Masterarbeiten 2011

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Masterarbeiten im Sommersemester 2011 Weiterbildender Masterstudiengang ClimaDesign (M.Sc.)

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Broschüre der Masterarbeiten 2011

Transcript of Masterarbeiten 2011

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Masterarbeiten im Sommersemester 2011

We 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 . )

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Kontakt

Ansprechpartner

Studiengangsleitung

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gerhard Hausladen

Dipl.-Ing. Uta Steinwallner

Der Masterstudiengang ClimaDesign greift aktuelle Entwicklungen im Bereich des energie- und klimaoptimierten Bauens auf. Änderungen und Aktualisierungen von Inhalt und Themen sind möglich.

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Vorwort

Weiterbildender Masterstudiengang ClimaDesign

Themen der Masterarbeiten nach dem Sommersemester 2011:

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Mohannad Bayoumi

Giulia Cupelloni

Nicole Dechent

Melanie Eibl

Evelyn Gumpp

Niko Heeren

Ingemar Hunold

Hsuan-Yin Peng

Matthias Rammig

Stephan Rauch

David Sauerwein

Optimising the high-rise facadeDevelopment of a façade planning tool that integrates energygeneration with energy saving features.

Bewertungskatalog von Tageslichtlenkungssystemen für Büro-gebäude. Reduzierung des Energieverbrauchs und Verbesse-rung der Innenraumqualität

Potenziale und Maßnahmen zur Stromeffiziez in Deutschen Haushalten - anhand von Evaluierungen

Lernen aus der Geschichte. Historisches Klima in Museen und resultierende Klimatisierungsstrategien am Beispiel der Alten Pinakothek.

Nachhaltigkeitsanalyse zur Optimierung zukünftiger Niederlas-sungen der Firma juwi auf Grundlage des Unternehmenssitzes Brandis.

Ecological potentials of load management in buildings

Smart Grid - Chancen und Potentiale von Erzeuger- und Ver-braucherlastprofilen

Raumkühlung mittels optimierter PCM-Baukomponenten Optimized PCM-Building Components for Space Cooling

ClimaDesign Konzepte für die zukünftige Nutzung ehemaliger historischer Industriegebäude am Beispiel der alten Tabakfabrik in Linz.

Kostenparameter für energieoptimierte Konzepte im Einfamili-enhausbereich. Von EnEv 2009- bis Nullenergiestandard.

Weniger Dämmung durch mehr TechnikGebäudekonzepte mit regenerativer Energietechnik als effizien-te Alternative zu hoch wärmegedämmten Gebäuden

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Der Masterstudiengang ClimaDesign greift aktuelle Entwicklungen im Bereich des energie- und klimaoptimierten Bauens auf. Änderungen und Aktualisierungen von Inhalt und Themen sind möglich.

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Judith Kata Stock

Julius Streifeneder

Ulrike Volz

Energieverbrauch in Hochhäuserneine Analyse an ausgewählten Objekten in Frankfurt am Main

Planungstrategien zur Energieoptimierung von Fabrikhallen inheißen Klimaregionen- untersucht an einem Fallbeispiel in Neu Delhi

Leitfaden für die energetische Sanierung denkmalgeschützter Gebäude in IphofenEnergetic renovation of historical monuments in Iphofen- a manual

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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 2009 der dritte 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, November 2011Gerhard 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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Mohannad Bayoumi

Optimisingthe high-rise facade

Development ofa façade planning toolthat integrates energygeneration with energysaving features.

The skin of a high-rise building is very critical, especially when it goes beyondweather, sound protection, security and privacy. The energy generating façadeis becoming a fundamental component in contemporary buildings. However,the window area and the area reserved for energy generation are two criticalcorrelating parameters among others that need to be optimised in order tominimise solar heat gain and maximise energy yield. In a world newlyconcerned about carbon emissions, global warming and sustainable design,especially in warm countries where high-rise buildings are in large demand, itis imperative to investigate the utilisation of the building skin to meet comfortneeds with the minimum possible technical complexity, energy demand andfossil energy.The central two questions of this research are as follows; for a specificlocation and particular orientation, what is the optimum Window Fraction, andwith which gglass-value, with which fc factor, i.e. sun protection, with whichwindow tilt angle? If the energy demand is to be totally or partially covered withsolar energy; what is the optimum Window Fraction, with which cooling system,i.e. solar/electric, and with which tilt angle?Obviously, there cannot be one direct single answer for each of the tworesearch questions. It makes a lot of sense to have a handy, dynamic andparametric planning tool that assists the architect/planner by generating criteriathat suit his input data in the early conceptual design phase. After developingoptimisation algorithms, the simulation results of different façade properties arecombined with selected solutions for energy generation to determine optimumconditions and demonstrate them in the catalogue form. The developedfacade optimisation and planning should be in the end able to function withevery location and climate data. For simplifying purposes for the time being, theaim was to focus on one location that has high irradiation with dry air for mostof the year, i.e. does not need a lot of energy to condition like in the case ofhumid air. Fig. 1 concludes the the main correlating parameters in thedeveloped computer programme. Fig. 2 illustrates the difference between lo-wandhigh-rise buildings in terms of irradation per room square meter. The energybalance [supply/demand] for a reference building in a reference model withnon-optimised facades is shown in Fig. 3. After applying different optimisationinterventions using the developed tool, the behaviour of the balance curve inFig. 4 considerably improves and reaches plus-energy balance with high floors!

Mohannad Bayoumi

Optimisingthe high-rise facade

Development ofa façade planning tool that integrates energy generation with energy saving features.

The skin of a high-rise building is very critical, especially when it goes beyond weather, sound protection, security and privacy. The energy generating façade is becoming a fundamental component in contemporary buildings. However, the window area and the area reserved for energy generation are two critical correlating parameters among others that need to be optimised in order to minimise solar heat gain and maximise energy yield. In a world newly concerned about carbon emissions, global warming and sustainable design, especially in warm countries where high-rise buildings are in large demand, it is imperative to investigate the utilisation of the building skin to meet comfort needs with the minimum possible technical complexity, energy demand and fossil energy.

The central two questions of this research are as follows; for a specific location and particular orientation, what is the optimum Window Fraction, and with which gglass-value, with which fc factor, i.e. sun protection, with which window tilt angle? If the energy demand is to be totally or partially covered with solar energy; what is the optimum Window Fraction, with which cooling system, i.e. solar/electric, and with which tilt angle?

Obviously, there cannot be one direct single answer for each of the two research questions. It makes a lot of sense to have a handy, dynamic and parametric planning tool that assists the architect/planner by generating criteria that suit his input data in the early conceptual design phase. After developing optimisation algorithms, the simulation results of different façade properties are combined with selected solutions for energy generation to determine optimum conditions and demonstrate them in the catalogue form. The developed facade optimisation and planning should be in the end able to function with every location and climate data. For simplifying purposes for the time being, the aim was to focus on one location that has high irradiation with dry air for most of the year, i.e. does not need a lot of energy to condition like in the case of humid air. Fig. 1 concludes the the main correlating parameters in the developed computer programme. Fig. 2 illustrates the difference between low- and high-rise buildings in terms of irradation per room square meter. The energy balance [supply/demand] for a reference building in a reference model with non-optimised facades is shown in Fig. 3. After applying different optimisation interventions using the developed tool, the behaviour of the balance curve in Fig. 4 considerably improves and reaches plus-energy balance with high floors!

Fig. 3 Trend of Electric energy balance with increasing floors [not optimised]

Fig. 2 Irradiation per m2 room in high-rise is lower than in low-rise

Fig. 4 Trend of Electric energy balance with increasing floors [optimised]

Fig. 1 Overview on the basic integrated aspects in the planning tool

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Mohannad Bayoumi

Optimisingthe high-rise facade

Development ofa façade planning tool that integrates energy generation with energy saving features.

The skin of a high-rise building is very critical, especially when it goes beyond weather, sound protection, security and privacy. The energy generating façade is becoming a fundamental component in contemporary buildings. However, the window area and the area reserved for energy generation are two critical correlating parameters among others that need to be optimised in order to minimise solar heat gain and maximise energy yield. In a world newly concerned about carbon emissions, global warming and sustainable design, especially in warm countries where high-rise buildings are in large demand, it is imperative to investigate the utilisation of the building skin to meet comfort needs with the minimum possible technical complexity, energy demand and fossil energy.

The central two questions of this research are as follows; for a specific location and particular orientation, what is the optimum Window Fraction, and with which gglass-value, with which fc factor, i.e. sun protection, with which window tilt angle? If the energy demand is to be totally or partially covered with solar energy; what is the optimum Window Fraction, with which cooling system, i.e. solar/electric, and with which tilt angle?

Obviously, there cannot be one direct single answer for each of the two research questions. It makes a lot of sense to have a handy, dynamic and parametric planning tool that assists the architect/planner by generating criteria that suit his input data in the early conceptual design phase. After developing optimisation algorithms, the simulation results of different façade properties are combined with selected solutions for energy generation to determine optimum conditions and demonstrate them in the catalogue form. The developed facade optimisation and planning should be in the end able to function with every location and climate data. For simplifying purposes for the time being, the aim was to focus on one location that has high irradiation with dry air for most of the year, i.e. does not need a lot of energy to condition like in the case of humid air. Fig. 1 concludes the the main correlating parameters in the developed computer programme. Fig. 2 illustrates the difference between low- and high-rise buildings in terms of irradation per room square meter. The energy balance [supply/demand] for a reference building in a reference model with non-optimised facades is shown in Fig. 3. After applying different optimisation interventions using the developed tool, the behaviour of the balance curve in Fig. 4 considerably improves and reaches plus-energy balance with high floors!

Fig. 3 Trend of Electric energy balance with increasing floors [not optimised]

Fig. 2 Irradiation per m2 room in high-rise is lower than in low-rise

Fig. 4 Trend of Electric energy balance with increasing floors [optimised]

Fig. 1 Overview on the basic integrated aspects in the planning tool

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Giulia Cupelloni

Bewertungskatalog von Tageslichtlenkungs-systemen für Bürogebäude

Reduzierung des Energieverbrauchs und Verbesserung der Innenraumqualität

Die Forschung ist auf die Potenzialeinschätzung von natürlichem Licht kon-zentriert zur Verbesserung der Behaglichkeit in Gebäuden und zur Energieein-sparung. Der Bereich der Untersuchung wurde auf Bürogebäude fokussiert. Es werden die wichtigsten auf dem Markt vorhandenen Lichtlenkungssysteme analysiert.Systeme. Es wurden Fassaden- und Dachsysteme ausgewählt die zu den wich-tigsten typologischen Kategorien gehören, und sortiert nach Art der Anwendung und nach Position entsprechend der Hülle des Gebäudes.Die Systeme werden beschrieben in Bezug deren Eigenschaften und Leistungen mit einer einheitlichen Identifikationstabelle, was einen rechtzeitigen genauen Vergleich ermöglicht.Fallbeispiele. Um die Anwendung der Systeme zu überprüfen wurden Fallbei-spiele ausgesucht, auf der Grundlage von: den verschiedenen Typen dieser Systeme; ihrer architektonischen Bedeutung; dem Standort und dem Baujahr. Die Fallbeispiele wurden dann gruppiert und sortiert mit denselben typologi-schen Kategorien; auch diese sind katalogisiert mit einer einheitlichen Über-sichtstabelle.Im Hinblick auf die “Architekturen” wurden Gebäude von großer Bedeutung und Ruf ausgewählt, aber auch Gebäude der “Standard” Baupraxis. Diese Artikula-tion der Fallbeispiele ermöglicht es, die Wahl des Systems im Vergleich mit der wirtschaftlichen Dimension des Projektes darzustellen. Bedeutende Gebäude entwickeln oft ad hoc Systeme, die dann durch den Hersteller patentiert wer-den. Dank dieses Prozesses können einige gute Systeme industrielle Produkte werden und in den Gebäuden benutzt werden, die man vorher “Standard” genannt hat.Die Fallbeispiele gehören zu drei Klimazonen, und sind daher repräsentativ für eine große internationale Szene; sie wurden zwischen den “Architekturen” der letzten Jahre ausgewählt, von den 90er Jahren bis heute.Ergebnisse. Von der Überprüfung der Systeme und den damit verbundenen Fallstudien wurden Schlussfolgerungen gezogen in Bezug auf: geographische Verteilung der Produktion der ausgewählten Systeme; Einsatz von Systemen in Bezug auf die Klimazone; allgemeine Eigenschaften der Systeme; spezifische Eigenschaften der Systeme.Es wurden schließlich verschiedene Szenarien für die Umsetzung der Systeme überprüft in Bezug auf die gewählten drei Klimazonen. Jede Klimaregion wird von einer Stadt dargestellt. Es werden unterschiedliche Systemmöglichkeiten vorgeschlagen in Zusammenhang mit Fassadenorientierung, Sonneneinfallswin-kel und Solarstrahlung.

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FallbeispieleSysteme Ergebnisse

Siteco GmbH, Combisol; Eckelt Glas GmbH, Coolshade Silber (Hersteller Katalogen)

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Nicole Dechent

Potenziale und Maßnahmen zur Stromeffiziez in Deutschen Haushalten

anhand von Evaluierungen

Der stetig wachsende Energieverbrauch führt zu steigenden schädlichen Treib-hausgas-Emissionen und trägt zur globalen Erwärmung bei. Unser Verhalten führt dazu, dass der Klimawandel sich in Gang gesetzt hat.Das Bewusstsein der Menschen hat sich durch die hohen Energiekosten ge-wandelt und das Interesse an Energieeffizienten Maßnahmen wächst ständig. Für ca. 40% der energiebedingten CO2 Emissionen ist die Stromerzeugung verantwortlich. Der Haushaltssektor macht 27% des Gesamtstromverbrauchs in Deutschland aus. Darum sind Maßnahmen, die zur Senkung des Gesamt-stromverbrauchs der Haushalte beitragen, dringend erforderlich. Deshalb wurde im Rahmen dieser Masterthesis untersucht, wie sich der Strom-verbrauch der deutschen Haushalte zusammenstellt und wo es in diesem Bereich Einsparpotentiale gibt. Dafür wurden mehrere Haushalte mit verschie-denen Nutzerstrukturen untersucht, in dem mit Energiekostenmonitoren Messungen in den einzelnen Haushalten durchgeführt wurden. Es werden auch neben den Lastmanagement Grundlagen, verschiedene dyna-mische Tarif Modelle vorgestellt. Immer wieder wurde auf die erworbenen Messungen der verschiedenen Haushalte zurückgegriffen, um verschiedene Einsparpotentiale der Haushalte durch Lastmanagement untersuchen zu könenn. Im laufe der Untersuchungen wurde festgestellt, dass dynamische Stromtarife eine grosse Einsparpotentiale haben. Jedoch erst dann, wenn es in einem Haushalt genügend verlagerbare Lasten gibt.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich auch mit verschiedenen Berechnungen, wie z.B. wie hoch die Einsparpotenziale wäre, wenn man Elektrogeräte von Netz nehmen würde oder wenn man bestands Elektrogeräte durch Energieeffiziente austauschen würde. Tatsächlich gibt es auch hier enorme Einsparpotentiale, doch die langsame Entwicklung der dynamischen Stromtarife von Seiten der Energieversorgungsunternehen und die noch langsamere Implementation von intelligenten Zählern bringen die ganze Marktsituation zum zögern.

In dieser Studie wird auch auf die Akzeptanz des Nutzers eingegangen und wie man diese steigern könnte. Das Verhältnis zwischen Stromverbrauch und Handlungsweise ist den meisten Kunden nicht bewuss, was auf den Mangel an Information zurückzuführen ist. Der Mensch an sich ist nicht das Problem, sondern sein Verhalten. Sobald er in der Lage ist, sein Verhalten zu ändern, wird es möglich sein den Stromverbrauch in den Haushalten zu senken.

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Bild 3_ Lastverlauf Haushalt (M. Newborough et. all)

Bild 2_ Stromverbrauch in Deutschland (Umwelt Bundesamt)

Bild 4_ Lastgangoptimierung (energiemarktplatz.de)

Bild 1_ kWh_ (Flickr)

Toaster

Wasch-maschineElektro-

boiler

Elektro-boiler

Kühlschrank

Zeit

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Melanie Eibl

Lernen aus der Ge-schichte. Historisches Klima in Museen und resultierende Klima-tisierungsstrategien am Beispiel der Alten Pinakothek.

Ursprünglich wurden die musealen Klimasollwerte für relative Feuchte undTemperatur von praktischen Beobachtungen der Wechselwirkung zwischenKunstwerken und ihrer Umgebung abgeleitet. Später fanden auch chemischeund physikalische Alterungsprozesse sowie die diversen Materialeigenschaftender Kunstwerke Berücksichtigung. Im Laufe der Zeit und mit der Verfügbarkeittechnischer Systeme zur Klimakontrolle entwickelten sich Sollwerte, die – deut-lich strikter als die menschlichen Komfortkriterien – heute meist nur durch denmassiven Einsatz von Technik und Energie eingehalten werden können. Weltweit schwindende Ressourcen und die angespannte finanzielle Situationvieler Museen und Sammlungen in historischen Gebäuden führen derzeit zueinem Umdenken und der Wiederaufnahme der Debatte um Klimasollwertvor-gaben und zulässige Schwankungsbreiten. Eines der Hauptargumente ist dieThese, dass heute kein neuer Klimaschaden auftritt, wenn die derzeitigen klima-tischen Verhältnisse innerhalb der Grenzen der historischen Extremwerte liegen. Der innovative Ansatz dieser Masterthesis ist die Rekonstruktion der histori-schen Innenraumklimabedingungen für einen der ersten reinen Museumsbau-ten, die Alten Pinakothek. Anhand von sechs Phasen wird die 175jährige Bau- und Klimageschichte dargestellt, wobei jede Phase eine charakteristischeKlimatisierungsstrategie repräsentiert, die wiederrum ein typisches Innenraum-klima zur Folge hat. Jede Strategie besitzt Vor- und Nachteile, die es gegenein-ander abzuwägen gilt, um daraus Schlüsse für die heutige Zeit zu ziehen. Archivalien, wie Baupläne, Skizzen, Korrespondenz, Rechnungen und ähnliches lieferen dabei die Eingabeparameter für eine qualitativ ausgerichtete Simulation des Innenraumklimas und der zugehörigen Energieflüsse. Die Analyse dieser Simulationsergebnisse zeichnet ein Bild der historischen Klimabedingungenund liefert neue Erkenntnisse zum jahreszeitlichen Verlauf des Innenraumklimasund den Fluktuationen von relativer Feuchte und Temperatur. Der Vergleich derPhasen ermöglicht darüber hinaus tendenzielle Aussagen zur Effektivität undzum Potential der untersuchten historischen Klimatisierungsstrategien undGebäudekonzepte. Der Rückblick auf die Bau- und Klimageschichte der Alten Pinakothek verdeut-licht außerdem ein grundlegendes historisches Bewusstsein für ganzheitliche Zusammenhänge, die heute als ClimaDesign wiederentdeckt und weiterentwi-ckelt werden. Lernen aus der Geschichte wird somit zum wichtigen Bestand-teil einer nachhaltigen Erhaltungsstrategie, die Präventive Konservierung und ClimaDesign vor dem Hintergrund ökologischer, sozialer und ökonomischer Aspekte zusammenführt.

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Querschnitt durch die Alte Pinakothek im Erbauungszustand nach einer Zeichnung desArchitekten Leo von Klenze aus dem Jahr 1830

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Evelyn Gumpp

Nachhaltigkeitsanalyse zur Optimierung zukünftiger Nieder-lassungen der Firma juwi auf Grundlage des Unternehmenssitzes Brandis.

Der Begriff Nachhaltigkeit ist mittlerweile auch im festen Sprachwortschatz desBauwesens angekommen, jedoch nicht immer richtig verstanden und im vielsei-tigen Kontext benutzt. Das Ziel der Nachhaltigkeit besteht darin, die ökonomi-schen, ökologischen aber auch gesellschaftlichen Aspekte einer Entwicklungim Gleichgewicht zu halten.Die Architektur steht bei der Umsetzung dieses Ziels in der Verantwortung.Gebäude sind Lebensraum, Arbeitsumgebung und Ursache der größten vom Menschen bewirkten Stoffflüsse. In Deutschland gehen nach Angaben des Bundeswirtschaftsministeriums mehr als ein Drittel des Energieverbrauchs undder Emissionen sowie 60% des Abfallaufkommens auf den Gebäudesektorzurück. Die weltweite Betrachtung liefert ein ähnliches Bild. 50% des globalenMaterialverbrauchs gehen zu Lasten von Bauwerken. Allein die weltweitenCO2-Emissionen in Verbindung mit Zement schlagen doppelt so hoch zu Buchewie der gesamte Flugverkehr.Das Ziel nachhaltig zu handeln wirft neue Fragestellungen auf und stellt gleich-zeitig große Herausforderungen. Die Anforderungen an Gebäude sind im Zugeder Diskussion um Themen wie Klimawandel, Ressourcenschonung und Um-weltschutz gerade in jüngster Zeit gestiegen. Akteure im Bauwesen erwartennun auch Aussagen zum Lebenszyklus des Gebäudes, wie z.B. Informationenüber Energieverbrauch und Haltbarkeit der Bauteile. Des Weiteren sind nebenderen Wirkungen auf Umwelt und Gesundheit auch deren Einfluss auf die Wert-stabilität durch Reduktion des Unterhalts- und Instandsetzungsaufwandes vonInteresse. Zur Beleuchtung dieser Bereiche dient eine Ökobilanzierung, welcheden Lebenszyklus eines Gebäudes in die Phasen Herstellung, Instandsetzung,Betrieb und Entsorgung aufgliedert. Oberstes Ziel aller Lebenszyklusphasenist der möglichst effiziente Einsatz von Ressourcen, um die zur Verfügungstehenden Energien verantwortungsvoll einzusetzen. Da die Versorgung einesGebäudes mit Energie den größten Einfluss im gesamten Lebenszyklus besitzt,sind die Reduktion und die Art der Bereitstellung des Energiebedarfs zentraleElemente der Nachhaltigkeitsstrategie. Während derzeit Gebäude durchschnitt-lich 80% der Energie für den Betrieb und nur 20% für die Errichtung benötigen,relativiert sich dieses Verhältnis je niedriger der Bedarf an Versorgungsenergieist. In diesem Zusammenhang steht eine Verschiebung der Energiebedarfs-verhältnisse innerhalb der Lebenszyklusphasen. Aus diesem Grund rücken die Energieaufwendungen für Herstellung und Instandsetzungen stärker in den Fokus energetischer Optimierungsuntersuchungen. Das Lebenszykluswissen erstreckt sich gegenwärtig eher über die Energieträger, während über die Aus-wirkungen der Baustoffe kaum Informationen vorliegen.

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Um dies im speziellen Projektfall zu ändern, wird der Firmensitz der Firma juwi Holding AG in Brandis als Prototyp für weitere Niederlas-sungen mit Schwerpunkt auf der ökologischen Betrachtung sowie der Optimierung der Gebäudetechnik beleuchtet. Von der „Wiege bis zur Bahre“ werden alle Aufwendungen für das Gebäude von der Produkti-on der verwendeten Baumaterialien über die Gebäudeherstellung, die notwendigen Instandsetzungsmaßnahmen, den Betrieb und die Entsor-gung des Gebäudes am Ende der Lebensdauer erfasst und deren Um-weltwirkungen aufgezeigt. Das Energiekonzept wird unter besonderer Betrachtung der Anlagentechnik analysiert und ein Verbesserungsvor-schlag basierend auf einem Eisspeicher genannt. Aus diesen Analysen ergeben sich Optimierungspotenziale, die zur Umsetzung der Unter-nehmensphilosophie nachhaltig zu handeln ihren Beitrag leisten.

Untersuchungsobjekt juwi Holding AGNiederlassung Brandis

Prototyp für 80 Mitarbeiter

Darstellung der Lebenszyklusphasen und Systemgrenze über die Gebäudelebensdauer von 50 JahrenQuelle: In Anlehnung an Graubner, Ökobilanzstudie

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Niko Heeren

Ecological potentials of load management in buildings

The work investigates the ecological potentials of load management in buil-dings. Per square meter approximately three times the thermal energy is irradi-ated, than it is consumed by an average German building per year. The aim is to investigate possibilities to approach annual energy supply and demand. In a first step the environmental potentials of load management are identified. It shows that it fosters utilization of Renewable Energies. Furthermore, the de-mand in operating reserve for electricity can be reduced. That is important since it can cause considerable environmental impacts.

The second section explores the different possibilities of load management in buildings. The current regime of electricity generation in Germany conflicts with the power generation from Renewable Energies. Thus, a possible pathway of electricity network transformation is outlined. New technologies suggest that in the future new possibilities of load management will emerge. For instance, seasonal shift of thermal energy can be realised by means of exergy storage and heat pumps. Another example is solar-thermal power plants that are able to provide daylong electricity from solar energy.

The third part of this work proposes a model for the evaluation of electricity storage and Demand Side Management (DSM) of appliances, including envi-ronmental impact indicators. By means of the model it is illustrated, that direct ecological potential of load management is limited. Measures, such as energy efficiency and fuel switch for thermal energy production appear far more effecti-ve, in terms of abatement of greenhouse gas emissions.

The concept of load management provides valuable possibilities to transform electricity networks in the future. DSM and energy storage represent a means to provide operating reserve. The total potential of these measures even exceeds the average operating reserve that is currently held by German network ope-rators. Electricity from Renewable Energies conflicts with the baseload in the electricity network. The electricity network of the future should be able to make use of mostly Renewable Energies. Load management will be an important technique to establish such a network.

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The DSM and storage modelGerman average annual supply in Rene-wable Electricity

Results for electricity storage

Night and day variations of solar energy (NASA)

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Time of day [h]

Demand [GW]

Demand w/ storage [GW]

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Storage level [GWh]

Charging power [GW]

The DSM and storage modelGerman average annual supply in Rene-wable Electricity

Results for electricity storage

Night and day variations of solar energy (NASA)

0  

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Demand [GW]

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Storage level [GWh]

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The DSM and storage modelGerman average annual supply in Rene-wable Electricity

Results for electricity storage

Night and day variations of solar energy (NASA)

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Ingemar Hunold

Die Abschlussarbeit „Smart Grid - Chancen und Potentiale im Zusammenspiel von Erzeuger- und Verbaucherlast“ untersucht die zukünftige Entwicklung der Energieversorgung in Deutschland und das Interaktionspotential von Gebäuden in zukünftigen Netzstrukturen.

Ein Reasearchteil präsentiert Ergebnisse verschiedener Studien zur zukünftigen Energieversorgung Deutschlands und deren Auswirkungen auf die Netzstrukturen. Ausgehend von einer Studie des Deutschen Institut für Luft- und Raumfahrt und dem Fraunhofer IWES werden vier Tage mit ihren möglichen Tageslastgängen in 2020 und 2050 vorgestellt.

Auf der Bedarfsseite wird ein durchschnittliches Bürogebäude untersucht. Die Tragstruktur des Gebäudes, der Glasflächenanteil und die Raumübergabesysteme werden anhand einer dynamischen Gebäudesimulation variiert. Der Energiebedarf dieser verschiedenen Gebäudevarianten wird mit den Charakteristiken der Tageslastgänge der Erzeugung für 2020 und 2050 verglichen. Drei der untersuchten Varianten werden in einer weiteren Simulation auf die Konsequenzen einer Abschaltung des Kälteerzeugung zu bestimmten Tageszeiten hin überprüft. Der Energiebedarf, die maximale Kühlleistung und die thermischen Verhältnisse im Gebäude werden in Verbindung zur Energieerzeugung gesetzt.

Für zukünftige Gebäudeentwicklungen gibt die Studie Anhaltspunkte, welcher Typ von Gebäude für die Interaktion mit zukünftige Netzstrukturen geeignet sein

kann.

Smart Grid

Chancen und Potentiale von Erzeuger- und Verbarucherlastprofilen

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Smart Grid - Chancen und Potentiale im Zusammenspiel von Erzeuger- und Verbaucherlastprofi len Seite 21

möglich zu Zeiten eines hohen Verbrauchs nur geringe Erträge aus den erneuerbaren Energien zu erzielen. Um dieser Situation in den zukünftigen Energieversorgungsszenarien gerecht zu werden, stehen drei Möglichkeiten zur Verfügung. Zum einen wird ein Ausbau der Versorgungsnetze auf europäischer Ebene angestrebt. Neue und leistungsstärkere Trassen sollen für ein besseres Verschieben der Energie in Regionen mit Energiebedarf ermöglichen. Nur dieser Netzausbau erscheint jedoch durch den stark steigenden Anteil erneuerbarer Energien in Zukunft als nicht ausreichend. In Kombination mit einem ausgebauten Netz muss es auch zu einer intelligenten Steuerung von Verbrauch und Erzeugung kommen. Als wichtiges Element in diesem Zusammenhang wird als dritte Möglichkeit die Speicherung von elektrischer Energie bzw. auch die Umwandlung in eine speicherfähige Energieform gesehen.(Dr. Nitsch, 12.2010; Klaus, 07.2010)

Darstellung zukünftigerNetzzusammenhänge

Grafi k durch Verfasser

Stromerzeugunghohe Fluktuation durch erneuerbare Energien

SpeicherungIntegration von Kurz-, Mittel- und Langzeitspeichern

Verbraucherzeitlich abhängige Verbrauchssteuerung

Der Ausbau der Stromnetze ist ein breit diskutiertes Thema. Innerhalb Deutschlands ist bereits seit langem ein weiterer Ausbau der Netze notwendig. Bis 2015 wären mindestens 850 Kilometer neue Stromleitungen notwendig, um die entstehenden Windkraftanlagen für Gesamtdeutschland nutzbar zu machen. Der Ausbau wird jedoch durch langwierige Genehmigungsverfahren eingeschränkt. Trotz des schleppenden innerdeutschen Netzausbaus wird auf europäischer Ebene ein Plan vorangetrieben, eine gesamteuropäische Lösung für den Netzausbau zu fi nden. Es gibt erste Überlegungen die Offshore-Windparks in der Nordsee zusammen mit Dänemark und Schweden im sogenannten „Krieger´s Flak“-Projekt gemeinsam

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2005 2008 2009 2010 2015 2020 2025 2030 2040 2050

TWh/

a

Jahr

Import EE

Geothermie

Fotovoltaik

Wind (On- & Offshore)

Laufwasser

Industrielle KWK

Dezentrale KWK

Öffentliche, große KWK

Kond. Kraftwerke

Photovoltaiklandschaft

Energieerzeugung in 2050 nach Leitstudie 2010zukünftige Netzstrukturen

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Hsuanyin Peng

Raumkühlung mittels optimierter PCM-Bau-komponrnten

Beim Einsatz von PCM-haltigen Baukomponenten (Phase Change Material, Latentwärmespeichermaterialien) stellt die Regeneration ein noch nicht zufrie-denstellend gelöstes Problem dar. Bei einer Aktivierung über Raumluft ist die Hauptursache hierfür der Wärmeübergangskoeffizient zwischen PCM-haltigem Bauteil und Luft, welcher die Wärmeabgabe sowie –aufnahme beschränkt.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Bewertung unterschiedlicher rein passiver Ansätze zur Verbesserung des Wärmetransports zwischen PCM-Fläche und Raumluft durch frei Konvektion. Es werden drei verschiedene Deckenformen analytisch und messtechnisch untersucht: einzelne freistehende Platten (Re-ferenzfall, Decken- oder Wand mit PCM-Platten belegt), senkrechte, parallele Platten und gewellte Platten.

Während in analytischen Berechnungen die konvektiven Wärme¬über¬gangs¬koeffizienten der einzelnen, freistehenden Platte immer unter etwa 2,6 W/m2K liegen, nehmen die Wärmeübergangskoeffizienten der senkrechten Platten durch Vergrößerung des Plattenabstands bzw. bei gewell-ten Platten durch Verringerung des Plattenwinkels auf mehr als das doppelte zu. Bei den Messungen ergeben sich für den Kühlfall Steigerungen des konvektiven Anteils um 16% (senkrechte Platten) bzw. 37% (gewellte Platten) gegenüber dem Referenzfall. Im Regenerationsfall, der im realen Einsatz in der Regel der kritischere ist, ergeben sich sogar Leistungssteigerungen des konvektiven An-teils um 81% (gewellte Platten) bzw. 129% (senkrechte Platten). Die gemessene Leistungssteigerung mit einem Faktor von ungefähr 2 validiert das analytische Potenzial dieser Optimierungsmaßnahme.

Basierend auf diesen Untersuchungen wird eine solches System im Rahmen des Neubaus des ZAE Bayern in Würzburg in einem Demoraum eingebaut und vermessen werden.

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Senkrechte PlattenEinzelne, horizontale Platte Gewellte Platten

Durch messtechnische Untersucungen wurden die Analyseberechnungen validiert

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Matthias Rammig

Tabakfabrik Linz

ClimaDesign Konzepte für die zukünftige Nut-zung ehemaliger histori-scher Industriegebäude am Beispiel der alten Tabakfabrik in Linz

In dieser Masterarbeit werden Konzepte für die Nachnutzung historischer In-dustriegebäude aus der Blütezeit der Industrialisierung anhand eines konkreten Beispieles erarbeitet.

Die Tabakfabrik Linz ist einer der ersten Gebäudekomplexe in Österreich der in Stahlbetonskelettbauweise ausgeführt wurde. Sie ist ein bedeutendes Monu-ment der Industriegeschichte und zudem von hohem architektonischen Wert. Der 1932 von den Architekten Peter Behrens und Alexander Popp im Stil der Internationalen Moderne errichtete Gebäudekomplex wurde 1981 unter Denk-malschutz gestellt. Nach der Einstellung der Tabakproduktion und der damit einhergehenden Schliessung der Fabrik im Jahre 2009 wurde sie von der Stadt Linz gekauft und soll nun einer neuen Nutzung zugeführt werden.

Mit dieser Arbeit wird dargelegt, dass eine sinnvolle Nachnutzung der Gebäude der Tabakfabrik, bei gleichzeitigem Erhalt ihres historischen Charakters möglich ist.In der entworfenen Nutzungsvariante werden gesellschaftliche, ökologische und architektonische Aspekte berücksichtigt. Es werden einerseits die indivi-duellen Besonderheiten der Gebäude, als auch der Bedarf der Nutzergruppen einbezogen. So lässt sich eine heterogene Belegung und die von der Stadt Linz gewünschte soziokulturelle Vielfalt ermöglichen.

Durch die Reaktivierung der historischen Gebäude wird ein für Linz wichtiges Areal wieder belebt. Dies kann sich positiv auf das gesamte Stadtviertel und darüber hinaus auswirken. Zudem kann durch die Weiternutzung der Gebäude-substanz energie- und kostenaufwändige Neubauten vermieden werden.Die im Rahmen dieser Arbeit vorgeschlagenen Veränderungen der Gebäu-de sind zurückhaltend gestaltet und benötigen nur einen geringen baulichen Aufwand. Zudem kann bereits mit wenigen Eingriffe in die Gebäudesubstanz Energieeinsparungen von bis zu 30% gegenüber einer unsanierten Nutzung erzielt werden. Eine aufwändige und teure Komplettsanierung, die den ur-sprüngliche Charakter der Gebäude verändern würde, ist vermeidbar. Ein hoher Einsatz an Gebäudetechnik kann bei gleichzeitig überwiegender Einhaltung der Komfortansprüche vermieden werden.

Mit der Arbeit wird bewiesen, dass die Energieversorgung effizient und unter Einsatz der lokal vorhandenen erneuerbaren Energiequellen erfolgen kann.

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Kunsthochschule

Industrie-museum

BibliothekÊ/Archiv

AusstellungÊ/ÊWerkstattBŸroÊ/ÊWohnenÊ/ÊAtelier

Veranstaltung

NeubauÊ/UmbauHochregal

Gastronomie

Neubau

Neubau

Technik

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BauÊ1.1

BauÊ1.2

BauÊ2.1

BauÊ2.2

BauÊ2.3

BauÊ2.4

BauÊ4

kwh/m2a KŸhlungBeleuchtungTrinkwarmwasserHeizung

Bild 1_ Foto Bestand (Europan)

Bild 2_ Verschattung Bild 3_ Nutzungsvorschlag Bild 4_ Interne Lasten NutzungSpezifischer Nutzenergiebedarf Gebäude

Spe

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20

020406080

100120140160180 W/m2 Beleuchtung

GerŠtePersonen

Schule Büro Wohnen Kunst Bibliot. Veranst. Werkst.

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Stephan Rauch

Kostenparameter für energieoptimierte Kon-zepte im Einfamilien-hausbereich. Von EnEv 2009- bis Nullenergie-standard.

Costmodel for ener-gyoptimized designs in single-family homes.From EnEV 2009 tozero energy standard.

Klimaerwärmung. Ein allgegenwärtiger Begriff in den letzten Jahren. Mit größterSicherheit ist sie Resultat des menschgemachten CO2 - Ausstoßes durch Nut-zung fossiler Brennstoffe.

Regenerative Energieerzeugung und gleichzeitig Energieeinsparung ist dereinzig mögliche Beitrag unserer Gesellschaft, um den Effekt zu stoppen und dienegativen Folgen zu mildern. In unserem Alltag der sozialen Marktwirtschaft,wird dies aber immer auch gleichzeitig die Frage bedeuten: Sind erneuerbareEnergien bezahlbar und was kostet Energieeinsparung?

Der private Haushaltssektor spielt in diesem Rahmen eine herausragende Rolle.Immerhin beinhaltet er gut ein Viertel des bundesdeutschen Gesamtenergiever-brauchs. Davon wiederum wurden in 2009 mehr als 70% für das Heizenverbucht. Ein Bereich der nach wie vor ein gigantisches Einsparpotential birgt.

KFW - Effizienzhaus, 3-Liter Haus, Passivhaus und wie sie alle heißen mögen.Energiesparende Konzepte für Wohngebäude sind schon lange da. Nur fürwelchen Preis? Wo stecken die Mehrkosten gegenüber einem Haus, das nurden Mindeststandard an Energieeinsparung erbringt und wie hoch genau ist derfinanzielle Mehraufwand? Rentiert sich das? Wann verlassen die Mehrkosteneine wirtschaftliche Größe? Welches Konzept kostet wie viel und hat gleichzeitigwelche energetische Einsparung und somit ökologischen Mehrwert?

Ein Vorgespräch mit einem Bauherren für ein Einfamilienhaus im Planungsbüroläuft eigentlich immer gleich ab. In erster Linie geht es um den maximalenKostenrahmen und die räumlichen Bedürfnisse. Dann folgen die Fragen nachEnergieeinsparung, immer aber mit dem Hintergrund, „ob man nicht etwas Geldsparen könnte.“ Der Zusammenhang zwischen Energieeinsparung und monetä-rem Vorteil oder Nachteil, ist immens wichtig, ob ein Bauherr überhaupt überden Mindeststandard hinaus, eine energiesparende Bauform wählt.

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Stephan Rauch

Klimaerwärmung. Ein allgegenwärtiger Begriff in den letzten Jahren. Mit größter Sicherheit ist sie Resultat des menschgemachten CO2 - Ausstoßes durch Nut-zung fossiler Brennstoffe.

Regenerative Energieerzeugung und gleichzeitig Energieeinsparung ist der einzig mögliche Beitrag unserer Gesellschaft, um den Effekt zu stoppen und die negativen Folgen zu mildern. In unserem Alltag der sozialen Marktwirtschaft, wird dies aber immer auch gleichzeitig die Frage bedeuten: Sind erneuerbare Energien bezahlbar und was kostet Energieeinsparung?

Der private Haushaltssektor spielt in diesem Rahmen eine herausragende Rolle. Immerhin beinhaltet er gut ein Viertel des bundesdeutschen Gesamtenergie-verbrauchs. Davon wiederum wurden in 2009 mehr als 70% für das Heizen verbucht. Ein Bereich der nach wie vor ein gigantisches Einsparpotential birgt.

KFW - Effizienzhaus, 3-Liter Haus, Passivhaus und wie sie alle heißen mögen. Energiesparende Konzepte für Wohngebäude sind schon lange da. Nur für welchen Preis? Wo stecken die Mehrkosten gegenüber einem Haus, das nur den Mindeststandard an Energieeinsparung erbringt und wie hoch genau ist der finanzielle Mehraufwand? Rentiert sich das? Wann verlassen die Mehrkosten eine wirtschaftliche Größe? Welches Konzept kostet wie viel und hat gleichzeitig welche energetische Einsparung und somit ökologischen Mehrwert?

Ein Vorgespräch mit einem Bauherren für ein Einfamilienhaus im Planungs-büro läuft eigentlich immer gleich ab. In erster Linie geht es um den maximalen Kostenrahmen und die räumlichen Bedürfnisse. Dann folgen die Fragen nach Energieeinsparung, immer aber mit dem Hintergrund, „ob man nicht etwas Geld sparen könnte.“ Der Zusammenhang zwischen Energieeinsparung und mone-tärem Vorteil oder Nachteil, ist immens wichtig, ob ein Bauherr überhaupt über den Mindeststandard hinaus, eine energiesparende Bauform wählt.

„Kostenparameter für energieoptimierte Kon- zepte im Einfamilien-hausbereich. Von EnEV 2009 - bis Nullenergie-standard.“

„Costmodel for energy-optimized designs in single-family homes. From EnEV 2009 to zero energy standard.“

Vergleich InvestitionsgesamtmehrkostenVergleich Investitionsgesamtmehrkosten

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David Sauerwein

Weniger Dämmung durch mehr Technik

Gebäudekonzepte mit regenerativer Energie-technik als effiziente Alternative zu hoch wärmegedämmten Ge-bäuden

Diese Arbeit stellt die Strategie der maximalen Wärmedämmung zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von Gebäuden in Frage. Denn eine hoch wärmege-dämmte Hülle führt in der Praxis oft zu erheblichen gestalterischen, konstruk-tiven und nutzungsrelevanten Einschränkungen.

Gesucht wird daher nach einer Alternative zu hochgedämmten Gebäuden, die mindestens deren Leistungsfähigkeit in Bezug auf Energieeffizienz, CO2-Emis-sionen und Kosten im gesamten Lebenszyklus erreicht, ohne aber vergleichbare Nachteile aufzuweisen.

Um zu untersuchen, ob dieses Ziel zu erreichen ist, werden zwei Varianten eines Modellhauses konzipiert. Dabei wird einem „Dämmhaus“ ein in dieser Arbeit entwickeltes„Technikhaus“ systematisch gegenübergestellt.

Das Dämmhaus hat eine optimierte Gebäudehülle auf Passivhaus-Niveau, aber eine „einfache“ Gebäudetechnik (Luft-Wasser-WP). Das Technikhaus ist mit einer einfachen Gebäudehülle (EnEV-Niveau), aber einer optimierten Gebäude-technik (solargekoppelte Sole-Wasser-WP) ausgestattet. Es setzt im Gegensatz zum Dämmhaus auf die verstärkte Einbindung regenerativer Energien und die die sinnvolle Kombination der Parameter Kollektorfläche, Erdsondenlänge und baulicher Wärmeschutz.

Für die Entwicklung einer Alternative zum Dämmhaus wird geprüft, ob es ziel-führend ist, überschüssige Sonnenenergie aus dem Sommer saisonal für den Winter zu speichern und dadurch den Endenergiebedarf zu reduzieren. Dies erweist sich jedoch als Irrweg: Das Technikhaus-Konzept ohne saisonale Wär-mespeicherung weist die größte Energieeffizienz auf.

Dieses Konzept bestätigt sich auch im Gesamtvergleich gegenüber dem „Dämmhaus“ bereits bei einem geringeren baulichen Wärmeschutz als lei-stungsfähiger. Damit wird in dieser Arbeit eine echte Alternative gegenüber der Strategie maximaler Dämmung entwickelt.

In Zukunft sollten daher als Alternative zu hochgedämmten Gebäudekonzep-ten Lösungen bevorzugt werden, die sich durch Auseinandersetzung mit dem energetischen Kontext und durch eine daraus entwickelte kluge Kombination von Wärmeschutz und Nutzung lokal vorhandener regenerativer Energiequellen auszeichnen.

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Bild 8_ moderat gedämmte Naturstein-fassade_www.jofranzke.de

Bild 7_hoch wärmegedämmte WDVS-Fassade_www.feba.de

Bild 9_ Modellgebäude

Jan. Feb. März April Mai Juni Juli Aug. Sept. Okt. Nov. Dez.

Passivhaus

Wärmebedarf

(Warmwasser +Raumheizung)

Rest-Energiebedarf Genutzte Solarenergie

Jan. Feb. März April Mai Juni Juli Aug. Sept. Okt. Nov. Dez.

Saisonalspeicherung

Wärmebedarf

(Warmwasser +Raumheizung)

Rest-Energiebedarf Genutzte Solarenergie

Saisonal ge-speicherte Wärme

Jan. Feb. März April Mai Juni Juli Aug. Sept. Okt. Nov. Dez.

Solarhaus (Direkt-Solarversorgung im Winter)

Wärmebedarf

(Warmwasser +Raumheizung)

Rest-Energiebedarf Genutzte Solarenergie

Bild 4_Schematischer Jahresenergieverlauf „Dämmhaus“_

www.solarzentrum-hamburg.de

Bild 2_ Sankey-Diagramm „Technikhaus“ (ohne saisonale Wärmespeicherung)

Bild 1_ Sankey-Diagramm „Dämmhaus“ Bild 3_ Sankey-Diagramm „Technikhaus“ (mit saisonaler Wärmespeicherung)

Bild 5_ Schematischer Jahresenergieverlauf„Technikhaus“ (ohne saisonale Wärme-

speicherung)_ www.solarzentrum-hamburg.de

Bild 6_ Schematischer Jahresenergieverlauf „Technikhaus“ (mit saisonaler Wärme-

speicherung)_www.solarzentrum-hamburg.de

Page 32: Masterarbeiten 2011

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Judith Kata Stock

Energieverbrauch in Hochhäusern-eine Analyse an ausge-wähltenObjekten in Frankfurtam Main

Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung lebt heutzutage in Städten. Die rasant wachsenden Metropolen zeigen die Tendenzen für städtebauliche Entwicklun-gen auf. Ebenfalls wird in Europa zunehmend das Thema „Verdichtung“ im poli-tischen Kontext behandelt, da ökologische Herausforderungen, die die Mobilität und die Energieversorgung betreffen, nur durch politische Forderungen und Zielsetzungen bewältigt werden können.

Gleichzeitig ist weltweit eine Art Konkurrenz zwischen Großstädten zu beob-achten, die ihre Dominanz durch die Errichtung der höchsten Hochhäuser zur Schau stellen wollen. Diese Wolkenkratzer sind geradezu zu Machtsymbolen geworden, die die wirtschaftliche Leistungsfähigkeit der Bevölkerung wider-spiegeln, ohne dass auch nur ansatzweise über Ökologie oder Nachhaltigkeit nachgedacht wird.

Auch in Europa wird die Errichtung von derartigen Hochhäusern zunehmend thematisiert. Für Investoren ist es nach wie vor ein lukratives Geschäft, auf geringer Bodenfläche eine maximale Ausnutzung von qualitativ akzeptablen Verwaltungs- oder Wohnflächen zu errichten. Da die Bodenpreise in zentralen Stadtgebieten steigen, entstehen zunehmend auch in Deutschland immer mehr Wolkenkratzer, mit der größten Dichte in Frankfurt am Main. Diese Investoren-architektur hat eine besonders hohe Konzentration erreicht, wie sie bislang europaweit höchstens noch in London zu erkennen ist. Die Stadt wächst mit ihren Hochhäusern konstant und versinnbildlicht durch die Dichte ihrer Banken und Dienstleistungsunternehmen ihre dominante Finanzstellung.

Zahlreiche Bücher über Hochhäuser beschäftigen sich mit deren Architektur, Kenndaten der Lage, Höhe und eventuell Besonderheiten, die einzelne Gebäu-de auszeichnen. Auch sind viele Artikel über die komplexe Statik der Hochhäu-ser veröffentlicht worden, doch bei einer näheren Recherche zeigt sich, dass die Auswahl an Literatur bezüglich der tatsächlichen Lasten sehr gering ist. Um Einsparpotentiale zu erkennen und energetisch optimale Bauten entstehen zu lassen, ist es sinnvoll, eine Hochhausanalyse zu erstellen, die Gegenstand dieser Masterarbeit ist.

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Primärenergieverbrauch der untersuchten Objekte (Eigenauswertung)

Aktueller Stand Primärenergieverbrauch (Energiereferat Frankfurt am Main)

Hochhaus Y (Auswertung Competitiontool, Eigenbearbeitung)

Übersichtskarte des aktuellen Hochhausentwicklungsplanes (Stadtplanungsamt Frankfurt)

Primärenergie in kWh/m²a

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Messe

turm

Skylin

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Danziger

Platz

Stiftstr

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Hochhau

s Y

Gebäude

kWh/

m²a

Gesamtverbrauch Beleuchtung aussenBeleuchtung innenHeizungKlimaanlageLüftungAufzügeArbeitshilfennicht zugeordnet

Aktueller Stand Primärenergieverbrauch (Energiereferat Frankfurt am Main)

Übersichtskarte des aktuellen Hochhausentwicklungsplanes (Stadtplanungsamt Frankfurt)

Primärenergieverbrauch der untersuchten Objekte (Eigenauswertung)

Hochhaus Y (Auswertung Competition-tool, Eigenbearbeitung)

Page 34: Masterarbeiten 2011

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Julius Streifeneder

Planungstrategien zur Energieoptimierung von Fabrikhallen inheißen Klimaregionen

- untersucht an einem Fallbeispiel in Neu Delhi

Für die Münchner Firma Knorr Bremse wird ein neues Fertigungswerk in Neu Delhi errichtet, dessen Fertigstellung bis Mitte 2012 geplant ist. Ausgehend von der bestehenden Planung wurden dem Monsunklima gerechte Planungs-strategien untersucht und bauliche Lösungsvorschläge zur Reduzierung des Kühlenergiebedarfs entwickelt. Eine natürliche Belüftung und die gezielte Ablei-tung der Maschinenabwärme zur Entlastung der Gebäudekühlung waren nicht möglich. Als strategischer Ansatz galt es die Transmissionswärmeverluste über die Gebäudehülle zu maximieren und gleichzeitig die solaren Wärmegewinne zu minimieren.An einem vereinfachten Modell wurden zahlreiche thermische Gebäudesimu-lationen durchgeführt um die Auswirkungen von unterschiedlichen U-Werten bei verschiedenen internen Wärmelastniveaus zu untersuchen. Hier zeigte sich, dass der gezielte Einsatz bzw. Verzicht von Wärmedämmung ein jährliches Einsparungspotential an Kühlenergie von bis zu dreißig Prozent hat. Nachteilige Effekte wie Kondenswasserbildung und hohe sommerliche Temperaturspitzen, lassen sich wirkungsvoll durch unklimatisierte Pufferzonen und eine Gebäude-verschattung minimieren. Durch den Schutz von Dach- und Fassadenflächen vor direkter Sonnenstrahlung kann die Hälfte bis zwei Drittel an Wärmeeinträgen vermieden werden. Dies kann, abhängig von der internen Abwärmelast, den Kühlenergiebedarf weiter signifikant reduzieren.In Indien werden 55 Prozent des Energieverbrauchs für die Gebäudeklimatisie-rung benötigt. Der Industriesektor hat dabei den größten Bedarf obwohl er nur etwa 12 Prozent der Bevölkerung beschäftigt. Problematisch ist der hohe Was-serverbrauch aufgrund der notwendigen Rückkühlung. Wassermangel wird in absehbarer Zeit das größere Problem für viele heiße Klimaregionen sein als die Energieversorgung. Entsprechend optimierte Gebäudekonzepte sind deshalbein wichtiger Beitrag, auch wenn der Energiebedarf für die Klimatisierung wie im untersuchten Fallbeispiel nur etwa 20 Prozent des Gesamtenergiebedarfsbeträgt. Durch die Untersuchung von unterschiedlichen Maßnahmen und Wär-melastfällen lassen sich die gewonnenen Erkenntnisse auf Industrie- und Logis-tikhallen mit verschiedenen Nutzung in anderen tropischen und subtropischenKlimazonen übertragen.Aufgrund der kurzen Lebensdauer von Fabrikhallen ist es wichtig materialeffizi-ente Lösungen zu entwickeln. Die Vermeidung von Dämm- und Verbundwerk-stoffen, die sortenreine Trennbarkeit und einfache Wiederverwendbarkeit der Baustoffe sind wesentliche Maßnahmen. Der aus dieser Untersuchung heraus entwickelte Entwurf zeigt einen möglichen, konzeptionellen Lösungsansatz für eine energie- und materialeffiziente Fabrikhalle in heißen Klimaregionen.

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Kühlenergie Einsparungspotential der Fassadenvarianten

Quelle: National Building Code of India Kühlenergie Einsparungspotential der Optimierungsschritte

Lösungsvorschlag Fabrikhalle

Diffuse und flachwinkelige

direkte Strahlung dringt

ins Gebäudeinnere

Blendfreie

Tageslichtbeleuchtung im

Halleninneren Unklimatisierte Lager-

halle als Klimapuffer

Detailperspektive

Fassade

Innere Schale Dach:

Transluzente Membran, zweischichtig mit

Luft oder TWD gefüllt zur zur Vermeidung

von Tauwasser und Verbesserung der

Raumakustik

Innere Schale Fassade:

Luftdurchlässige Filtermembran

für einen natürlichen Luft-

austausch im Lagerbereich

Stahlblechstruktur als Sonnenschutz

Schutz vor hochstehender

Sonneneinstrahlung

U-Wert 0,2 W /m²K

60 W /m² - 16 h /Tag 60 W /m² - 8 h /Tag 30 W /m² - 16 h /Tag

30 W /m² - 8 h /Tag Keine Abwärmelast

Jähr

liche

r K

ühle

nerg

iebe

darf

(kW

h /m

² a)

Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4 Variante 5

U-Wert 5,8 W /m²K

60 W /m² - 16 h /Tag 60 W /m² - 8 h /Tag 30 W /m² - 16 h /Tag

30 W /m² - 8 h /Tag Keine Abwärmelast

Jähr

liche

r K

ühle

nerg

iebe

darf

(kW

h /m

² a)

Variante 2 Variante 4 Optimierung 1 Optimierung 2Referenzmodell Klimapuffer Verschattung

Trennwände:

Einschalig ohne Wärmedämmung zur

maximalen Wärmeabstrahlung nach

außen

Äußere Schale:

Offene, durchlüftete Stahlblech-

struktur als Sonnenschutz zur Mini-

mierung der solaren Wärmeeinträge

und Vermeidung von Hitzestaus

Neu Delhi

Page 36: Masterarbeiten 2011

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Ulrike Volz

Baudenkmale und Energieeffizienzam Beispiel Iphofen

Diese Arbeit beschäftigt sich mit energetischer Ertüchtigung von Baudenkmalen und geht der Frage nach, ob mehr Energieeffizienz am Denkmal sinnvoll oder nö-tig ist und welche Einsparpotenziale überhaupt erreichbar sind, ohne den Denk-malcharakter der Gebäude zu beeinträchtigen.

Um dies zu prüfen, analysiert die Studie drei Gebäude aus der Barockzeit, die in den letzten 10 Jahren in Iphofen saniert wurden.Eine Bestandsaufnahme sollte klären, welche Maßnahmen zur Verbesserung des Energiebedarfs getroffen wurden und welche Einsparungen dadurch erzielt wer-den konnten.Sie war die Basis für die Ermittlung der Energiekennwerte nach DIN 4108-6 und DIN 4108-7 für Wohngebäude, vor und nach der Instandsetzung. Die einzelnen Maßnahmen wurden auf ihre Effizienz und Denkmalverträglichkeit untersucht, um so einen Überblick geben zu können, welche Mittel für zukünftige Instandset-zungen von Baudenkmalen derselben Typologie in Frage kommen könnten.

Folgende Punkte sollten geklärt werden:Wieviel Energieeinsparung bringen die Maßnahmen im Einzelnen in kWh/m2a?Wieviel Kosten für Heizwärme und Strom lassen sich einsparen?Wie denkmalverträglich sind die Maßnahmen bzw. sind sie überhaupt vertretbar aus denkmalpflegerischer Sicht?Inwieweit können die Anforderungen der EnEV 2009 erfüllt werden und inwiefern ist es sinnvoll sie anzustreben?Welche Kompensationsmöglichkeiten bietet die Anlagentechnik ?

Hintergrund der Arbeit ist das Forschungsvorhaben “Nahwärmeversorgungskon-zepte und Sanierungskonzepte für denkmalgeschützte Gebäude - am Beispiel der Stadt Iphofen“ des Lehrstuhls für Bauklimatik und Haustechnik, der TU Mün-chen. Dessen Ziel ist es, Kommunen mit hohem Anteil an denkmalgeschützten Gebäuden einen Weg aufzuzeigen, wie sie trotz eingeschränkter Möglichkeiten mit regenerativen Energien ein effizientes, nachhaltiges Energieversorgungskon-zept für die gesamte Gemeinde aufstellen können.

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1 Bdpl. unterer Geb.deabschluß

2 OGD

4a,b Außendämmung, WDP

4g Außenwände,Innendämmung

5a Luftdichtheit (Infiltartion n=1,0/h - 0,70/h)

5b,c Austausch Fenster, Türen

6 Steigerung der Anlageneffizienz

6b Austausch der Anlage

9 Nah/Fernwärme KWK, reg. Energien

11 Kombination von Maßnahmen( Ist 2004)

12 Verbesserung Hülle max

Einsparpotenziale und Denkmalverträglichkeit der Maßnahmen im Vergleich

Primärenergie

Endenergie

Heizwärmebedarf

C02-Emission

Kosten Endenergie

Substanz

Erscheinungsbild

Reversibilität

Marktplatz 21, Iphofen Untersuchte Gebäude: Lange Gasse 15, Iphofen

Maxstr. 21, Iphofen

Energieeinsparpotenziale der untersuchten Maßnahmen und deren Denkmalverträglichkeit

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Page 39: Masterarbeiten 2011
Page 40: Masterarbeiten 2011

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

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

[email protected]