauen, bzw. den Regeln des „Bewertungssystems nachhaltiges Bauen“ des Bundes erstellt. Berechnung und Bewertung erfolgen auf einem vorliegenden Entwurf der Architekten Andre Pilling und Ulrich Hinrichsmeyer von pos4 Architekten in Düsseldorf und des Versorgungsingenieurs Robert Huth der Firma Huth engi-neering GmbH in Gevelsberg. Ausgehend von dem vorliegenden Entwurf wer-den 2 alternative Konzepte für die Baukonstruktion und Haustechnik des Bades erarbeitet. Die drei Varianten der Sportstätte werden einander gegenübergestellt und quantitativ sowie qualitativ bezüglich seiner Umweltauswirkungen bewertet. Abschließend soll durch eine wissenschaftliche Betrachtung der besonderen Gebäudegegebenheiten bei Schwimmsportstätten eine erste Ableitung für Referenz- / Grenz- und Zielwerte von den Umweltindikatoren Primärenergie nicht erneuerbar ebenso wie erneuerbar, Treibhauspotenzial, Ozonabbaupo-tenzial in der Stratosphäre, Versauerungspotenzial, Eutrophierungspotenzial und Sommersmogpotenzial für die Zertifizierungssysteme in Deutschland festgelegt werden.

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Lebenszyklen der Ökobilanzierung:

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Lebenszyklen der Ökobilanzierung:

Neubau

Bilanzierungsumfang

NutzungErneuerung / Instansetzung

Rückbau /Entsorgung

Herstellung des Bauwerks:

Baukonst• ruktionTechnische A• nlagen

Betrieb: Versorgung mit End-energie Strom und Wärme nach DIN 18599:

Ra• umheizungWamwasser• Kühlung• Beleuchtung• Hilfsenergie•

KG 410 BaukonstruktionInstandsetzung/ Erneuerung(Turnus nach dem ‚Leitfaden für nachhaltiges Bauen‘ des BMVBS)

KG 420 Technische AnlagenInstandsetzung/ Erneuerung(Turnus nach VDI 2067)

Metal• leMineralische Baustoff e• Materialien mit einem • HeizwertWärmeerzeuger• sonstige Materialien die • auf Bauschutt- oder Haus-mülldeponien abgelagert werden

Materialgruppen:

Treibhauspotenzial

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

-

5

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25

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kg C

O2

Äq.

/ m

² NG

F a

V0 V1 V21 1 1

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3

3

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Variantengegenüberstellung GWP in kg CO2 Äq./ m² NGF a: Kumulierung im gesamten Lebenszyklus

Lebenszyklusanalyse: ÖkobilanzierungPhasen der Bilanzierung mit zeitlichem Festlegungsrahmen

Variantengegenüberstellung PE gesamt in MJ/ m² NGF a: Kumulierung im gesamten Lebenszyklus

Primärenergie gesamt

-

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100

150

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250

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550

600

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750

800

850

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MJ

/ m² N

GF

a

V0 V1 V21 1 1

2 2 23 3

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Herstellung ( 1 ) Instandsetzung ( 2 )

Betrieb ( 3 ) End of Life ( 4 )

Lebenszyklusanalyse: ÖkobilanzierungPhasen der Bilanzierung mit zeitlichem Festlegungsrahmen

Variantengegenüberstellung PE gesamt in MJ/ m² NGF a:Kumulierung im gesamten Lebenszyklus

Variantengegenüberstellung GWP in kg CO2 Äq./ m² NGF a:Kumulierung im gesamten Lebenszyklus

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Aufgrund gesetzlicher Vorgaben, steigender Energiepreise und einem wachsen-den Energiebewusstsein der Bevölkerung werden Renovierungsmaßnahmen von Gebäuden heute zunehmend von einer Fassadensanierung mit Wärmedäm-mung begleitet.Solche Sanierungen führen zu einem sinkenden Wärmebedarf und bieten die Möglichkeit die bestehenden Heizsysteme auf energetisch günstigere Nieder-temperatur-Wärmenutzung umzustellen. Die außenliegende Wandheizung, eine Sonderform der Flächenheizung, welche zwischen der Außenseite der beste-henden Außenwand und einem bei der Sanierung anzubringendem Wärme-dämmverbundsystem angebracht wird, soll dies ohne aufwendige Insatllationen im Gebäudeinneren ermöglichen. Die Masterarbeit "Nutzung der außen liegenden Wandheizung zur Temperierung der Frischluft bei der Gebäudesanierung" beschäftigt sich mit einer zusätzlichen Optimierungsmöglichkeit dieses Systems durch die Kombination mit einem ge-eigneten Außenlufttemperierungsystem (ATL-System). Hierdurch soll ermöglicht werden, dass auch der Lüftungswärmebedarf mittels Niedertemperaturenergie gedeckt wird und die notwendigen Lüftungsinstallationen im Gebäude minimiert werden.Im Rahmen dieser Voruntersuchung zu einem weiterführendem Forschungs-vorhaben wurden die wichtigsten Betriebsgrößen (Wärmeübertragung und Druckverluste) des Systems ermittelt. Aus den gewonnen Erkenntnissen wurde anschließende anhand eines Beispielgebäudes ein entsprechender Realisie-rungsvorschlag für ein solches System entwickelt und dimensioniert.Hygienische Bedenken gegenüber der Verwendung dieses Systems konnten durch die Untersuchung im Rahmen dieser Masterarbeit weitestgehend zurück-gewiesen werden. Wobei herausgestellt wurde, dass auf die Auswahl geeigneter Materialien besonderen Wert zu legen ist. Auf Grund des geringen Installationsaufwandes für Heizung und Lüftung im Ge-bäudeinneren stellt das System eine vielversprechende Alternative zu üblichen Sanierungsmethode dar und bietet eine ideale Möglichkeit zur Nutzung von Umweltenergie bei der Gebäudebeheizung.

Peter Hau

Nutzung der „außen lie-genden Wand-heizung“ zur Temperierung der „Frischluft“ bei der Gebäudesanierung

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AUL ZUL

AUL ZUL

AUL ZUL

AUL

ZUL

AUL

ZUL

ABL

ABL

ABL

Vergleich des Installationsaufwandes Murokaustensystem (links) und Standardlüftngssystem (rechts)

QDLQs+QR

TL

wLTD

TH

Qa

Ta

QL

QHL

�p

Temperaturverlauf im Spalt

-15,0-10,0

-5,0

0,05,0

10,015,0

20,025,0

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50

Spaltlänge in m

Tem

pera

tur i

n °C

TL

Schnitt durch das Außenluft-temperierungssystem

Wärmeströme im Spalt Erwärmung der Luft entlang des Außenlufttem-perierungssystems bei -12°C Eintrittstemperatur

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Andreas Held

Auf dem Weg zur angestrebten '2000-Watt-Gesellschaft' [Novatlantis] liegt ein immenses Potential im schweizerischen Gebäudepark, dieses Ziel durch Ein-sparungen am Verbrauch sowie Nutzung und Erzeugung regenerativer Energien zu erreichen. Während schweizweit durch solare Einstrahlung die 220-fache Menge des jährlichen Energieverbrauchs zur Verfügung steht [Swissolar], be-trägt der Anteil an den genutzten erneuerbaren Energien gerade einmal 0,15% [BFE]. Insbesondere bei Mehrfamilienhäusern mit einem Anteil von etwa 20% am Wohngebäudebestand [BFE] können solare Strategien bei Sanierungen und Neubauten einen wesentlichen Beitrag zur Effizienzsteigerung leisten.Die durchgeführte Potentialanalyse am Beispiel einer Liegenschaft in Luzern soll zeigen, welchen Einfluss solar-optimierende Maßnahmen hinsichtlich verschie-dener Sanierungsstandards bzw. eines Ersatzneubaus auf den Energiebedarf haben. Dazu wurden im Rahmen der gesetzlichen Vorschriften und Normen vier Basismodelle generiert, um die im 'State of the Art' aufgezeigten Strategien im thermischen Simulationsprogramm IDA ICE zu überprüfen. Neben der rein en-ergetischen Betrachtung wird darüber hinaus der Einfluss von Einschränkungen im Bebauungsplan ersichtlich. Eine Evaluierung des verwendeten Softwaretools zeigt zudem die Möglichkeiten und Defizite einer Integration in den Entwurfs-prozess solarer Bauten durch den Architekten.Die erzielten Ergebnisse der passiv- und aktiv-solaren Strategien sind in dieser Master-Thesis grafisch wie tabellarisch nach Themen geordnet beschrieben und werden entsprechend ihrer Kategorien miteinander verglichen. Dadurch können sie als Nachschlagkatalog bei der Entscheidungsfindung für bestimmte Frage-stellungen bezüglich Sanierung oder Ersatzneubau hinzugezogen werden. Eine der wichtigsten Erkenntnisse ist, dass bei kürzeren Heizperioden und dabei re-duziertem Energieverbrauch mit zunehmendem Gebäudestandard der Einfluss passiver Strategien auf den Heiz bedarf deutlich abnimmt. Während bei der Sanierung beispielsweise Wintergärten als Pufferzone oder die Wahl der Fen-sterorientierung bzw. -größe noch deutliche Auswirkung auf den Energiehaus-halt haben, spielen beim hochgedämmten Neubau aktive Energieerzeugung, geeignete Verschattungen und Bewohnerverhalten eine immer größere Rolle. Zusätzliche geometrische und konstruktive Optionen bei einem Ersatzneubau haben vergleichsweise nur unwesentlichen Effizienzsteigerungen zur Folge. Wegen des Ineinandergreifens und ihrer gegenseitigen Abhängigkeit ermögli-chen die einzelnen Strategien keine eindeutig definierbare Prioritätenzuordnung. Um Solararchitektur effizient und von der Gesellschaft akzeptiert zu etablieren, sind daher eine genaue Abwägung und klare Zieldefinitionen zusammen mit den späteren Nutzern in einem interdisziplinären Planungsprozess notwendig.

Strategien im solaren Wohnungsbau

Analyse des Ersatzneu-baupotentials hinsichtlich solarer Strategien im Vergleich zu möglichen Sanierungsvarianten am Beispiel eines Mehrfamilienhauses in der Zentralschweiz

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Vergleichsdiagramm derverschiedenen Strategien

Südwest-Fassade des untersuchten Gebäudes

Gesamtübersicht der Liegenschaft [IDA ICE-Modell]Struktur der Strategieuntersuchung

vs.

IDA ICE 4.0 simulation report: Elfenau_Basisdaten_Strategie_D_Ersatzneubau 3 / 4

Zone group: beheizt kWh (sensible only)

Month Envelope &

Thermal bridges

Internal Walls and Masses

External Window &

Solar Mech.

supply air Infiltration &

Openings Occu-pants

Equip-ment Lighting

Local heating

units

Local cooling

units Net

losses

1 -799.4 33.9 -496.4 0.0 -2277.1 663.4 525.2 1630.1 730.9 -3.7 0.0 2 -679.4 -289.3 -134.6 0.0 -1872.3 447.9 356.4 1328.9 848.3 0.0 0.0 3 -611.2 -487.2 523.1 0.0 -1853.6 733.6 657.8 1143.2 46.0 -140.7 0.0 4 -519.9 -139.8 789.4 0.0 -1735.6 521.3 508.9 790.1 -0.0 -207.9 0.0 5 -415.8 -267.1 1094.0 0.0 -1330.5 387.6 394.3 651.4 7.3 -515.0 0.0 6 -217.1 -121.7 1580.8 0.0 -899.0 606.8 635.0 630.9 0.0 -2314.9 0.0 7 -171.7 -49.2 1533.5 0.0 -772.0 280.5 393.8 650.6 0.0 -1945.9 0.0 8 -195.0 -39.4 1328.7 0.0 -794.6 282.3 394.6 815.8 0.0 -1867.0 0.0 9 -393.5 -92.6 664.0 0.0 -1284.6 618.4 637.0 1113.4 -0.0 -1286.8 0.0

10 -550.5 -138.1 205.2 0.0 -1671.1 522.2 526.1 1476.3 0.0 -362.7 0.0 11 -672.0 -5.8 -278.5 0.0 -1991.5 716.0 636.2 1577.8 156.0 -128.5 0.0 12 -758.1 -134.7 -397.4 0.0 -2111.2 490.2 394.5 1633.8 888.3 0.0 0.0

Total -5983.6 -1731.0 6411.8 0.0 -18593.1 6270.2 6059.7 13442.3 2676.9 -8773.1 0.0 Duringheating -2141.9 -45.2 -801.5 0.0 -6171.1 1546.9 1155.7 3793.9 2677.0 0.0 0.0

Duringcooling -2244.7 -1806.4 6608.0 0.0 -7053.0 3015.3 3477.5 6526.4 0.0 -8772.2 0.0

Rest of time -1597.0 120.6 605.3 0.0 -5369.0 1708.0 1426.5 3122.0 -0.1 -0.9 0.0

Strategien im ’Solaren Wohnungsbau’ _ MasterThesis _ ClimaDesign _ TU München Andreas Held Simulationsdatei: _Elfenau_Basisdaten_Ersatzneubau.dim 07.04.2010

IDA ICE 4.0 simulation report: Elfenau_Basisdaten_Strategie_D_Ersatzneubau 3 / 4

Zone group: beheizt kWh (sensible only)

Month Envelope &

Thermal bridges

Internal Walls and Masses

External Window &

Solar Mech.

supply air Infiltration &

Openings Occu-pants

Equip-ment Lighting

Local heating

units

Local cooling

units Net

losses

1 -799.4 33.9 -496.4 0.0 -2277.1 663.4 525.2 1630.1 730.9 -3.7 0.0 2 -679.4 -289.3 -134.6 0.0 -1872.3 447.9 356.4 1328.9 848.3 0.0 0.0 3 -611.2 -487.2 523.1 0.0 -1853.6 733.6 657.8 1143.2 46.0 -140.7 0.0 4 -519.9 -139.8 789.4 0.0 -1735.6 521.3 508.9 790.1 -0.0 -207.9 0.0 5 -415.8 -267.1 1094.0 0.0 -1330.5 387.6 394.3 651.4 7.3 -515.0 0.0 6 -217.1 -121.7 1580.8 0.0 -899.0 606.8 635.0 630.9 0.0 -2314.9 0.0 7 -171.7 -49.2 1533.5 0.0 -772.0 280.5 393.8 650.6 0.0 -1945.9 0.0 8 -195.0 -39.4 1328.7 0.0 -794.6 282.3 394.6 815.8 0.0 -1867.0 0.0 9 -393.5 -92.6 664.0 0.0 -1284.6 618.4 637.0 1113.4 -0.0 -1286.8 0.0

10 -550.5 -138.1 205.2 0.0 -1671.1 522.2 526.1 1476.3 0.0 -362.7 0.0 11 -672.0 -5.8 -278.5 0.0 -1991.5 716.0 636.2 1577.8 156.0 -128.5 0.0 12 -758.1 -134.7 -397.4 0.0 -2111.2 490.2 394.5 1633.8 888.3 0.0 0.0

Total -5983.6 -1731.0 6411.8 0.0 -18593.1 6270.2 6059.7 13442.3 2676.9 -8773.1 0.0 Duringheating -2141.9 -45.2 -801.5 0.0 -6171.1 1546.9 1155.7 3793.9 2677.0 0.0 0.0

Duringcooling -2244.7 -1806.4 6608.0 0.0 -7053.0 3015.3 3477.5 6526.4 0.0 -8772.2 0.0

Rest of time -1597.0 120.6 605.3 0.0 -5369.0 1708.0 1426.5 3122.0 -0.1 -0.9 0.0

Strategien im ’Solaren Wohnungsbau’ _ MasterThesis _ ClimaDesign _ TU München Andreas Held Simulationsdatei: _Elfenau_Basisdaten_Ersatzneubau.dim 07.04.2010

Heiz- und Kühlenergiebedarf / Energiebilanz des Ersatzneubaus

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Julian Keetman

Die Gebäudehülle ist seit jeher die ultimative Schnittstelle zwischen Innen- und Außenraum, kein anderes architektonisches Element hat größeren Einfluss auf die Gestalt eines Gebäudes. Sie wirkt sich direkt auf die konstruktive Fügung des statischen Gesamtkonzeptes aus, und häufig lässt sich schon anhand der Fassade die Funktion dahinterliegender Räume ablesen. Nicht zuletzt aber dient sie dem ursprünglichsten aller menschlichen Bedürfnisse, dem Schutz vor den unterschied-lichen klimatischen Umwelteinwirkungen.In der Arbeit wird ein Bogen von sowohl traditionellen als auch aktuellen städtebau-lichen Strukturen, über die Ausbildung der Gebäudehülle bis hin zu regional verfüg-baren Baustoffen und deren Anwendung und Verbreitung geschlagen. Der städte-bauliche Teil steht unter dem Fokus klimatischer Einflußfaktoren wie Temperatur, Strahlung, Windrichtung, etc. auf Dichte, Ausrichtung und Materialität von einzelnen Gebäuden bis hin zu ganzen Siedlungen. Dabei werden idealisierte und reale Prin-zipien in urbanen Großstrukturen und ruralen Kleinstrukturen analysiert und bewer-tet. Ein weiterer Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der klimatischen Untersuchung der Gebäudehülle in Bezug auf Sonnenschutz und Außenwandmaterialität bzw. Außenwandkonstruktion. Der Sonnenschutz hat besonders in heißen Regionen mit hoher Strahlungsintensität einen entscheidenden Einfluss auf den Energieverbrauch eines Gebäudes. Anhand dynamischer Simulationen des Sonnenverlaufs wird die ideale Ausbildung eines außen liegenden Sonnenschutzsystems unter Berücksich-tigung verschiedener Faktoren wie z.B. Orientierung, Strahlung, Innentemperatur, Außentemperatur (Tag/Nacht) herausgearbeitet. Als weiterer wichtiger Bestandteil der Gebäudehülle wird das Material und der Wandaufbau auf seine bauklimatischen Eigenschaften hin analysiert. Hierzu werden Wärme- und Feuchteverhalten der Konstruktion unter realen Bedingungen anhand von Klimadaten für Innen- und Au-ßenraum simuliert und ausgewertet. Der abschließende Teil erörtert die Auswahl der Materialien unter Berücksichtigung ihrer regionalen Verfügbarkeit.Die Untersuchungen haben ergeben, dass die in den einzelnen Klimazonen verfüg-baren Materialien, sich unter bauklimatischen Aspekten besonders gut für das Bau-en in den jeweiligen Regionen eignen. Die traditionellen Sonnenschutzsysteme, die über viele Jahrhunderte entwickelt wurden, reagieren in den meisten Fällen optimal auf die jeweiligen Bedingungen, lassen sich aber nicht immer in der gleichen Form auf heutige Bauten anwenden. Die städtebaulichen Aspekte jedoch lassen sich am schwierigsten mit einer klimatisch optimierten Konzeption in Einklang bringen. Zu weit sind die meisten Ballungsräume entwickelt und zu tief wären die baulichen Einschnitte, die auch weitreichende Eingriffe in bestehende kulturelle und gesell-schaftliche Gefüge nach sich zögen. Allerdings kann bei der Erschließung neuer Siedlungsgebiete immer auf die klimatischen Bedingungen reagiert werden.

Einheimische Gebäudehüllen

Ein Bauteilkatalog für unterschiedliche Klimazonen

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Regionale Verfügbarkeit von BaustoffenReferenzstädte in unterschiedlichen Klimazonen

Städtebauklimatisch analysiert

Sonnenschutzenergetisch optimiert

Wandaufbautendynamisch simuliert

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Das Aufeinandertreffen von ökologischen Zielsetzungen und dem ernsthaftem Bedarf an technischen Lösungen fordert eine neue Sichtweise: Als nächs-ter Schritt auf dem Weg zur postfossilen Gesellschaft ist eine neue Bau- und Planungsmethode im Entstehen, die synthetisiert und die Grundsteine einer interdisziplinären Arbeitsweise legt. Anliegen dieser Arbeit ist eine solche mehrdimensionale Annäherung des Entwurfsprozesses im Falle eines Rea-lisierungsprojektes zu bewerkstelligen. Da nach EPBD 2020/31 ab 2021 die EU-Mitgliedsstaaten sicherstellen müssen, dass alle Neubauten als „Nahe Null-Energie“ Gebäude errichtet werden, erschien der Schritt zum Plusenergie Produktionsgebäude als logisch. Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung eines systematisch strukturierten Entwurfsprozesses am Beispiel einer konkre-ten bauplanerischen Aufgabe, wo das Ziel, die genannte Plusenergiebilanz, als Leistungsform des zu entwerfenden Gebäudekomplexes a priori festgelegt wird. Das wahre Motiv besteht aus dem Komponieren harter und weicher Bedin-gungen. Die Kernfrage lautet: Wie kann das Ziel mit geringstem Aufwand und mit abgestimmten berechenbaren und qualitativen Faktoren erreicht werden? Diese exemplarische Modellierung des bauklimatisch und gebäudeenergetisch durchdachten Entwurfsweges soll als ein Fahrplan verstanden werden, in dem der Weg des ClimaDesigners im evolutionären Entwurfsprozess in Form von einzelnen Stationen und Entscheidungsstufen systematisch beschrieben wird. Grundsätzlich wird jeder einzelne Schritt nach dem Prinzip „Idee–Berechnung/Begründung–Nachweis“ erläutert um optimale Nachvollziehbarkeit als argu-mentatio logicus gewährleisten zu können. Dieser kontinuierlich algorithmische Fahrplan wird nach Themeschwerpunkten in 28 Stationen eingeteilt und gra-fisch dargestellt. Dokumentationen solcher Art sind selten, besonders im Hin-blick auf das neue Fachgebiet ClimaDesign. An dieser Stelle wird nun auf eine ClimaDesign Reise im wissenschaftlichen Sinne eingeladen… Nach einer systemarischen Analyse der harten Bedingungen in den Anfangssta-tionen erfolgt die planerische Reaktion in Form eines iterativen Entwurfsprozes-ses. Das Planen in Varianten wird stationär berechnet sowie qualitativ beurteilt, wodurch eine Basisentwurf mit Plusenergiebilanz herausgefiltert werden kann. Die Basisversion durchläuft weitere Stationen Optimierungsmassnahmen, deren Wirkung zunerst statisch geprüft, dann dynamisch simuliert wird. Das Ergebniss der Simulationen verifiziert das ClimaDesign Konzept des Hauses mit einem Plus von ca. 10.000 kWh/a. Die Auswertung dieses komplexen Weges soll ei-nerseits Grenzen zwischen Fachgebieten auflösen, andererseits entsehen durch Wechselbeziehungen neue Ideen für zukünftige Forschungsansätzte. Station 29, die letzte Simulation, erfolgt ab Januar 2011 auf der Baustelle...

István Kistelegdi

Exemplarische Model-lierung von Plusenergie Produktionsgebäuden

Am Fallbeispiel des Bau-vorhabens RATI Werke, Ungarn, Sikonda

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0. LEGENDE 13. AUSWERT.

1. ZIEL

2. FUNKTION

4. GESETZ

2. FUNKTION

3. BEHAGL.

5. LAGE

2. FUNKTION

14. ENERGIE

15. OPTIMIER.

16. VERL.MIN.

17. ORIENT.

18. KAMIN

18. KAMIN

19. HÜLLE

6. KLIMA

6. KLIMA 20. RLT

7. VARIANTEN

7. VARIANTEN

7. 3T, X

7. P

7. 3T, P

8. KONZ. 3T

21. ERGEBN.

22. 3T-OPT.

23. CLIMAD.

24. EN.BILANZ

25. GEW.MAX.

26. IDA 4.0

27. VERIFIK.

28. AUSBLICK

9. KONZ. P

10. TECHNIK11. EN.BILANZ12. EN.BILANZ

Station 26 - Heizwärmebedarf (Endenergie) von „3T“ Simulation mit IDA ICE 4.0

Roadmap für ein Climadesign Entwurf mit 28 Stationen Station 27 -Das optimierte „3T“ mit Plusenergiebilanz

Station 26 - Modell von „3T“ in der Energie- und Klimasimulation

Station 18 - Freie Lüftung Kamin - Berechnung

Station 23 -Climadesign Konzept 3T

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David Losberg und Stefan Winkelmeyr

EnergieeffizienterSupermarkt

am Beispiel derMETRO Cash & Carry Großmärktein drei verschiedenen Klimazonen

Im Abschlussbericht der World Commission for Environment and Development wurde dem Begriff der „nachhaltigen Entwicklung“ erstmals eine zentrale Rolle zugewiesen. Nachhaltigkeit wurde darin als Lebens- und Wirtschaftsweise defi-niert, die „die Bedürfnisse der heute lebenden Generation erfüllt, ohne dabei die nachfolgenden Generationen einzuschränken“ (Brundtland-Report 1987).

Eine nachhaltige Entwicklung versucht somit drei – in der Vergangenheit oft als widersprüchlich angesehene – Aufgabenstellungen zu vereinen: ökologische Herausforderungen wie Natur- und Klimaschutz zu meistern, soziale Anliegen wie Bildung, Arbeit, Grundrechte und Einkommen zu beachten und zu fördern, sowie dauerhaften wirtschaftlichen Erfolg zu gewährleisten. Dies gilt in beson-derem Maße auch für große internationale Unternehmen, wie zum Beispiel dem Handelskonzern METRO Group. Denn Unternehmen werden heute nicht mehr nur nach ihrem finanziellen Erfolg beurteilt, entscheidend ist auch ihr ökolo-gisches und soziales Engagement. Um vor Verbrauchern, Investoren, Staat und weiteren Interessengruppen zu bestehen, müssen Unternehmen beweisen, dass sie nachhaltig wirtschaften und ihrer ökonomischen, ökologischen und sozialen Verantwortung gerecht werden.

In dieser Arbeit werden auf Grundlage genauer Untersuchungen existierender METRO Cash & Carry Märkte nachhaltige und energieeffiziente Strategien für Großmarktgebäude an drei Standorten unterschiedlicher Klimazonen entwickelt - Plovdiv in Bulgarien, Oujda in Marokko und Biên Hòa in Vietnam. So können zukünftigt neue Cash & Carry Märkte nachhaltiger errichtet und betrieben wer-den.

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METRO Cash & Carry Großmarktin Plovdiv, Bulgarien

Verringerung der Gebäudehöhe alsmögliche energieeffiziente Maßnahme

Energetischer Vergleich deruntersuchten Maßnahmen

METRO Cash & Carry MarktModell für die dynamische Gebäudesimulationen

begehbarer gekühlter Verkaufsraum Obst / Gemüse

begehbarer gekühlter Verkaufsraum Fisch

15

20

25

30

35

40kW

Vergleich Heizen-Kühlen_Ist Zustand- Kubatur

Heizen Kühlen

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kW

Monate

Vergleich Heizen-Kühlen_Ist Zustand- Kubatur

Heizen Kühlen

Plovdiv Oujda Biên HòaHeizen

Ist-Zustand[ kW]

HeizenMaßnahme

[kW]

HeizenIst-Zustand

[ kW]

HeizenMaßnahme

[kW]

HeizenIst-Zustand

[ kW]

HeizenMaßnahme

[kW]

Jan 110,1385 0 6,3704 7,2236 0 419,0691

Feb 106,8263 0 7,3185 10,788 0 459,8183

Mrz 75,4815 5,3397 2,1677 28,1048 0 491,3531

Apr 22,8001 14,2296 0,2474 79,8754 0 517,8726

Mai 3,6085 47,8128 0 111,5817 0 498,4768

Jun 0,0121 129,9436 0 260,0929 0 448,4466

Jul 0,0804 149,0922 0 267,7607 0 416,1186

Aug 0,0105 129,3136 0 279,1284 0 409,1186

Sep 0,9185 81,7244 0 217,115 0 389,0779

Okt 12,0457 18,6899 0 150,9289 0 374,4208

Nov 66,43 2,2348 0,1236 56,6175 0,231 369,0779

Dez 109,9233 0 4,2438 17,3326 1,9864 354,4208

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In letzter Zeit sieht man einen Wandel nach regenerativen Energieträgern. Aber das regenerative Potential ist zurzeit klein und mit dem wachsenden Energieverbrauch sieht die Lage noch pessimistisch aus. Der Mensch muss seinen Energieverbrauch senken, damit sein Bedarf von regenerativen Energien gedeckt werden kann. Der Bedarf kann aber auch gesenkt werden, indem die Verluste kleiner werden. Jeder Prozess hat ein Ergebnis und ein Nebenprodukt. Wenn das Nebenprodukt nicht genutzt werden kann, dann sinken der Wir-kungsgrad und die Effizienz des Systems.Wirkungsgrad:Bei einem Kühlprozess wird Strom eingesetzt, um Kälte zu produzieren. Dabei entsteht auch Abwärme, die abgeführt werden muss. Wenn sie in die Luft geblasen wird, bleibt sie ungenutzt. Auch bei der Herstellung von Strom ensteht Abwärme als Nebenprodukt. Der Wirkungsgrad bei diesen Beispielen ist also nicht ideal. Wird aber das ungenutzte Nebenprodukt zur Vortemperierung von Warmwasser benutzt, steigt dann der Wirkungsgrad des ganzen Systems! Wird das in Gemeinden umgesetzt, so kann ein Zusammenspiel von verschiedenen Energieträgern und verschiedenen Energiebedürfnissen zu einem gesamten nachhaltigen Szenario führen. Dafür sollen die Eingaben (Bedürfnisse) und Aus-gaben (Nebenprodukte) der Gebäude bekannt sein. So wird benötigt, dass der Jahreslastverlauf ermittelt wird. Die Jahreslastbilanzierung besteht aus klimabe-dingten Energieflüssen und Energiebedürfnissen, aus Prozessenergiebedürfnis-sen und anderen speziellen Energiebedürfnissen.Beispiele für den Inhalt eines Jahreslastverlaufs von einem Nichtwohngebäude :- Heizwärmebedarf- Kühlbedarf- Strombedarf für Beleuchtung- Benötigte Leistung für Warmwasserbereitung- Benötigte Kühlleistung von Kühlschränken/Kühlräumen usw.- Benötigte Stromleistung für Prozesse und GeräteDie drei untersuchten Gewerbeeinheiten sind:

Ein Autohaus• Eine Metzgerei mit Produktion• Ein Discounter-Supermarkt•

Es werden Möglichkeiten und Wege zur Ermittlung der Jahreslastprofile vorge-stellt. Mit Hilfe der Ergebnisse werden letztlich Vorschläge gemacht, wie man ein nachhaltiges Konzept erschaffen kann, mit der Zusammenverknüpfung von den Energieflüssen der drei Gebäude und eine zentralle Deckung ihrer Bedürnisse.

Emmanouil Malliotakis

Möglichkeiten zur Ermittlung von Jahres-lastprofilen ausgewähl-ter Nichtwohngebäude

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Stundenplan

Simulation/Bilanzierung

Tagesverlauf - Strombedarf in der Metzgerei (kW)- 15min Takt

Heizwärmebedarf Supermarkt Strombedarf (Energiekonzept1)

Raumkühlbedarf Autohaus Pluskältebedarf (Energiekonzept1) Energiekonzept1

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Die ehemalige Bergarbeiterstadt Herne ist durch eine sehr dichte Bebauungs-struktur gekennzeichnet. Der thematische Gegenstand der Masterarbeit ist so-mit, eine Analyse des tatsächlichen Energieverbrauchs und die Untersuchung, welches Energiepotential die Kommune hat, um den zurzeit hohen Verbrauch an fossilen Rohstoffen durch regenerative Energie zu mindern.

Da keine umfassenden Daten des tatsächlichen Energiebedarfs vorlagen, wurdeeine Verbrauchsdatenerhebung durchgeführt, die nach Auswertung der Kun-dendaten der Energieversorgungsunternehmen und nach Hochrechnung der fehlenden Gebäudedaten ergab, dass der Verbrauch der Stadt Herne für Stromenergie bei 594.812 kWh und für Wärmeenergie bei 1.639.357 kWh pro Jahr liegt. Zurzeit werden 99 % der benötigten Energie zur Beheizung und Warmwasserbereitung und 95 % des Strombedarfs durch fossile Energieträger gedeckt.

Eine besondere städtebauliche Situation mit einem geringen Anteil an Freiflä-chen führt dazu, dass erneuerbare Energie nur begrenzt zur Verfügung steht. Windenergie, Biomasse und Wasserkraft bieten kein Potential, daher wurde in dieser Arbeit ein Energiekonzept für ein Stadtquartier entwickelt, das auf der Nutzung von Geo bzw. Solarthermie sowie Grubengas zur Wärme- und Photo-voltaik zur Stromerzeugung basiert.

Die Analyse ergab, dass bis zu 30 % des Strombedarfs und bis zu 62 % des Wärmeenergiebedarfs eines Stadtquartiers in Randlage durch erneuerbare Energien aufgebracht werden könnten, wobei eine wesentliche Voraussetzung dafür wäre, dass der Verbrauch der Bestandbebauung durch eine energetische Sanierung bis zu 50 % gemindert würde. Je höher die Bebauungsdichte und damit der Flächenenergieverbrauch werden, umso geringer werden die Mög-lichkeiten, den Energiebedarf durch regenerative Energie zu decken.

Zudem könnte weiteres Potential in Ballungszentren aus dem Ausbau der Grubengasförderung, dem Einsatz von Grubenwasser und der hydrothermalen Tiefengeothermie sowie der Industrie- und Abwärmenutzung generiert werden.So lässt sich zusammenfassend feststellen, dass auch in Ballungszentren er-neuerbare Energie zur Verfügung steht, mit deren Einsatz schon heute ein wich-tiger Beitrag zur Einsparung der fossilen Rohstoffe und damit zum Klimaschutz geleistet werden könnte.

Klaus Sabranski

Verbrauchsdatenerfas-sung und zukünftigeEnergiekonzepte inBallungszentren

am Fallbeispiel der Stadt Herne

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Stadthaus, Baualtersklasse vor 1918Luftbild mit Grubengas-nahversorgungsnetz

Karte Wärmeverbrauchsdichte mit Grubengasnahversorgungsnetz

Energieverbrauchsdichte Stadt Herne

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Daniele Santucci

Wissenschaftliches Ziel dieser Masterarbeit ist die Formulierung einer Methodik, um ganzheitliche Planungsansätze zu entwickeln, die einerseits den Verbrauch fossiler Energie reduzieren und andererseits beeinflussende Eingriffe auf eine erhaltenswerte Bausubstanz vermeiden sollen. Darüberhinaus soll die Energie-versorgung von fossilen auf regenerative Träger umgestellt werden.In diesem Kontext soll die Methodik ein ganzheitliches Konzept für nachhaltige Sanierungen bilden, welches Gebäude, Anlagentechnik und Energieversorgung synergetisch integriert, gestaltverändernde Eingriffe vermeidet und das ur-sprüngliche Passivkonzept ausnutzt und ausbaut.Die Abwicklung dieser Methodik erfolgt anhand des Beispiel der Villa Massimo, Sitz der Deutschen Akademie in Rom.Eine Verknüpfung mit der römischen Bautradition wurde in der Planung der Villa nicht nur aufgrund der rein symbolischen Kraft angestrebt, sondern auch um eine optimierte Lösung im Sinne der Bauklimatik zu gewährleisten. In diesem Sinne stellen die Wärmedämmung der starken Vollziegelmauern, die nach Süden orientierte Fassade die den Auf- und Abwind Roms zum Abkühlen in den späten Sommernachmittagen nutzt, und die Wasserspeicher der Parkanlage die im heißen römischen Sommer zu der Kühlung der Außenluft beitragen, verbrei-tete typologische Merkmale dar, die sich als effektive Baumaßnahmen hinsicht-lich der klimatischen Bedingungen bewährt haben.Antike Gebäude wurden nach Kriterien einer hohen Behaglichkeit mit dem geringsten Verbrauch von Ressourcen konzipiert. Diese stellen Resultate einer Kultur der Nachhaltigkeit dar: Materialien, Typologien und Technologien ent-sprachen den Möglichkeiten und der Verfügbarkeit der naheliegenden natür-lichen Ressourcen und dem Stand der Wissenschaft.Ziel der energetischen Sanierung der Villa Massimo ist an erster Stelle die Re-duzierung der Energieverbräuche. Darüber hinaus sollte der restliche Energiebe-darf, so weit wie möglich, mit erneuerbaren Energien gedeckt werden.Eine Einbindung der Nutzer und das Auslösen von Betroffenheit bei ihnen sind Grundvoraussetzung der Maßnahmen. Zum Einen müssen sowohl die Gebäude als auch die Technik einfacher und selbstregulierbarer werden, zum Anderen müssen die Veränderungen so spürbar sein, dass ein neues Verhalten dem Gebäude und dem Verbrauch gegenüber entsteht. Das Zusammenwirken aus Energieeinsparung, einer rationellen Energienutzung durch eine auf das Ge-samtkonzept abgestimmte Anlagentechnik und dem angemessenen Einsatz erneuerbarer Energien tragen zu einem innovativen Energiekonzept bei und lösen neue interdisziplinäre Strategien aus.

Ganzheitliche Strate-gien und Konzepte zur Sanierung der Deut-schen Akademie in Rom - Villa Massimo

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Energetische Sanierung der Villa Massimo: Reduzierung des Energiebedarfs und Unterstützung durch erneuerbaren Energien

Villa Massimo, HauptgebäudeAnsicht

Villa Massimo, Studios und Atelier der Stipendiaten

Villa Massimo, HauptgebäudeSalone

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Robert Schmidt

Die allgemeine Forderung nach Energieeinsparung im Bausektor gewinnt zu-nehmend an Bedeutung. Denkmalgeschützte Gebäude und Ensembles bleiben von dieser Entwicklung nicht ausgeklammert.

Das baukulturelle Erbe stellt einen schützenswerten Wert dar, welcher ein Bestandteil der Nachhaltigkeit ist. Die Möglichkeiten der baulichen Eingriffe bei Baudenkmälern sind begrenzt.

Die einzelnen Gebäude von historischen Ensembledenkmälern weisen eine hohe Individualität auf. Bei konkreten Sanierungen ist immer eine Einzelfallbe-trachtung der Denkmalpflege erforderlich. Für die energetische Typologisierung eignen sich nur Kriterien, die unabhängig von Individuellen Konstruktionen sind.

Durch eine modellhafte Berechnung der Gebäudetypen wird der Heizwärmebe-darf für den Ist-Zustand ermittelt. Aufgrund der hohen Dichte ergeben sich hier bereits günstige Werte. Darauf aufbauend werden Beispiele für denkmalverträg-liche Energieeinsparmaßnahmen an der Gebäudehülle berechnet. Insbesondere bei der Kombination von Maßnahmen lassen sich große Einsparungen erzielen.

Basierend auf der Berechnung des Heizwärmebedarfs wird die Wärmever-brauchsdichte für das gesamte Ensemble ermittelt. Dies erfolgt für den Ist-Zu-stand sowie für zwei denkmalverträgliche Sanierungsszenarien 2020 und 2040.

Entwicklung einer energetischen Typo-logie denkmalge-schützter Gebäude

am Beispiel der Stadt Iphofen

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Konstruktionstyp

Zahl der Vollgeschoße

Anbausituation

Wärmedichte

Freistehend1-seitig angebaut

Reihe / Hofsituation

E + DE + I / II

E + I / II + D

ZierfachwerkFachwerk struktiv

Massiv

Wärmedichte [MWh/ha a]150 - 200200 - 400400 - 600600 - 800

800 - 10001000 - 1300

Szenario 2040

Szenario 2020

Ist-Zustand

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Asa-Norman Schneider

Die Arbeit befasst sich mit einem interdisziplinären Entwurf für die Umnutzung einer denkmalgeschützten ehemaligen Lokrichthalle im Norden Münchens in ein Depot für Kunst- und Kulturgüter.Die potentielle Nutzergemeinschaft, ein Zusammenschluss von 12 in München ansässigen staatlichen Museen und Sammlungen, erwägt die Einrichtung eines zentral genutzten Aussendepots unter Einhaltung der Anforderungen an den Kulturgüterschutz im Sinne der Präventiven Konservierung.Die entwurfliche und baukonstruktive Ausarbeitung wird um ein Versorgungs-konzept ergänzt, welches im Sinne des Studienganges ClimaDesign zu einem Gebäude führen soll, das „mit weniger Technik mehr kann“.

Neben der historischen Betrachtung des Areales, legt die Arbeit Wert auf eine Analyse der gegebenen Situation und mündet unter Berücksichtigung der im Planungsgebiet verfügbaren Standortfaktoren wie Sonne, Wind und Wasser in einen Entwurf auf Basis einer Klimahülle mit einzelnen eingestellten Baukör-pern, den Depotmodulen. Mit Rücksicht auf die Belange des Denkmalschutzes nehmen die um jedes architektonische Ornament reduzierten Modulkörper mit ihrer neutralen Präsenz eine respektvolle Haltung gegenüber dem imposanten Baudenkmal ein.Die Nutzung der Dachfläche mit nachgeführten Photovoltaikelementen, mas-siver Einsatz von Speichermassen zur Stabilisierung von Temperatur und Luft-feuchtigkeit und ein konsequenter Ansatz zur Nutzung des Grundwassers zur Temperierung von Depotfläche und Halle, führt aktuelle versorgungstechnische Überlegungen für energieeffiziente Gebäude mit den bestehenden Rahmen-bedingungen zusammen. Eine kurze Darlegung der zu beachtenden Aspekte hinsichtlich Denkmalschutz, Städtebau, Sicherheit, Statik, Brandschutz und Kosten legt die Beweggründe hinter den entwurflichen Entscheidungen offen.Berechnungen zum zugrundeliegenden Versorgungskonzept zeigen die Poten-tiale einer intelligenten bedarfsgerechten Verbrauchersteuerung und die Vorteile von unkonventionellen Ansätzen im Depotbau. Die Arbeit schliesst mit dem Hin-weis auf die Wichtigkeit der Bewertung von Gebäuden im Sinne der Lebenszy-klusbetrachtung und zeigt die Möglichkeit eines energieautarken Betriebes auf.

Das WohltemperierteGedächtnis

Entwurfsstudie für ein zentrales Aussendepot zur Einlagerung von Kunst im Ausbesse-rungswerk Freimann

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Collage Nord-Süd-Achse: die Depotmodule bestehen ausgestapelten Wandelementen, analog zum Lagergut

Collage Zugangssituation: ein stehendes Depotmodulvermittelt zwischen Neu und Alt, Innen und Aussen

Leitidee „Römisches Feldlager“

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Gencay Tatlidamak

In order to achieve environmental protection and sustainable development inOlympic Games, which is described in the Olympic Movements´ Agenda 21 (1992, Rio de Janeiro, UNCED), from planning phase till operation phase of the project, sustainability and future concepts of Sport Facilities must be close inspected. The aim of this master thesis is to mapping and analyzing the requi-rements of sport facilities for “The Further Development of the German Sustai-nable Building Certifications’ (DGNB) Rating System for Sports Facilities”. In order to develop an assessment method for sport facilities, the existing criteria catalogues from DGNB can be developed in according to the following aspects: “The defined precautions and basic requirements from Agenda 21 for Olym-pic Sport Facilities” and “The sustainability and efficiency potentials of Sport Facilities in the practice”. This master thesis has been put together in order to point out the second aspect, the sustainability and efficiency potentials of Sport Facilities in the practice. The outcome of this work is more practical solutions for sustainable planning process of energetically and technically optimized sport facilities. These practical solutions expedite to develop the existing criteria catalogues of DGNB for the sport facilities. As a sport facility only the ice rinks are considered in this work, because of their large dimensions, significant refri-geration load, simultaneous need for heating, refrigeration, ventilation, consi-derable emissions of greenhouse gases (GHG) due to high energy consumption. During preparation of this master thesis, the DGNB, Munich 2018 Bid Com-mittee, Munich City Utilities (SWM) and Fraunhofer Institute for Building Phy-sics (IBP) with their inputs and assistance are involved. In light of the practical efficiency solutions of this master thesis, it is justified, that there is huge energy efficiency potential in an ice rink, if it is correctly and consciously planned, built and operated. Several energy-saving measures could also be implemented in existing ice rinks. When efficiency improvement measures are implemented, the standard ice rink will consume less energy with annual savings of 57%. On the basis of this conclusion less energy consumption means low life cycle cost with respect to energy, maintenance, replacement and operations. As a sum-mary, this master thesis considers the sustainability and efficiency potentials of Sport Facilities in the practice to support the “The Further Development of the German Sustainable Building Certifications’ Rating System for Sports Facilities” Project. The described definitions, precautions and efficiency solutions repre-sent the energy efficiency and related processes for one of the key sport facility, the ice rink. The results of this thesis fulfill the theoretical precautions and basic requirements of the Agenda 21 for Olympic Sport Facilities and compose toge-ther the main inputs for the future assessment method for the sport facilities.

The Further Develop-ment of the DGNB Ra-ting System for Sports Facilities

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Why Certification for Sport Facilities?

Ice RinkThe Peculiarity

A nonefficient Ice Rink with anannual energy use of 1.950.000 kWh

An improved Ice Rink with anannual energy use of 840.000 kWh

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Anton Vilsmaier

Die Master Thesis beschäftigt sich mit der energetischen Inspektion von Raum-lufttechnischen Anlagen. Ziel dieser Arbeit war es, einen theoretischen Leitfaden zu entwickeln mit dem eine wirtschaftliche Bewertung von RLT-Anlagen durch-geführt werden kann. Nach Erstellung des theoretischen Leitfadens, wird dieser an einem Praxisbeispiel angewendet und anschließend bewertet. Die Arbeit be-steht aus insgesamt zwei Teilen, einem theoretischen Teil und einem Praxisteil.Zu Beginn der theoretischen Arbeit wird auf die rechtlichen Grundlagen einge-gangen.

Diese beschäftigen sich mit den internationalen, als auch mit den nationalen Gesetzen, welche es zu beachten gilt. Als nächstes folgt der Aufbau des Leit-fadens, welcher sich in drei Hauptbereiche gliedert. Teil eins des Leitfadens beschreibt die Bewertung von Lüftungskomponenten. Teil zwei und drei be-schreiben wie eine Systemanalyse und eine Ganzheitlichen Betrachtung ausse-hen kann.

Im Praxisteil wird der Leitfaden an einem konkreten Beispiel angewendet. Als Ergebnis des Praxisteils werden dem Betreiber von RLT-Anlagen Optimierungs-möglichkeiten aufgezeigt und vorgeschlagen.Am Ende der Master Thesis wurde die Praxisanwendung des Leitfadens in einem abschließenden Fazit ausgewertet und reflektiert.

Exemplarische Anlyse von RLT-Anlagen im Bestand und deren Optimierungsmöglich-keiten

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Untersuchtes Gebäude - Fassadenan-sicht Westseite

Untersuchtes Gebäude - Fensteraufbau mit integriertem Sonnenschutz

Trockenrückkühler der untersuchten RLT-Anlage

Praxisbeispiel der energetischen Inspektion - Bestandsanlage im KITPraxisbeispiel der energetischen Inspektion - Bestandsanlage im KIT

Untersuchtes Gebäude - Fensterauf-bau mit integriertem Sonnenschutz

Untersuchtes Gebäude - Fassadenansicht Westseite

Trockenrückkühler der untersuchten RLT-Anlage

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Tobias F. Vogel

Da innerhalb der kommenden 20 bis 30 Jahre der Wandel der konzentrierten, fossil-nuklearen Energiebereitstellung hin zu Versorgungsmodellen aus frei ver-fügbaren und erneuerbaren Energiequellen geleistet werden muss, stellt sich die Frage, welchen Beitrag unsere gebaute Umwelt dazu leisten vermag: neben den Konzepten zum effizienteren Energieeinsatz wird die Notwendigkeit der Energie-gewinnung innerhalb der Siedlungssysteme zunehmend in den Fokus dezen-traler Energiesysteme rücken. In Ländern der nördlichen Hemisphäre werden ca. 50% der Primärenergie für thermische Energie-Bedarfsdeckung benötigt, im Bereich der Entwicklungsländer ist die derzeitige Abwesendheit bezahlbarer, elektrischer Energie eines der größten Entwicklungshemmnisse. Es wird daher die These gestellt, dass Städtbau Abhilfe schaffen kann:1) Unter Beachtung der Bevölkerungs- und Energiebedarfsentwicklung in Nyan-za District wird es möglich sein, mittels strukturierter, städtebaulicher Verdich-tungsmethoden den elektrischen Energiebedarf zu 100% aus erneuerbaren Quellen zu decken.2) Unter Beachtung des derzeitigen Heizwärmebedarfs in Idstein, Landkreis Rheingau- Taunus, wird es möglich sein, durch den Einsatz von Solarthermie einen energetischen Deckungsgrad zu erreichen, dessen Restdeckung durch andere, erneuerbare Energieträger darstellbar ist. Im Nyanza District werden verschiedene Siedlungsmodelle simuliert und ins Verhältnis zur lokalen, energetischen Kaufkraft gesetzt. In Idstein wird die ak-tuelle Wärmebedarfsdichte mit den Sanierungspotentialen der Stadtraumtypen verglichen und an die Potentialfläche solarthermische Energieumwandlung rückgekoppelt. Grundsätzlich zeigt sich, dass in Ruanda die Verteilungskosten elektrischer Energie über die „Bezahlbarkeit“ entscheiden - Siedlungsmuster, deren Strombedarfsdichte >10 MWh/qm BGF/Jahr tendieren, lassen Dorf-Solar-anlagen durch die schon jetzt vorhandene Energie-Kaufkraft durch Mikrokredite finanzierbar erscheinen. In Idstein wird deutlich, dass zwar Effizienzsteigrungen thermischer Energiebedarfe in bestehenden Gebäudestrukturen notwendig sind um Treibhausneutralität durch Biomasse- und Solarkraft zu erreichen; dass aber auch ein „Zuviel“ an Effizienz (bspw. durch „Passivhaus-Sanierungskonzepte“) die ökonomische Balance bei einem Wärmebedarf von ca. 250 MWh/Hektar Quartierfläche/Jahr mittels Nahwärmenetze „kippen lässt“. Zur Vorbeugung wird ein städtebauliches Sanierungskonzept vorgestellt, dessen baurechtliche Indikationen Teil des Wärmeenergie-Masterplans sein müssten. Um diese weit-reichenden Prozesse ein intrinsisches Anliegen des mündigen Bürgers werden zu lassen, entwickelt die Thesis, in Anlehnung an biokybernetische Sensititivi-tätsmodelle, die „Bürgerenergiemethode“: Freie Willensbildung für freie Energie!

ClimaDesignCity -Wege zur solaren Adaption

Untersuchung des Verhältnisses von ther-mischer und elektrischer Energiebedarfsdichte zur Verteilung solarer Poten-tialflächen im Kontext mit Siedlungsstrukturen am Beispiel von District Nyanza, Ruanda und dem Landkreis Rheingau-Tau-nus, Deutschland

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Idstein, Deutschland: „Balance“ ermöglicht Treibhausneutralität bei Wärmeversorgung

Nyanza District, Ruanda:Verdichtung der Kaufkraft ermöglicht PV-Elektrizitätsversorgung

Anzustrebende Balancen der Dichte:oben: Nyanza District, unten: Idstein

Entwickelt: die „Bürgerenergiemethode“: der aktivierte Citoyen als langfristiger Träger leder Energieleitplanung

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Constanza Wendler Vidal

In der Vergangenheit wurden Anforderungen an den industriellen Arbeitsplatz primär aus Sicht des Arbeitsschutzes definiert, weniger aus energetischen Gesichtspunkten. Bis zur Einführung der EnEV 2007 bestanden keine explizi-ten Anforderungen an den (Primär-) Energiebedarf von Produktionsgebäuden, lediglich die Gebäudehülle musste einen (moderaten) Kennwert einhalten. Erst mit der EnEV 2007 ist eine energetische Bilanzierung von Produktionsgebäuden gefordert. Eine ähnliche Entwicklung hat sich bei der Siemens AG vollzogen. Mit der Green Building Initiative 2007 werden Neubaufabriken energetisch optimiert geplant und betrieben.Diese Optimierungen basieren auf einem projektspezifischen Planer Entwurf.Verallgemeinernde Planungsgrundsätzen für optimierte Gebäudehülle und Ver-sorgung von Fabrikgebäuden je nach Nutzungstyp existieren für Siemens noch nicht.Diese Master Thesis soll den Grundstein für eine Typologie von Fabrikgebäuden und energetische Optimierungsgrundsätze liefern, welche anhand von einem repräsentativen Gebäude zur Transformatorfertigung untersucht werden.Um die bestrebte Zielsetzung der Thesis zu erreichen, wurde diese in 6 Schritte aufgeteilt. Erstens, werden Siemens Fabriken bezüglich ihres Energieverbrauchs analysiert. Als nächstes werden sie nach ihren energetischen Eigenschaften sortiert und repräsentative Standorte für die Weiterentwicklung definiert.Für diese ausgewählten Fabriken werden die Haupteinflussparameter des En-ergieverbrauchs ausgewertet. In dem 4. Schritt wird ein Standard für Siemens industrielle Neubauten definiert und ein konkretes Modell mit Randbedingungen aufgebaut. Mit Hilfe von Simulationsprogrammen werden der Komfort und der Energiebedarf des Modelles optimiert. Im letzten Schritt, als Ergebnis einer Sensitivitätsanalyse werden Varianten für das Fabrikmodell evaluiert, um daraus Erkenntnisse für einen zukünftigen Standard zu generieren.Als Fazit resultiert, dass der Vorzug einer natürliche Belüftung anstatt einer mechanischen und die Verstärkung der Dachdämmung, die effizientesten Maßnahmen für eine optimierte Energie-Komfortbilanz einer Standardtrans-formatorfabrik sind. Weitere Optimierungen, die positive Wirkung zeigen, sind tageslichtabhängige Systeme kombiniert mit hochgestellte Fensterbände und eine Dachauskragung auf der Südseite. Energieoptimiertes Industriegebäude zeigt somit eine strukturierte Methodologie, erste Ergebnisse und Hinweise zum Priorisieren bei der Festlegung von energetischen Optimierungsgrundsätzen für Fabriken. Diese Erkenntnisse dienen als ein erster Schritt bei der Entwicklung neuer Produktionsgebäude Richtlinien.

EnergieoptimiertesIndustriegebäude

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2% Fensterflächenanteil

16% Fensterflächenanteil....

32% Fensterflächenanteil....

base = 8% Fensterflächenanteil

...mit weniger Südfenster...

...mit weniger Südfenster...

Sheddach

...mit Sonnenschutz im Süden

...mit Sonnenschutz im Süden

Vergleich von Maßnahmen zur Ener-gieeffizienz des untersuchten Modells

Darstellung von Variantendes Simulationsmodells

12% Energieoptimierung bei Bevorzug einer natürlichen Belüfung

5% Energieoptimierung anhand einertageslichtabhängige Beleuchtung

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Sabine Wunder

Der Schlüsselfaktor für ein wirtschaftliches Wachstum und Entwicklung stellt dieGesundheit dar, hingegen ist Krankheit die Ursache und Folge von Armut. Durch Krankheiten werden Entwicklungsländern ihre Humanressourcen entzogen und verursachen gleichzeitig hohe Kosten, die das Wirtschaftswachstum bremsen. Aus dieser Situation bildet sich zunehmend der Konsens über die wichtigsten Prinzipien der Entwicklungspolitik heraus, in deren Rahmen die Verbesserung der Gesundheit einen wichtigen Platz einnimmt. Sie stellt ein Schlüsselelement für die Armutsbekämpfung dar und ist ein Hauptziel der Entwicklungspolitik der Europäischen Union.

Die Hans und Christine Nickl Stiftung möchte mit der Weiterentwicklung der in 2005 von der internationalen Vereinigung der Architekten (Union Internationale Architectes, kurz: UIA) , mit dem „ Borusan Preis“ ausgezeichneten Health Care Unit RC², ihren Beitrag zu internationalen dazu leisten. Diese Gesundheitsein-richtung soll so weiter entwickelt werden, dass eine von allen medizinischen und haustechnischen, sowie energie- und betriebstechnischen Abläufe autark funktionierende Einheit gescha en wird, um eine standortunabhängige Positio-nierung zu ermöglichen.

Meine Masterthesis stellt einen der ersten Schritte auf diesen Weg der Weiter-entwicklung dar. Sie setzt sich mit dem Aufbau und der Funktionsweise der umschließenden Bauteile auseinander und zeigt die Ein ussfaktoren auf, mit de-nen eine bestmögliche Optimierung an die unterschiedlichen Standorte erfolgen kann. Um diese Anpassung an die Regionen der Erde zu ermöglichen, werden Klimadaten für einen WARMER: Nigeria -Abuja- und einen KALTER: Pakistan -Gilgit- Standort untersucht.

Daraus ergibt sich die Ausgangsbasis für die äußeren Lasten. Die inneren Lasten werden durch die einzelnen Raumfunktionen und der einzuhaltenden Raumklimata bestimmt. Mittels Einzahlwerte und Tagesgänge der inneren und äußeren Wärmelasten, unter Berücksichtigung der wesentlichen Energieströme und weiteren internen Einträgen werden überschlägiger statischer Energiebi-lanzen zur Ermittlung des Jahresenergiebedarfes aufgestellt.Auf dieser Basis werden die unterschiedlichen Parameter, wie die Farbe der Außenhülle, die Auswahl Dämmmaterial & Dämmstärke, der Fenster ächenanteil untersucht, um einen für den Standort optimiert angepasste Versorgungsein-heit zu entwickeln. In einem letzten Schritt wird nach der Optimierung der Hüll ächen ein Konzept für die Energiebereitstellung vorgeschlagen.

Gebäudekonzeptmobiler medizinischerVersorgungseinheiten

am Beispiel der Health Care Unit RC²

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Medizinische Versorgungseinheit_Health Care Unit RC²

Ausschnitt WeltkarteSonnenstandsdiagramm

Gilgit I PakistanSonnenstandsdiagramm

Abuja I Nigeria

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Im Jahr 2008 lebten erstmalig weltweit mehr Menschen in Städten als auf dem Land. Bis zum Jahr 2030 wird sogar noch ein weiterer Anstieg auf zwei Drittel der gesamten Weltbevölkerung prognostiziert. Laut Cody haben Städte einen Anteil von über 80% am weltweiten Energiebedarf (vgl. Cody 2005, S.9). Somit wird die zukünftige Entwicklung der Menschheit von der Verbesserung der Be-dingungen in den Städten abhängen. Da Verluste und Gewinne hauptsächlich an Oberflächen entstehen, haben Formgebung der Morphologie einen wesentlichen Einfluss auf den Energiebe-darf. Der Abhängigkeit zwischen Form und Energiebedarf widmet sich nun die vorliegende Arbeit, indem sie solarenergetische Potentiale in Bezug auf bauliche Dichte untersucht. Dabei fließen auch verschiedene kurzfristige und langfristige Entwicklungsszenarien in die Betrachtung mit ein. Zur Durchführung diese Un-tersuchung wird ein urbanes Energiemodell programmiert, welches die wesent-lichen Energieströme in Morphologien bilanziert und über variable Eingabefelder verfügt, an denen man Auswirkungen zu Entwicklungen der Gebäudeperfor-mance und aktiven „Energieerntesystemen“ testen kann.Als wesentliche Erkenntnis zeigt die Arbeit einen direkten Zusammenhang zwischen einem spezifischen Endenergiebedarf und der baulichen Dichte. Unter aktuellen Gebäudestandards und ohne den Einsatz von aktiven Energiegewin-nungssystemen sind dichte, innerstädtische Morphologien deutlich energieeffi-zienter als aufgelockerte Strukturen. Gerade bei aufgelockerten Morphologien besteht ein großer Handlungsbe-darf und ebenso großes Potential zur energetischen Optimierung. Allein durch verlustminimierende Maßnahmen können hier signifikante Reduktionen erreicht werden. Etabliert man dazu noch aktive „Energieerntesysteme“ kann der Ein-fluss der Form auf den Energiebedarf „egalisiert“ werden. Langfristig ist es möglich, eine Überproduktion von Energie bei Morphologien mit einer baulichen Dicht unterhalb 5 m³/m² durch eine kombinierte Verbesse-rung der Gebäudeperformance mit großflächigem Einsatz aktiver Systeme zu erzielen. Auf baulicher Ebene werden somit aufgrund der exponierten Oberflä-chen aufgelockerte Strukturen effizienter als dichte Morphologien.Eine entgültige Aussage, welches eine ideale Dichte darstellt, kann nur aufgrund einer Gesamtbetrachtung sämtlicher Energiebedarfe, insbesondere nur unter dem Einbezug der Mobilität gemacht werden. Führt man die Ergebnisse aus vergangenen Analysen zum Transport mit den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit zusammen, werden insgesamt aufgelockerte Morphologien in allen Szenarien deutlich ineffizienter bleiben, als dichte Strukturen. Diese Gesamtbe-trachtung könnte Teil weiterer Untersuchungen sein.

Steffen Wurzbacher

Solarpotentiale urbaner Morphologien

Betrachtungen zu formbeeinflussenden Auswirkungen solarer Einstrahlung unter Be-rücksichtigung zukünf-tiger technologischer Entwicklungen unter den Maximen der Verlustmi-nimierung und Gewinn-maximierung

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Funktionsschema - urbanes EnergiemodellBewertungstool zum Verhältnis bauliche Dichte und Energiebedarf

Diagramme, Skizzen, uswmit Beschreibung

Verlusminimierung u. GewinnmaximierungVerhältnis bauliche Dichte zu Endenergiebedarf

-200

-100

0

100

200

300

400

Ende

nerg

iebe

darf

[kW

h/m

²a]

Bauliche Dichte D [m³/m²]

Ende

nerg

iebe

darf

[kW

h/m

²a]

0,00

100

-100

-200

200

300

400

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00

Zustand-IST (2010)keine Systeme

Szenario 1 (2025)keine Systeme

Szenario 1 (2025)Systeme auf Dachflächen

Szenario 2 (2040)Systeme auf Dachflächen

Szenario 2 (2040)Systeme auf Dach-, Wandflächen

Szenario 3 (2100)Systeme auf Dach-, Wand- und privaten Freiflächen

Szenarien zum Verhältnis bauliche Dichte zum Endenergiebedarf unter den Maximen der Verlustminimierung und Gewinnmaximierung

geringe bauliche Dichte hohe bauliche Dichte

Städtisches Programm

WarmwasserbedarfStrombedarf

Interne Wärme-quellen

Szenarios zur Energieernte

Schrittweiser Einbezug von Bauteilen zur akti-ven Energiegewinnung

Energiebilanz

Verluste+

passive solare Gewinne+

interne Wärmegewinne+

Wärmebedarf - Warm-wasser

+aktive Gewinne - Wärmeaktive Gewinne - Strom

+Strombedarf

=Endenergiebedarf

Simulation

spezifische Direkt- und

Diffusstrahlungs-werte

Szenarios zurGebäudeperfor-

mance

mittlere U-WerteWirkungsgrade

Mittlerer Fensterflächen-

anteil

30%; 50%; 70%, 90%

Erkenntnisse zum solarenergetischen Verhalten von Morphologien

Feinkörnige Solitärmorphologie

Grobkörnige Solitärmorphologie

Blockrandmorphologie

Hochhausmorphologie

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Thema XXXX

Beschreibung Thema xxxx

Name

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Bild 3_ Titel_ Beschreibung_ (Quelle)Bild 2_ Titel_ Beschreibung_ (Quelle) Bild 4_ Titel_ Beschreibung_ (Quelle)

Bild 1_ Titel_ Beschreibung_ (Quelle)

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Thema XXXX

Beschreibung Thema xxxx

Name

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Bild 3_ Titel_ Beschreibung_ (Quelle)Bild 2_ Titel_ Beschreibung_ (Quelle) Bild 4_ Titel_ Beschreibung_ (Quelle)

Bild 1_ Titel_ Beschreibung_ (Quelle)

Technische Universität MünchenFakultät für ArchitekturLehrstuhl für Bauklimatik und HaustechnikProf. Dr.-Ing. Gerhard HausladenArcisstraße 21 80333 München

Tel. +49 89 289-22475Fax. +49 89 289-23851

© 2009 Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik, TUM, Friedemann Jung, Uta Steinwallner