ENERGIEEFFIZIENZ UND RAUMKLIMA - Fraunhofer IBP · 2020-07-20 · für die technische...
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FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR BAUPHYSIK IBP IBP ENERGIEEFFIZIENZ UND RAUMKLIMA FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG FÜR ENERGIEEFFIZIENTES BAUEN UND BEHAGLICHE RÄUME VON MORGEN
Transcript of ENERGIEEFFIZIENZ UND RAUMKLIMA - Fraunhofer IBP · 2020-07-20 · für die technische...
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F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R B A U P H Y S I K I B P
IBP
ENERGIEEFFIZIENZ UND RAUMKLIMA
F O R S C H U N G U N D E N T W I C K L U N G F Ü R E N E R G I E E F F I Z I E N T E S B A U E N
U N D B E H A G L I C H E R Ä U M E V O N M O R G E N
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UNSER ANGEBOT FÜR SIE
Im Fokus stehen energetische Fragestellungen zu
Gebäuden und Siedlungen, die Entwicklung effizienter
Gebäudesysteme sowie Maßnahmen zur Bedarfsmini-
mierung unter Einbeziehung erneuerbarer Energien. Dies
geht einher mit der Entwicklung von Kriterien für ein
nutzer- und nutzungsgerechtes Raumklima in Innenräu-
men (Gebäude, Fahr- und Flugzeuge). Wir konzipieren,
betreuen und bewerten Niedrigstenergie-, Null-Emissions-
und Plusenergiehäuser (Neubau und im Bestand).
Ein weiterer Schwerpunkt ist die Erarbeitung von
Konzepten für energieeffiziente bis hin zu CO2-neutralen
Kommunen – ebenso wie die Evaluierung und De-
monstration von innovativen Konzepten, Technologien
und Systemen. Dies umfasst Labor- und Freiland-
untersuchungen in gleichem Maße wie die Begleitung
von In- situ-Demonstrationen und Pilotanwendungen.
Darüber hinaus entwickeln wir Technologien, Bewer-
tungs- und Berechnungswerkzeuge zur energetischen
Gebäudeplanung, Raumklimatisierung und Beleuchtung.
Computergestützte Planungsinstrumente und Informa
tionssysteme werden für Endanwender ebenso entwickelt
und gepflegt wie Rechenkerne für Softwarehäuser.
AKTUELLE HERAUSFORDERUNGEN
Hohen Energieverbräuchen wirken der immer bessere ener-
getische Standard von Neu- und die umfassende Sanierung
von Altbauten entgegen. Bau- und anlagentechnische
Innovationen erlauben dabei, Gebäudekonzepte zu realisieren,
die nahezu keinen Energiebedarf aufweisen oder sogar
Überschussenergie ermöglichen. Entscheidend bei der Planung
und Umsetzung von Projekten zur Energiewende sind die
Städte und Kommunen: Denn der Umbau der Energiesysteme
für eine zuverlässige, effiziente Versorgung mit erneuerbaren
Energien kann nur auf lokaler Ebene erfolgen.
Gleichzeitig sind Innenräume so zu gestalten, dass Menschen
sich wohlfühlen und gesund leben. Das gilt in puncto Raum-
klima wie in puncto Lichttechnik. Denn wir halten uns zu über
90 Prozent unserer Zeit in Gebäuden, aber auch Fahr- und
Flugzeugen auf. Der Transportsektor steht daher ebenso vor
Herausforderungen der Emissionsreduktion und der Bereit-
stellung adäquater Raumklimata.
» Die Menschen in Europa verbrauchen im Durchschnitt über 40 Prozent der erzeugten Energie in Gebäuden.
Ein immens hoher Anteil, der sich schon heute merklich reduzieren ließe. Es ist daher auch ein erklärtes
gesellschaftliches Ziel, den Energieverbrauch – und damit vor allem die Nutzung fossiler Ressourcen – sowie
Schadstoffemissionen in einem überschaubaren Zeitraum deutlich zu senken. Zudem halten wir Europäer uns
zu über 90 Prozent unserer Lebenszeit in Innenräumen auf. Deren Gestaltung und Betrieb kommt also eine
besondere Bedeutung zu, um gleichzeitig ein gesundes und behagliches Raum klima zu schaffen.
Zukunftsweisende Gebäudekonzepte, strategische Planung, Qualitätskontrolle und intelligentes Energiemanage-
ment sind dabei Schlüsselfaktoren. Seit über 30 Jahren begleiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
des FraunhoferInstituts für Bauphysik IBP mit ihrer ausgewiesenen Expertise das Thema ›energieeffizientes
Bauen‹, forschen zur Systemintegration von erneuerbaren Energien, zu Energieeinsparpotenzialen sowie zur
Raumklimatisierung. «
Gebäude – Quartier – Stadt
Wir arbeiten in einer Vielzahl an Projekten mit dem Ziel des
besonders energieeffizienten, nachhaltigen Bauens und
Wohnens. Wir planen, betreuen und bewerten Energiekonzepte
für hocheffiziente Gebäude bzw. Siedlungen und entwickeln
Energie- und Klimaschutzkonzepte inklusive langfristiger
Roadmaps für Städte und Gemeinden.
Evaluierung und Demonstration
In maßgeschneiderten Evaluationsprogrammen überführen
wir innovative Gebäude- und Fassadentechnologien in die
Praxistauglichkeit. Dazu nutzen wir Testgebäude auf unserem
FreilandVersuchsgelände und bewerten real genutzte
Gebäude. Mit solchen Demonstrationsgebäuden verbinden
wir eine wichtige Funktion. Sie zeigen Lösungsansätze auf,
demonstrieren Machbarkeit und regen zur Nachahmung an.
Gebäudesystemlösungen
Wir erforschen energieeffiziente Systeme, Konzepte und Tech-
nologien, die das Raumklima ressourcenschonend nutzer- und
nutzungsorientiert gestalten. Zudem bearbeiten wir die Inte-
gration in BIM-Planungsmethoden (BIM = Building Information
Modeling) sowie anlagen- und informationstechnische Ansätze
der Gebäudeautomation für Betrieb und Nutzer.
Lichttechnik und passive Solarsysteme
Der anforderungsgerechten Planung und Gestaltung des
visuellen Umfelds kommt eine große Bedeutung zu, denn wir
nehmen etwa 80 bis 90 Prozent der Informationen über das
Auge auf. Vor diesem Hintergrund bearbeiten wir Projekte
zur lichttechnischen Fassadenoptimierung, Straßen- sowie
Allgemeinbeleuchtung in Gebäuden.
Flug- und Fahrzeugklimatisierung
In unserem weltweit einzigartigen Fluglabor – eine Niederdruck-
kammer mit mehreren Flugzeugsegmenten und Platz für bis zu
80 Probanden – führen wir Untersuchungen zum Kabinenklima
durch. Hier erforschen wir das Flugzeug als Gesamtsystem
mit seinen Klimatisierungslösungen unter realen Bedingungen
und in CoValidierung mit speziell ent wickelten thermischen
Modellen.
Planungswerkzeuge
Wir arbeiten an der Entwicklung und Validierung leistungs
fähiger Planungswerkzeuge sowie der Bereitstellung von
gesicherten Datengrundlagen für Berechnungen und modell-
basierte Analysen. So bieten wir beispielsweise im Zusammen-
hang mit neuen Bewertungsverfahren einen umfangreichen
Satz an digitalen Planungsinstrumenten an.
UNSER LEISTUNGSANGEBOT IM ÜBERBLICK
Entwicklung des energiesparenden Bauens, Primärenergiebedarf Doppelhaushälfte – Heizung (kWh/m²a)
300
250
200
150
100
50
0
−50
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
WSVO 1977
WSVO 1984
WSVO 1995
EnEV 2002/2007
EnEV 2009EnEV 2014
nZEB
Mindestanforderungen (WSVO/EnEV)
Baupraxis
Forschung (Demovorhaben)
Solarhäuser
Niedrigenergiehäuser
3LiterHäuser/Passivhäuser
Null-Heizenergiehäuser
Plusenergiehäuser
I H R K O N T A K T
Dr. Harald Will
Telefon +49 8024 643-620
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GEBÄUDE – QUARTIER – STADT
Heike Erhorn-Kluttig
Telefon +49 711 970-3322
I H R K O N T A K T
»Bauen Sie mit uns heute die Stadt von morgen.«
Aktuelle bau- und anlagentechnische Innovationen erlauben
es uns heute, Konzepte für Gebäude zu realisieren, die ihren
Energiebedarf selbst decken oder sogar Energieüberschüsse
produzieren. Städte und Kommunen spielen in diesem
Zusammenhang eine wichtige Rolle, denn der Umbau der
Energiesysteme im Sinne einer zuverlässigen und effizienten
Versorgung mit erneuerbaren Energien kann nur auf lokaler
Ebene erfolgreich realisiert werden.
Unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Bereich
»Gebäude – Quartier – Stadt« arbeiten an einer Vielzahl von
Projekten, die das besonders energieeffiziente und nachhal-
tige Bauen und Wohnen zum Ziel haben. Dabei legen sie
besonderes Augenmerk auf Gebäudeverbünde in Siedlungen
und Stadtteilen, um eine wirtschaftliche Verwertung von
Energieüberschüssen (Wärme, Strom) zu ermöglichen.
Ihre Ergebnisse und Erfahrungen sind gleichermaßen national
wie international gefragt – beispielsweise im Zuge der
Koordinierung des gemeinsamen Vorgehens zur EUGebäude-
richtlinie »Energy Performance of Buildings Directive« (EPBD)
oder in Form von Beteiligungen an Forschungsprogrammen
und Aktivitäten der Internationalen Energieagentur (IEA).
Leistungen
Wir planen, betreuen und bewerten Energiekonzepte für
Einzelgebäude und Siedlungen im Auftrag von privaten
und öffentlichen Bauträgern, Fertighaus firmen, System-
herstellern und Energiedienstleistern.
Wir entwickeln Energie- und Klimaschutzkonzepte für
Kommunen unterschiedlicher Größe bis zu Megastädten.
Für Quartiere erarbeiten wir Lösungen zur umweltscho-
nenden Energieversorgung bzw. Klimaneutralität.
Neben dem Zusammenspiel von Wärme- und Kältesyste-
men stehen dabei die Schnittstellen zwischen Gebäuden
und einer auf erneuerbaren Energien basierenden
Stromversorgung im Fokus.
Anwendungsprojekt
»Effizienzhaus Plus«:
Vom Pilotprojekt zur Begleitforschung
Weitere Informationen finden Sie auf Seite 18.
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EVALUIERUNG UND DEMONSTRATION
Einvernehmlich fordert die Politik in Deutschland und Europa,
den Gebäudebestand innerhalb der nächsten 30 Jahre
klimaneutral zu gestalten. Um jedoch den fossilen Energie-
verbrauch unserer Gebäude signifikant zu senken, sind neue
Lösungen zwingend erforderlich. Das erfordert Mut in einer
Branche, die weitgehend als recht konservativ gilt.
Wir überführen innovative Gebäude- und Fassadentechnolo-
gien in maßgeschneiderten Evaluationsprogrammen bis in die
Praxistauglichkeit. Dazu nutzen wir unsere Testgebäude auf
dem FreilandVersuchsgelände in Holzkirchen.
Demonstrationsgebäude nehmen für die Baupraxis eine
Schlüsselrolle ein: Sie zeigen neue Lösungsansätze auf und
sind Keimzelle einer energiesparenden Gebäudetechnologie,
sie demonstrieren Machbarkeit und regen auf diese Weise
zur Nachahmung an. Über 250 Demonstrationsprojekte welt-
weit haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP bereits realisiert
und messtechnisch evaluiert.
Sie verfügen damit sowohl über einen großen praktischen
Erfahrungsschatz als auch über eine umfangreiche Daten basis
zu Nutzerverhalten und Effizienzkennwerten.
Herbert Sinnesbichler
Telefon +49 8024 643-241
I H R K O N T A K T
Leistungen
Wir beraten und begleiten bereits ab der frühen Planungs-
phase Industriepartner, Bauherren und Investoren bei der
Errichtung von innovativen Gebäuden und Anlagen. Die
Bauvorhaben werden dabei durch erprobte Systeme zur
Qualitätskontrolle und Schadensanalyse abgesichert.
Darüber hinaus lassen sich mit maßgeschneiderten
Messprogrammen spezifische Fragestellungen in unseren
Versuchsgebäuden analysieren. Das betrifft insbesondere
den Einfluss von Gebäudehülle, Anlagentechnik und
Nutzerverhalten auf den gemessenen Energieverbrauch
bzw. auf die kalkulierten Energiebedarfswerte.
Anwendungsprojekt
Mockup-Bemusterung des Fassadenkonzepts
für den Neubau eines Verwaltungsgebäudes
Weitere Informationen finden Sie auf Seite 18.
»Demonstrationsprojekte leisten Pionier-arbeit für die Gebäude der Zukunft.«
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GEBÄUDESYSTEMLÖSUNGEN
Unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen
energieeffiziente Systeme, Konzepte und Technologien, die
das Raumklima ressourcenschonend nutzer- und nutzungs-
orientiert gestalten. Vor dem Hintergrund, dass ein nach
haltiges, effizientes Raumklima ein ideal abgestimmtes System
aus Architektur und Anlagentechnik erfordert, erarbeiten sie
Lösungen, die die Anforderungen – wie Behaglichkeit, Energie-
effizienz, Arbeits oder Betriebssicherheit – optimal erfüllen.
Dabei entwickeln, implementieren und erproben unsere
Expertinnen und Experten ganzheitliche Planungsansätze
sowie Bau- und Betriebs prozesse, basierend auf Konzepten
des »Building Information Modeling« (BIM).
Zudem bearbeiten sie die Integration baulicher, anlagen- und
informationstechnischer sowie nutzungsspezifischer Maßnah-
men im Bereich Gebäudeleittechnik und -automation. Um auch
bei komplexen Bauten eine hohe Energieeffizienz zu erreichen
und den Betrieb zu optimieren, müssen die anlagentechnischen
Systeme – wie Heizung, Lüftung, Kühlung, Licht- und
Sonnenschutz – bestmöglich aufeinander abgestimmt und als
Gesamtsystem integriert werden.
Thomas Kirmayr
Telefon +49 8024 643-250
Simone Steiger
Telefon +49 911 56854-9143
I H R E K O N T A K T E
Leistungen
Wir entwickeln Komponenten und Regelungsalgorithmen
für die technische Gebäudeausrüstung und den Betrieb.
Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Durchgängigkeit
der Kommunikation: So können die Lösungen mit dem
»Digitalen Zwilling« sowie im Labor hinsichtlich ihrer Inte-
gration in »fremde« Systeme getestet werden.
Zu diesem Zweck erstellen wir BIM-Methoden, Schnitt-
stellen und Werkzeuge – auf dieser Basis werden anschlie-
ßend Verfahren zur Fehlererkennung und Datenanalyse im
Gebäudebetrieb implementiert.
Anwendungsprojekt
VASE: Ermittlung der System-Effizienz von
Verbundanlagen zur Umsetzung der ErP-Richtlinie
Weitere Informationen finden Sie auf Seite 18.
»Mit einem Minimum an Energie ein Maximum an Behaglichkeit bieten.«
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LICHTTECHNIK UND PASSIVE SOLARSYSTEME
Der anforderungsgerechten Planung und Gestaltung des visu-
ellen Umfelds kommt eine besondere Bedeutung zu, denn wir
Menschen nehmen etwa 80 bis 90 Prozent der Informationen
über das Auge auf. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an
beleuchtungstechnische Lösungen in puncto Energieeffizienz
und Erreichung ehrgeiziger klimapolitischer Ziele.
Gute Gründe für unsere Expertinnen und Experten, wegwei-
sende Projekte zu Fassadenoptimierung, Straßen- sowie Allge-
mein beleuchtung von Gebäuden auf den Weg zu bringen. Die
Fassadentechnik spielt hinsichtlich einer energetisch effizienten
und biologisch wirksamen Solarenergie- und Lichtversorgung
eine maßgeb liche Rolle.
So ermöglichen gut geplante Fassaden, in den dahinter liegen-
den Räumen (z. B. Büros) zu etwa 80 Prozent der Zeit ohne
Wärmeenergie und Kunstlicht auszukommen. Auf diese Weise
lassen sich der Wärme- und Beleuchtungsenergiebedarf sowie
der Leuchtmitteleinsatz signifikant senken. Darüber hinaus
wirkt Tageslicht unmittelbar biologisch und positiv auf den
Menschen (z. B. bei der Steuerung des circadianen Rhythmus).
I H R K O N T A K T
»Rund 10 Prozent des Stromverbrauchs in Europa entfallen auf Beleuchtung – effiziente Lichtlösungen können einen erheblichen Beitrag zur Ressourcenschonung leisten.«
Leistungen
Wir entwickeln Bewertungsmethoden, Technologien und
Software, führen Validierungsuntersuchungen durch und sind
im Mess und Prüfwesen tätig. Anwendung findet unser
Know-how z. B. in Zusammenhang mit Lichttechnik von
Fassaden: Hier herrscht oft Planungsunsicherheit, da
Fassadensystemdaten und Beratungssoftware fehlen. Um
Fehlentscheidungen zu vermeiden, erarbeiten wir mit unseren
Laboreinrichtungen Technologien, ermitteln Kenndaten,
erstellen mit Simulationswerkzeugen Algorithmen und setzen
diese in Planungssoftware um.
Anwendungsprojekt
Mehr Planungsqualität für 600 000 Anwender
weltweit
Weitere Informationen finden Sie auf Seite 19.
Dr. Jan de Boer
Telefon +49 711 970-3401
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FLUG- UND FAHRZEUGKLIMATISIERUNG
Neben der Forschung zum Kabinenklima von Flug- und Fahr-
zeugen legen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
ihren Fokus auf die Entwicklung und Validierung des Gesamt
systems unter realen Bedingungen mit unterschiedlichen
Klimatisierungslösungen. Sie betrachten dabei Cockpit,
Passagierkabine und Frachträume ebenso wie die Avionik
(Gesamtheit der elektrischen und elektronischen Geräte) unter
energetischen Aspekten sowie Nutzungsanforderungen.
Im Rahmen von internationalen Projekten sowie für Hersteller
und Zulieferer der Luftfahrt- und Automobilindustrie werden
u. a. der thermische Komfort der Insassen, thermodynamische
Zusammenhänge und Kondenswasserbildung untersucht.
Am Standort Holzkirchen führen wir Tests in einem weltweit
einzigartigen Fluglabor durch: In einer Niederdruckkammer
befindet sich hier das Flugzeugsegment eines Großraum-
flugzeugs. Unsere Anlagen haben wir im Rahmen des
europäischen Luftfahrtforschungsprojekts »Clean Sky« zudem
um eine Businessjet-Plattform erweitert: Damit ist es möglich,
komplexe Tests für Flug- und Bodensituationen sicher am
Boden durchzuführen. Ergänzt werden die Testanlagen durch
das AirCraft Calorimeter (ACC), mit dem man thermische
Schocks oder rapiden Druckabfall simulieren kann.
I H R K O N T A K T
Leistungen
Neben der Erprobung von Technologien wie z. B. dem Luft-
verteilsystem oder Heatpipes (Wärmerohre) für die Kühlung
entwickeln wir thermische Modelle, basierend auf der »Indoor
Environment Simulation Suite« des Fraunhofer IBP, und
validieren diese in unseren Testeinrichtungen.
Die thermischen Modelle zeichnen sich – im Vergleich zu
herkömmlichen CFDBerechnungen – durch eine hohe
Geschwindigkeit aus. Mit der Entwicklung von Bewertungs-
methoden zur thermischen Behaglichkeit und unserem
»DressMAN«-Messsystem ermitteln wir den Komfort und
evaluieren ihn in Probandenversuchen.
Anwendungsprojekt
STELLA: Energieaustausch im Flugzeugrumpf
im Blick
Weitere Informationen finden Sie auf Seite 19.
Dr. Victor Norrefeldt
Telefon +49 8024 643-273
»Mit unserem weltweit einzigartigen Flug-labor können wir das Kabinenklima unter realen Bedingungen testen.«
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PLANUNGSWERKZEUGE
Die Weiterentwicklung und Validierung leistungsfähiger
Planungswerkzeuge sowie die Bereitstellung gesicherter Daten-
grundlagen für Berechnungen und modellbasierte Analysen
sind Gegenstand unserer Arbeit. Nicht zuletzt durch erhöhte
Anforderungen an Energieeffizienz und neue Verfahren ist
mit Blick auf die energetische und lichttechnische Bewertung
von Gebäuden und Siedlungen großer Bedarf an Rechenwerk-
zeugen entstanden. Das Fraunhofer IBP bietet hierzu einen
umfangreichen Satz an digitalen Lösungen.
Ein weiteres Tätigkeitsfeld ist die Entwicklung von mathe-
matisch-physikalischen Modellen, um Fragen zu Raumklima
und Luftqualität in Gebäuden und Transportfahrzeugen zu
beantworten: Moderne Simulations-Tools und numerische
Lösungsverfahren finden Einsatz, um Raumklimata nutzer
und nutzungsgerecht zu optimieren.
Um die vielfältigen innovativen Werkzeuge im Planungs-
prozess nutzbringend einsetzen zu können, definieren unsere
Expertinnen und Experten Schnittstellen, die Eingangsdaten
für Simulationen aus Gebäudeinformationsmodellen (BIM)
generieren: Hier soll gezeigt werden, wie die ganzheitliche
Bewertung bisher singulärer Planungsaufgaben und Lösungen
künftig effizienter durchgeführt werden kann.
I H R E K O N T A K T E
»Wir entwickeln zielgruppengerechte Algorithmen und Software nach dem Baukasten-Prinzip.«
Leistungen
Wir bieten vielfältige Planungswerkzeuge – etwa die Entwick-
lung und Implementierung neuer Berechnungsalgorithmen
oder Informations und Beratungstools. Diese finden Anwen-
dung in der Planungspraxis sowie bei der Bewertung spezieller
energetischer, raumklimatischer und lichttechnischer Fragen.
Die Schwerpunkte liegen bei Lösungen zur DIN V 18599,
der Erstellung von Tools für Planer und Entscheider sowie
der Entwicklung von Simulationswerkzeugen wie der
»Indoor Environment Simulation Suite«.
Anwendungsprojekt
EnEff-BIM: Gebäudesimulation zur Planung und
Betriebsoptimierung energie effizienter Gebäude
Weitere Informationen finden Sie auf Seite 19.
Sebastian Stratbücker
Telefon +49 8024 643-632
Simon Wössner
Telefon +49 711 970-3400
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Photogoniometer
Versuchseinrichtung für Fassaden-
kennwerte zur richtungsaufgelös-
ten Vermessung von lichttechni-
schen Komponenten und Systemen,
basierend auf dem Prinzip der
Lichtstrommessung.
DressMAN
Messsystem zur Bewertung des
thermischen Komforts in Gebäu-
den, Fahr- und Flugzeugen an-
hand der Summengröße »Äquiva-
lenttemperatur« – bestehend aus
spezieller Sensorik, Trägerpuppe
und Systemsoftware.
Virtuelles Fenster
Raum mit virtuellem Fenster für
psychologische Untersuchungen
zur Lichtwirkung in fensterlosen
Umgebungen. Die Bildprojektion
wird unter Berücksichtigung des
Blickpunkts und der Blickrichtung
angepasst.
TESTUMGEBUNGEN
Versuchseinrichtung für energetische und
raumklimatische Untersuchungen (VERU)
Testgebäude zur integralen Betrachtung von Fassade, Raum und
Anlagentechnik zur praxisnahen Analyse von Energieverbrauch
sowie visueller und thermischer Behaglichkeit mittels technisch-
funktionaler Prototypen.
Zwillingshäuser
Zwei identisch ausgestattete Einfamilienhäuser zur verglei-
chenden, praxisnahen Untersuchung unterschiedlichster
Wohnkonzepte hinsichtlich Energieeffizienz, thermischer
und visueller Behaglichkeit.
Modulplattform für energieeffiziente
Gebäude ausrüstung (MEGA)
»Hardware-in-the-Loop«-Testeinrichtung zur Untersuchung
der Energieeffizienz von Komponenten und kompletten
Systemen der technischen Gebäudeausrüstung unter realen
transienten Lastprofilen.
High Performance Indoor Environment (HiPIE) Labs
Testumgebungen für die ganzheitliche Wirkungsforschung
unter gezielter Konditionierung der bauphysikalischen
Umgebungsbedingungen Akustik, Beleuchtung, Raumklima
und Luftqualität.
Indoor Air Test Center (IATC)
Testzentrum für Untersuchungen zur Luftqualität, zum
Strömungs- und Temperaturverhalten sowie zur Wirksamkeit
aktiver und passiver Luftreinigungssysteme in Gebäuden und
Fahrzeugen.
Fraunhofer Flight Test Facility (FTF)
Weltweit einzigartiges Fluglabor mit 30 Meter langer Nieder-
druckkammer und Flugzeugsegmenten unterschiedlicher Größe
zur Untersuchung des Kabinenklimas und des thermischen
Flugzeugsystems.
SOFTWAREENTWICKLUNGEN
� IBP:18599-Produktfamilie
Rechenkern IBP18599kernel zur Energieeinsparverordnung
(EnEV), der von den meisten der führenden Software
hersteller in Deutschland als Gleichungslöser verwendet
wird zuzüglich einiger Anwendungsprogramme.
� Indoor Environment Simulation Suite (IESS)
Geometrisch korrekte Modelle zur Vorhersage des
Innenraumklimas in Gebäuden, Fahr- und Flugzeugen:
Bewertung der Einflüsse von Luftströmungen, Strahlung,
Wärme-, Feuchte- und Schadstoffquellen.
� District Energy Concept Adviser (District ECA)
Software zur Bewertung von Energiekonzepten in der
frühen Entscheidungsphase hinsichtlich der energeti-
schen Potenziale von unterschiedlichen Gebäude- und
Versorgungsstrategien für Stadtteile.
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FACHGEBIETE ANWENDUNGSPROJEKTE
»Effizienzhaus Plus«:
Vom Pilotprojekt zur Begleitforschung
Ausgehend von einem Pilotprojekt in Berlin wurden die
Wissen schaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-
Instituts für Bauphysik IBP mit der Evaluierung und Verbreitung
des »Effizienzhaus Plus«Standards beauftragt. Im Rahmen
der Begleitforschung überprüfen sie mithilfe des eigens am
Fraunhofer IBP entwickelten »Effizienzhaus Plus«Rechners die
Planungswerte von 44 in einem Netzwerk zusammengefassten
Modellvorhaben in Deutschland. Während der zweijährigen
Monitoringphase nach Inbetriebnahme der Gebäude werten
sie die Messdaten vergleichend aus. Die bisherigen Messungen
zeigen, dass fast alle »Effizienzhaus Plus«Vorhaben auch in
der Praxis einen Energieüberschuss aufweisen – sowohl bei den
Wohn- als auch den Schulgebäuden. Zudem konnten wir im
Rahmen einer Studie aufzeigen, dass bei einer 15-prozentigen
Marktdurchdringung des Standards im Neu- sowie sanierten
Altbau in Deutschland jährlich erhebliche Treibhausgasminde-
rungspotenziale erzielt werden können. Im Jahr 2050 wären
das ca. 14 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente – ein Anteil von
33 Prozent an den Zielen für den Gebäudesektor des Klima-
schutzplans 2050 der Bundesregierung.
Mockup-Bemusterung des Fassadenkonzepts
für den Neubau eines Verwaltungsgebäudes
Innovative Fassaden beruhen auf einer Disziplinen-Kombina-
tion aus Leichtbau, Metallbau, Glaswesen, Haustechnik etc.
mit hohen bauphysikalischen Anforderungen. Die Nutzung
von technischen Mockups im integralen Planungsprozess
führt zu Kosteneinsparung und Fehlervermeidung. Ziel des
Projekts war es, anhand eines 1:1-Fassaden-Mockups die
Wirkungsweise einer Abluftfassade zu überprüfen. Im Rah-
men der integralen Planung des zugehörigen Bauvorhabens
konnten damit vor Baubeginn die Planungsansätze optimiert
werden. Hierfür wurde die Fassade an der Versuchseinrich-
tung für energetische und raumklimatische Untersuchungen
(VERU) auf unserem Freigelände installiert. Mit der mess
technisch ausgerüsteten Fassade untersuchten wir den
Planungsansatz hinsichtlich Funktion der Komponenten, ihres
Zusammenspiels und der raumklimatischen Wirkung. Anhand
des Mockups konnte der Aufbau optimiert und durch
Planungsteam und Bauherren bemustert werden. Mit den
Messdaten validierten die Fachplaner ihre Planungsmodelle,
sodass eine hohe Planungssicherheit und zügige Inbetrieb-
nahme am realen Objekt erreicht wurde.
VASE: Ermittlung der System-Effizienz von
Verbundanlagen zur Umsetzung der ErP-Richtlinie
Kern des Forschungsvorhabens VASE (VerbundAnlagen
SystemEffizienz) ist die Etablierung einer Testumgebung
zur energetischen Bewertung von Verbundanlagen unter
realen Lastbedingungen. Im Kontext der Richtlinie ErP
(Energie verbrauchsrelevante Produkte) beurteilen wir Anlagen
hinsichtlich ihrer Gesamteffizienz und erarbeiten Methoden zu
deren Ermittlung. Dazu bauen wir auf der eigens entwickelten
Modulplattform für energieeffiziente Gebäudeausrüstung
(MEGA) komplette Anlagensysteme auf und untersuchen
diese unter transienten (nicht konstanten) Lastprofilen im
Hinblick auf ihre Effizienz. Parallel werden die Installationen in
Simulationen abgebildet und zur Validierung genutzt, um ein
einfaches Berechnungswerkzeug ableiten und zur Verfügung
stellen zu können. Mit einem »Hardware-in-the-Loop«-Ansatz
umfasst das Projekt eine Kombination aus realen Messaufbau-
ten und Teilsimulationen, die in Echtzeit gekoppelt werden
(z. B. den Aufbau einer Sole/WasserWärme pumpe, gekoppelt
mit einer transienten Heizlastsimulation).
Mehr Planungsqualität für 600 000 Anwender weltweit
Im Mittelpunkt dieses Projekts stand die Verbesserung der
qualitativen und quantitativen lichttechnischen und energe-
tischen Fassadenplanung. Realisiert werden sollte dieses Ziel
durch die Bereitstellung geeigneter Planungswerkzeuge für die
Beratungspraxis. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
führten mess- und softwaretechnische Arbeiten durch.
Dabei erweiterten sie das bestehende Photogoniometer, um
Messungen an Fassadenkomponenten durchführen zu können.
Die Anlage erfasst (ortsaufgelöst) sowohl den Durchgang von
Strahlen (Transmission) als auch die Reflexion an Fassaden-
komponenten. Anhand dieser Messdaten lassen sich Licht-
stärkeverteilungskurven (LVK) verschiedener Fassadensysteme
(Sonnenschutz, Blendschutz- und Tageslichtsysteme, Dachober-
lichter) berechnen. Mit über 50 vermessenen Systemen steht
eine große Zahl an Daten zur Verfügung. Eingebunden wurde
der im Zuge der Forschung entwickelte fassadentechnische
Algorithmus in die kostenlose Software DIALux zur Berechnung
der Lichtausbreitung in beliebigen Gebäudestrukturen, die
weltweit von über 600 000 Anwendern genutzt wird.
STELLA: Energieaustausch im Flugzeugrumpf im Blick
Ziel des Projekts war es, nachzuvollziehen, wie viel Energie
im Flugzeugrumpf über Konvektion (Strömungstransport),
Leitung und Strahlung bei Misch- bzw. Quell-Lüftung ausge-
tauscht wird. Dabei untersuchten die Wissenschaftlerinnen
und Wissenschaftler Sensoren und Systeme, um eine bedarfs-
gerechte Anpassung des Umluftanteils zu ermöglichen. Zu
diesem Zweck passten sie den Testaufbau im Flugzeugrumpf
der Fraunhofer Flight Test Facility (FTF) so an, dass eine
energetische Bewertung anhand der sich einstellenden Luft-
und Oberflächentemperaturen möglich war. Es wurde ein
Tracergassystem installiert, das Haupt- und Nebenluftpfade
detektiert und quantifiziert. Das Messsignal breitbandiger
VOCDetektoren (VOC = Volatile Organic Compounds),
die man an verschiedenen Stellen in der Flugzeugkabine
installiert hatte, wurden im Rahmen eines Probandentests mit
der subjektiv empfundenen Geruchsqualität sowie mittels der
objektiven Einschätzung durch ein geschultes Panel bewertet.
EnEff-BIM: Gebäudesimulation zur Planung und
Betriebsoptimierung energie effizienter Gebäude
Das Ziel des Projekts bestand in der Planung, Auslegung
und Betriebsoptimierung von energieeffizienten Neu und
Bestandsbauten durch Modellierung und Simulation auf Basis
von Gebäudeinformationsmodellen (BIM). Herausfordernd ist
beispielsweise die Berechnung der Energie effizienz einzelner
Gebäudekomponenten oder der lokalen thermischen Behag-
lichkeit in einem Raum. Hierfür wurde die topologische Infor-
mation aus BIM zugänglich gemacht. Diese kann nun über
eine automatische Vernetzung von sogenannten Functional
Mockup Units (FMU) – spezialisierte Simulationsmodule, die
ausführbaren Berechnungscode enthalten – für solche Berech-
nungen genutzt werden. Die automatische Initialisierung von
CoSimulation erleichtert dabei die strukturelle Analyse des
Gebäude systems durch Austausch einzelner Module anstelle
von gesamten Simulationsmodellen. Durch die Erweiterung
von parametrischen auf strukturelle Variantenstudien ergeben
sich Optimierungspotenziale für Gebäudeentwürfe im
Planungsverlauf.
Bildquellen
Seite 4: GWG München
Seite 5: BMI / ZEBAU
Seite 7: Bundesverband Deutscher Fertigbau e. V. (BDF)
Alle übrigen Abbildungen:
© Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP
20
Standort Holzkirchen
Fraunhoferstraße 10
83626 Valley
Telefon +49 8024 643-0
Fax +49 8024 643-366
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP
Nobelstraße 12
70569 Stuttgart
Telefon +49 711 970-00
Fax +49 711 970-3395
www.ibp.fraunhofer.de/energieeffizienz-raumklima
Standort Nürnberg
Fürther Straße 250
c/o Energie Campus Nürnberg,
Auf AEG, Bau 16
90429 Nürnberg
