Prof. K. Hildebrand

Swegon Air AcademyZunfthaus zur Waag, Münsterhof 8, 8001 Zürich

Seminar 10. September 2009

Referat: Komfort versus (?) Nachhaltigkeit

Prof. Kurt Hildebrand

Prof. K. Hildebrand

Die Uraufgabe der Architektur

Gebäude zu bauen, die sich im Einklang mit derUmgebung befinden und in denen sich Menschen wohl fühlen. (Werner Nachtigall)

Behaglichkeit und Komfort erreichen wir (zu einem grossen Teil) mit nachhaltiger Gebäudekonstruktion und Haustechnik

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AGENDA

-Nachhaltigkeitsgedanken

-Komfort und Behaglichkeit

-Zusammenfassung

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Klimawandel, Treibhauseffekt, Kyoto-Protokoll, …

1979

2008

Prof. K. Hildebrand

CO2-Reduktion, Energie sparen, Energieeffizienz, …

1900

2008

Aletschgletscher

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Energierelevanz im Bereich Gebäude

Rund 40 bis 50% des Energieverbrauchsder Schweiz resultieren aus dem Betrieb des «Gebäudeparks Schweiz» Quelle: Ch. Grmür

Energiepraxis Seminar

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KulturWirtschaftUmwelt

Gesellschaft

Markt

Vision

Motivation Nachhaltigkeit

«Nachhaltige Entwicklung ist eine Entwicklung, welche weltweit die heutigen Bedürfnisse zu decken vermag, ohne für künftige Generationen die Möglichkeit zu schmälern, ihre eigenen Bedürfnisse zu decken.»

(Brundtland-Bericht «Our Common Future», 1987)

Vom Zins leben, nicht vom Kapital!

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Architektur

- «Ein Bauwerk soll dauerhaft, zweckmässig und schön sein.»Diese Maxime stellte der römische Architekt Vitruvius 33 vor Chr. auf.

- und…... nachhaltig soll es auch sein. Eckpfeiler einer nachhaltigen Entwicklung sind «gesellschaftliche Solidarität», «Erhaltung der natürlichen Umwelt» und «wirtschaftliche Effektivität und Effizienz».

Marcus Vitruvius Pollio33. v. Chr.

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Rekonstruktion der atmosphärischenCO2 Konzentration

Quelle: Prof. Thomas Stocker, Universität Bern Beitrag Status-Seminar 2006: Die Erde im Treibhaus – eine Herausforderung für das 21. Jahrh.

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260

280

300

320

340

360

380

400

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

ppm

Globale CO2-Konzentration

Quelle: Dr. Pieter Tans, NOAA/ESRL (http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/)

Februar 2005Kyoto-Protokolltritt in Kraft

1997Kyoto-Protokoll

erstellt

19731. Ölschock

Vorindustrielles Niveau: ca. 275 ppm (ZH, Selnau 420ppm)

1986LRV in Kraft

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Hauptprobleme unter dem Aspekt der intergenerationellen Verteilung sind heute:

• die Kernenergie

• der Verbrauch fossiler Brennstoffe

• das Wasser

• der Artenverlust

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Peak Oil – The Growing GapGeplanter Abstieg?

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CO2 Situation:

Globaler CO2 Ausstoss 4 t/a und KopfCH Situation 6 t/a und Kopf

Nachhaltiges Mass 0.6 t/a und Kopf

2000 Watt Gesellschaft 6500Watt inkl. grauer Energie

heute „Soll“ 2000 Watt 500 Watt nicht erneuerbar

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CORE Zielsetzungen per 2050(Eidgenössische Energieforschungskommission)

Wärme in Gebäuden: ohne fossile Brennstoffe

Energie in Gebäuden: Halbierung des Verbrauchs

Energie aus Biomasse: Nutzung verdreifachen

Treibstoffverbrauch von Personenfahrzeugen: drei Liter auf 100 km (Flottenverbrauch)

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Leistung «Nachhaltiges Bauen»- Die menschliche Komponente

Hohe Behaglichkeit sicher stellen – thermisch, hygienisch und optisch.

- Die kulturelle KomponenteDas Gebäude als Kulturgut – gute Architektur mit Bezug zur Umgebung.

- Die technische KomponenteMöglichst geringer Energiebedarf über den Lebenszyklus, von hoher Lebensdauer, mit umweltverträglichen und wieder verwertbaren Materialien.

- FazitKonstruktion und Materialanwendungen so wählen, dass möglichst wenig geheizt oder gekühlt werden muss (Leerlauftemperatur).

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• Dichten• Isolieren• Mechanisch Lüften• Sonnen-Nutzung

Ent

wic

klun

g

• Minergie • Minergie - P• Minergie - ECO• 2000W - Gesellschaft• Green Building LEED

Ziele: Behaglichkeit vom Zins

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Leistung der Gebäudetechnik:

- Gebäudetechnik kann die Ziele der Architektur stützen, verstärken und verfeinern

- Effektivität und Effizienz in der Nutzung und Verwendung von Primärenergien

- Komfort und BehaglichkeitQuelle: GDI Impuls 2/09

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Gebäudetechnik G = ∑ H.L.K.S.E.GA

- Heizungstechnik- Lüftungstechnik- Klima-, Klimakälte- Technik- Sanitärtechnik - Gebäude Elektro-

engineering- Gebäudeautomation

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MuKEn, Minergie und Minergie-P im Vergleich

3.0 l

Minergie-P

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Bedarfsermittlung, Bedarfsminimierung, Bedarfsoptimierung

BedürfnisseRessourcen-Einsatz

• Leerlauftemperatur

• Energiequellen

• Erneuerbar, nicht erneuerbar

• Bilanzieren von Verlust und Gewinn

Kühlen mit Luft oder mit Wasser?

8760 h

Konzepte (Meteo Adelboden)

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?

- Wie ‚Behaglich‘ und ‚Komfortabel‘ ist Ihnen ?

- Wie warm ist es in diesem Raum?

- Wie hoch ist die relative Feuchte in diesem Raum?

Quelle: GDI Impuls 2/09

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Parameter, welche das Raumklima und den Komfort beeinflussen

Licht

Luftqualität

Lufttemperatur

Luftgeschwindigkeit

Temperatur der Umgebungsflächen

Vibrationen

Strahlung

Lärm

Feuchtigkeit

Statische Elektrizität

Infraschall

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Die Empfindsamkeit des Körpers

sehr empfindlich

sehr empfindlich

sehr empfindlichempfindlichwenig empfindlich

± 0.5 °C

2 °C

1 m/s25 W/m2± 15 %

- Lufttemperatur• Unterschied Luft- zu

Oberflächentemperatur• Luftbewegung in

Hautnähe• Strahlungswärme• rel. Luftfeuchtigkeit

BeurteilungEmpfind-lichkeits-schwelle

Parameter

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Mensch: Biophysikalische Daten

60 .. 80 kg0.06 m3

60 .. 80 min -116 min -10.5 m3/h18 .. 20 l/h37 °C32 .. 33 °C70 .. 80 W85 W40 .. 50 g/h

- Masse• Körpervolumen• Pulsschläge• Atemzüge• Atemluftmenge• CO2 Ausatmung (ruhend)• Körpertemperatur• mittlerer Hauttemperatur• Grundwärmeumsatz• Dauerleistung• Verdunstungsrate

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Die Grundgrösse „met“ (metabolism) dient als Mass für den energetischen Grundumsatz des Körpers als Funktion der physischen Aktivität.

1 met ≈ 60 W / m2 , dies entspricht etwa der metabolischenWärmeentwicklung einer still sitzenden Person, bezogen auf 1 m2 Körperoberfläche.

Wärmeproduktion und "met„ -Werte in Abhängigkeit der Tätigkeit(Körperoberfläche erwachsene Person; ca. 1.8 m2)

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Thermischer Widerstand von Bekleidung und entsprechende "clo" - Werte

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Wärmeabgabe des Menschen(sitzend, keine körperliche Tätigkeit, normale Bekleidung, ruhende Luft)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

10 14 18 22 26 30 34 38Lufttemperatur [°C]

Wär

mea

bgab

e [W

]

Strahlung Wärmeleitung Konvektion Verdunstung

„Je wärmer um so mehr latente Wärmeabgabe“

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Der Mensch im ZentrumEnergiehaushalt

Atmung 10 %Strahlung 45 %

Verdunstung 15 %

Ausscheidung 5 %Konvektion 25 %

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Innenluftqualität….zu Zeiten undichter Fenster, Türen, Holzbalkendecken, Ofenheizungen ...

«Einen ferneren Grund, auf frische Luft in den Wohnungen strenge zu achten, haben wir in der Erfahrung, dass schlechte Luft die Quelle vieler chronischer Leiden ist, und dass sie sicherlich einen grossen Anteil an den Volksübel: Scrofeln, Tuberkeln etc. hat. Wo also die natürliche Ventilation nicht ausreicht, die Vermehrung des Kohlesäuregehaltes der Luft in unseren Wohn- und Schlafräumen um 1 pro mille zu verhindern, dort hat künstliche Ventilation einzutreten.»

M. v. Pettenkofer 1858

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Raumakustik

ruhige Zone, Erholenmittlere Lärmbelastunghohe LärmbelastungMassnahmen notwendig, sehr hohe Lärmbelastung zum Wohnen nicht mehr zumutbar, Sofortmassnahmen

bis 5 %5 bis 15 %20 bis 25%über 30 %

bis 4545 bis 5556 bis 60über 60

bis 5555 bis 6061 bis 65über 65

Bewertung bezüglich Wohnqualität

Anteil stark gestörter Bewohner

Nacht(22°° - 06°°)

Tag(06°° - 22°°)

Leq in dB(A)

Mittlere Lärmpegel Leq und Wohnqualitäten

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Kriterien für gute Lichtgebung

• Schutz vor störendem Glanz und Reflexbildung• Schutz vor Direktblendung• angemessene Beleuchtungsstärke• harmonische Lichtdichteverteilung• natürliche Schattigkeit• geeignete Lichtfarbe• befriedigende Farbwiedergabe• Flimmerfreiheit

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Richtlinien für Nennbeleuchtungsstärken

4 - 80004000--Uhrmacheraussergewöhnlich

200010001000750Zeichen-arbeit

sehr hoch

1000500500300BüroLesen

hoch

500300300100Grob-arbeiten

mässig

--300100Fluregering

--10050KellerLager

sehrgering

ungünstige Seh- und Arbeits-beding-ungen

günstige Seh- und Arbeits-beding-ungen

ungünstige Seh- und Arbeits-beding-ungen

günstige Seh- und Arbeits-beding-ungen

Arbeits-platzbe-

leuchtung[lx]

Allge-meinbe-

leuchtung[lx]

BeispieleAnsprüche an die Beleuch-tung

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Aussenluftraten

- Differenziert nach Nutzung- Allgemeiner Wert 36 m3/h.Person

- Wohn- und Schlafräume Tag 30 m3/h.PersonNacht 18 m3/h.Person

- Schulräumeohne Fensterlüftung 30 m3/h.Personmit Fensterlüftung 20 m3/h.Person

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Raumluftfeuchte

Behaglichkeitsbereich 30 % - 60 % r.F. (21°C – 5 gW/kgL bis 26.5°C – 13.5 gW/kgL)

Dimensionierungsvorgaben nach Nutzungen Einhaltung bei allen Aussenklimabedingungen zwischen den Dimensionierungswerten Winter (Minimalwert) und Sommer (Maximalwert)

Ohne Befeuchtung darf die Grenze 30 % (5g/kg!)während 15 % der Nutzungszeit unterschritten werden!

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Bekleidung

Raumluft-temperatur

20

22

24

26

28

30

10 15 20 25 30 35

Tagesmaximum der Aussentemperatur in °C

Rau

mlu

fttem

pera

tur i

n °C

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

10 15 20 25 30 35Tagesmaximum der Aussentemperatur in °C

clo-

Wer

t

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Raumtemperatur ti

Geistige Leistungsfähigkeit

Zusammenhang Raumtemperatur und geistige Leistungsfähigkeit

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0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

20 21 22 23 24 25 26

Lokale Raumlufttemperatur in °C

Zulä

ssig

e R

aum

luftg

esch

win

digk

eit i

n m

/s

TU = 40 % DR = 13 %

Zulässige Raumluftgeschwindigkeit

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0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Glasanteil der Fassade

g-W

ert

NE, NW

E, SE, S, SW, W

N

Bauliche Anforderungen an den Sonnenschutz (g-Wert)Neu: Differenzierung nach Glasanteil und Orientierung

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0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Glasanteil (GA) der Dachfläche

g-W

ert

Anforderungen an den g-Wert von Dachfenstern

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Aufenthaltszone

Schnitt

Grundriss

G

FE

E

C

A

B

A

B

G

C

D

FF

E

ED

F

Distanz von der inneren Oberfläche von DistanzA Böden (untere Begrenzung) 0.05 mB Böden (obere Begrenzung) vorw. sitzende Tätigkeit

vorw. stehende Tätigkeit1.30 m1.80 m

C Fenstern 1.00 mD Heizkörpern oder Klimageräten 0.60 mE Aussenwänden 0.50 mF Innenwänden 0.50 mG Türen, Durchgangszonen etc. speziell

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„met“ und „clo“ im Diagramm50% r.F und v = 15cm/s und 10% Unzufriedene

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Strahlungsassymetrie

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Zusammenfassung:

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Stellen Sie sich vor !

1

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4

98

5

3

7

6

Prinzipschema

Was ist wenn es möglich ist einen ETV von > 50 zu erreichen?

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Fragen?

Danke und ……gute Behaglichkeit !

…Wissen macht alle gleich

…Handeln macht Gewinner

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Bildung

- …‘Jeder Intellektuelle hat eine ganz spezielle Verantwortung. Er hat das Privileg und die Gelegenheit, zu studieren. Dafür schuldete er es den Mitmenschen die Ergebnisse seines Studiums in der einfachsten und klarsten und bescheidensten Form darzustellen‘.

Das Schlimmste ist, wenn die Intellektuellen versuchen, sich ihren Mitmenschen gegenüber als grosse Propheten aufzuspielen und sie mit orakelnden Philosophien zu beeindrucken. Wer’s nicht einfach und klar sagen kann, der soll schweigen und weiterarbeiten, bis er’s klar sagen kann……

Sir Karl R. Popper 1902 Wien – 1994 London;«Auf der Suche

nach einer besseren Welt»