Frankfurt Prof. Dr.-Ing. Friedrich Sick Sick, FiTLicht Forum Tageslicht, light+building,...

light & building 2006Frankfurt

Tageslichtforum

24. April 2006

Fördergemeinschaft innovative Tageslichtnutzung

Referent:

Prof. Dr.-Ing. Friedrich Sick

www.FiTLicht.de

Integrale energetische Analyse von Gebäuden mittels dynamischer Gebäudesimulation

1Friedrich Sick, FiTLicht Forum Tageslicht, light+building, Frankfurt/M., 24. April 2006

IB Sick Berlinwww.ib-sick.de

Integrale energetische Analyse von Gebäuden mittels

dynamischer Gebäudesimulation

Prof. Dr.-Ing. Friedrich Sick

Ingenieurbüro Sick [email protected]

FHTW Berlinwww.f1.fhtw-berlin.de/studiengang/ut

[email protected]

FiTLicht Forum Tageslicht Frankfurt 2006



Klimagerechtes Bauen

Beispielobjekte

Einsatz der Simulation an einem aktuellen Beispiel

Gedanken zur DIN V 18599: statische vs. dynamische Rechen- Verfahren

Übersicht



Vorindustrielle Zeit

Zukünftig

Heute

SOLVIS NullemissionsfabrikBanz & Riecks Architekten

Klimagerechtes Bauen

Minimaler Energiebedarf - minimale Ansprüche

bestmögliche Ausnutzung der QuellenBauen war klimagerecht

Ver(sch)wendung fossiler Energieträger Maximierung der Ansprüche keine Notwendigkeit zur Sparsamkeit Bauen wird klimaexklusiv

Höchste Ansprüche an Komfort, Kosten, Ökologie

Bewusstsein für Endlichkeit der Ressourcen

Bauen wird klimainteraktiv

State of Illinois Center ChicagoMurphy Jahn Architekten


IB Sick Berlinwww.ib-sick.de Ziele und Maßnahmen

• Maximierung des Nutzerkomforts• bei minimiertem Energieeinsatz• und dadurch minimierten Kosten

für Investition und Betrieb des Gebäudes

• Messlatte: Behaglichkeit• Passive (solare) Konzepte• Nachhaltige Systeme• Moderne Planungswerkzeuge• Interdisziplinäre Zusammenarbeit


IB Sick Berlinwww.ib-sick.de Reihenfolge der Maßnahmen

1. GebäudehülleWärmedämmung Fassade, Dach, KellerdeckeWärmeschutzverglasung

2. Passive Solare MaßnahmenFenster: Flächenanteile, VerglasungsartenTransparente WärmedämmungTageslichtnutzungnatürliche Lüftung

3. HaustechnikHeizungsregelung, Heizungssystem, BrennstoffeSteuerung der künstl. Beleuchtungkontrollierte Lüftungsolarthermische Systeme…


IB Sick Berlinwww.ib-sick.de Beispiele

Jugendbildungsstätte WindbergArchitektur: Prof. Thomas Herzog, München



ADVA AG MeiningenArchitektur: Kauffmann Theilig & Partner, Ostfildern

Foto: Günther Löhnert



Modellvorhaben Emrichstraße Berlin-KöpenickQuelle: Kerschberger et al., Abschlussbericht zum BMWi-Modellvorhaben 2002



Regelungstechnische Optimie- rung der Solarwärmenutzung in Mehrfamilienhäusern:

Wirkungsgradsteigerung: 14 %Quelle: Parabel GmbH



Fotos: Christian Richters

Null-Emissionsfabrik SOLVIS, BraunschweigBanz & Riecks Architekten Energiekonzept: solares bauen GmbH, Fraunhofer ISE



Innovative Niedrigenergiesanierung (INES) des DEGEWO - Gebäudes

Potsdamer Straße 60 – 66, 10785 Berlin

Modellvorhaben im Rahmen des BMWA-Förderkonzepts ENOB

INES DEGEWO


IB Sick Berlinwww.ib-sick.de INES DEGEWO



Projektpartner

DEGEWO Bauherr, Planung, ProjektleitungRK-Stuttgart Projektsteuerung, BegleitforschungRidder und Meyn HaustechnikDr. Riedel AT GmbH Regelung Heizung und LüftungFHTW Berlin MessungenIB Sick Berlin Thermische SimulationenIBUS Beleuchtungebök Ingenieurbüro Gutachten LüftungHappold IB StatikProjektträger PTJ Förderung



Projektziele

• „Leuchtturmprojekt“• Hohe Energieeinsparung• Verbesserung der raumklimatischen Verhältnisse• Maximaler Effekt bei niedrigem Aufwand• Sanierung während der Nutzung• Einsatz innovativer Materialien:

Vakuumdämmung, Phasenwechselmaterialien (PCM)• Intelligente Lüftungskonzepte, Nachtlüftung• Gesamt-Primärenergiebedarf < 100 kWh/m²a…



Dynamische Gebäudesimulation alsPlanungswerkzeug

• TRNSYS 16• Bewertung von Sanierungsvarianten• Bewertung des Einflusses von Einzelmaßnahmen

innerhalb einer Variante• Bewertung der Lage im Gebäude• Bewertung der Wirkung von Phasenwechselmaterialen

(PCM)• Kriterien: Energie, Temperaturen, Komfort



Simulation Varianten

Überblick

Betrachtet wird ein Segment in der Mitte im 6. OG bestehend aus Straßen- und Hofbüro mit dazwi- schen liegendem Flur

4.17 m 6.17 m

3.00

m0.

50 m

6.17

m 2.20

m

6.17

m

Hofseite

Straßenseite

Flur

1.85

m



Darstellung der Resultate

Energiebilanzen monatlich

Energiebilanzen jährlich

Temperaturgänge

Temperaturstatistik

Thermische Behaglichkeit

Simulationsergebnisse



Ergebnisse Bestand

Monatl. Energiebilanz Straße

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

kWh/m

²Heizbedarf Fiktiver KühlbedarfNutzbare Interne Gewinne Nutzbare Solare GewinneTransmissionswärmeverluste Lüftungsverluste



Ergebnisse Bestand

Jahresbilanz Straße

113

16

64

-149

-89

62

-300

-200

-100

0

100

200

300

1

kWh/m

²a

Heizbedarf Fiktiver KühlbedarfNutzbare Interne Gewinne Nutzbare Solare GewinneTransmissionswärmeverluste Lüftungswärmeverluste



Ergebnisse Bestand

Jahresbilanz Hofseite

120

9

39

-140

-85

65

-300

-200

-100

0

100

200

300

1

kWh/m

²a

Heizbedarf Fiktiver KühlbedarfNutzbare Interne Gewinne Nutzbare Solare GewinneTransmissionswärmeverluste Lüftungswärmeverluste



Ergebnisse Bestand

Temperaturen im Juni

10

15

20

25

30

35

40

Zeitraum 21. bis 27. Juni

Tem

per

atur

in °

CLufttemperatur Straße Empfundene Temperatur StraßeLufttemperatur Hof Empfundene Temperatur HofUmgebungstemperatur



Var. Std-1-2-3-4-5-6-7-8

Sanierung nach EnEV


-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

kWh/m




Var. Std-1-2-3-4-5-6-7-8

Hülle gem. Planung


-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20


kWh/m




Var. Std-1-2-3-4-5-6-7-8

Reduzierte Luftwechselzahlen


-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20


kWh/m




Var. Std-1-2-3-4-5-6-7-8

Lüftungswärmerückgewinnung 70%


-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20


kWh/m




Var. Std-1-2-3-4-5-6-7-8

Nachtluftspülung, Temperatur-abhängig


-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20


kWh/m




Var. Std-1-2-3-4-5-6-7-8

Adiabate Zuluftkühlung


-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20


kWh/m




Var. Std-1-2-3-4-5-6-7-8

Reduzierte interne Lasten


-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20


kWh/m




Var. Std-1-2-3-4-5-6-7-8

Phasenwechselmaterial (PCM) Typ 1


-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20


kWh/m




Variantenvergleich Jahreswerte

Jahresenergiebilanz spezifisch Straßenseite 6. OG

113

4827 19 13 14 14 22 22 22

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

2000 E 1 2 3 4 5 6 7 8

VariantekW

h/(

m²a

)

Lüftungswärmeverluste

Transmissionswärmeverluste

Fiktiver Kühlbedarf

Nutzbare Solare Gewinne

Nutzbare Interne Gewinne

Heizbedarf



Var. Std-1-2-3-4-5-6-7-8



10

15

20

25

30

35

40


Tem

per

atur

in °




Varianten 3-7

Temperaturstatistik Straßenseite 6. OGOperative Raumtemperatur

865 849

334

117

6 0 0

1119

78

790

0

200

400

600

800

1000

1200

3 4 5 6 7

Variante

Anw

esen

hei

tsst

unden

im

Jah

r >26°C >27°C >28°C >29°C >30°C



Varianten 3-7

Temperaturstatistik Hofseite 6. OGOperative Raumtemperatur

654552

101 900 0 0

1036

21

708

0

200

400

600

800

1000

1200

3 4 5 6 7

Variante

Anw

esen

hei

tsst

unden

im

Jah

r >26°C >27°C >28°C >29°C >30°C



Varianten 3-7

Temperatur-Überhöhung Straßenseite 6. OGOperative Raumtemperatur - Außentemperatur im Sommer

532

464

384336

611

540

123

570

204

0

100

200

300

400

500

600

700

3 4 5 6 7

Variante

Anw

esen

hei

tsst

unden

im

Jah

r > 1 K > 2 K > 3 K > 4 K > 5 K

> 6 K > 7 K > 8 K > 9 K > 10 K



Varianten 3-7

Temperatur-Überhöhung Hofseite 6. OGOperative Raumtemperatur - Außentemperatur im Sommer

492

409

315 308

608

33

68

536

129

0

100

200

300

400

500

600

700

3 4 5 6 7

Variante

Anw

esen

hei

tsst

unden

im

Jah

r > 1 K > 2 K > 3 K > 4 K > 5 K

> 6 K > 7 K > 8 K > 9 K > 10 K



Bestand


kum. Häufigkeit von Unzufriedenheitwährend der Anwesenheitszeiten

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90

Prozent potentiell Unzufriedener

Anza

hl der

Anw

esen

hei

tsst

unden

Straße Hof

>



Var. Std-1-2-3-4-5-6-7-8



0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90


Anza

hl der

Anw

esen

hei

tsst

unden

Straße Hof

>



PCM 10 m²

Raumlufttemperatur ohne PCM

mit PCM

Außenlufttemperatur

Zeitraum ab 21. Juni


IB Sick Berlinwww.ib-sick.de DIN V 18599 / Energiepass

Umfang Teil 1 bis 10: 753 Seiten


IB Sick Berlinwww.ib-sick.de DIN V 18599 / Energiepass

Excel-Tool: 21 Tabellenblätter



Beispiel: Wirksame Speicherkapazität

1. Pauschal-Annahme (z.B. im Excel-Tool):

2. Aufwändige Berechnung prEN ISO 13786

3. Inhärent innerhalb der dyn. Simulation

DIN V 18599 / Energiepass

leichte Gebäudezonen: Cwirk / AB = 50 Wh/(m²K); mittelschwere Gebäudezonen: Cwirk / AB = 90 Wh/(m²K); schwere Gebäudezonen: Cwirk / AB = 130 Wh/(m²K)



Beispiel: Wirksame Speicherkapazität

Konsequenzen:

zu 1.: keine Gewähr betr. Annahme

zu 2.: Sehr hoher Aufwand vor der Rechnung

zu 3.: Keinerlei Aufwand, sehr hohe Gewähr!




• Sinkender Energiebedarf erfordert erhöhte Präzision

• Abweichungen von Standards werden kritischer

• Inhärente Lösungen für sonst schwer zu bestimmende Parameter. Beispiele: - wirksame Speicherkapazität - Nutzbarkeit solarer und interner Gewinne - Häufigkeitsverteilungen - Dynamik




• Bedienung eines Simulationstools nicht schwerer als eines 18599-Programms (begründete Behauptung)

• Umkehrschluss: Nachweis (Nichtwohngebäude) so schwer wie eine Simulation! Gefahr der unqualifizierten Anwendung (begründete Befürchtung)!




• 18599 kein Planungstool, aber Gefahr des entsprechenden Missbrauchs

• Forderung an die Simulations-Software: 18599-"Knopf" einführen

Die Zeiten des "Von-Hand-Rechnens" sind auch in der DIN 18599 vorbei. Simulationen liefern bei vergleichbarem (niedrigerem?) Aufwand präzisere und immer physikalisch begründbare Lösungen.




Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

FiTLicht Forum Tageslicht Frankfurt 2006

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